CN103089320B - 包括凹袋的涡轮叶片及涡轮机 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种包括凹袋的涡轮叶片。所述涡轮叶片包括：翼型部分，所述翼型部分包括具有吸入侧轮廓的吸入侧、具有压力侧轮廓的压力侧、前缘、后缘，以及叶尖部分；以及形成于所述叶尖部分中的凹袋。所述凹袋包括第一侧壁和第二侧壁。所述第一侧壁包括具有第一大体上连续的曲线外形的第一内表面；且所述第二侧壁包括具有第二大体上连续的曲线外形的第二内表面。排放通道从所述凹袋向所述后缘延伸。所述第一和第二侧壁配置成将大体上不受阻的流体流从凹袋输送到所述排放通道，并且限制所述流体流溢出到所述压力侧和所述吸入侧中的一者上。

Description

包括凹袋的涡轮叶片及涡轮机

技术领域

本发明涉及涡轮机领域，确切地说，涉及一种具有叶尖部分的涡轮叶片，其中所述叶尖部分包括凹袋(squeelerpocket)。

背景技术

通常，燃气涡轮机包括燃烧室组件，燃料/空气混合物在所述燃烧室组件内燃烧以释放热能。该热能产生高温气流，所述高温气流经由热气通道进入涡轮部分。所述热气流流过转子叶片，所述转子叶片将高温气流中的热能转换成使涡轮轴旋转的机械能。所述涡轮部分的应用十分广泛，如向泵或发电机提供动力。

转子叶片通常包括翼型，所述翼型具有压力侧和吸入侧，所述压力侧和吸入侧通过前缘和后缘接合，所述压力侧和吸入侧引导热气流沿着热气通道流动。所述翼型通常接合到具有鸠尾榫固定件的基座部分。所述鸠尾榫固定件向涡轮转子提供接口，所述涡轮转子除了支撑转子叶片以外，还提供冷却空气的输送通道。具体而言，冷却空气从涡轮转子被引导进入形成于转子叶片中的空腔。所述冷却空气流过所述空腔，以降低压力侧、吸入侧，以及前缘和后缘处的温度。此外，转子叶片被形成为具有接纳一部分冷却空气的叶尖空腔。进入所述叶尖空腔中的冷却空气降低了转子叶片的叶尖部分处的温度。

发明内容

根据示例性实施例的一方面，一种涡轮叶片包括：翼型部分，所述翼型部分包括具有吸入侧轮廓的吸入侧、具有压力侧轮廓的压力侧、前缘、后缘，以及叶尖部分；以及形成于所述叶尖部分中的凹袋。所述凹袋包括底壁，在所述前缘与所述后缘之间沿所述压力侧延伸的第一侧壁，以及在所述前缘与所述后缘之间沿所述吸入侧延伸的第二侧壁。所述第一侧壁包括具有第一大体上连续的曲线外形的第一内表面；且所述第二侧壁包括具有第二大体上连续的曲线外形的第二内表面。排放通道从所述凹袋向所述后缘延伸。所述第一和第二侧壁配置成将大体上不受阻的流体流从凹袋输送到所述排放通道，并且限制溢出到所述压力侧和所述吸入侧中的一者上的流体流。

根据示例性实施例的另一方面，一种涡轮机包括：压缩机部分；与所述压缩机部分流体连通的燃烧室组件；以及可操作地连接到所述压缩机部分、并且与所述燃烧室组件流体连通的涡轮部分。所述涡轮部分包括设有翼型部分的涡轮叶片，所述翼型部分包括具有吸入侧轮廓的吸入侧、具有压力侧轮廓的压力侧、前缘、后缘，以及叶尖部分。凹袋形成于所述叶尖部分中。所述凹袋包括底壁，在所述前缘与所述后缘之间沿所述压力侧延伸的第一侧壁，以及在所述前缘与所述后缘之间沿所述吸入侧延伸的第二侧壁。所述第一侧壁包括具有第一大体上连续的曲线外形的第一内表面；且所述第二侧壁包括具有第二大体上连续的曲线外形的第二内表面。排放通道从所述凹袋向所述后缘延伸。所述第一和第二侧壁配置成将大体上不受阻的流体流从凹袋输送到所述排放通道，并且限制溢出到所述压力侧和所述吸入侧中的一者上的流体流。

通过以下结合附图进行的说明可以更加清楚地了解这些和其他优点以及特征。

附图说明

本权利要求书特别指出并明确要求本发明的权利。通过以下结合附图进行的详细说明可以清楚地了解本发明的上述和其他特征以及优点，在附图中：

图1是根据示例性实施例的包括涡轮叶片的涡轮机的示意图；

图2是根据示例性实施例的包括凹袋和排放通道的涡轮叶片的局部透视侧视图；

图3是图2所示涡轮叶片的上部透视图；

图4是根据示例性实施例的另一方面的涡轮叶片的局部透视侧视图，其中所述涡轮叶片包括凹袋，以及以排放管的形式图示的排放通道；

图5是根据示例性实施例的另一方面的涡轮叶片的局部透视侧视图，其中所述涡轮叶片包括凹袋，以及以排放管的形式图示的排放通道；以及

图6是根据示例性实施例的另一方面的涡轮叶片的局部透视侧视图，其中所述涡轮叶片包括凹袋，以及以排放管的形式图示的排放通道。

具体实施方式部分参考附图来以实例方式介绍本发明的各项实施例以及优点和特征。

元件符号列表：

具体实施方式

参见图1，总体上用2来表示根据示例性实施例的涡轮机。涡轮机2包括压缩机部分4和涡轮部分6。压缩机部分4通过燃烧室组件8而与涡轮部分6流体连通。压缩机部分4也经由公用压缩机/涡轮轴10而机械连接到涡轮部分6。涡轮部分6包括沿热气通道15延伸的多个涡轮级14。涡轮级14包括第一级16、第二级18，以及第三级20。当然，应了解，涡轮部分6的级数当然可以变化。第一级16包括多个定子或静叶片，其中的一个用22表示；以及多个旋转翼型构件或涡轮叶片，其中的一个用24表示。类似地，第二级18包括多个第二级定子或静叶片，其中的一个用26表示；以及第二级旋转翼型构件或涡轮叶片，其中的一个用28表示。第三级20包括多个第三级定子或静叶片，其中的一个用30表示；以及多个第三级旋转翼型构件或涡轮叶片，其中的一个用32表示。

现在将基于第二级叶片28和第三级叶片32可包括类似结构这一理解，参见图2和图3来描述第一级涡轮叶片24。涡轮叶片24包括翼型部分42，所述翼型部分具有包括吸入侧轮廓(未单独标出)的吸入侧44，以及具有压力侧轮廓(同样未单独标出)的压力侧45。吸入侧44和压力侧45在前缘47与后缘48之间延伸。在图示的示例性实施例中，涡轮叶片24包括设有凹袋60的叶尖部分50。如下文更完整地描述，凹袋60对流过涡轮叶片24的工作流体进行调节，以防止溢出叶尖部分50。减少溢出可以通过将更大一部分的工作流体引到涡轮部分6的工作表面上来提高涡轮机的效率。

根据示例性实施例，凹袋60包括被第一侧壁66和第二侧壁67包围的底壁64。第一侧壁66包括第一内表面69，所述第一内表面69具有大体上连续的曲线外形。类似地，第二侧壁67包括第二内表面72，所述第二内表面72具有大体上连续的曲线外形。具体而言，第一内表面包括大体上与压力侧轮廓成镜像的大体上连续的曲线外形。第二内表面72包括大体上与吸入侧轮廓成镜像的大体上连续的曲线外形。在这点上应了解，短语“大体上连续的曲线外形”应被理解成描述沿特定路线从前缘47到后缘48大体上没有偏移(隆起块等)的曲线壁。

进一步根据示例性实施例，叶尖部分50包括从凹袋60延伸到后缘48的排放通道84。排放通道84在叶尖部分50处暴露，并且包括从凹袋60延伸到第二端部86的第一端部85。在图示的示例性方面中，第二端部86设有以开口(未单独标出)的形式图示的出口87，所述出口87在叶尖部分50处形成于后缘48中。出口87提供供进入凹袋60的工作流体从叶尖部分50排出而不溢出到工作表面上的通道。此外，通过对第一侧壁66和第二侧壁67提供大体上连续的曲线外形，进入凹袋60的工作流体中的湍流得以减小，从而显著减小或消除溢出或溢流到压力侧45或吸入侧44上。溢流的减小或消除提高了涡轮效率。

现在将参见图4来描述根据示例性实施例的另一方面的排放通道120，其中类似的参考标号表示相应附图中的相应部分。排放通道120采用被叶尖部分50包封的排放管124的形式。具体而言，排放管124延伸穿过翼型部分42。具体而言，排放管124包括完全包含在翼型部分42内的壁段126。对于这种布置，排放管124包括向凹袋60开口的第一端或入口128，以及在后缘48处开口的第二端或出口129。通过这种方式，进入凹袋60的工作流体通过入口128进入排放管124中，并通过出口129而穿过后缘48排出。

现在将参见图5来描述根据示例性实施例的另一方面的排放通道140，其中类似的参考标号表示相应附图中的相应部分。排放通道140采用被叶尖部分50包封的排放管144的形式。具体而言，排放管144延伸穿过翼型部分42。具体而言，排放管144包括完全包含在翼型部分42内的壁段146。对于这种布置，排放管144包括向凹袋60开口的第一端或入口148，以及在压力侧45处开口的第二端或出口149。通过这种方式，进入凹袋60的工作流体通过入口148进入排放管144中，并通过出口149而穿过压力侧45排出。

现在将参见图6来描述根据示例性实施例的另一方面的排放通道160，其中类似的参考标号表示相应附图中的相应部分。排放通道160采用被叶尖部分50包封的排放管164的形式。具体而言，排放管164延伸穿过翼型部分42。具体而言，排放管164包括完全包含在翼型部分42内的壁段166。对于这种布置，排放管164包括向凹袋60开口的第一端或入口168，以及在吸入侧44处开口的第二端或出口169。通过这种方式，进入凹袋60的工作流体通过入口168进入排放管164中，并通过出口149而穿过吸入侧44排出。

此时应了解，示例性实施例描述的是被设计成将大体上不受阻的流体流输送到排放通道以减少工作流体溢出涡轮叶片的叶尖部分的凹袋。所述凹袋的各大体上连续的曲线侧部减小了因排放通道中流动区域的突然减小而引起的压力急剧升高。所述排放通道引导流体从所述凹袋穿过涡轮叶片的表面，从而减少损失。也就是说，已进入所述凹袋中的工作流体被引导回到涡轮部分中，以与沿热气通道流动的工作流体重新混合。

尽管仅结合有限数量的实施例来详细描述本发明，但应理解，本发明并不限于所揭示的此类实施例。相反，本发明可经修改以涵盖所有之前并未介绍、但与本发明的精神和范围相符合的任意数量的变化、更改、替换或等效布置。此外，尽管已描述本发明的各种实施例，但应理解，本发明的各方面可仅包括所揭示的实施例中的一些实施例。因此，本发明不应视为受以上描述的限制，而是仅受所附权利要求书的范围限制。

Claims (20)

1.一种涡轮叶片，包括：

翼型部分，所述翼型部分包括具有吸入侧轮廓的吸入侧、具有压力侧轮廓的压力侧、前缘、后缘，以及叶尖部分；

形成于所述叶尖部分中的凹袋，所述凹袋包括底壁、在所述前缘与所述后缘之间沿所述压力侧延伸的第一侧壁，以及在所述前缘与所述后缘之间沿所述吸入侧延伸的第二侧壁，所述第一侧壁包括具有第一连续的曲线外形的第一内表面，且所述第二侧壁包括具有第二连续的曲线外形的第二内表面；以及

从所述凹袋向所述后缘延伸的排放通道，其中所述第一侧壁和所述第二侧壁配置成将不受阻的流体流从所述凹袋输送到所述排放通道，并且限制所述流体流溢出到所述压力侧和所述吸入侧中的一者上；

其中，所述第一连续的曲线外形的第一内表面和所述第二连续的曲线外形的第二内表面从所述前缘到所述后缘没有偏移。

2.根据权利要求1所述的涡轮叶片，其中所述第一连续的曲线外形与所述压力侧轮廓成镜像。

3.根据权利要求1所述的涡轮叶片，其中所述第二连续的曲线外形与所述吸入侧轮廓成镜像。

4.根据权利要求1所述的涡轮叶片，其中所述排放通道在所述叶尖部分处暴露。

5.根据权利要求1所述的涡轮叶片，其中所述排放通道包括被包封在所述叶尖部分内的排放管。

6.根据权利要求1所述的涡轮叶片，其中所述排放通道包括形成于所述后缘中的出口。

7.根据权利要求1所述的涡轮叶片，其中所述排放通道包括所述凹袋向所述后缘延伸穿过所述翼型部分的排放管。

8.根据权利要求7所述的涡轮叶片，其中所述排放管包括在所述凹袋处暴露的入口段，以及延伸穿过所述翼型部分的所述后缘的出口段。

9.根据权利要求7所述的涡轮叶片，其中所述排放管包括在所述凹袋处暴露的入口段，以及延伸穿过所述翼型部分的所述吸入侧的出口段。

10.根据权利要求7所述的涡轮叶片，其中所述排放管包括在所述凹袋处暴露的入口段，以及延伸穿过所述翼型部分的所述压力侧的出口段。

11.一种涡轮机，包括：

压缩机部分；

燃烧室组件，所述燃烧室组件与所述压缩机部分流体连通；以及

涡轮部分，所述涡轮部分可操作地连接到所述压缩机部分，并且与所述燃烧室组件流体连通，所述涡轮部分包括涡轮叶片，所述涡轮叶片包括：

翼型部分，所述翼型部分包括具有吸入侧轮廓的吸入侧、具有压力侧轮廓的压力侧、前缘、后缘，以及叶尖部分；

形成于所述叶尖部分中的凹袋，所述凹袋包括底壁、在所述前缘与所述后缘之间沿所述压力侧延伸的第一侧壁，以及在所述前缘与所述后缘之间沿所述吸入侧延伸的第二侧壁，所述第一侧壁包括具有第一连续的曲线外形的第一内表面，且所述第二侧壁包括具有第二连续的曲线外形的第二内表面；以及

从所述凹袋向所述后缘延伸的排放通道，其中所述第一侧壁和所述第二侧壁配置成将不受阻的流体流从所述凹袋输送到所述排放通道，并且限制所述流体流溢出到所述压力侧和所述吸入侧中的一者上；

其中，所述第一连续的曲线外形的第一内表面和所述第二连续的曲线外形的第二内表面从所述前缘到所述后缘没有偏移。

12.根据权利要求11所述的涡轮机，其中所述第一连续的曲线外形与所述压力侧轮廓成镜像。

13.根据权利要求11所述的涡轮机，其中所述第二连续的曲线外形与所述吸入侧轮廓成镜像。

14.根据权利要求11所述的涡轮机，其中所述排放通道在所述叶尖部分处暴露。

15.根据权利要求11所述的涡轮机，其中所述排放通道包括被包封在所述叶尖部分内的排放管。

16.根据权利要求11所述的涡轮机，其中所述排放通道包括形成于所述后缘中的出口。

17.根据权利要求11所述的涡轮机，其中所述排放通道包括从所述凹袋向所述后缘延伸穿过所述翼型部分的排放管。

18.根据权利要求17所述的涡轮机，其中所述排放管包括在所述凹袋处暴露的入口段，以及延伸穿过所述翼型部分的所述后缘的出口段。

19.根据权利要求17所述的涡轮机，其中所述排放管包括在所述凹袋处暴露的入口段，以及延伸穿过所述翼型部分的所述吸入侧的出口段。

20.根据权利要求17所述的涡轮机，其中所述排放管包括在所述凹袋处暴露的入口段，以及延伸穿过所述翼型部分的所述压力侧的出口段。