CN102251813A - 柄部空腔和冷却孔 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及柄部空腔和冷却孔。提供了一种涡轮叶片(10)，其包括：在其中限定了空腔(22)的柄部(20)，该柄部可与转子连接，使得容许具有初压的叶轮空间空气(40)流入该空腔(22)内；以及连接到该柄部(20)并在其中限定了冷却孔(50，60)的平台(30)，该柄部(20)和该平台(30)各自分别将该空腔(22)和该冷却孔(50，60)进一步限定为互相流体地连通，使得容许流入该空腔(11)内的叶轮空间空气(40)可以从该空腔(22)输送，并以大于初压的第二压力输送通过该冷却孔(50，60)。

Description

柄部空腔和冷却孔
技术领域
本文公开的主题涉及一种带有柄部空腔和冷却孔的涡轮叶片。
背景技术
在诸如燃气或蒸汽涡轮发动机的涡轮发动机中，燃料和空气的混合物在燃烧器中燃烧，且该燃烧的副产物作为高温流体被输送到下游的涡轮段。这些高温流体与在各个级处的涡轮轮叶的环形阵列空气动力学地互相作用，且从而产生动力和/或电力。
在一些情况下，该高温流体可能通过例如热劣化引起涡轮轮叶的损坏。因此，作为应对策略，冷却该涡轮轮叶可能是必须的。不幸的是，向该涡轮轮叶提供冷却剂可能是操作上昂贵的，并且通常可能需要难以安装和维护的相对复杂的流体回路。
发明内容
根据本发明的一个方面，提供了一种涡轮叶片，该涡轮叶片包括：在其中限定了空腔的柄部，该柄部可与转子连接，使得容许具有初压的叶轮空间空气(wheelspace air)流入该空腔内；以及联接到该柄部并在其中限定了冷却孔的平台，该柄部和该平台各自分别进一步限定该空腔和该冷却孔，使得该空腔和该冷却孔流体地连通，以及使得容许流入该空腔内的叶轮空间空气可以从该空腔向该冷却孔输送，并以大于初压的第二压力输送通过该冷却孔。
根据本发明的另一方面，提供了一种涡轮叶片，该涡轮叶片包括：柄部，该柄部包括在其中限定了空腔的柄部主体，该柄部主体可与转子连接，使得容许具有初压的叶轮空间空气流入该空腔内；包括了联接到该柄部并在其中限定了冷却孔的平台主体的平台，该冷却孔与该空腔流体地连通，使得容许流入该空腔内的叶轮空间空气可以从该空腔向该冷却孔输送，并以大于该初压的第二压力输送通过该冷却孔；以及从该平台延伸的后部平台，冷却孔在该后部平台处终止，使得该叶轮空间空气可以排入从该后部平台基本沿径向向外限定的涡轮流径和从该后部平台基本沿径向向内限定的沟腔中的至少一个中。
根据本发明的又一方面，提供了一种涡轮叶片，该涡轮叶片包括：在其中限定了空腔的柄部，该柄部可与转子连接，使得容许具有初压的叶轮空间空气流入该空腔内；联接到该柄部并在其中限定了与该空腔流体地连通的主冷却孔且在其中限定了与该主冷却孔流体地连通的分支冷却孔的平台，使得容许流入该空腔内的叶轮空间空气可以从该空腔向该主冷却孔输送，以大于初压的第二压力输送通过该主冷却孔且之后通过该分支冷却孔；以及从该平台延伸的后部平台，分支冷却孔在该后部平台处终止，使得该叶轮空间空气可以排入从该后部平台基本沿径向向外限定的涡轮流径和从该后部平台基本沿径向向内限定的沟腔中的至少一个中。
根据下文结合附图进行的描述，这些和其它的优点和特征会变得更加明显。
附图说明
被视作本发明的主题在总结了申请文件的权利要求中具体地指出并清楚地主张。根据下文结合附图进行的详细描述，本发明的前述和其它特征和优点是明显的，其中：
图1是涡轮叶片的一部分的放大截面侧视图；以及
图2是图1的涡轮叶片的侧视图。
这些详细的描述通过参照附图的实例的方式解释了本发明的实施例以及优点和特征。
部件列表：
涡轮叶片                        10
柄部                            20
柄部主体                        21
柄部空腔                        22
平台                            30
平台主体                        31
翼型件                          32
气体                            33
叶轮空间空气                    40
额外的叶轮空间空气              41
主冷却孔                        50
分支冷却孔                      60
后部平台                        70
面向流径的表面                  71
面向沟腔的表面                  72
涡轮流径                        80
沟腔                            81
中心线                          90
第一排气                        401
第二排气                        402
具体实施方式
参照图1和图2，提供了一种涡轮叶片10，该涡轮叶片包括包含柄部主体21的柄部20、包含平台主体31的平台30以及后部平台70。该柄部主体21形成为在其中限定了柄部空腔22，并在一些实施例中具有可以与转子的鸠尾榫组件连接的沿径向向内的段。这种连接容许具有初压的叶轮空间空气40流入或渗入该柄部空腔22内。
平台主体31支承翼型件32，热流体和气体33流过该翼型件，且该平台主体31整体地联接到柄部主体21的沿径向向外的部分，并被形成为在其中限定了具有入口和中段的冷却孔。该入口是主冷却孔50，而该中段可以包括一个或多个分支冷却孔60。主冷却孔50和分支冷却孔60两者可以定向为相对于转子的中心线90呈斜角。主冷却孔50与柄部空腔22流体地连通，而分支冷却孔60与主冷却孔50流体地连通。因此，容许流入柄部空腔22内的叶轮空间空气40可以从柄部空腔22输送，可以以可至少类似于或者在某些情况下大于初压的第二压力通过主冷却孔50以及通过分支冷却孔60。
后部平台70从主平台主体31轴向地延伸，并包括面向流径的表面71和面向沟腔的表面72。分支冷却孔60可以各自在该后部平台70处终止。更具体而言，第一组分支冷却孔60可以在面向流径的表面71处终止，而第二组分支冷却孔60可以在面向沟腔的表面72处终止。在一些实施例中，该第一组分支冷却孔60可以相互之间沿圆周对齐。相似地，该第二组分支冷却孔60可以相互之间沿圆周对齐。
在分支冷却孔60在面向流径的表面71处终止的地方，叶轮空间空气40可以流过该面向流径的表面71的一部分，并且可以作为第一排气401而排入基本上沿径向在后部平台70的外侧限定的涡轮流径80中。相反地，在分支冷却孔60在面向沟腔的表面72处终止的地方，叶轮空间空气40可以冲击在该面向沟腔的表面72上，并且可以作为第二排气402而排入基本上沿径向在后部平台70的内侧限定的沟腔81中。
该叶轮空间空气40在多个位置处且以多种方式从涡轮叶片10去除热量。例如，在柄部空腔22、主冷却孔50和分支冷却孔60中的叶轮空间空气40提供了对流冷却，而柄部主体21和平台主体31的接近柄部空腔22、主冷却孔50以及分支冷却孔60的那些部分因此经历传导冷却。相似地，从分支冷却孔60输出而进入涡轮流径80的叶轮空间空气40可以流过面向流径的表面71，从而向面向流径的表面71提供薄膜冷却。从分支冷却孔60输出而进入沟腔81的叶轮空间空气40可以冲击在面向沟腔的表面72上，从而向面向沟腔的表面72提供冲击冷却。
主冷却孔50具有比分支冷却孔60的宽度W2更宽的宽度W1。因此，流入分支冷却孔60内的叶轮空间空气40的压力可以相对初压保持或增加。在一些实施例中，叶轮空间空气40的压力可以通过额外的叶轮空间空气41的流入以及在涡轮叶片10绕着转子转动期间向该叶轮空间空气41施加的离心力而进一步增加。
尽管结合仅有限数量的实施例详细描述了本发明，但应该容易理解，本发明并不限于这些公开的实施例。相反，可以修改本发明来结合任何数量的此处未描述但与本发明的实质和范围相当的变化、变换、替换或等价布置。另外，尽管已经描述了本发明的多个实施例，但要理解本发明的各方面可以仅包括所描述的实施例中的一些。相应地，本发明不应被视为受到前述描述的限制，而仅受到所附权利要求的范围的限制。

Claims (10)

1.一种涡轮叶片(10)，包括：
柄部(20)，在其中限定了空腔(22)，该柄部能够与转子连接，使得容许具有初压的叶轮空间空气(40)流入所述空腔(22)；和
平台(30)，联接到所述柄部(20)并在该平台(30)中限定了冷却孔(50，60)，
所述柄部(20)和所述平台(30)各自分别进一步限定所述空腔(22)和所述冷却孔(50，60)，使得所述空腔(22)和所述冷却孔(50，60)流体地连通，并使得容许流入所述空腔(22)中的所述叶轮空间空气(40)能够：
从所述空腔(22)输送到所述冷却孔(50，60)，以及
以大于所述初压的第二压力输送通过所述冷却孔(50，60)。
2.根据权利要求1所述的涡轮叶片(10)，其特征在于，所述冷却孔(50，60)的入口具有等于或宽于该冷却孔的中段的宽度的宽度。
3.根据权利要求1所述的涡轮叶片(10)，其特征在于，所述冷却孔(50，60)定向为相对于所述转子的中心线(90)呈斜角。
4.根据权利要求1所述的涡轮叶片(10)，其特征在于，所述平台(30)包括后部平台(70)，所述冷却孔在所述后部平台(70)处终止，所述后部平台(70)具有面向流径的表面(71)和面向沟腔的表面(72)。
5.根据权利要求4所述的涡轮叶片(10)，其特征在于，所述冷却孔(50，60)在所述面向流径的表面或所述面向沟腔的表面(71，72)中的一个处终止。
6.根据权利要求4所述的涡轮叶片(10)，其特征在于，所述冷却孔(50，60)包括多个冷却孔(50，60)，所述多个冷却孔(50，60)的第一组彼此对齐并在所述面向流径的表面(71)处终止，而所述多个冷却孔(50，60)的第二组彼此对齐并在所述面向沟腔的表面(72)处终止。
7.根据权利要求1所述的涡轮叶片(10)，其特征在于，所述叶轮空间空气(40)被额外的叶轮空间空气(41)的流入和向该叶轮空间空气施加的离心力中的至少一个加压。
8.根据权利要求1所述的涡轮叶片(10)，其特征在于，所述叶轮空间空气(40)通过冲击冷却、对流冷却、传导冷却和薄膜冷却中的一个或多个至少从所述平台(30)去除热量。
9.一种涡轮叶片(10)，包括：
包括柄部主体(21)的柄部(20)，所述柄部主体(21)在该柄部主体(21)中限定了空腔(22)，所述柄部主体(21)能够与转子连接，使得容许具有初压的叶轮空间空气(40)流入所述空腔(22)中；
包括平台主体(31)的平台(30)，所述平台主体(31)联接到所述柄部(20)并在该平台主体(31)中限定了冷却孔(50，60)，所述冷却孔与所述空腔(22)流体地连通，使得容许流入所述空腔(22)内的所述叶轮空间空气(40)能够从所述空腔(22)向所述冷却孔(50，60)输送，并以大于所述初压的第二压力输送通过所述冷却孔(50，60)；以及
从所述平台(30)延伸的后部平台(70)，所述冷却孔(50，60)在所述后部平台处终止，使得所述叶轮空间空气(40)能够排入从所述后部平台(70)基本上沿径向向外限定的涡轮流径(80)和从所述后部平台(70)基本上沿径向向内限定的沟腔(81)中的至少一个中。
10.根据权利要求9所述的涡轮叶片(10)，其特征在于，所述叶轮空间空气(40)通过冲击冷却、对流冷却、传导冷却和薄膜冷却中的一个或多个至少从所述平台(30)中去除热量。
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