CN103291373A - 涡轮机叶片 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种涡轮机叶片。所述涡轮机叶片可包括平台、在其交叉处从所述平台延伸的翼片，以及在所述平台和所述翼片内延伸的芯腔。所述芯腔可包括围绕所述交叉处的波状转弯，以降低其中的热应力。
Description
技术领域
本发明及相应专利大体涉及燃气涡轮发动机，确切地说，涉及一种带有涡轮机叶片的燃气涡轮发动机，所述涡轮机叶片具有带芯腔（core cavity）的翼片，所述芯腔具有围绕平台的波状转弯，以减小其中的由热膨胀引起的应力。
背景技术
已知的燃气涡轮发动机通常包括多排周向隔开的喷嘴和叶片。涡轮机叶片通常包括具有压力侧和吸入侧的翼片，并且所述翼片从平台上径向向上延伸。空心柄部分可以从所述平台径向向下延伸，并且可以包括鸠尾榫等部件以将涡轮机叶片紧固到涡轮机叶轮上。所述平台大体上界定了流经气体通路的热燃烧气体的内部边界。因此，平台上的热燃烧气体以及机械负载可能使所述平台成为应力高度集中的区域。
具体而言，在翼片和平台的交叉处经常存在大量的热诱导应变。这种热诱导应变可能是由翼片和平台之间的温差所引起的。所述热诱导应变可能与该区域的几何不连续性结合起来，从而形成了具有非常高应力的区域，该区域可能会缩短部件寿命。迄今为止，人们已试图通过使叶根转弯（root turn）、内部肋状物（internal rib）等几何不连续形状远离交叉处来解决这些问题。此外，人们还尝试了对交叉处周围的温度进行控制。然而，温度控制通常需要额外的冷却流，从而损害了总体的发动机效率。因此，这些已知的冷却布置的制造可能比较困难并且昂贵，而且可能需要使用大量的空气或其他类型的冷却流。
因此，需要一种用于与燃气涡轮发动机一起使用的改进的涡轮机叶片。优选地，这种涡轮机叶片可以减小翼片与平台的交叉处的应力，而无需大量的制造以及运行成本，并且无需损失大量的冷却介质，就能提供高效的运行以及延长的部件寿命。
发明内容
本发明及相应专利在此提供一种涡轮机叶片。所述涡轮机叶片可以包括平台、在其交叉处从所述平台延伸的翼片，以及在所述平台和所述翼片内延伸的芯腔。所述芯腔可以包括围绕交叉处的波状转弯，以降低其中的热应力。
本发明及相应专利进一步提供了一种涡轮机叶片。所述涡轮机叶片可以包括平台、在其交叉处从所述平台延伸的翼片，以及在所述平台和所述翼片内延伸的后缘芯腔。后缘芯腔可以包括带有围绕交叉处的波状转弯的冷却导管，以降低其中的热应力。
本发明及相应专利进一步提供了一种涡轮机叶片。所述涡轮机叶片可以包括平台、在其交叉处从所述平台延伸的翼片、在所述平台和所述翼片内延伸的后缘芯腔，以及流经其中的冷却介质。后缘芯腔可以包括围绕交叉处的波状转弯，所述波状转弯具有厚度减小的区域，以降低其中的热应力。
通过结合若干附图和所附权利要求书来阅读以下详细说明，所属领域的技术人员可清楚地了解本发明及相应专利的这些和其他特征以及改进。
附图说明
图1是燃气涡轮发动机的示意图，所述燃气涡轮发动机具有压缩机、燃烧室和涡轮机。
图2是已知涡轮机叶片的透视图。
图3是本发明中所描述的涡轮机叶片的核心主体的平面侧视图。
图4是本发明中所描述的后缘芯腔的展开图。
图5是图4的后缘芯腔的一部分的截面图。
图6是图4的后缘芯腔的一部分的进一步的截面图。
具体实施方式
现参阅附图，在附图中，相同数字指示各个视图中的相同元件，图1所示为本发明中可能使用的燃气涡轮发动机10的示意图。燃气涡轮发动机10可以包括压缩机15。压缩机15对进入空气流20进行压缩。压缩机15将经压缩的空气流20输送到燃烧室25。燃烧室25将经压缩的空气流20与增压的燃料流30混合，然后点燃所述混合物以产生燃烧气体流35。尽管只图示了单个燃烧室25，但燃气涡轮发动机10可以包括任何数量的燃烧室25。燃烧气体流35随后输送到涡轮机40。燃烧气体流35驱动涡轮机40，从而产生机械功。在涡轮机40中产生的机械功经由轴45驱动压缩机15，以及诸如发电机等外部负载50。
燃气涡轮发动机10可以使用天然气、各种类型的合成气，和/或其他类型的燃料。燃气涡轮发动机10可以为位于美国纽约州斯卡奈塔第（Schenectady,New York）的通用电气公司（General ElectricCompany）所提供的多种不同燃气涡轮发动机中的任意一种，包括但不限于，7或9系列重型燃气涡轮发动机以及同类燃气涡轮发动机。燃气涡轮发动机10可以具有不同配置，并且可以使用其他类型的部件。本发明中还可以使用其他类型的燃气涡轮发动机。本发明中也可以同时使用多个燃气涡轮发动机、其他类型的涡轮机以及其他类型的发电设备。
图2所示为可以与涡轮机40一起使用的涡轮机叶片55的一个实例。根据通常所述，涡轮机叶片55包括翼片60、柄部分65，以及设置在翼片60和柄部分65之间的平台70。翼片60从平台70处大体向上径向延伸，并且所述翼片60包括前缘72和后缘74。翼片60也可以包括构成压力侧76的凹壁以及构成吸入侧78的凸壁。平台70可以是基本上水平的或平坦的。同样地，平台70可以包括顶部表面80、压力面82、吸入面84、前面86，以及后面88。平台70的顶部表面80可以暴露于热燃烧气体流35中。柄部分65可以从平台70径向向下延伸，使得平台70大体上构成位于翼片60与柄部分65之间的界面。柄部分65可以包括位于其中的柄腔90。柄部分65也可以包括一个或多个角翼92以及根结构94，例如鸠尾榫等等。根结构94可以经配置以将涡轮机叶片55紧固到轴45。本发明可以使用其他部件和其他配置。
涡轮机叶片55可以包括一个或多个延伸穿过其中的冷却回路96，用于使冷却介质98（例如，来自压缩机15或来自其他来源的空气）在其中流动。冷却回路96和冷却介质98可以至少经过翼片60、柄部分65以及平台70的一部分以任何顺序、方向或路径进行循环。本发明可以使用许多种不同类型的冷却回路和冷却介质。本发明还可以使用其他部件和其他配置。
图3到图6示出了本发明所描述的涡轮机叶片100的实例。涡轮机叶片100可以包括翼片110、平台120，以及柄部分130。类似于上文的描述，翼片110从平台120处向上径向延伸，并且包括前缘140和后缘150。在涡轮机叶片100内，可以有多个芯腔160。芯腔160向其中的部件供应冷却介质170，以对整个涡轮机叶片100进行冷却。冷却介质170可以是来自任何来源的空气、蒸汽等等。在这个实例中，示出了前缘芯腔180、中心芯腔190，以及后缘芯腔200。本发明可以使用多个芯腔160。本发明可以使用其他部件和其他配置。
根据通常所述，后缘芯腔200可以采用冷却导管210的形式。冷却导管210可以界定延伸穿过其中的用于冷却介质170的冷却通道220。冷却导管210可以围绕柄部分130从冷却输入230处朝向平台120以及翼片110延伸。围绕位于平台120与翼片110之间的交叉处240，冷却导管210可以在波状转弯250处展开。因此，波状转弯250可以具有边缘半径增大的区域260。类似地，其中的冷却通道220穿过波状转弯250展开，以减少其附近材料的厚度。具体而言，波状转弯250可以具有壁厚度减小的区域255。
冷却导管210继续穿过一系列销270或其他类型的穿过翼片110的湍流器。同样地，导向多个冷却孔290的多根冷却管280可以朝向后缘150延伸，以向翼片110提供薄膜冷却。图5示出了围绕交叉处240的冷却导管210的波状转弯250。同样地，图6示出了围绕交叉处240的展开的冷却部分220。本发明还可以使用其他部件和其他配置。
在冷却导管210中围绕位于翼片110与平台120之间的交叉处240使用波状转弯250降低了交叉处240的刚度，这是由降低的壁厚度255引起的。降低了的刚度因此可以降低其中的由翼片110与平台120之间的温差所引起的应力。围绕波状转弯250的降低的壁厚度255也可以允许更大的边缘半径260。更大的边缘半径260也降低了其中的峰值应力。在交叉处240降低应力应该会提供延长的总体寿命和降低的维修次数以及维修成本。此外，降低的壁厚度255和增大的边缘半径260可以使整个后缘芯腔200更加结实，从而防止了制造期间的核心破损，并且因此降低了总体的铸造成本。此外，本发明可能不需要大量的冷却介质170。因此，热膨胀对涡轮机叶片100造成的总体影响得到了降低。
应了解，上述说明仅涉及本发明及相应专利的某些实施例。所属领域的技术人员可在不脱离本发明的精神和范围的情况下对本发明做多种变化和修改，本发明的精神和范围由所附权利要求书及其等效物定义。
Claims (20)
1.一种涡轮机叶片，其包括：
平台；
在其交叉处从所述平台延伸的翼片；以及
在所述平台和所述翼片内延伸的芯腔；
其中所述芯腔包括围绕所述交叉处的波状转弯，以降低其中的热应力。
2.根据权利要求1所述的涡轮机叶片，其中所述芯腔包括后缘芯腔。
3.根据权利要求1所述的涡轮机叶片，其进一步包括多个芯腔。
4.根据权利要求1所述的涡轮机叶片，其中所述芯腔包括位于其中的冷却介质。
5.根据权利要求1所述的涡轮机叶片，其中所述芯腔包括冷却导管。
6.根据权利要求5所述的涡轮机叶片，其中所述冷却导管包括延伸穿过其中的冷却通道。
7.根据权利要求6所述的涡轮机叶片，其中所述冷却通道在围绕所述波状转弯处的尺寸增大。
8.根据权利要求5所述的涡轮机叶片，其中所述冷却导管包括围绕所述波状转弯的壁厚度降低的区域。
9.根据权利要求5所述的涡轮机叶片，其中所述冷却导管包括围绕所述波状转弯的增大的边缘半径。
10.根据权利要求1所述的涡轮机叶片，其中所述芯腔包括位于所述交叉处下游的多个销和多个冷却孔。
11.根据权利要求1所述的涡轮机叶片，其中所述芯腔从冷却输入延伸到多个冷却孔。
12.根据权利要求1所述的涡轮机叶片，其中所述波状转弯在翼片的后缘的方向上延伸。
13.一种涡轮机叶片，其包括：
平台；
在其交叉处从所述平台延伸的翼片；以及
在所述平台和所述翼片内延伸的后缘芯腔；
其中所述后缘芯腔包括带有围绕所述交叉处的波状转弯的冷却导管，以降低其中的热应力。
14.根据权利要求13所述的涡轮机叶片，其中所述冷却导管包括位于其中的冷却介质。
15.根据权利要求13所述的涡轮机叶片，其中所述冷却导管包括延伸穿过其中的冷却通道。
16.根据权利要求15所述的涡轮机叶片，其中所述冷却通道在围绕所述波状转弯处的尺寸增大。
17.根据权利要求13所述的涡轮机叶片，其中所述冷却导管包括围绕所述波状转弯的壁厚度降低的区域。
18.根据权利要求13所述的涡轮机叶片，其中所述冷却导管包括围绕所述波状转弯的增大的边缘半径。
19.根据权利要求1所述的涡轮机叶片，其中所述冷却导管从冷却输入延伸到多个冷却孔。
20.一种涡轮机叶片，其包括：
平台；
在其交叉处从所述平台延伸的翼片；
在所述平台和所述翼片内延伸的后缘芯腔；以及
流经其中的冷却介质；
其中所述后缘芯腔包括围绕所述交叉处的波状转弯，所述波状转弯具有厚度减小的区域，以降低其中的热应力。
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