CN100582438C - 受控的泄漏销和振动阻尼器 - Google Patents

受控的泄漏销和振动阻尼器 Download PDF

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Abstract

阻尼销(28、40)设置在涡轮机叶片平台部的切削端面的周向对齐的凹槽中。阻尼销(28)具有围绕该销的外周部分在沿该销的轴向间隔开的位置处形成的多个通道(30)。该通道可沿轴向交错布置。借助流经该通道的冷却空气，对切削端面进行对流冷却，对通道的相对切削端面进行冲击冷却，离开的冷却空气在切削端面之间在热气路径附近的间隙中进行吹洗。另外，通道(42)可形成在凹槽表面中，并且所插入的圆柱形的销(40)可实现相似的冷却效果。

Description

受控的泄漏销和振动阻尼器
技术领域
本发明涉及一种设置在涡轮机叶片平台部的相邻切削端面之间的销，尤其涉及一种用于对叶片振动进行阻尼并且冷却涡轮机叶片平台部的该切削端面的系统，使得其冷却到所需的温度水平，以便满足包括氧化、蠕变、和低循环疲劳断裂的部件寿命要求。
背景技术
多年来，燃气涡轮机趋向于增加入口燃烧温度以便提高输出和发动机效率。由于气体路径温度升高，叶片平台部切削端面明显展示出不利情况，其包括氧化、蠕变、和低循环疲劳断裂。当材料闭环冷却时，在涡轮机中这些不利效果增大，这是因为在上游喷嘴的薄膜冷却显著减弱或被消除，从而使得在叶片平台部形成较高的气体路径温度。叶片平台部切削端面的不利情况导致平台部损坏并使得阻尼作用损失、平台部松释、和压缩机排出气流泄漏，阻尼作用损失导致空气动力学方面上的故障，平台部松释导致涡轮机的其它部件损坏，压缩机排出气流泄漏导致涡轮机发动机效率下降。
应当理解，许多现有技术的涡轮机结构不需要平台部切削端面的主动冷却，这是由于燃烧温度较低并且薄膜冷却从上游喷嘴侧壁携带走热量。因此，特别是在现今的燃气涡轮机的燃烧温度较高的情况下，存在这样一种需要，即，将平台部切削端面的温度降低到满足部件寿命要求所需的水平。
发明内容
在本发明的优选实施例中，提供了一种用于涡轮机的冷却装置，器包括：具有相对切削端面的相邻涡轮机叶片平台部；大致圆柱形的销，该销具有围绕该销的外周部分在沿该销的轴向间隔开的位置处形成的多个通道，以便使得经所述通道连通冷却介质并且冷却相邻的涡轮机叶片平台部的至少一个切削端面。
在本发明的另一优选实施例中，提供了具有一对周向相邻的叶片的涡轮机，该叶片具有带切削端面的叶片平台部，该切削端面彼此大致周向对齐，每一切削端面包括在该平台部的暴露于涡轮机热气路径的表面之下彼此大致周向对齐的凹槽，一种用于冷却至少一个切削端面的冷却系统包括设置对齐的凹槽内的大致圆柱形的销，该销具有围绕该销的外周部分在沿该销的轴向间隔开的位置处形成的多个通道，以便使得经所述通道连通冷却介质并且冷却相邻的涡轮机叶片平台部的至少一个切削端面。
在本发明的另一实施例中，提供了一种用于具有热气路径的涡轮机的冷却系统，其包括：环形布置的涡轮机叶片，每一叶片具有翼型部、根部、和平台部，相邻的叶片平台部的切削端面彼此周向对齐；每一切削端面包括在该平台部的暴露于涡轮机热气路径的表面之下彼此大致周向对齐的凹槽，切削端面中的至少一个包括围绕其凹槽中的一个凹槽的周向部分形成的轴向间隔开的多个通道；和沿凹槽设置的阻尼销，以便使得冷却介质流经一个所述凹槽的通道并且冷却相邻的涡轮机叶片的切削端面中的至少一个或另一个。
附图说明
图1是包括翼型部、平台部、和根部的叶片的立体图；
图2是沿涡轮机叶片平台部的切削端面的阻尼销的分解立体图；
图3是相邻切削端面之间的阻尼销的位置的轴向端视图；
图4是邻接切削端面之间的阻尼销的示意图；
图5是阻尼销中的通道的放大截面图，其用于使得冷却空气流过以便冷却切削端面并且吹洗平台部之间的间隙；
图6是阻尼销的平面图；和
图7是与图5相似的视图，其示出了本发明的另一方面。
具体实施方式
现参照图1，其中由附图标记10总体上表示用于涡轮机叶片，其包括翼型部12、叶片平台部14、包括柄部18的根部16、和榫接部20。应当理解，当设置在未示出的涡轮机叶轮上时，涡轮机叶片10是围绕涡轮机叶轮的外周环形布置的涡轮机叶片中的一个。尽管在此所披露的是轴向进气式的叶片，当时应当理解本发明的冷却系统可应用于切向进气式的叶片。
参照图2、3、和5，周向相对的相邻平台部14包括在切削端面22之间的结构间隙24。每一切削端面22还包括用于接纳阻尼销28的凹槽26的一部分。该阻尼销28用作振动阻尼器，并且还与相邻的切削端面的凹槽表面相组合从而提供用于冷却该切削端面的泄漏路径。应当理解，压缩机排出空气以相对较高的压力和高于热气路径内的压力的压力供应到相邻平台部之间且位于平台部径向向内的区域中。然而，阻尼销通常用在相邻平台部的凹槽内以便对振动进行阻尼并且大致阻挡压缩机排气流经相邻平台部之间的间隙24进入热气路径。然而，本发明保持了阻尼销的振动阻尼功能并且还提供了经过阻尼销的受控泄漏路径以便冷却切削端面。
为了实现该目的，阻尼销28与平台部的限定出凹槽26的表面相组合从而提供了受控的泄漏流动路径，该受控的泄漏流动路径用于冷却切削端面且吹洗平台部之间的间隙24。在本发明的一个实施例中，阻尼销28包括形成在阻尼销28的外周部分中的沿该阻尼销长度位于轴向间隔开的位置处的多个通道30。所述通道还沿阻尼销的相反侧面彼此交错地布置，如图5和6所示。沿阻尼销的相反的侧面的通道30在阻尼销28与凹槽26的表面之间提供了泄漏冷却流路径。如图2所示，阻尼销的相反端部具有半圆形的截面，其带有平坦面以便与沿切削端面端部的相应平坦面结合，从而保持在凹槽26中的定向。
冷却效果是对流冷却和冲击冷却的组合。例如，压缩机排出的空气从平台部径向向内的区域沿通道30以高速流动，并且以对流方式冷却与通道30对齐的切削端面。该通道30以这样的方式承载阻尼销28，即，每一通道30的出口端口或角度使得冷却空气直接射到相对的切削端面26上。这样，相对的切削端面借助冲击空气的喷射被冲击冷却。因此应当理解，每一切削端面22由流经沿与切削端面相同侧的通道30的冷却空气来进行对流冷却，并且由沿阻尼销28的相反侧离开通道30的空气来进行冲击冷却。此外，由于阻尼销28位于设置在邻接平台部的上表面之下的凹槽内，因此离开通道30的冷却空气可用于在切削端面22之间在阻尼销的外侧进行吹洗或与间隙24中的热气混合，由此降低在间隙内的空气温度。由于阻尼销和凹槽的这种结构，压缩机排出的空气可用于对流冷却并且提供用于切削端面的冲击冷却且提供吹洗气体，所有这些的效果降低了所需的冷却空气的量，由此使得涡轮机发动机性能和输出最大化。
在图7所示的本发明的另一方面中，可使用实心的表面光滑的阻尼销40，只要在沿切削端面22形成凹槽26的表面中形成有通道42即可。该通道42可形成在沿每一切削端面凹槽26彼此轴向间隔开的位置处，并且沿相对的切削端面凹槽彼此交错布置。借助这种结构可提供与上述结构相似的冷却效果，即，对切削端面表面22的对流冷却，对与通道42相对的切削端面表面的冲击冷却，以及最后是在切削端面之间的间隙24中的气体吹洗。还应当理解，在本发明的每一实施形式中，阻尼销提供其阻尼功能，并且由此用于提供冷却切削端面和振动阻尼的双重功能。切削端面的冷却满足了部件寿命的要求并且同时使得对发动机性能的影响最小化。
尽管本发明参照现在认为是最实用且优选的实施例进行了描述，但是应当理解本发明不限于这些所披露的实施例，而相反的是，本发明旨在覆盖由后附的权利要求来限定的精神和范围内的各种变型和等效结构。
部件表
14  叶片平台部
22  切削端面
28  圆柱形销
30  通道
10  叶片
26  凹槽
16  根部
42  通道
40  阻尼销

Claims (10)

1.一种用于具有热气路径的涡轮机的冷却系统，该涡轮机具有一对周向相邻的叶片(10)，该叶片具有带切削端面(22)的叶片平台部(14)，该切削端面彼此大致周向对齐，每一所述切削端面包括在该平台部的暴露于涡轮机热气路径的表面之下彼此大致周向对齐的凹槽(26)，该冷却系统用于冷却至少一个切削端面，该冷却系统包括设置在所述对齐的凹槽内的大致圆柱形的销(28)，该销具有围绕该销的外周部分在沿该销的轴向间隔开的位置处形成的多个通道(30)，以便使得经所述通道连通冷却介质并且冷却相邻的涡轮机叶片平台部的至少一个切削端面。
2.如权利要求1所述的系统，其特征在于，其中一个所述凹槽的表面定位成与所述通道相对并且由在该通道内流动的该冷却介质以对流方式冷却。
3.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述通道(30)定位成与一个所述切削端面相对并且具有用于引导离开通道的冷却介质的排出端口，以便对另一个所述切削端面进行冲击冷却。
4.如权利要求2所述的系统，其特征在于，其中一个所述凹槽的表面定位成与所述通道相对并且由在该通道内流动的该冷却介质以对流方式冷却，所述通道具有用于引导离开通道的冷却介质的排出端口，以便对另一个所述切削端面进行冲击冷却。
5.如权利要求4所述的系统，其特征在于，所述凹槽表面形成一个所述切削端面的一部分并且所述通道布置成便于以对流方式冷却所述一个切削端面并且冲击冷却另一个所述切削端面。
6.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述通道沿该销的相反侧面延伸并且没有在该销的整个外周上延伸就终止。
7.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述通道(30)沿该销的相反侧面定位并且沿该销的长度彼此交错。
8.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述通道(30)沿该销的相反侧面延伸并且沿该销的长度彼此交错。
9.一种用于具有热气路径的涡轮机的冷却系统，其包括：
环形布置的涡轮机叶片(10)，每一叶片具有翼型部(12)、根部(16)、和平台部(14)，相邻的叶片平台部的切削端面(22)彼此周向对齐；
每一所述切削端面包括在该平台部的暴露于涡轮机热气路径的表面之下彼此大致周向对齐的凹槽(26)，所述切削端面中的至少一个包括围绕其凹槽的周向部分形成的轴向间隔开的多个通道(42)；和
沿所述凹槽设置的阻尼销(40)，以便使得冷却介质流经所述凹槽的所述通道并且冷却相邻的涡轮机叶片的切削端面中的至少一个或另一个。
10.如权利要求9所述的系统，其特征在于，所述通道形成在每一所述凹槽中。
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