CN102444431B - 用于冷却涡轮转子叶片平台区的装置与方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于冷却涡轮转子叶片平台区的装置与方法。具体而言，公开了涡轮转子叶片(100)中的平台(110)冷却构造，该平台冷却构造包括：平台槽口，其形成为穿过压力侧弦面(126)和吸力侧弦面(122)的其中至少一个；可移除地接合的冲击插入件(130)，其将平台(110)分成两个径向叠置的增压室，其中第一增压室(139)位于第二增压室(140)的内侧；高压连接件(148)，其将第一增压室(139)连接至内部冷却通路(116)的高压冷却剂区域；低压连接件(149)，其将第二增压室(140)连接至内部冷却通路(116)的低压冷却剂区域。

Description

用于冷却涡轮转子叶片平台区的装置与方法

技术领域

本申请大体上涉及燃气涡轮发动机，其如本文所使用的那样，并且除非另外明确规定，包括所有类型的燃气涡轮发动机，例如用于发电和飞行器发动机的那些。更具体而言，但不具有限制性，本申请涉及用于冷却涡轮转子叶片平台区的装置、系统和/或方法。

背景技术

燃气涡轮发动机通常包括压缩机、燃烧器和涡轮。压缩机和涡轮通常包括成级地轴向堆叠的成排翼型件或叶片。每个级通常包括成排的沿周向间隔的定子叶片(其为固定的)，以及成组的沿周向间隔的转子叶片(其围绕中心轴线或轴旋转)。在操作中，压缩机中的转子叶片围绕轴旋转以压缩空气流。然后，在燃烧器内使用压缩空气来使供给的燃料燃烧。自燃烧过程产生的热气流膨胀穿过涡轮，这导致转子叶片使轴(转子叶片附接至该轴)旋转。这样，燃料中所包含的能量转变成旋转轴的机械能，该机械能然后例如可用于使发动机的线圈旋转来发电。

参看图1和图2，涡轮转子叶片100通常包括翼型件部分或翼型件102，以及根部部分或根部104。翼型件102可被描述为具有凸形的吸力面105以及凹形的压力面106。翼型件102还可被描述为具有前缘107(其为前边缘)以及后缘108(其为后边缘)。根部104可被描述为具有用于将叶片100附连到转子轴上的结构(如图所示，其通常包括燕尾榫109)、平台110(翼型件102从其延伸)，以及柄部112(其包括燕尾榫109与平台110之间的结构)。

如图所示，平台110可基本上为平坦的。(注意，如本文所使用的“平坦”意指大致或基本为平面的形状。例如，本领域普通技术人员将理解，平台可构造成具有略微弯曲和突出的外侧表面，其中曲率对应于转子叶片的径向位置处的涡轮外周。如本文所使用的这种平台形状被认为是平坦的，因为曲率半径大到足以给予平台平坦的外形。)更具体而言，平台110可具有平坦顶侧113，如图1中所示，该平坦顶侧113可包括沿轴向和沿周向延伸的平坦表面。如图2中所示，平台110可具有平坦下侧114，平坦下侧114也可包括沿轴向和沿周向延伸的平坦表面。平台110的顶侧113和下侧114可形成为使得每一个基本平行于另一个。如图所示，应当理解，平台110通常具有较薄的径向轮廓，即，平台110的顶侧113与下侧114之间具有相对较短的径向距离。

大体上，在涡轮转子叶片100上使用平台110以形成燃气涡轮的热气体通路区段的内部流动通路边界。该平台110还给翼型件102提供结构支撑。在操作中，涡轮的旋转速度引起机械加载，该机械加载造成沿平台110的较高应力区域，当较高应力区域结合高温时，最终会导致形成操作缺陷，例如氧化、蠕变、低周疲劳开裂等。当然，这些缺陷会不利地影响转子叶片100的使用寿命。应当理解，这些恶劣的操作情况(即，遭受热气体通路的极端温度以及与旋转叶片相关的机械加载)在设计耐用持久的转子叶片平台110(其运转良好并且具有成本效益地制造)方面提出很大的挑战。

使平台区110更耐用的一种常用解决方案是在操作期间利用压缩空气或其它冷却剂的流使其冷却，并且多种这类平台设计是公知的。然而，如本领域普通技术人员所认识到的那样，平台区110提出了某些设计挑战，这使其很难以这种方式冷却。很大程度而言，这是由于该区域难用(awkward)的几何形状造成的，因为，如所述的那样，平台110为处于远离转子叶片的中心核心(centralcore)的外围构件，并且通常设计为具有结构可靠但较薄的径向厚度。

为了使冷却剂循环，转子叶片100通常包括一个或多个中空冷却通路116(参见图3、图4和图5)，冷却通路116至少沿径向延伸穿过叶片100的核心，包括穿过根部104和翼型件102。如下文更详细描述的那样，为了增强热交换，这样的冷却通路116可形成为具有蜿蜒通路，该蜿蜒通路盘绕穿过叶片100的中心区域，但其它构造也是可能的。在操作中，冷却剂可经由形成于根部104的内侧部分中的一个或多个入口117进入中心冷却通路。冷却剂可循环穿过叶片100，并且经由形成于翼型件上的出口(未示出)和/或经由形成于根部104中的一个或多个出口(未示出)离开。冷却剂可加压，并且例如可包括加压空气、与水混合的加压空气、蒸汽等。在许多情况下，冷却剂为加压空气，该加压空气转移自发动机的压缩机，但其它来源也是可能的。如下文更详细论述的那样，这些冷却通路通常包括高压冷却剂区域和低压冷却剂区域。高压冷却剂区域通常对应于冷却通道的具有较高冷却剂压力的上游部分，而低压冷却剂区域对应于具有相对较低冷却剂压力的下游部分。

在一些情况下，可将冷却剂从冷却通路116引导到形成于柄部112与相邻转子叶片100的平台110之间的腔体119中。从那里，冷却剂可用于冷却叶片的平台区110，图3中展示了该叶片的常规设计。这种设计通常从其中一个冷却通路116获取空气，并且使用该空气来加压形成于柄部112/平台110之间的腔体119。一旦加压，该腔体119然后将冷却剂供给至冷却通道，冷却通道延伸穿过平台110。在横穿平台110之后，冷却空气可通过形成于平台110的顶侧113中的膜式冷却孔离开腔体。

然而，应当理解，这种常规设计具有若干缺点。首先，冷却回路不是整装在一个部分中，因为冷却回路仅在两个相邻转子叶片100组装好之后才形成。这给安装和预安装流测试增加了较大程度的难度和复杂度。第二缺点在于，形成于相邻转子叶片100之间的腔体119的完整性取决于腔体119的周边密封得怎样。不充分的密封可导致不充分的平台冷却和/或浪费冷却空气。第三缺点是热气体通路的气体可被吸入腔体119或平台自身110的固有风险。如果腔体119在操作期间并未保持在足够高的压力下，则这可能发生。如果腔体119的压力下降到低于热气体通路内的压力，则会将热气体吸入柄部腔体119或平台110自身中，这通常会破坏这些构件，因为它们并不是设计为用以耐受经受热气体通路的情况。

图4和图5示出了用于平台冷却的另一种常规设计。在这种情况下，冷却回路被包含在转子叶片100内，并且不涉及柄部腔体119，如所示的那样。从其中一个冷却通路116获取冷却空气(该冷却通路116延伸穿过叶片110的核心)，并且使冷却空气向后引导穿过形成于平台110内的冷却通道120(即，“平台冷却通道120”)。如由若干箭头所示的那样，冷却空气流过平台冷却通道120，并且通过平台110的后缘121中的出口或从沿吸力侧边缘122设置的出口离开。(注意，在描述或提及矩形平台110的边缘或面时，一旦叶片100安装好后，每一项可基于其相对于翼型件102的吸力面105和压力面106的位置和/或发动机的向前和向后的方向绘出。因此，如本领域普通技术人员将认识到的那样，平台可包括后边缘121、吸力侧边缘122、前边缘124和压力侧边缘126，如图3和图4中所示的那样。此外，吸力侧边缘122和压力侧边缘126通常也被称为“弦面”(slashface)，并且一旦相邻转子叶片100安装好则在其间形成较窄的腔体，该腔体可被称为“弦面腔体”。)

应当理解，图4和图5的常规设计具有优于图3的设计的优点，因为它们不会受到组装或安装条件变化的影响。然而，这种性质的常规设计具有若干限制或缺陷。首先，如图所示，仅单个回路设置在翼型件102的各侧上，并且因此存在对平台110中的不同位置处所使用的冷却空气量具有受限控制的缺点。第二，这种常规设计具有大体上受限的覆盖区域。尽管图5的蜿蜒通路在覆盖度方面是优于图4的改进方案，但平台110内仍存在残留未冷却的死区。第三，为了利用复杂地形成的平台冷却通道120获得良好的覆盖度，制造成本会急剧增加，尤其是具有一定形状的冷却通道需要铸造过程来形成的情况下。第四，这些常规设计通常在使用之后和在冷却剂完全排放之前将冷却剂转储到热气体通路中，这会不利地影响发动机的效率。第五，这种性质的常规设计通常具有较小的柔性。即，通道120形成为平台110的整体部分，并且提供很少的机会或不提供机会来随操作条件变化改变其功能或构造。此外，这些类型的常规设计很难修理或整修。

结果，常规平台冷却设计在一个或多个重要区域有所欠缺。仍然需要有效地和高效地冷却涡轮转子叶片的平台区同时还有成本效益地构建、应用灵活并且耐用的改进的装置、系统及方法。

发明内容

因此，本申请描述了一种用于涡轮转子叶片的平台冷却布置，在一个实施例，该平台冷却布置包括：平台槽口，其形成为穿过压力侧弦面和吸力侧弦面的其中至少一个；可移除地接合的冲击插入件，其将平台分成两个径向叠置的增压室，其中第一增压室处于第二增压室的内侧；高压连接件，其将第一增压室连接至内部冷却通路的高压冷却剂区域；以及，低压连接件，其将第二增压室连接至内部冷却通路的低压冷却剂区域；其中，冲击插入件包括多个冲击开孔。涡轮转子叶片在翼型件与根部之间的对接处可具有平台。该转子叶片可包括形成于其中的内部冷却通路，该内部冷却通路从根部处的与冷却剂源的连接部延伸至平台的至少大致径向高度。在操作中，内部冷却通路可包括高压冷却剂区域和低压冷却剂区域。沿与翼型件的压力侧相符的侧，平台的压力侧可包括从翼型件沿周向延伸至压力侧弦面的顶侧。沿与翼型件的吸力侧相符的侧，平台的吸力侧可包括从翼型件沿周向延伸至吸力侧弦面的顶侧。

在备选实施例中，本申请还描述了一种形成用于涡轮转子叶片的平台冷却布置的方法，该方法包括下列步骤：在平台中形成平台槽口，该平台槽口从形成于压力侧弦面中的口部沿周向延伸；从形成的平台槽口内机械加工高压连接件，该高压连接件将平台槽口内的第一预定位置连接至内部冷却通路的高压冷却剂区域；从形成的平台槽口内机械加工低压连接件，该低压连接件将平台槽口内的第二预定位置连接至内部冷却通路的低压冷却剂区域；形成冲击插入件，该冲击插入件包括多个冲击开孔并且包括预期与平台槽口的大小相对应的预定构造；以及，将冲击插入件安装到平台槽口内。一旦安装好，冲击插入件将平台大致分成两个径向叠置的增压室，其中预冲击冷却剂增压室处于后冲击冷却剂增压室的内侧。涡轮转子叶片在翼型件与根部之间的对接处可具有平台，其中，该转子叶片包括形成于其中的内部冷却通路，内部冷却通路从根部处的与冷却剂源的连接部延伸至平台的至少大致径向高度。在操作中，内部冷却通路包括高压冷却剂区域和低压冷却剂区域，并且，其中，沿与翼型件压力侧相符的侧，平台的压力侧包括从翼型件沿周向延伸至压力侧弦面的顶侧。

在结合附图和所附权利要求理解下面对优选实施例的详细描述后，本申请的这些与其它特征将变得显而易见。

附图说明

通过结合附图仔细研究本发明的示例性实施例的下述更详细的描述，可更完全地理解和认识本发明的这些与其它特征，在附图中：

图1示出了其中可使用本发明的实施例的示例性涡轮转子叶片的透视图；

图2示出了其中可使用本发明的实施例的涡轮转子叶片的下侧视图；

图3示出了具有根据常规设计的冷却系统的相邻涡轮转子叶片的截面图；

图4示出了根据常规设计的具有带内部冷却通道的平台的涡轮转子叶片的顶视图；

图5示出了根据备选常规设计的具有带内部冷却通道的平台的涡轮转子叶片的顶视图；

图6示出了根据本发明的示例性实施例的处于拆开状态的涡轮转子叶片和平台冲击插入件的透视图；

图7示出了根据本发明的示例性实施例的涡轮转子叶片和平台冲击插入件的局部剖开的顶视图；

图8示出了根据本发明的示例性实施例的涡轮转子叶片和平台冲击插入件的局部剖开的侧视图；

图9示出了根据本发明的示例性实施例的涡轮转子叶片和平台冲击插入件的局部剖开的侧视图；

图10示出了根据本发明的示例性实施例的冲击插入件的透视图；

图11示出了根据本发明的备选示例性实施例的冲击插入件的透视图；以及

图12示出了根据本发明的示例性实施例的方法的流程图。

项目清单

100涡轮转子叶片

102翼型件

104根部

105吸力面

106压力面

107前缘

108后缘

109燕尾榫(dovetail)

110平台

112柄部

113平台顶侧

114平台下侧

116内部冷却通路

117入口

119腔体(cavity)

120平台冷却通道

121后边缘

122吸力侧边缘或弦面

124前边缘

126压力侧边缘或弦面

130冲击插入件(impingementinsert)

132冲击开孔(impingementaperture)

134平台槽口

135槽口顶面(slotceiling)

136槽口底面(slotfloor)

137封闭件(closure)

138间隔件

139第一增压室(内侧增压室或预冲击增压室)

140第二增压室(外侧增压室或后冲击增压室)

148高压连接件

149低压连接件

151突出部或切口

154弯曲边缘

155直边缘

具体实施方式

应当理解，经由冷却剂的内部循环而冷却的涡轮叶片通常包括内部冷却通路116，如上文关于若干常规冷却设计所述的那样，内部冷却通路116从根部沿径向向外延伸，穿过平台区，并且进入翼型件。应当理解，本发明的某些实施例可结合常规冷却剂通路使用以便增强主动平台冷却或允许高效的主动平台冷却，并且本发明结合常用设计而论述：内部冷却通路116具有盘绕或蜿蜒的构造。如图7中所示，该蜿蜒通路通常构造成允许冷却剂的单向流动，并且包括促进冷却剂与周围的转子叶片100之间的热交换的特征。在操作中，加压的冷却剂通常为从压缩机放出的压缩空气(但诸如蒸汽这样的其它类型的冷却剂也可结合本发明的实施例使用)，其通过连接部(其形成为穿过根部104)而供给至内部冷却通路116。压力驱动冷却剂穿过内部冷却通路116，并且该冷却剂与周围的壁部对流传热。

当冷却剂移动穿过冷却通路116时，应当理解，其损失压力，其中内部冷却通路116的上游部分中的冷却剂具有高于下游部分中的冷却剂的压力。如下文更详细论述的那样，该压差可用于驱动冷却剂跨过或穿过形成于平台中的冷却通路。应当理解，本发明可用于具有不同构造的内部冷却通路的转子叶片100中，并且不限于具有蜿蜒形式的内部冷却通路。因此，如本文所使用那样，用语“内部冷却通路”或“冷却通路”意指包括任何通路或中空通道(冷却剂可通过其在转子叶片中循环)。如本文所提供的那样，本发明的内部冷却通路116至少延伸至平台110的大致径向高度，并且可包括冷却剂压力相对较高的至少一个区域(其在下文中被称为“高压区”，并且在一些情况下可为蜿蜒通路内的上游区段)，以及冷却剂压力相对较低的至少一个区域(其在下文中被称为“低压区”，并且相对于高压区可为蜿蜒通路内的下游区段)。

通常，常规内部冷却通路116的各种设计对于提供转子叶片100内的某些区域的主动冷却而言是有效的。然而，如本领域中普通技术人员认识到的那样，平台区提出更多挑战。这至少部分地由于平台难用的几何形状造成，即，其较窄的径向高度和其远离转子叶片100的核心或主体的方式。然而，假定其遭受热气体通路的极端温度和较高机械加载，平台的冷却要求相当高。如上文所述，常规平台冷却设计是低效的，因为它们不能解决该区域的特定挑战，其对冷却剂的使用是低效的，和/或制备起来昂贵。

图6至图12提供了本发明的示例性实施例的若干视图。参看图6，提供了根据本发明的一个实施例的涡轮转子叶片100和冲击插入件130的透视图。如图所示，本发明大体上包括安装在涡轮转子叶片100内的可移除冲击插入件130。更具体而言，转子叶片100的平台110可包括平台槽口134，平台槽口134形成为使得冲击插入件130适配在其中。在一个优选实施例中，如图所示，平台槽口134可定位在压力侧边缘或弦面126中，但沿平台110的其它边缘的其它位置也是可能的，例如吸力侧弦面122。平台槽口134可具有矩形形状的口部，并且可被描述为包括外侧表面或顶面135以及内侧表面或底面136。如图所示，口部可构造成使得其在径向方向上相对较薄并且在轴向方向上相对较宽。应当理解，平台槽口134从该口部沿周向延伸到平台110中，从而在其中形成腔体。

平台冲击插入件130可为较薄的平坦盘状/板形状，并且可构造成使得其适配在平台槽口134内，并通常具有与平台槽口134类似的轮廓(即，图7的有利点)。冲击插入件130可包括多个冲击开孔132，下文将更详细描述冲击开孔132的作用。冲击插入件130还可包括间隔件138，间隔件138从外侧表面延伸。此外，可包括包封平台槽口134的口部的封闭件137。如图所示，封闭件137具有平的矩形外表面，一旦冲击插入件130适当地安装在平台槽口134内，其基本覆盖、堵塞或密封平台槽口134的口部。在一些优选实施例中，如下文更详细论述的那样，封闭件137防止冷却剂通过平台槽口134的口部离开叶片100。

平台槽口134的形状可变化。在一个优选实施例中，如图7中更为清楚地示出的那样，平台槽口134可从压力侧弦面或边缘126沿周向延伸。应当理解，在该优选实施例中，平台槽口134随着其从压力侧弦面126朝平台110的中心延伸而变窄。该变窄可大体上对应于形成在翼型件压力面106与平台110的接合处的弯曲轮廓。因此，在轮廓上(即，自图7的有利点的形状)，平台槽口134可具有与翼型件压力面106的弯曲轮廓紧密相关的弯曲的后壁或内壁。对于本领域技术人员显而易见的是，还可使用平台槽口134的其它构造。然而，应当理解，图6至图11的优选实施例有效地解决了较大覆盖区域的冷却要求，该覆盖区域包括平台110内的一些更难冷却的区域。本领域普通技术人员将认识到，其它性能优点和效力也是可能的。

冲击插入件130和平台槽口134可构造成使得，一旦组装好，一对径向叠置的增压室139、140在平台槽口134内形成。更具体而言，如图8中更清楚地示出那样，冲击插入件130大体上平分平台槽口134，使得第一增压室139(其也可被称为“内侧增压室”或“预冲击增压室”)沿冲击插入件130的下侧形成，并且第二增压室140(其也可被称为“外侧增压室”或“后冲击增压室”)沿冲击插入件130的顶侧形成。

如图7和图8中更清楚地示出的那样，可提供两个连接件(高压连接件148和低压连接件149)来以预期方式将内部冷却通路116连接至平台槽口134。尽管未明确指出，但应当理解，下述描述假定内部冷却通路116的上游部分朝向涡轮叶片100的前缘107，并且内部冷却通路116的下游部分朝向涡轮叶片100的后缘108。(尽管通常使用该构造，但其不是实施该发明所必须的，因为可调整平台槽口134和连接件148、149的位置以便适配其它构造。)如图8中所示，在一个优选实施例中，高压连接件148在比低压连接件149更内侧的径向位置处连接至平台槽口134。这样，高压连接件148可构造成用以连接至外侧增压室140，并且低压连接件149可构造成用以连接至内侧增压室139。

图9示出了本发明的另一实施例。在图9中，平台槽口134构造成带有突出部或切口151，该突出部或切口151可围绕其外周支撑冲击插入件130。如图所示，还可包括间隔件138，其用于沿插入件130的中心区域支撑，或者在其它实施例中，可完全移除间隔件138。应当理解，切口151可增强插入件130周围的密封，使得将更多冷却剂引导穿过冲击开孔。如果使用突出部151，应当理解，突出部形成为使得，在发动机的操作期间，离心加载迫使插入件130抵靠突出部151，并且突出部151将构造成使得在此发生时，插入件151备保持在预期位置。

在操作中，冷却剂可在翼型件102的前缘107附近的位置处进入内部冷却通路116，并且在其沿向后的方向蜿蜒流动时交替地径向向外/向内流动穿过内部冷却通路116。如图所示，高压连接件148可构造成使得内部冷却通路116的上游(并且高压)部分与平台槽口134的预定部分(其为内侧增压室139，如所述的那样)流体地连通。并且，低压连接件149可构造成使得内部冷却通路的下游部分与平台槽口134的预定部分(其为外侧增压室140，如所述的那样)流体地连通。

但在某些实施例中，可在优选位置刚性地附连插入件130，在一个优选实施例中，冲击插入件130在组装好时可允许其在平台槽口134中保持自由浮动。即，冲击插入件130定位在平台槽口134中，并且不附连至平台槽口134的任何壁部。然后可使用封闭件137来密封平台槽口134的口部。因此，插入件130可保持在平台槽口134内，但仍允许一些运动。在一个优选实施例中，平台插入件130的轮廓紧密地匹配平台槽口134的轮廓，其中平台插入件130的轮廓只是较小一些。在这种情况下，应当理解，一旦平台插入件130放置在平台槽口134内，则插入件130在其外周以及槽口134的周围壁部(并且在一侧为封闭件137)之间具有较小的间隙。因此，基本防止插入件130沿轴向方向和周向方向的较大运动。在一些实施例中，如图所示，冲击插入件130的径向高度远小于平台槽口134的径向高度。该构造可在径向方向上为插入件130提供一些有限的运动。

封闭件137可经由常规方法密封。可实现其以便将插入件130保持在槽口134中，并且还防止或阻止通过弦面的泄漏和/或冷却剂在该位置处散逸到热气体通路中。应当理解，防止通过压力侧弦面126的泄漏意指流过平台槽口134的基本所有冷却剂被引导回内部冷却通路116中，其可在那里进一步用于冷却叶片100的其它区域或以一些其它方式使用。在备选实施例中，封闭件137可包括有限数目的冲击开孔(未示出)，该冲击开孔引导弦面腔体内的冷却剂的冲击流，该弦面腔体形成于两个安装好的转子叶片之间。

如图10和图11中最清楚地示出的那样，为了提供对平台110的冷却，冲击插入件130通常包括多个冲击开孔132。插入件130的冲击开孔132可布置成多排，但其它构造也是可能的。如图所示，冲击插入件130可包括弯曲边缘154和直边缘155。在本申请的实施例中，弯曲边缘154在形状上可与翼型件102的弯曲轮廓大致相符。成排的冲击开孔132可大致垂直于或倾斜于冲击插入件130的直边缘155。然而，在不背离本申请的范围的情况下，冲击开孔132可以任何其它构造(例如交错的)布置。

应当理解，冲击开孔132可构造成用以对着平台槽口134的顶面135聚集冷却剂的高速冲击流。因为顶面135跨过平台134的相对较窄的部分与平台的顶侧113相对，所以，以此方式来冷却顶面135是冷却平台顶侧113的有效方式，由于平台顶侧113在操作期间直接暴露于热气体通路，其构成所需的区域。如所述的那样，这些冷却剂流由压差驱动，该压差存在于高压连接件148以及低压连接件149连接至内部冷却通路160的位置之间。应当理解，这种冲击冷却可增强流过平台槽口134的冷却剂的冷却效果。在本申请的一个实施例中，冲击开孔132可大致为圆柱形的形状。然而，其它形状的冲击开孔132(例如但不限于立方形、棱形等)也是可能的。此外，冲击开孔132可定向为大致垂直于冲击插入件130的表面。在不脱离本申请的范围的情况下，冲击开孔132还可相对于冲击插入件130的表面倾斜地定向。

如所述的那样，在本申请的一个实施例中，冲击插入件130可包括间隔件138。应当理解，在操作期间，离心加载将迫使插入件130抵靠平台槽口134的顶面135。因此，间隔件138可用于在发动机的操作期间建立第一增压室139与第二增压室140的径向高度。在一个优选实施例中，如图10中所示，间隔件138可包括若干圆柱形突出部。该突出部可具有相同的高度，使得在操作期间第二增压室140的高度跨过平台槽口134相对恒定。应当理解，第二增压室140的高度(即，间隔件138的高度)可基于间隙，顶面135的冲击冷却在该间隙处具有预期传热特性或近似地最大。

在本申请的另一实施例中，如图11中所示，间隔件138可包括凸边，该凸边围绕冲击插入件130的周边延伸。在这种情况下，间隔件138的构造用于增强第一增压室139与第二增压室140之间的分隔或密封，因为在操作中，离心加载迫使凸边138抵靠槽口顶面135。应当理解，这将减少流过该潜在泄漏通路的冷却剂的量，这将减少绕过冲击开孔132的冷却剂的量，并且从而通过迫使更多冷却剂穿过预期路径来改善冷却性能。

在本申请的一个实施例中，第一增压室139可包括与内部冷却通路116的高压区流体连通的至少一个入口或入口通道(其可被称为高压连接件148)。第二增压室140可包括与内部冷却通路116的低压冷却剂区域流体连通的至少一个出口或出口通道(其可被称为低压连接件149)。在本申请的不同实施例中，高压连接件148和/或低压连接件149可通过一种或多种方法制造，例如但不限于机械加工、铸造等。

在操作期间，流过内部冷却通路116的高压冷却剂区域的冷却剂可经由高压连接件148进入第一增压室139。其后，冷却剂可通过冲击开孔132流至第二增压室140，并且通过对着平台槽口134的顶面135撞击而大致执行平台110的冲击冷却。然后，冷却剂可经由低压连接件149离开第二增压室140到内部冷却通路116的低压冷却剂区域。如所述的那样，由于各构件之间的上述功能关系，第一增压室139和第二增压室140还可分别被称为预冲击增压室和后冲击增压室。

本发明还包括以成本效益合算和高效的方式在转子叶片平台区内形成有效的内部冷却通道的新型方法。如图12中所示，作为初始步骤202，可使平台槽口134形成于平台110的压力侧弦面126中。由于平台槽口134的相对不复杂的形状，可使用常规机械加工或简单铸造工艺成本使其成本效益合算地形成。可避免用于更复杂的设计的花费较高的铸造工艺。

在步骤204中，一旦形成平台槽口134，可使用常规机械加工工艺形成高压连接件148和低压连接件149。更具体而言，假定通过形成的平台槽口134提供通路，可利用常规视线(line-of-sight)机械加工工艺或钻孔工艺形成连接件148、149。

单独而言，在步骤206中，可以预期方式制备平台冲击插入件130，其大小和形状预期与上文所述的平台槽口134的大小相关。

在步骤208中，然后可将冲击插入件130安装在平台槽口134内。如所述的那样，在一个优选实施例中，可将冲击插入件130定位在槽口134内但不附接至槽口134的任何壁部，即，插入件130可保持自由浮动。

最后，在步骤210中，可安装封闭件137。这可经由常规方法完成，并且可密封槽口134(如所述的那样)，使得从叶片100的内部冷却通路116流入槽口134的冷却剂返回。

在操作中，本发明的冷却装置可如下作用。流过内部冷却通路116的冷却剂供给的一部分通过高压连接件148进入内侧增压室或预冲击增压室139。冷却剂通过插入件130的冲击开孔132而冲击，并且被引导到外侧增压室或后冲击增压室140中并朝向槽口134的顶面135，冷却剂在那里与平台110对流传热。冷却剂可经由低压连接件149从后冲击增压室140返回到叶片100的内部冷却通路116。这样，本发明的平台冷却布置从内部冷却通路116获取部分冷却剂，使用冷却剂以便从平台110去除热，并且然后使冷却剂回到内部冷却通路116，冷却剂可在那里被进一步使用。

应当理解，本发明提供了这样的机构，燃气涡轮转子叶片的平台区可通过该机构主动冷却。如所述的那样，该区域通常难以冷却，并且(给定该区域的机械负载)是随燃烧温度升高而受到较高危害的位置。因此，这种主动平台冷却是寻求更高燃烧温度、增加输出和更高效率时的重要实现技术。

此外，应当理解，本申请的可移除平台冲击插入件130给现有转子叶片上的冷却布置的重新设计或重新构造或改造或调节提供更大的柔性。即，如果操作情况改变或需要穿过平台区的更大冷却，则平台冲击插入件130允许以成本效益合算并且方便的方式更换穿过平台110的冷却回路。此外，在测试阶段期间，可更换的结构有较大帮助，因为备选设计可更方便地测试。可移除的插入件还允许冲击冷却结构的简化形成。鉴于前文，这种复杂的几何形状必然意味着昂贵的铸造工艺，本申请教导了这样的方法，通过该方法，可通过简单的机械加工和/或简化的铸造工艺形成内部冲击冷却结构。最后，本申请教导了一种方法，通过该方法，可使用并不从平台110自身直接通风至热气体通路的内部通道来冷却平台110。如所述的那样，冷却剂的这种“再循环”通常会提高其使用效率，这提高发动机的效率。

此外，如本文所述，插入件130可在平台槽口134内保持自由浮动，这可提供若干性能优点。首先，该运动可具有缓冲作用，这可用于去除或减少发动机操作期间发生的不期望的振动。此外，如本领域的普通技术人员认识到的那样，组件的自由浮动性质将防止转子叶片中的热致应变，从而降低平台的应力。

如本领域普通技术人员将认识到的那样，上文关于多个示例性实施例描述的许多变化的特征和构造可进一步有选择地应用来形成本发明的其它可能实施例。为了简洁起见并且考虑到本领域普通技术人员的能力，未详细提供或论述所有可能的迭代情况，但被所附权利要求或其它方面包含的所有组合和可能实施例预期是本申请的部分。此外，本领域技术人员可从本发明的多个示例性实施例的上述描述中构思改进、变化和修改。处于本领域的技术内的这些改进、变化和修改也预期被所附权利要求覆盖。此外，显而易见的是，上文仅涉及本发明的所述实施例，并且在不脱离由所附权利要求及其等同物所限定的本申请的精神和范围的情况下，可作出许多变化和修改。

Claims (10)

1.一种涡轮转子叶片(100)中的平台冷却装置，所述涡轮转子叶片(100)在翼型件(102)与根部(104)之间的对接处具有平台(110)，其中，所述转子叶片(100)包括形成于其中的内部冷却通路(116)，所述内部冷却通路(116)从所述根部(104)处的与冷却剂源的连接部延伸至所述平台(110)的径向高度处，其中，在操作中，所述内部冷却通路(116)包括高压冷却剂区域和低压冷却剂区域，并且，其中，沿着与所述翼型件(102)的压力侧(106)相符的侧，所述平台(110)的压力侧包括从所述翼型件(102)沿周向延伸至压力侧弦面(126)的顶侧(113)，并且沿着与所述翼型件(102)的吸力侧(105)相符的侧，所述平台(110)的吸力侧包括从所述翼型件(102)沿周向延伸至吸力侧弦面(122)的顶侧(113)，所述平台冷却装置包括：

平台槽口(134)，所述平台槽口(134)形成为穿过所述压力侧弦面(126)和所述吸力侧弦面(122)的其中至少一个；

可移除地接合的冲击插入件(130)，所述冲击插入件(130)将所述平台(110)分成两个径向叠置的增压室，其中第一增压室(139)位于第二增压室(140)的内侧；

高压连接件(148)，所述高压连接件(148)将所述第一增压室(139)连接至所述内部冷却通路(116)的高压冷却剂区域；以及

低压连接件(149)，所述低压连接件(149)将所述第二增压室(140)连接至所述内部冷却通路(116)的低压冷却剂区域；

其中，所述冲击插入件(130)包括多个冲击开孔(132)。

2.根据权利要求1所述的平台冷却装置，其特征在于：

所述平台(110)包括平行于平坦下侧(114)的平坦顶侧(113)；

所述平台槽口(134)包括邻近所述平台(110)的顶侧(113)的平坦顶面(135)，以及邻近所述平台(110)的下侧(114)的平坦底面(136)；所述平台槽口(134)形成为穿过所述压力侧弦面(126)；

所述冲击插入件(130)包括板结构，所述板结构包括平坦外侧表面和平坦内侧表面；并且

所述冲击开孔(132)从所述外侧表面延伸穿过所述冲击插入件(130)至所述内侧表面，并构造成用以冲击冷却剂流以及对着所述平台槽口(134)的顶面(135)引导所述冲击的冷却剂流。

3.根据权利要求2所述的平台冷却装置，其特征在于，所述高压连接件(148)连接至所述平台槽口(134)的位置包括相对于所述低压连接件(149)连接至所述平台槽口(134)的位置的前方位置；并且

其中，所述平台槽口(134)构造成使得，从沿所述压力侧弦面(126)的口部，所述平台槽口(134)的轴向宽度随所述平台槽口(134)沿周向延伸到所述平台(110)中而变窄。

4.根据权利要求2所述的平台冷却装置，其特征在于，在轮廓上，所述平台槽口(134)的内壁为弯曲的，所述内壁的弯曲轮廓在形状和位置上对应于所述翼型件(102)的压力侧与所述平台(110)相交处的所述翼型件(102)的压力侧的弯曲轮廓；并且

其中，所述内壁包括切口(151)，所述切口(151)构造成使得所述冲击插入件(130)的外周适合地插入其中。

5.根据权利要求4所述的平台冷却装置，其特征在于，所述内壁包括突出部(151)，所述突出部(151)构造成使得，当所述冲击插入件(130)通过操作的离心加载朝所述平台槽口(134)的顶面(135)偏置时，所述突出部(151)接合所述冲击插入件(130)的外周，并且从而保持所述冲击插入件(130)离所述平台槽口(134)的顶面(135)预定的距离；

还包括封闭件(137)，所述封闭件(137)构造成用以密封所述平台槽口(134)的口部，从而使得在操作中，流过所述平台槽口(134)的冷却剂回到所述内部冷却通路(116)中。

6.根据权利要求2所述的平台冷却装置，其特征在于，在所述外侧表面上，所述冲击插入件(130)包括间隔件(138)；

其中，所述间隔件(138)包括从所述外侧表面的表面突出预定长度的一个或多个刚性突出部；并且

其中，当通过操作的离心加载朝所述平台槽口(134)的顶面(135)偏置时，所述间隔件(138)构造成用以保持所述冲击插入件(130)的外侧表面离所述平台槽口(134)的顶面(135)预定的距离。

7.根据权利要求2所述的平台冷却装置，其特征在于，所述冲击插入件(130)在所述平台槽口(134)内自由浮动。

8.一种形成用于涡轮转子叶片(100)的平台冷却装置的方法，所述涡轮转子叶片(100)在翼型件(102)与根部(104)之间的对接处具有平台(110)，其中，所述转子叶片(100)包括形成于其中的内部冷却通路(116)，所述内部冷却通路(116)从所述根部(104)处的与冷却剂源的连接部延伸至所述平台(110)的径向高度处，其中，在操作中，所述内部冷却通路(116)包括高压冷却剂区域和低压冷却剂区域，并且，其中，沿着与所述翼型件(102)的压力侧相符的侧，所述平台(110)的压力侧包括从所述翼型件(102)沿周向延伸至压力侧弦面(126)的顶侧(113)，所述方法包括下列步骤：

在所述平台(110)中形成平台槽口(134)，所述平台槽口(134)从形成于所述压力侧弦面(126)中的口部沿周向延伸；

从所述形成的平台槽口内，机械加工高压连接件(148)，所述高压连接件(148)将所述平台槽口(134)内的第一预定位置连接至所述内部冷却通路(116)的高压冷却剂区域；

从所述形成的平台槽口内，机械加工低压连接件(149)，所述低压连接件(149)将所述平台槽口(134)内的第二预定位置连接至所述内部冷却通路(116)的低压冷却剂区域；和

形成冲击插入件(130)，所述冲击插入件(130)包括多个冲击开孔(132)，并且包括预期与所述平台槽口(134)的大小相对应的预定构造；以及

将所述冲击插入件(130)安装在所述平台槽口(134)内；

其中，一旦安装好，所述冲击插入件(130)将所述平台(110)分成两个径向叠置的增压室，其中预冲击冷却剂增压室位于后冲击冷却剂增压室的内侧。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于：

所述平台槽口(134)内的所述第一预定位置包括所述预冲击冷却剂增压室内的位置；并且

所述平台槽口(134)内的所述第二预定位置包括所述后冲击冷却剂增压室内的位置；

还包括下列步骤：

将所述冲击插入件(130)放置在所述平台槽口(134)中，以便使所述冲击插入件(130)以自由浮动状态位于其中；以及

将封闭件(137)安装在所述平台槽口(134)的口部上。

10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于：

所述冲击插入件(130)包括板结构，所述板结构包括平坦外侧表面和平坦内侧表面；

所述冲击开孔(132)从所述外侧表面延伸通过所述冲击插入件(130)至所述内侧表面，并构造成用以冲击冷却剂以及对着所述平台槽口(134)的顶面(135)引导所述冲击的冷却剂；

在所述外侧表面上，所述冲击插入件(130)包括间隔件(138)，所述间隔件(138)包括从所述外侧表面的表面突出预定长度的一个或多个刚性突出部；以及

当所述冲击插入件(130)通过操作的离心加载朝所述平台槽口(134)的顶面(135)偏置时，所述间隔件(138)构造成用以保持所述冲击插入件(130)的外侧表面离所述平台槽口(134)的顶面(135)预定的距离。