CN102953765A - 叶片组件处理设备和用于处理叶片组件的方法 - Google Patents

叶片组件处理设备和用于处理叶片组件的方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及叶片组件处理设备和用于处理叶片组件的方法。公开了一种叶片组件(30)和用于处理叶片组件的方法。该叶片组件包括：平台(32)，该平台限定了平台冷却线路(100)；和从平台大体径向地向外延伸的翼型件(34)，该翼型件限定了翼型件冷却线路。叶片组件另外包括从平台大体径向地向内延伸的下本体部分(36)，该下本体部分限定了根部(50)和从根部延伸的冷却通道，该冷却通道与翼型件冷却线路流体连通。叶片组件还包括传送通道(102)，其限定在翼型件冷却线路和平台冷却线路之间并与它们流体连通，使得冷却介质(58)可从翼型件冷却线路穿过传送通道而流到平台冷却线路。

Description

叶片组件处理设备和用于处理叶片组件的方法
技术领域
本文公开的主题大体涉及涡轮系统叶片组件，且更具体地说，涉及用于叶片组件的处理设备和用于处理叶片组件的方法。
背景技术
燃气涡轮系统广泛地应用于诸如发电的领域。传统的燃气涡轮系统包括压缩机、燃烧器和涡轮。在燃气涡轮系统的操作期间，系统中的各种部件会经受高温流，其可能造成部件失效。因为较高温度流大体导致燃气涡轮系统的性能、效率和功率输出增加，所以必须冷却经受高温流的部件，以容许燃气涡轮系统以升高的温度操作。
在本领域中已知用于冷却各种燃气涡轮系统构件的各种策略。例如，可从压缩机中传送冷却介质，并提供给各种构件。在该系统的压缩机和涡轮段中，可利用冷却介质冷却各种压缩机和涡轮部件。
叶片是必须冷却的热气道部件的一个示例。举例来说，叶片的各个部分，例如翼型件、平台、柄部和燕尾榫，都需要冷却。因而，在叶片的各个部分中可限定各种冷却通道和冷却线路(circuit)，并且冷却介质可流过各种冷却通道和冷却线路以冷却叶片。
明确地说，已知用于冷却平台的各种策略。例如，在平台中可提供冷却线路，并且可将冷却介质直接供给这个冷却线路以冷却平台。然而，在将冷却介质直接提供给平台冷却线路时可能遇到各种困难。例如，在许多情况下，与冷却平台将需要的(冷却介质)相比，直接提供给平台的冷却介质相对更冷，并因而导致不均匀的平台冷却和平台中高的温度梯度。
因而，将需要一种用于处理叶片－例如冷却叶片－的改进的设备和方法。明确地说，用于将冷却介质提供给叶片中的平台冷却线路的改进的设备和方法将是有利的。
发明内容
在以下描述中将部分地阐述本发明的各方面和优势，或者本发明的各方面和优势可从描述中显而意见，或者可通过本发明的实践来学习本发明的各方面和优势。
在一个实施例中，公开了一种叶片组件。这种叶片组件包括：平台，该平台限定了平台冷却线路；和从平台大体径向地向外延伸的翼型件，该翼型件限定了翼型件冷却线路。叶片组件另外包括从平台大体径向地向内延伸的下本体部分，该下本体部分限定了根部和从根部延伸的冷却通道，该冷却通道与翼型件冷却线路流体连通。叶片组件还包括限定在翼型件冷却线路和平台冷却线路之间并与它们流体连通的传送通道，使得冷却介质可从翼型件冷却线路穿过传送通道而流到平台冷却线路。
在另一实施例中，公开了一种用于处理叶片组件的方法。该方法包括使冷却介质流入翼型件冷却线路中，该翼型件冷却线路限定在从平台大体径向地向外延伸的翼型件中。该方法还包括使冷却介质流过翼型件冷却线路，并将冷却介质从翼型件冷却线路排出到平台冷却线路中，该平台冷却线路限定在平台中。
在参照以下描述和所附的权利要求的条件下，本发明的这些以及其它的特征、方面和优点将变得更好理解。结合在本说明书中并组成本说明书的一部分的附图显示了本发明的实施例，并且与描述一起用于解释本发明的原理。
附图说明
在参照了附图的说明书中阐述了对本领域中的普通技术人员而言本发明的完整且能够实施的公开，包括其最佳模式，其中：
图1是根据本公开的一个实施例的燃气涡轮系统的示意图；
图2是根据本公开的一个实施例的燃气涡轮系统的涡轮段的侧截面图；
图3是根据本公开的一个实施例的叶片组件的透视图。
图4是根据本公开的一个实施例的叶片组件的各种内部部件－包括各种冷却线路－的透视图；
图5是根据本公开的一个实施例的叶片组件的俯视截面图；且
图6是根据本公开的一个实施例的叶片组件的各种内部部件－包括各种冷却线路－的侧视图。
部件列表：
10 燃气涡轮系统；12 压缩机；14 燃烧器；16 涡轮；18 轴；20 转子组件；21 第一级喷嘴；22 第一级叶片；23 第二级喷嘴；24 第二级叶片；25 第三级喷嘴；26 第三级叶片；28 热气流；30 叶片组件；32 平台；34 翼型件；36 下本体部分；42 压力侧；44 吸力侧；46 前缘；48 后缘；50 根部；52 前缘冷却通道；54 中间冷却通道；56 后缘冷却通道；58 冷却介质；62 开口；64 开口； 66 开口；72 前缘冷却线路；74 中间冷却线路；76 后缘冷却线路；80 通道；82 上流通道；84 下流通道；90 柄部；92 燕尾榫；94 天使翼；100 平台冷却线路；102 传送通道；104 排出通道。
具体实施方式
现在将对本发明的实施例做出详细参考，图中显示了其一个或多个示例。各个示例是作为本发明的说明，而非本发明的限制而提供的。实际上，对本领域中的技术人员将显而易见的是，在不脱离本发明的范围或精神的条件下可在本发明中做出各种修改和变化。例如，作为一个实施例的一部分而被显示或被描述的特征可与另一实施例一起使用，以得到另外的另一实施例。因而，本发明意图覆盖在所附权利要求和其等效物的范围内的这种修改和变化。
图1是燃气涡轮系统10的示意图。系统10可包括压缩机12、燃烧器14和涡轮16。压缩机12和涡轮16可通过轴18进行联接。轴18可以是单个轴或联接在一起而形成轴18的多个轴段。
涡轮16可包括多个涡轮级。例如，在一个实施例中，涡轮16可具有三个级，如图2中所示。例如，涡轮16的第一级可包括多个周向地间隔开的喷嘴21和叶片22。喷嘴21可周向地围绕轴18设置和固定。叶片22可周向地设置在轴18周围，并联接在轴18上。涡轮16的第二级可包括多个周向地间隔开的喷嘴23和叶片24。喷嘴23可周向地围绕轴18设置和固定。叶片24可周向地设置在轴18周围，并联接在轴18上。涡轮16的第三级可包括多个周向地间隔开的喷嘴25和叶片26。喷嘴25可周向地围绕轴18设置和固定。叶片26可周向地设置在轴18周围，并联接在轴18上。涡轮16的各个级可设置在涡轮16中，处于热气流28的路径中。将理解，涡轮16并不局限于三级，而是相反，任意数量的级都在本公开的范围和精神内。
另外，压缩机12可包括多个压缩机级(未显示)。压缩机12级中的各个可包括多个周向地间隔开的喷嘴和叶片。
如图3至图6中所示，涡轮16和/或压缩机12中的一个或多个叶片可包括叶片组件30。叶片组件30可包括平台32、翼型件34和下本体部分36。翼型件34可从平台32大体径向地向外延伸，并且大体可包括在前缘46和后缘48之间延伸的压力侧42和吸力侧44。
下本体部分36可从平台32大体径向地向内延伸。下本体部分36大体可限定叶片组件30的根部50。根部50大体可以是叶片组件30的底座部分。此外，下本体部分36可限定穿过它而延伸的冷却通道或多个冷却通道。例如，如图4中所示，下本体部分36可限定前缘冷却通道52、中间冷却通道54和后缘冷却通道56。在示例性的实施例中，冷却通道52,54,56可从根部50穿过下本体部分36而延伸。冷却通道52,54,56可构造为用于使冷却介质58从中流过。例如，冷却通道52,54和56的开口62,64和66分别可限定在下本体部分36中，例如根部50中。可提供开口62,64,66以用于接受冷却介质58，使得冷却介质58可流过冷却通道52,54,56。
然而，应该懂得本公开并不局限于前缘冷却通道52、中间冷却通道54和后缘冷却通道56。相反，任意数量的冷却通道都在本公开的范围和精神内。例如，可限定一个、两个、三个、四个、五个或更多冷却通道，并且它们具有所需要或所要求的任何合适的形式。
根据本公开的冷却通道可连接到翼型件冷却线路上，并因而与之流体连通。例如，如图4至图6中所示，前缘冷却通道52可流体地连接到前缘冷却线路72上，中间冷却通道54可流体地连接到中间冷却线路74上，并且后缘冷却通道56可流体地连接到后缘冷却线路76上。翼型件冷却线路大体可至少部分地或基本上限定在翼型件34中，并且可使冷却介质58从冷却通道52,54,56流过翼型件34，从而冷却翼型件34。
然而，应该懂得，本公开并不局限于前缘冷却线路72、中间冷却线路74和后缘冷却线路76。相反，任意数量的冷却线路都在本公开的范围和精神内。例如，可限定一个、两个、三个、四个、五个或更多冷却线路，并且它们具有所需要或所要求的任何合适的形式。
此外，在某些实施例中，翼型件冷却线路中的一个或多个可包括多个通道80。通道80是翼型件冷却线路的分支，它们彼此流体连通，用于使冷却介质58流过翼型件冷却线路。因而，各个通道80与该多个通道80中的至少另一个通道流体连通。在某些实施例中，例如在图4和图5中所示，通道80可以大致蜿蜒的型式彼此流体连通。因而，如包含在图4和图5的中间冷却线路74中的多个通道80所示，该多个通道80可包括至少一个上流通道82和至少一个下流通道84。上流通道82大体可使冷却介质58朝向叶片组件30的顶端并远离叶片组件30的根部50而流动，而下流通道84大体可使冷却介质58远离叶片组件30的顶端并朝向叶片组件30的根部50而流动。上流通道82和下流通道84在某些实施例中可按大致交替的方式进行定位。例如，图4和图5显示了六个通道80，包括与三个下流通道84交替并流体连通的三个上流通道82。然而，应该懂得，任意数量的通道80，例如两个、三个、四个、五个、六个、七个、八个或更多个呈任何合适的形式和型式的通道80都在本公开的范围和精神内。
此外，图5显示了具有多个通道80的前缘冷却线路72、具有如上所述的多个通道80的中间冷却线路74、以及具有多个通道80的后缘冷却线路76。然而，应该懂得，具有任意数量的通道80的任一个或多个翼型件冷却线路都在本公开的范围和精神内。
在示例性的实施例中，下本体部分36可包括柄部90和燕尾榫92。柄部90可包括从中延伸出来的多个天使翼94。燕尾榫92可限定根部50，并可进一步构造为用于将叶片组件30联接到轴18上。例如，燕尾榫92可将叶片组件30固定到转子盘(未显示)上，转子盘设置在轴18上。因而多个叶片组件30可周向地设置在轴18的周围，并联接到轴18上，从而形成转子组件(未显示)。然而，应该懂得，下本体部分36并不局限于包括柄部90和燕尾榫92的实施例。相反，下本体部分36的任何构造都理解为在本公开的范围和精神内。
叶片组件30的平台32可限定至少一个平台冷却线路100。平台冷却线路100大体可穿过平台32而延伸，并且可构造为用于使冷却介质58从中流过，从而冷却平台32。平台冷却线路100可穿过平台32而延伸，其具有任何适合于冷却平台32的构造。例如，平台冷却线路100可以是大体蜿蜒式冷却线路，并且/或者可具有构造为用于将冷却介质58提供给平台32的多个部分的各种各样的分支。平台冷却线路100还可包括多个部分，它们穿过平台32而在翼型件34的压力侧42、吸力侧44、前缘46和/或后缘48附近延伸，使得平台32的那些部分根据需要得到充分的冷却。
根据本公开的叶片组件30还可包括至少一个传送通道102。传送通道102可各自限定在翼型件冷却线路和平台冷却线路100之间，并与它们流体连通。传送通道102因而将翼型件冷却线路和平台冷却线路100连接起来。传送通道102因而容许冷却介质58从翼型件冷却线路穿过传送通道102而流到平台冷却线路100。
根据本公开的传送通道102可连接在任何合适的翼型件冷却线路上。例如，图4至图6显示了限定在中间冷却线路74的下流通道84和平台冷却线路100之间并与它们流体连通的传送通道102。另外或备选地，传送通道102可连接在前缘冷却线路72、中间冷却线路74、后缘冷却线路76或任何其它合适的翼型件冷却线路的上流通道82或任何合适的通道80上。传送通道102因而可限定在这个翼型件冷却线路和平台冷却线路100之间并与它们流体连通。
在某些实施例中，如图5中所示，平台32可进一步限定排出通道104或多个排出通道104。排出通道104例如可从平台冷却线路100穿过平台32延伸至平台32的外面，或延伸至任何其它合适的排出位置。排出通道104因而可构造为以便在平台32附近从平台冷却线路100排出冷却介质58。例如，流过平台冷却线路100的冷却介质58的至少一部分可流入并穿过排出通道104，因而从平台冷却线路100排出。
本文公开的传送通道102可有利地提供叶片组件30的改进的冷却，且尤其是平台32的改进的冷却。例如，如上面论述的那样，传送通道102使冷却介质58从翼型件冷却线路流到平台冷却线路100。因为提供给传送通道102的冷却介质58已经流过翼型件冷却线路的至少一部分，所以冷却介质58可能比直接供给平台冷却线路100或从冷却通道供给冷却线路100的冷却介质相对更热。利用这种相对更热的冷却介质冷却平台32有利地导致了对平台32更均匀的冷却和平台32中更低的温度梯度。
本公开还涉及一种用于处理叶片组件30的方法。该方法可包括例如使冷却介质58流入翼型件冷却线路中，并如上面论述的那样使冷却介质58流过翼型件冷却线路。该方法还可包括将冷却介质58从翼型件冷却线路排出到平台冷却线路100中。例如，如上面论述的那样，在示例性的实施例中可通过传送通道102发生将冷却介质58从翼型件冷却线路排出至平台冷却线路100中。
该方法还可包括例如使冷却介质58流过平台冷却线路100，并如上面论述的那样使冷却介质58从平台冷却线路100中排出。
应该注意的是，虽然流入叶片组件30中的冷却介质58可如上面论述的那样流入并穿过翼型件冷却线路和平台冷却线路100，但是在各种实施例中，该冷却介质58的部分可流过叶片组件30的其它特征，以便处理，例如冷却叶片组件。例如，流过前缘冷却线路72的冷却介质58部分可流过限定在前缘46中或其附近的薄膜冷却孔，以便为叶片组件30提供薄膜处理。流过中间冷却线路74的冷却介质58部分可流过限定在顶端中或其附近的薄膜冷却孔，以便为叶片组件30提供薄膜处理。流过后缘冷却线路76的冷却介质58部分可通过限定在后缘48中或其附近的冷却孔而排出。如上面公开的那样，流入叶片组件30的冷却介质58部分可流入并穿过根据本公开的翼型件冷却线路和平台冷却线路100。
本书面描述使用示例来公开本发明，包括最佳模式，并且还使本领域中的任何技术人员能够实践本发明，包括制造和利用任何装置或系统，以及执行任何所结合的方法。本发明的可获得专利保护的范围由权利要求限定，并且可包括本领域中的技术人员想到的其它示例。如果这些其它示例包括并非不同于权利要求文字语言的结构元件，或者如果它们包括与权利要求文字语言无实质差异的等效的结构元件，那么这些其它示例都意图在权利要求的范围内。

Claims (15)

1.一种叶片组件(30)，包括：
平台(32)，所述平台(32)限定了平台冷却线路(100)；
从所述平台(32)大体径向地向外延伸的翼型件(34)，所述翼型件(34)限定了翼型件冷却线路；
从所述平台(32)大体径向地向内延伸的下本体部分(36)，所述下本体部分(36)限定了根部(50)和从所述根部(50)延伸的冷却通道，所述冷却通道与所述翼型件冷却线路流体连通；和
传送通道(102)，限定在所述翼型件冷却线路和所述平台冷却线路(100)之间并与它们流体连通，使得冷却介质(58)可从所述翼型件冷却线路穿过所述传送通道(102)而流到所述平台冷却线路(100)。
2.根据权利要求1所述的叶片组件(30)，其特征在于，还包括多个传送通道(102)。
3.根据权利要求1-2中的任一权项所述的叶片组件(30)，其特征在于，所述翼型件(34)限定了多个翼型件冷却线路，并且所述下本体部分(36)限定了多个冷却通道，所述冷却通道中的各个与所述翼型件冷却线路中的一个流体连通，并且其中，所述传送通道(102)限定在所述多个翼型件冷却线路中的一个翼型件冷却线路与所述平台冷却线路(100)之间，并与它们流体连通。
4.根据权利要求3所述的叶片组件(30)，其特征在于，所述多个翼型件冷却线路包括前缘冷却线路(72)、中间冷却线路(74)和后缘冷却线路(76)，并且其中，所述传送通道(102)被限定在所述中间冷却线路(74)和所述平台冷却线路(100)之间，并与它们流体连通。
5.根据权利要求3所述的叶片组件(30)，其特征在于，所述多个翼型件冷却线路中的至少一个翼型件冷却线路包括多个通道(80)，所述多个通道(80)的各个通道与所述多个通道(80)的另一通道流体连通，并且其中，所述传送通道(102)被限定在所述多个通道(80)中的一个通道和所述平台冷却线路(100)之间，并与它们流体连通。
6.根据权利要求5所述的叶片组件(30)，其特征在于，所述多个通道(80)包括至少一个上流通道(82)和至少一个下流通道(84)，并且其中，所述传送通道(102)被限定在所述至少一个下流通道(84)和所述平台冷却线路(100)之间并与它们流体连通。
7.根据权利要求1-6中的任一权项所述的叶片组件(30)，其特征在于，所述平台(32)还限定了排出通道(104)，所述排出通道(104)构造为以便在所述平台(32)附近从所述平台冷却线路(100)中排出冷却介质(58)。
8.一种涡轮系统(10)，包括：
压缩机(12)；
联接在所述压缩机(12)上的涡轮(16)；
设置在所述压缩机(12)或所述涡轮(16)中的至少一个中的多个叶片组件(30)，所述叶片组件(30)中的至少一个包括：
平台(32)，所述平台(32)限定了平台冷却线路(100)；
从所述平台(32)大体径向地向外延伸的翼型件(34)，所述翼型件(34)限定了翼型件冷却线路；
从所述平台(32)大体径向地向内延伸的下本体部分(36)，所述下本体部分(36)限定了根部(50)和从所述根部(50)延伸的冷却通道，所述冷却通道与所述翼型件冷却线路流体连通；和
传送通道(102)，限定在所述翼型件冷却线路和所述平台冷却线路(100)之间并与它们流体连通，使得冷却介质(58)可从所述翼型件冷却线路穿过所述传送通道(102)而流到所述平台冷却线路(100)。
9.根据权利要求8所述的涡轮系统(10)，其特征在于，所述翼型件(34)限定了多个翼型件冷却线路，并且所述下本体部分(36)限定了多个冷却通道，所述冷却通道中的各个与所述翼型件冷却线路流体连通，并且其中，所述传送通道(102)被限定在所述多个翼型件冷却线路中的一个翼型件冷却线路与所述平台冷却线路(100)之间，并与它们流体连通。
10.根据权利要求10所述的涡轮系统(10)，其特征在于，所述多个翼型件冷却线路包括前缘冷却线路(72)、中间冷却线路(74)和后缘冷却线路(76)，并且其中，所述传送通道(102)被限定在所述中间冷却线路(74)和所述平台冷却线路(100)之间并与它们流体连通。
11.根据权利要求10所述的涡轮系统(10)，其特征在于，所述多个翼型件冷却线路中的至少一个翼型件冷却线路包括多个通道(80)，所述多个通道(80)中的各个通道与所述多个通道(80)中的另一通道流体连通，并且其中，所述传送通道(102)被限定在所述多个通道(80)中的一个通道和所述平台冷却线路(100)之间，并与它们流体连通。
12.根据权利要求11所述的涡轮系统(10)，其特征在于，所述多个通道(80)包括至少一个上流通道(82)和至少一个下流通道(84)，并且其中，所述传送通道(102)被限定在所述至少一个下流通道(84)和所述平台冷却线路(100)之间并与它们流体连通。
13.根据权利要求8-12中的任一权项所述的涡轮系统(10)，其特征在于，所述平台(32)还限定了排出通道(104)，所述排出通道(104)构造为以便在所述平台(32)附近从所述平台冷却线路(100)排出冷却介质(58)。
14.一种用于处理叶片组件(30)的方法，所述方法包括：
使冷却介质(58)流入翼型件冷却线路中，所述翼型件冷却线路限定在从平台(32)大体径向地向外延伸的翼型件(34)中；
使所述冷却介质(58)流过所述翼型件冷却线路；且，
使所述冷却介质(58)从所述翼型件冷却线路排出到平台冷却线路(100)中，所述平台冷却线路(100)限定在所述平台(32)中。
15.根据权利要求14所述的方法，其特征在于，还包括使所述冷却介质(58)流过所述平台冷却线路(100)，并从所述平台冷却线路(100)中排出所述冷却介质(58)。
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