CN102852563A - 平台冷却通道以及在涡轮机转子叶片中产生该通道的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及平台冷却通道以及在涡轮机转子叶片中产生该通道的方法，具体而言，涉及一种用来在涡轮机转子叶片中产生平台冷却通道的方法，其中涡轮机转子叶片包括在翼型件和根部之间界面处的平台，其中平台包括沿着外表面的平台顶面。该方法可以包括如下步骤：沿着平台顶面形成凹进区域；形成盖板；以及附着盖板到平台顶面。盖板可以构造为对应于凹进区域的形状，使得当以理想方式附着到平台顶面时，盖板充分封闭凹进区域以在其中形成平台冷却通道。

Description

平台冷却通道以及在涡轮机转子叶片中产生该通道的方法

技术领域

本申请总体涉及燃烧涡轮发动机，其如这里使用且除非另外特别规定的，包括所有类型的燃烧涡轮发动机，例如在发电和航空发动机中使用的那些燃烧涡轮发动机。更具体地，但并非作为限制，本申请涉及用于冷却涡轮机转子叶片的平台区域的设备、系统和/或方法。

背景技术

燃气轮机发动机典型地包括压缩机、燃烧器以及涡轮机。压缩机和涡轮机通常包括分级轴向堆叠的成排的翼型件或叶片。每级典型地包括一排周向间隔的固定的定子叶片，以及一组周向间隔的绕中心轴线或轴旋转的转子叶片。运行期间，压缩机中的转子叶片绕轴旋转，以压缩空气流。然后压缩空气被使用在燃烧器中以燃烧提供的燃料。由压缩过程导致的热气流被通过涡轮机膨胀，这引起转子叶片旋转它们附着的轴。如此，燃料中包含的能量转换为旋转轴的机械能，其然后，例如，可以用于旋转发电机的线圈用于发电。

参考图1和2，涡轮机转子叶片100通常包括翼型件部分或者翼型件102以及根部分或者根部104。翼型件102可以被描述为具有凸起的吸力面105和凹入的压力面106。翼型件102还可以被描述为具有为前边的前缘107、以及为后边的后缘108。根部104可以被描述为具有用于附着叶片100到转子轴的结构(如图所示，典型地包括燕尾榫109)、从其延伸翼型件102的平台110、以及柄部112，其包括在燕尾榫109和平台110之间的结构。

如图所示，平台110可以大体是平的。更具体地，平台110可以具有平的顶面113，如图1所示，顶面113可以包括轴向和周向延伸的平坦表面。如图2所示，平台110可以具有平的底面114，其也可以包括轴向和周向延伸的平坦表面。平台110的顶面113和底面114可以形成为使得每个大体平行于彼此。如所述，将意识到平台110典型地具有薄的径向剖面，即在平台110的顶面113和底面114之间具有相对短的径向距离。

通常，平台110用在涡轮机转子叶片100上以形成燃气轮机的热气路径部分的内部流动路径边界。平台110还提供用于翼型件102的结构支撑。在运行期间，涡轮机的旋转速度引发机械负载，其产生沿着平台110的高应力区域，当结合高温时，最终引起形成运行缺陷，例如氧化、蠕变、低循环疲劳裂缝等等。当然，这些缺陷负面地影响了转子叶片100的使用寿命。将意识到这些苛刻的运行条件，即热气路径暴露于极端温度下以及与旋转叶片相关的机械负荷，产生了在设计不仅运行良好且生产节省成本的耐用的、长久持续的转子叶片平台110方面的相当大的挑战。

使得平台区域110更耐用的一个通常的方案是，使用运行期间的压缩空气或者其它冷却剂的流来冷却，许多这些类型的平台设计都是公知的。然而，一个本领域普通技术人员将意识到，平台区域110存在某些设计难题，使其很难以这种方式冷却。很大部分上，这是由于这个区域的不便的几何形状，由于，如所述，平台110是外围部件，其位于远离转子叶片的中心部分的位置，且典型地设计为具有结构上合理但是薄的径向厚度。

为了循环冷却剂，转子叶片100典型地包括一个或多个空的内部冷却通道116(参见图3、4、5和9)，该通道116最小化地径向延伸通过叶片100的核心，包括通过根部104和翼型件102。如下面将更详细地描述的那样，为了增加热交换，这种内部冷却通道116可以形成为具有蜿蜒路径，其缠绕通过叶片100的中心区域，但其它结构是可能的。在运行期间，冷却剂可以通过形成在根部104的内侧部分中的一个或者多个入口117进入中间内部冷却通道。冷却剂可以通过叶片100循环，并且通过形成在翼型件中的出口(未示出)和/或通过形成在根部104中的一个或者多个出口(未示出)离开。冷却剂可以被加压，并且例如可以包括增压空气，混合有水、蒸汽的增压空气等。在许多情况下，冷却剂是压缩空气，其从发动机的压缩机转向，尽管其它源也是可能的。如下面更详细讨论的那样，这些内部冷却通道典型地包括高压冷却剂区域和低压冷却剂区域。高压冷却剂区域典型地对应于具有较高冷却剂压力的内部冷却通道的上游部分，而低压冷却剂区域对应于具有相对较低的冷却剂压力的下游部分。

在一些情况下，冷却剂可以从内部冷却通道116引入空腔119，该空腔形成在相邻转子叶片100的柄部112和平台110之间。从那里，冷却剂可以用于冷却叶片的平台区域110，图3中示出了传统的设计。这种设计典型地从其中一个内部冷却通道116提取空气，并且使用空气来对形成在柄部112/平台110之间的空腔119加压。一旦加压，这个空腔119然后提供冷却剂到延伸通过平台110的冷却通道。在通过平台110之后，冷却空气可以通过形成在平台110的顶面113中的薄膜冷却孔而离开空腔。

然而，将意识到，这种类型的传统设计具有几个缺点。首先，冷却回路没有以一个部件而独立，冷却回路只是在组装两个相邻的转子叶片100之后形成。这给安装和预安装流动测试增加了大量的难度和复杂性。第二个缺点是，形成在相邻转子叶片100之间的空腔119的完整性依赖于空腔119的周边密封得怎么样。密封不充分可能导致平台冷却不充分和/或浪费冷却空气。第三个缺点是固有的风险，热气路径气体可能被摄入空腔119内或者平台110自身中。如果空腔119在运行期间不维持在充分高压下则可能发生此状况。如果空腔119的压力降至热气路径内的压力之下，热气将被摄入柄部空腔119或者平台110自身，由于它们没有设计为承受暴露于热气路径条件，这典型地损坏这些部件。

图4和5示出了另一种类型的用于平台冷却的传统设计。在此情况下，冷却回路包含在转子叶片100内并且不包含柄部空腔119，如所绘的那样。冷却空气从其中一个内部冷却通道116抽出，并且向后引导通过形成在平台110中的冷却通道120(即，“平台冷却通道120”)，内部冷却通道116延伸通过叶片110的核心。如几个箭头所示，冷却空气流动通过平台冷却通道120，并且通过平台110的后边121中的出口，或者从沿着吸力侧边122设置的出口离开。(注意，在描述或者提及矩形平台110的边或者面时，一旦安装了叶片100，则每个均可以基于其关于翼型件102的吸力面105和压力面106和/或发动机的前和后方向的位置而描绘。因而，一个本领域普通技术人员将意识到，平台可以包括后边121、吸力侧边122、前边124和压力侧边126，如图3和4所示。此外，吸力侧边122和压力侧边126也通常称为“斜面”，一旦相邻的转子叶片100被安装，形成在其间的狭窄空腔可被称为“斜面空腔”。)

将意识到，图4和5的传统设计具有超过图3的设计的优点，因为它们不受组装或者安装条件变化的影响。然而，这一类的传统设计具有几个限制或者缺陷。首先，如图所示，在翼型件102的每侧上仅提供单循环，因此，缺点是：具有在平台110中的不同位置处使用的冷却空气的量的有限控制。第二，这种类型的传统设计具有通常有限的作用范围。虽然图5的蜿蜒路径对于图4是在覆盖方面的改进，但是在平台110内仍然有保持未冷却的死区。第三，为了用杂乱形成的平台冷却通道120获得更好的覆盖，极大地增加了生产成本，尤其是如果冷却通道具有要求铸造工艺形成的形状。第四，在使用之后且冷却剂被完全耗尽之前，这些传统的设计典型地将冷却剂倾卸到热气路径中，其负面地影响了发动机的效率。第五，这一类传统设计通常几乎没有适应性。也就是说，通道120形成为平台110的整体部分，并且当操作条件改变时提供很少的机会或者没有机会改变它们的功能或者结构。此外，这些类型的传统设计很难修复或者整修。

因此，传统的平台冷却设计缺少一个或者多个重要区域。对于改进的设备、系统以及方法存在需求，其有效且高效地冷却涡轮机转子叶片的平台区域，同时还是建造经济划算、应用灵活且耐用的。

发明内容

因此本申请描述了一种用来在涡轮机转子叶片中产生平台冷却通道的方法，其中涡轮机转子叶片包括在翼型和根部之间界面处的平台，其中平台包括沿着外表面的平台顶面。所述方法包括如下步骤：沿着平台顶面形成凹进区域；形成盖板；以及附着盖板到平台顶面。盖板可以构造为对应于凹进区域的形状，使得当以理想方式附着到平台顶面时，盖板充分封闭凹进区域以在其中形成平台冷却通道。

本发明还描述了一种涡轮机转子叶片中的平台冷却通道，涡轮机转子叶片具有在翼型件和根部之间界面处的平台。平台可以包括沿着外表面的平台顶面。平台冷却通道可以包括：形成通过平台顶面的通路；以及盖板，其包括与平台非一体形成的部件，其附着到平台顶面。通路可以包括入口和出口，通过入口，在运行中，冷却剂进入平台冷却通道，通过出口，在运行中，冷却剂离开平台冷却通道。通路可以包括流体引导结构。流体引导结构可以是与平台一体形成的部件。盖板可以构造为对应于通路的形状，使得当以理想方式附着时，盖板充分封闭通路以形成平台冷却通道。

在结合附图和所附权利要求查看下面的优选实施例的详细描述时，本申请的这些和其它特征将变得显而易见。

附图说明

结合附图，通过仔细研究下面的本发明的具体实施方式的更详细的描述，本发明的这些和其它特征将被更完全地理解和领会，其中：

图1示出了其中可以采用本发明实施例的示例涡轮机转子叶片的透视图；

图2示出了其中可以使用本发明实施例的涡轮机转子叶片的下视图；

图3示出了根据传统设计的具有冷却系统的相邻涡轮机转子叶片的截面图；

图4示出了根据传统设计的具有带内部冷却通道的平台的涡轮机转子叶片的顶视图；

图5示出了根据备选传统设计的具有带内部冷却通道的平台的涡轮机转子叶片的顶视图；

图6是根据本申请的实施例，具有可以更改的示例平台结构的涡轮机转子叶片的透视图；

图7是根据本申请的示例实施例，在已经改装平台顶面之后的图6的涡轮机转子叶片的透视图；

图8是一旦依照本申请的盖板附着到图7的转子叶片的平台顶面后而形成的平台冷却通道的横断面视图；

图9是依照本申请的盖板附着到平台顶面之后图7的透视图；

图10是根据本申请的备选实施例，在平台顶面已经被改装之后，图6的涡轮机转子叶片的透视图；

图11是一旦依照本申请的盖板附着到图10的转子叶片的平台顶面后而形成的平台冷却通道的横断面视图；

图12是盖板的备选实施例的横断面视图，其中流体引导结构整体结合到盖板上；

图13是盖板的备选实施例的横断面视图，其中流体引导结构不是盖板或者平台的一体结合部件；

图14是根据本申请的备选实施例的具有蜿蜒冷却通道(在盖板附着到平台之前)的平台的透视图；

图15是图12的平台的顶视图，根据本申请的备选实施例，还示范了高压连接器和低压连接器的结合；以及

图16是根据本申请的实施例的形成平台冷却装置的示例方法。

部件列表

100涡轮机转子叶片

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

110平台

112柄部

113平台顶面

114平台底面

116冷却通道

117入口

119空腔

120平台冷却通道

121后边

122吸力侧边或者斜面

124前边

126压力侧边或者斜面

132现有冷却剂出口

133凹进区域

135流体引导结构

136平台冷却通道

137盖板

139入口

141出口

142台阶

143柱塞

144唇部

145插入件

148高压连接器

149低压连接器

151斜面孔

具体实施方式

通常，在提供有效冷却到转子叶片内的某些区域方面，传统内部冷却通道的各种设计是有效地。然而，如本领域的一个普通技术人员将意识到的，平台区域是如此冷却的一个富有挑战的区域。这至少部分地是因为平台的难以处理的几何形状，即，它狭窄的径向高度和它的远离转子叶片的核心或主体突出的方式。然而，假设它暴露于热气路径的极端温度和高机械负荷下，则平台的冷却需求是值得考虑的。如上所述，传统的平台冷却设计是低效的，因为它们不能解决该区域的特定冷却需求，它们的冷却剂使用效率低、和/或制造昂贵。

再次参考附图，图6提供了具有示例平台构造的涡轮机转子叶片100的透视图，其如图7-9所示，可以根据本申请示例实施例做出修改。根据某些实施例，本发明包括用于形成或者加工涡轮机转子叶片100中的平台冷却通道的方法。图6示出了涡轮机转子叶片100，其在翼型件102和根部104之间的分界面处具有平台110。沿着外表面，平台110可以包括顶面113，其是大体平坦的。和许多传统平台冷却策略典型的那样，平台顶面113可以包括多个之前存在的冷却剂出口132。将意识到，之前存在的冷却剂出口132可以连接内部冷却剂供给，并且用作用于冷却剂的出口位置，在运行期间，冷却剂循环通过平台110的内部。这种类型的冷却策略冷却了平台110的内部，并给平台顶面113提供了薄膜冷却的益处。

根据本发明的实施例，图6的平台110可以被修改为使得它的冷却性能被修正和/或改进。图7是根据本申请的示例实施例，在已经改装平台顶面113之后图6的涡轮机转子叶片100的透视图。如图所示，依照示例实施例，形成了沿着平台顶面113的凹进区域133。在这个示例实施例中的凹进区域133位于与翼型件102的压力面106一致的平台110的侧面上。凹进区域133大约在翼型件102的底部到平台110的压力侧边126之间延伸。在本申请的实施例中，凹进区域133可以通过一个或者多个加工方法形成，例如但不限于，机械加工、铸造等。在优选实施例中，凹进区域133被机械加工到平台顶面113中。如下更详细地描述的，此过程可以用于改装现有的或者已使用的涡轮机转子叶片的平台冷却空腔。那些本领域普通技术人员将意识到，传统上，这种改造需要制造新的涡轮机转子叶片组或者昂贵且耗时的制造过程。然而，按照本申请的优选实施例，通过简单的加工过程可能达成同样的效果。更具体地，通过传统的加工过程，可将凹进区域133形成为包括流体引导结构135，当冷却剂在运行期间通过凹进区域时，流体引导结构135以理想的方式引导冷却。

如图8的横截面视图所示，本发明的实施例，包括盖板137和/或附着盖板137在凹进区域133上。以这种方式，根据本申请，形成了平台冷却通道136。将意识到，本发明包括步骤，其中形成了具有预定尺寸的盖板137，然后盖板137在预定位置上被附着到平台顶面113。盖板137可以由任何适合的材料制成，例如钢、陶瓷或者适合涡轮机发动机内的环境的其它传统材料。在示例实施例中，盖板137构造为对应于凹进区域133的形状，使得一旦盖板137以理想方式附着到平台顶面113，盖板137即充分地封闭凹进区域133以形成具有预定构造的平台冷却通道136。如下面更详细地讨论的那样，该方法还可以包括形成入口139以及形成出口141，在运行期间，冷却剂通过该入口139进入平台冷却通道136，且在运行期间，冷却剂通过该出口141离开平台冷却通道136。

在某些优选实施例中，在其中形成凹进区域133的加工过程期间，形成流体引导结构135。如所述的那样，形成凹进区域133的步骤可以包括传统加工过程，其从平台顶面113移除期望数量的材料。在示例实施例中，形成流体引导结构135的步骤包括，以此类方式加工凹进区域133的步骤，该方式允许平台110的某些预定部分保持完整，使得完整部分形成分隔空间的壁，并且在运行时，引导流体流过其中。将意识到，在这种情况下，流体引导结构135包括与平台110一体的部件。

一旦盖板137附着到平台顶面113，形成的平台冷却通道136内的平台的外部径向表面可被描述为平台冷却通道136的底板。类似的，盖板137的内部径向表面可以被描述为平台冷却通道136的顶板。在某些示例实施例中，流体引导结构135包括分隔壁，其大致从平台冷却通道136的底板延伸到顶板。如图7中所示，为了增强冷却，流体引导结构可以构造为限定通过平台冷却通道136的盘绕路径。将意识到，盘绕路径构造为流体地连接入口139和出口141。

如图所示，根据本发明的平台冷却通道136可以形成在平台110的侧面上，其与翼型件102的压力侧106一致。因此，在剖面中，盖板137的优选实施例包括曲线边，其大约与翼型件102的压力侧106的曲线轮廓的形状一致(即，其中翼型件102的压力侧106连接平台110)。盖板137的直边可以大约与平台110的压力侧边126的形状一致。

盖板137可以使用各种传统的技术附着到平台顶面113。在某些实施例中，盖板137可拆卸地连接到平台110。如这里使用的，这种连接意味着包括可以合理反转的任何连接，使得盖板137可以以这样的方式从平台110移除，该方式允许盖板137和/或转子叶片100被重新使用。在此说明书中可以包括多种附着方法，例如，可以包括某些类型的焊接、铜焊、粘合剂、机械保持等。作为附着盖板137的部分，还可采用传统步骤来密封形成的平台冷却通道136，使得不会发生不希望的泄漏。即，平台冷却通道136可以被密封，使得冷却剂以理想的方式进入和离开(即，通过入口139和出口141)。在某些实施例中，它们在下面更详细地描述，密封导致闭合的冷却剂回路，其引导冷却剂到转子叶片100的另一个区域。如此，冷却剂可以循环通过涡轮机叶片100的其它部分。那些本领域普通技术人员将意识到，出于这个目的，任何传统的密封装置都可以用在盖板137和平台顶面113之间。例如，可以使用机械垫片、化学密封剂等。

在示例实施方式中，盖板137和凹进区域133形成为使得，一旦附着，盖板137的外径向表面相对于环绕盖板137的平台顶面113大约齐平定位。在某些优选实施例中，凹进区域133可以形成为包括台阶142。如图所示，台阶142在示例实施例中可以沿着凹进区域133的外边缘设置。台阶142可以构造为在凹进区域133内将盖板137支撑在理想径向高度处。在示例实施例中，理想径向位置包括一个位置，在该位置上获得了在平台冷却通道136的底板和顶板之间的预定间隙。理想径向位置还可以包括一个位置，在该位置上盖板137的外径向表面相对于环绕盖板137的平台顶面113的表面大约齐平定位。

将意识到，本发明的实施例可以用于整修现有的或者已使用的涡轮机转子叶片100，如这里使用的，可以包括修正最初被设计为具有不同的内部冷却通道构造的任何涡轮机转子叶片100。如此，预先构造的涡轮机转子叶片100可以被修改为包括增强的或者修正的活动冷却特征和性能。将意识到，这里描述的该方法可以用于有效地且经济地达成此目的。

例如，现有涡轮机转子叶片100的平台顶面113可以具有现有的冷却剂出口132。本发明的示例实施例包括方法，通过这些方法这些特征可以有效地结合到修改的内部冷却通道设计中。在此类示例中，凹进区域133可以构造为包括平台顶面113上的位置，该位置与现有冷却剂出口132的至少一部分的位置重叠。凹进区域133和盖板137然后可以如此形成，使得现有冷却剂出口132通向最终的平台冷却通道136，如图7中所示。更具体地，具有现有冷却剂出口132的区域可以被机械加工，使得之前的出口的径向高度减少，从而允许在新形成的入口139和盖板137之间存在间隙(即，一旦盖板137被安装即封闭平台冷却通道136)。将意识到，如此，入口139可以由之前的出口产生，使得在运行中，先前通过之前的出口离开涡轮机转子叶片10的冷却剂现在通过新形成的入口139流入平台冷却通道136中。

在某些优选实施例中，通过盖板137可以形成一个或者更多出口141。可以在预定位置通过盖板137形成孔，从而形成这种出口141。如此，一旦附着盖板137，出口141即提供了用于流动通过平台冷却通道136的所有或者部分冷却剂的离开位置。出口141的尺寸可设置成使得一旦冷却剂沿着平台顶面113释放，就可以提供通过平台冷却通道136的理想流动特性、冷却剂的有效计量、和/或理想的薄膜冷却特性。如图7中所示，流体引导结构135可以构造为限定通过凹进区域133的盘绕路径。盘绕路径可以构造为在迂回路线上从入口139到出口141引导冷却剂，从而增强了提供给平台110的冷却。

如图7中进一步所示，一些现有的冷却剂出口132可以塞有柱塞143。柱塞143构造为通过阻塞所有或者部分出口而阻止或者限制冷却剂从出口132的流动。在一些实施例中，柱塞143可以以更好地符合平台110的新冷却布置的方式用于引导流体。如图7和9所示，在一个实施例中，柱塞143用于堵塞现有的冷却剂出口132，使得冷却剂被转向保持开放的其它现有冷却剂出口132。在优选实施例中，保持未被堵塞的现有冷却剂出口132可以是那些与平台冷却通道136的预定上游端的位置相符的冷却剂出口。然而，那些被堵塞的现有冷却剂出口132可以是那些与平台冷却通道136的预定下游位置相符的冷却剂出口。这样，通过盖板137形成的出口141可以在靠近堵塞的现有冷却剂出口132所处之处的位置处。如此，之前在此位置发生的薄膜冷却在运行期间继续发生。将意识到，图9示出了这种类型的构造，其提供了依照本申请的盖板137附着到平台顶面113之后图7的转子叶片的透视图。

图10是依照本申请备选实施例的在平台顶面113已经改造后图6的涡轮机转子叶片的透视图。凹进区域133也形成在翼型件102的压力侧106上，但是，在该情况下，凹进区域133形成有较小的底座，其将冷却朝向平台110的边缘集中。图11提供了平台冷却通道136的横截面视图，一旦盖板137附着到平台顶面113上，即形成平台冷却通道136。提供图10和11来示出可以怎样应用本发明的实施例，以形成不同构造的平台冷却通道136。将意识到，图10和11的实施例可以使用如以上关于图7-9的实施例所述相同的过程而实现。还将意识到，以上关于图7-9所述的不同变化可以以类似的方式用于本发明的具有不同构造的平台冷却通道的实施例中。即，本发明不限于这两个备选的实施例，其仅是意图示出优选实施例的示例。

在图11中，将意识到，盖板137包括唇部144，其用于沿着平台110的压力侧边126封闭平台冷却通道136。图11还描绘了流体引导结构135，其与平台110一体，如上所述，当环绕这些区域的区域被加工掉时，该流体引导结构135可以通过允许平台110的某些区域保持不动而形成。在备选实施例中，将意识到，流体引导结构135还可以形成为与盖板137一体的部件。在图12的示意性横截面视图中提供了包括一体的流体引导结构135的盖板137的示例。在此情况下，形成盖板137的步骤可以包括将流体引导结构135形成为从盖板137的内部径向侧边突出的一体部件。如前所述，流体引导结构135可以构造为分隔壁，在盖板137的安装基础上，从凹进区域133的底板延伸到顶板。

在另一个备选实施例中，流体引导结构135可以形成为对于盖板137和平台110两者的非整体部件，图13中提供了图示。在此情况下，流体引导结构135可以形成为插入件145，其通过传统手段附着到盖板137或者平台110上。备选地，插入件145可以既不刚性地附着到盖板137上，也不刚性地附着到平台110上，但是形成为适合地安装在平台冷却通道136内，使得在运行期间基本保持它的位置。图13是此类实施例的横截面视图。因此，本发明的方法从而可以还包括，在盖板137附着到平台顶面之前，安装插入件145在凹进区域133内的步骤。插入件145可以构造为依照预定尺寸，使得其以理想的方式安装在平台冷却通道136内。在安装时，插入件145可以构造为形成分隔壁，其形成通过平台冷却通道136的盘绕路径。

图14是根据另一个备选实施例的平台110上的凹进区域133的透视图(其描绘了在盖板137被附着以封闭凹进区域133且形成平台冷却通道136之前)。在此示例中，凹进区域133形成为平台顶面113中的蜿蜒通道。图15提供了相同示例实施例的顶视图，其更清楚地示出了高压连接器148和低压连接器149可以怎样结合到实施例中，使得获得运行益处。

将意识到，通过冷却剂的内部循环而冷却的涡轮机叶片典型地包括内部冷却通道116，其从根部径向向外延伸、通过平台区域、进入翼型件，如关于若干传统冷却设计以上所述。本发明的某些实施例可以与这种类型的内部冷却通道116结合使用，以增强或者使能有效的主动平台冷却。结合公知设计讨论图14和15的示例实施例，其包括具有盘绕或者蜿蜒构造的内部冷却通道116。蜿蜒路径典型地构造为允许冷却剂单向流动，并且包括促进冷却剂和周围转子叶片100之间的热交换的特征。在运行中，加压的冷却剂，其典型地是从压缩机流出的压缩空气(尽管其它类型的冷却剂，例如蒸汽，也可以与本发明的实施例一起使用)，通过贯穿根部104形成的连接被提供到内部冷却通道116。压力驱动冷却剂通过内部冷却通道116，并且冷却剂使来自周围的壁的热量对流。

当冷却剂移动通过内部冷却通道116时，将意识到存在压力损失。因此，内部冷却通道116的上游部分中的冷却剂具有比下游部分中的冷却剂高的压力。此压力差可以用于驱动冷却剂通过或者穿过平台中形成的内部冷却通道，同时也回收冷却剂用于下游使用。将意识到，本发明可以用于具有不同构造的内部冷却通道的转子叶片100中，并且不限于具有蜿蜒形式的内部冷却通道。因此，如这里使用的，术语“内部冷却通道”意味着包括任何通道或者空的管道，通过通道或者空的管道，冷却剂可以在转子叶片中循环。如这里提供的，本发明的内部冷却通道116延伸到平台116的至少大约径向高度，并且可以包括至少一个相对较高的冷却剂压力的区域(下文中，称为“高压区域”以及，在一些情况下，可以是蜿蜒通道内的上游部分)和至少一个相对较低的冷却剂压力的区域(下文中，称为“低压区域”以及相对于高压区域，可以是蜿蜒通道内的下游部分)。

因此，本发明的实施例包括通过机械加工高压连接器148形成入口139。高压连接器148可以包括允许其连接平台冷却通道136的上游端到内部冷却通道116的高压冷却剂区域的构造，如图15所示。此外，形成出口141的步骤可以包括机械加工低压连接器149。低压连接器149可以包括使得其连接平台冷却通道136的下游端到内部冷却通道116的低压冷却剂区域的构造，如图15所示。高压连接器148和低压连接器149的形成可以通过形成凹进区域133提供的入口而简化。即，从凹进区域133的内侧，机械加工高压和低压连接器148、149，可以通过瞄准线工艺实施，这是有效且经济的。因而，在形成凹进区域133的至少第一预定部分之后，可以完成形成高压连接器148的步骤，并且对高压连接器149的机械加工可以包括在凹进区域133的第一预定部分内的初始位置。在形成凹进区域133的至少第二预定部分之后，可以完成形成低压连接器的步骤，并且对低压连接器的机械加工可以包括在凹进区域133的第二预定部分内的初始位置。将意识到，对于此类实施例，入口139、出口141和平台冷却剂通道136可以构造为使得冷却剂不从转子叶片的平台区域释放。相反地，冷却剂可以流动通过平台冷却通道136，并且回到内部冷却通道116，在那里冷却剂可以被进一步利用。因此，附着盖板137到平台顶面113的步骤可以包括密封盖板137和平台顶面113之间的界面，使得在运行中，冷却剂仅基本通过出口141离开平台冷却通道136。

在另一种变型中，图14描绘了一个示例，平台冷却通道可以构造为释放斜面凹腔内的少量冷却剂(即，两个相邻转子叶片的平台之间形成的凹腔)。在该情况下，较小通道可以被机械加工到平台110中，其从平台冷却通道136延伸到斜面126处的出口。一旦附上盖板137，将意识到，即产生了斜面出口或者孔151。如一个本领域普通技术人员将意识到的，斜面孔151可以构造为具有流动区域，其引导冷却剂的撞击流进入斜面凹腔。由于这是很难冷却的区域，可通过其形成斜面孔151该有效方法将导致减少的制造成本。斜面孔151可以构造为具有计量流过其中的流量的流动区域，使得在平台的其它区域中保持理想的流量水平。

本领域普通技术人员将意识到，本发明的平台冷却通道可以用于使用新平台冷却策略来有效地翻新现有的涡轮机转子叶片。而且，本发明的平台冷却通道136可以构造为利用涡轮机转子叶片110的现有内部冷却通道116，其以各种方式提供了翻新现有叶片的灵活性。一旦评价性能或者修改操作标准，本发明的平台冷却通道136还可以有效地改变或者调整。也就是说，盖板137、凹进区域133以及流体引导结构135的各个方面可以被改变以优化平台110的冷却或者满足改变的需要。因此，平台冷却通道136可以是特制的，以适合各种涡轮机转子叶片构造、条件以及冷却需求。此外，考虑到所使用的简单的加工工艺，本发明的平台冷却通道136可以被经济有效地加工。此外，盖板137可以独立于涡轮机转子叶片100的各个部件而被加工，这也减少了加工过程的成本和复杂性。

图16示出了根据本申请的实施例的，产生平台冷却通道136的示例方法的流程图200。将意识到，此方法包括上述一些步骤，但是仅是示例，因为其它的实施例和步骤是可能的。流程图200可以开始于步骤202，其中，凹进区域133在预定位置被加工在平台顶面113中。在某些实施例中，凹进区域133的优选位置是翼型件102的压力侧126。凹进区域133的形成可以包括流体引导结构135的形成。

在步骤204中，可以形成高压连接器148和低压连接器149。高压连接器148可以具有预定构造和位置，使得其连接内部冷却通道116的高压冷却剂区域到平台冷却通道136的上游端的最终位置。同样地，低压连接器149可以具有预定构造和位置，使得其连接内部冷却通道116的低压冷却剂区域到平台冷却通道136的下游端的最终位置。将意识到，可以使用相对便宜的加工过程完成连接器148、149的形成，特别是考虑到一旦完成凹进区域133的形成(在附着盖板137之前)，到叶片100的相对区域的通路是可用的。

在步骤206中，可以根据期望的规格构造盖板137。将意识到，单独建造盖板137简化了加工过程。

在步骤208中，盖板137可以附着到平台顶面113上，从而形成平台冷却通道136。最后，在步骤210中，可以使用附加步骤密封形成的平台冷却通道136。如所述的，密封平台冷却通道136和连接使得连接器148、149可以充分地导致在高压连接器148和低压连接器149之间的封闭冷却剂回路。与上面描述一致的其它步骤也是可能的。

本领域普通技术人员将意识到，相对于若干示例实施例所述的许多不同的特征和构造还可以被选择性地应用于形成本发明的其它可能的实施例。为了简化并且考虑本领域普通技术人员的能力，没有提供或者详细地讨论所有可能的迭代，尽管所附权利要求涵盖的所有结合和可能的实施例或其他都意图是本申请的一部分。此外，从上述本发明的几个示例实施例的描述，那些本领域技术人员将认识到改进、改变和修改。在本领域范围内的这些改进、改变和修改也意图由所附的权利要求所涵盖。而且，显而易见的是，前面描述仅涉及本申请描述的实施例，在不脱离通过所附权利要求和其等价内容所限定的本申请的精神和范围的情况下，可以做出各种改变和修正。

Claims (24)

1.一种用于在涡轮机转子叶片中产生平台冷却通道的方法，其中所述涡轮机转子叶片包括在翼型件和根部之间界面处的平台，其中所述平台包括沿着外表面的平台顶面，所述方法包括如下步骤：

沿着所述平台顶面形成凹进区域；

形成盖板；以及

附着所述盖板到所述平台顶面；

其中所述盖板构造为对应于所述凹进区域的形状，使得当以理想方式附着到所述平台顶面时，所述盖板充分封闭所述凹进区域以在其中形成所述平台冷却通道。

2.根据权利要求1所述的方法，还包括如下步骤：

形成入口，在运行中冷却剂通过所述入口进入所述平台冷却通道；

形成出口，在运行中冷却剂通过所述出口离开所述平台冷却通道；以及

在所述平台冷却通道内形成流体引导结构；

其中，一旦所述盖板附着到所述平台顶面，所述平台冷却通道区域内的平台的外径向表面即包括所述平台冷却通道的底板，并且所述盖板的内径向表面包括所述平台冷却通道的顶板；

所述流体引导结构包括分隔壁，其大体从所述平台冷却通道的底板延伸到所述顶板；以及

分隔壁构造为限定通过所述平台冷却通道的盘绕路径，所述盘绕路径构造为流体地连接所述入口至所述出口。

3.根据权利要求2所述的方法，其中形成所述盖板的步骤包括，沿着所述盖板的内径向侧形成所述流体引导结构；其中所述流体引导结构包括与所述盖板一体构成的部件。

4.根据权利要求2所述的方法，其中形成所述凹进区域的步骤包括，在所述凹进区域内形成所述流体引导结构；其中所述流体引导结构包括与所述平台一体构成的部件。

5.根据权利要求4所述的方法，其中形成所述凹进区域的步骤包括在所述平台顶面中加工所述凹进区域；以及

其中形成所述流体引导结构的步骤包括以允许所述平台的某些预定部分保持不动的方式加工所述凹进区域的步骤，使得预定的不动部分形成所述分隔壁；

其中至少一些所述分隔壁包括径向高度，使得所述分隔壁在理想径向位置上支撑所述盖板。

6.根据权利要求5所述的方法，还包括形成斜面孔的步骤；

其中形成所述斜面孔的步骤包括加工从所述凹进区域向所述平台的斜面延伸的通道；以及

其中所述通道构造为使得所述盖板一旦附着到所述平台顶面即封闭所述通道以形成所述斜面孔。

7.根据权利要求2所述的方法，其中形成所述流体引导结构的步骤包括形成插入件，所述插入件包括与所述平台不是一体形成且与所述盖板也不是一体形成的部件；

还包括如下步骤：在所述盖板附着到所述平台顶面之前，将所述插入件安装在所述凹进区域内；

其中所述插入件构造为依照预定尺寸，使得所述插入件以理想方式装配在所述平台冷却通道内；以及

其中，在安装时，所述插入件构造为形成分隔壁，所述分隔壁形成通过所述平台冷却通道的盘绕路径。

8.根据权利要求2所述的方法，其中：

转子叶片包括形成在其内的内部冷却通道，所述内部冷却通道从在所述转子叶片根部处与冷却剂源连接部延伸到所述平台的至少大约径向高度处，其中，在运行期间，所述内部冷却通道至少包括高压冷却剂区域和低压冷却剂区域；

形成入口的步骤包括，加工高压连接器，所述高压连接器包括使得其连接所述平台冷却通道的上游端到所述内部冷却通道的所述高压冷却剂区域的构造；以及

形成出口的步骤包括，加工低压连接器，所述低压连接器包括使得其连接所述平台冷却通道的下游端到所述内部冷却通道的所述低压冷却剂区域的构造。

9.根据权利要求8所述的方法，其中：

在形成所述凹进区域的至少第一预定部分之后，完成形成所述高压连接器的步骤，所述高压连接器的加工包括，在所述凹进区域的第一预定部分内的初始位置；

在形成所述凹进区域的至少第二预定部分之后，完成形成所述低压连接器的步骤，所述低压连接器的加工包括，在所述凹进区域的第二预定部分内的初始位置；以及

其中附着所述盖板到所述平台的顶面的步骤包括，密封在所述盖板和所述平台的所述顶面之间的界面，使得在运行中，冷却剂仅大致通过出口离开所述平台冷却通道。

10.根据权利要求2所述的方法，其中形成所述凹进区域包括形成蜿蜒形通道，所述蜿蜒形通道沿着平台顶面延伸，使得一旦所述盖板充分封闭所述凹进区域，即形成蜿蜒的平台冷却通道。

11.根据权利要求2所述的方法，其中，在剖面中，所述盖板包括曲边和直边，所述盖板的曲边大约与所述翼型件的压力侧的弯曲剖面形状一致，其中所述翼型件的压力侧连接至所述平台，并且所述盖板的直边大约与所述平台的压力侧边的形状一致；以及

其中形成所述凹进区域的步骤包括，在所述平台的所述压力侧边的平台顶面中加工所述凹进区域。

12.根据权利要求2所述的方法，其中，所述盖板和所述凹进区域形成为使得一旦附着，所述盖板的外径向表面定位成相对于环绕所述盖板的平台顶面大致齐平。

13.根据权利要求2所述的方法，其中，所述凹进区域形成为包括台阶，其中所述台阶沿着所述凹进区域的外边缘设置，并且构造为在所述凹进区域内的理想径向高度处支撑所述盖板。

14.根据权利要求13所述的方法，其中，理想径向位置包括一个位置，其中获得了所述平台冷却通道的底板和顶板之间的预定间隙；以及

其中所述理想径向位置包括一个位置，其中所述盖板的外径向表面定位成相对于环绕所述盖板的平台顶面大致齐平。

15.根据权利要求2所述的方法，其中，涡轮机转子叶片包括已使用的涡轮机转子叶片。

16.根据权利要求15所述的方法，

其中，平台的顶面包括多个现有的冷却剂出口，并且其中所述现有的冷却剂出口包括在平台顶面上的区域中的位置，在其中将形成所述凹进区域；

还包括如下步骤：

在预定位置上形成通过所述盖板的孔，一旦附着所述盖板，则包括形成的来自所述平台冷却通道的出口；以及

形成所述凹进区域，使得至少其中一个现有冷却剂出口通向所述平台冷却通道，并且因此提供了到所述平台冷却通道的入口，其中入口构造为使得在运行中，之前通过现有冷却剂出口离开涡轮机转子叶片的冷却剂现在通过入口流入所述平台冷却通道。

17.根据权利要求15所述的方法，还包括塞住至少一个现有出口的步骤；

其中

至少一个现有冷却剂出口保持未被塞住，未塞住的现有冷却剂出口包括靠近所述平台冷却通道的上游端的位置；以及

被塞住的至少一个现有出口包括靠近所述平台冷却通道的下游端的位置。

18.根据权利要求17所述的方法，还包括在所述平台冷却通道内形成流体引导结构的步骤；

其中，一旦所述盖板附着到平台顶面，所述凹进区域内的所述平台的外径向表面即包括所述平台冷却通道的底板，而所述盖板的内径向表面包括所述平台冷却通道的顶板；

其中所述流体引导结构包括分隔壁，其从所述平台冷却通道的底板大致延伸到顶板；以及

其中分隔壁构造为限定通过所述凹进区域的盘绕路径，所述盘绕路径形成为从入口到出口引导冷却剂。

19.一种涡轮机转子叶片中的平台冷却通道，涡轮机转子叶片具有在翼型件和根部之间界面处的平台，其中所述平台包括沿着外表面的平台顶面，所述平台冷却通道包括：

形成通过所述平台顶面的通路；

盖板，其包括与所述平台非一体形成的部件，所述盖板附着到所述平台顶面；

其中：

通路包括入口和出口，在运行中，冷却剂通过入口进入所述平台冷却通道，在运行中，冷却剂通过出口离开所述平台冷却通道；

其中通路包括流体引导结构，所述流体引导结构包括与所述平台一体形成的部件；以及

其中所述盖板构造为对应于通路的形状，使得当以理想方式附着时，所述盖板充分封闭通路以形成所述平台冷却通道。

20.根据权利要求19所述的平台冷却通道，其中，

一旦所述盖板以理想方式附着到所述平台顶面，则所述平台冷却通道区域内的所述平台的外径向表面包括所述平台冷却通道的底板，并且所述盖板的内径向表面包括所述平台冷却通道的顶板；

所述流体引导结构包括分隔壁，其从所述平台冷却通道的底板大体延伸到顶板；以及

分隔壁构造为限定通过所述平台冷却通道的盘绕路径，所述盘绕路径构造为流体地连接入口和出口。

21.根据权利要求20所述的平台冷却通道，其中：

转子叶片包括形成在其内的内部冷却通道，所述内部冷却通道从在根部处与冷却剂源的连接部延伸到所述平台的至少大约径向高度处，其中，在运行期间，所述内部冷却通道至少包括高压冷却剂区域和低压冷却剂区域；

入口包括高压连接器，所述高压连接器包括在所述平台冷却通道的上游端和所述内部冷却通道的高压冷却剂区域之间的连接；

出口包括低压连接器，所述低压连接器包括在所述平台冷却通道的下游端和所述内部冷却通道的低压冷却剂区域之间的连接；以及

所述盖板包括在界面处的密封件，所述盖板设置在平台顶面上，使得在运行期间，冷却剂仅大致通过出口离开所述平台冷却通道。

22.根据权利要求19所述的平台冷却通道，其中所述凹进区域包括蜿蜒形通道，所述蜿蜒形通道沿着平台顶面延伸，使得一旦所述盖板充分封闭所述凹进区域，即形成蜿蜒的平台冷却通道。

23.根据权利要求19所述的平台冷却通道，其中，所述盖板和所述凹进区域形成使得一旦附着，所述盖板的外径向表面即定位成相对于环绕所述盖板的平台顶面大致齐平。

24.根据权利要求19所述的平台冷却通道，其中所述凹进区域包括台阶，其中所述台阶沿着所述凹进区域的外边缘设置，并且构造为在所述凹进区域内在理想径向高度处支撑所述盖板；

其中，理想径向位置包括一个位置，其中获得了所述平台冷却通道的底板和顶板之间的预定间隙；以及

其中理想径向位置包括一个位置，其中所述盖板的外径向表面定位成相对于环绕所述盖板的平台顶面大致齐平。

Images