CN103422909A - 涡轮转子叶片的末端中的冷却结构 - Google Patents

Abstract

本发明涉及涡轮转子叶片的末端中的冷却结构。更具体而言，本发明描述了一种用于燃气涡轮发动机的涡轮转子叶片。所述涡轮转子叶片包括翼型件，该翼型件包括在外径向端处的末端。末端包括限定末端腔体的横带；并且横带包括包围横带微通道。包围横带微通道为围绕横带内表面的至少大部分长度延伸的微通道。

Description

涡轮转子叶片的末端中的冷却结构

技术领域

本申请涉及与本文同时提交的[GE文献252833]和[GE文献252769]，这两份文献全文以引用方式并入本文中并构成其一部分。

本申请大体上涉及用于冷却燃气涡轮转子叶片的末端的设备、方法和/或系统。更具体地但非限制性地，本申请涉及与在涡轮叶片末端中的微通道设计和实现有关的设备、方法和/或系统。

背景技术

在燃气涡轮发动机中，公知的是空气在压缩机中被加压并用来在燃烧器中燃烧燃料以生成热燃烧气体流，这样的气体然后向下游流过一个或多个涡轮，以便能从其中提取能量。根据这样的涡轮，一般来讲，成行的周向间隔开的转子叶片从支撑转子盘径向向外延伸。每个叶片通常包括允许将叶片在转子盘中的对应燕尾件狭槽中组装和拆卸的燕尾件，以及从燕尾件径向向外延伸的翼型件。

翼型件具有在对应的前缘和后缘之间轴向地以及在根部和末端之间径向地延伸的大体凹形的压力侧和大体凸形的吸力侧。应当理解，叶片末端紧靠径向外涡轮护罩(shroud)以便最小化在涡轮叶片之间向下游流动的燃烧气体在两者间的泄漏。发动机的最大效率通过最小化末端间距或间隙以便防止泄漏而获得，但该策略一定程度上受限于在转子叶片和涡轮护罩之间不同的热和机械膨胀与收缩率以及避免在操作期间具有抵靠护罩的过度的末端摩擦的不期望情形的动机。

此外，由于涡轮叶片浸在热燃烧气体中，需要有效的冷却以确保可用部件寿命。通常，叶片翼型件为中空的并且设置成与压缩机流体连通，使得从压缩机流出的一部分加压空气被接纳以用于冷却翼型件。翼型件冷却十分复杂并且可采用各种形式的内部冷却通道和特征以及贯穿翼型件的外壁以用于排放冷却空气的冷却孔。然而，翼型件末端特别难以冷却，因为它们位于紧邻涡轮护罩处并且被流过末端间隙的热燃烧气体加热。因此，在叶片的翼型件内部被导引的一部分空气通常通过末端排放以用于冷却末端。

应当理解，常规的叶片末端设计包括意图防止泄漏和增加冷却效果的若干不同的几何形状和构型。示例性专利包括：授予Butts等人的美国专利No. 5,261,789；授予Bunker的美国专利No. 6,179,556；授予Mayer等人的美国专利No. 6,190,129；以及授予Lee的美国专利No. 6,059,530。然而，常规的叶片末端设计均具有某些缺点，包括对于充分减少泄漏和/或在允许最小化降低效率的压缩机旁路空气使用的有效末端冷却方面的大体失败。此外，如下文更详细讨论地，常规的叶片末端设计(特别是具有“凹槽状(squealer)末端”设计的那些)未能利用或有效地整合微通道冷却的有益效果。因此，非常需要一种增加导向至涡轮叶片末端区域的冷却剂的总体效果的改进的涡轮叶片末端设计。

发明内容

根据本发明的一个方面，本申请描述了一种用于燃气涡轮发动机的涡轮转子叶片，其包括具有在翼型件的外径向端处的末端的翼型件。末端可包括限定末端腔体的横带。横带可包括包围横带的微通道，其可包括围绕横带内表面的至少大部分长度延伸的微通道。

一种用于燃气涡轮发动机的涡轮转子叶片，涡轮转子叶片包括翼型件，翼型件包括在外径向端处的末端；其中，末端包括限定末端腔体的横带；并且其中，横带包括包围横带微通道。

根据一个实施例：翼型件包括在翼型件的前缘和后缘处接合在一起的压力侧壁和吸力侧壁，压力侧壁和吸力侧壁从根部延伸至末端并限定在其中的翼型件室；末端包括末端板，横带设置在末端板附近或周边；并且横带包括向内面朝末端腔体的横带内表面和横带外表面。

根据一个实施例，包围横带微通道包括围绕横带内表面的至少相当大的长度延伸的微通道。

根据一个实施例，包围横带微通道包括围绕横带内表面的至少大部分长度延伸的微通道。

根据一个实施例，包围横带微通道包括围绕横带内表面延伸以包围末端腔体的微通道；并且其中，包围横带微通道包括环状冷却剂路径。

根据一个实施例，压力侧壁包括外径向边缘并且吸力侧壁包括外径向边缘，翼型件构造成使得末端板轴向地且周向地延伸以将吸力侧壁的外径向边缘连接到压力侧壁的外径向边缘；其中，横带包括压力侧横带和吸力侧横带，压力侧横带在翼型件的前缘和后缘处连接到吸力侧横带；其中，压力侧横带从末端板径向向外延伸，从前缘横穿至后缘，使得压力侧横带与压力侧壁的外径向边缘大致对齐；并且其中，吸力侧横带从末端板径向向外延伸，从前缘横穿至后缘，使得吸力侧横带与吸力侧壁的外径向边缘大致对齐。

根据一个实施例，压力侧横带和吸力侧横带在翼型件的前缘至后缘之间为大致连续的，并且限定在压力侧横带和吸力侧横带之间的末端腔体；并且其中，翼型件室包括构造成在操作期间流通冷却剂的内室。

根据一个实施例，还包括：源连接器，其中，源连接器包括将包围横带微通道流体地连接到翼型件室的中空通路；以及出口，其中，出口包括将包围横带微通道流体地连接到形成于内横带上的端口的中空通路。

根据一个实施例，包围横带微通道包括封闭加工凹槽的非一体覆盖件；并且其中，非一体覆盖件包括覆层、片材、箔和线材中的一种。

根据一个实施例，包围横带微通道设置成横穿在横带上为已知热区的区域。

根据一个实施例，包围横带微通道包括靠近且大致平行于横带的横带内表面延伸的封闭的中空通路；并且其中，包围横带微通道与末端板呈间隔关系围绕横带内表面延伸。

根据一个实施例，包围横带微通道存在于距横带内表面小于约0.05英寸处；其中，包围横带微通道包括小于约0.0036英寸²的横截流动面积；并且其中，包围横带微通道包括在0.02和0.06英寸之间的平均高度和在0.02和0.06英寸之间的平均宽度。

根据一个实施例，包围横带微通道存在于距横带内表面在约0.04和0.02英寸之间；其中，包围横带微通道包括在约0.0025和0.0009英寸²之间的横截流动面积；并且其中，包围横带微通道包括在0.02与0.06英寸之间的平均高度和在0.02与0.06英寸之间的平均宽度。

根据一个实施例，还包括进料微通道，进料微通道延伸横跨末端板和横带的一部分，进料微通道包括定位在末端板上的上游端和定位在横带上的下游端；其中，进料微通道的上游端连接到冷却剂通路，冷却剂通路穿过末端板至翼型件室；并且其中，下游端流体连接到包围横带微通道。

根据一个实施例，穿过末端板的冷却剂通路包括构造成充当薄膜冷却剂出口的出口；并且其中，进料微通道构造成将原本已离开涡轮叶片的冷却剂从薄膜冷却剂出口导向至包围横带微通道。

根据一个实施例，还包括第二包围横带微通道，使得横带的横带内表面包括设置成更靠近横带的基部的内侧包围横带微通道和设置成更靠近横带的外边缘的外侧包围横带微通道。

根据一个实施例，内侧包围横带微通道和外侧包围横带微通道平行且在横带的基部和外边缘之间规则地间隔开。

根据一个实施例，还包括多个源连接器，多个源连接器构造成将内侧包围横带微通道流体连接到翼型件室，源连接器中的每一个包括在内侧包围横带微通道和翼型件室之间延伸的内部通路。

根据一个实施例，还包括多个横带连接器，其中，横带连接器中的每一个包括将内侧包围横带微通道流体连接到外侧包围横带微通道的内部通路；其中，外侧包围横带微通道包括沿外侧包围横带微通道成间隔地形成的多个出口，出口中的每一个包括将外侧包围横带微通道流体连接到形成于横带内表面上的端口的中空通路。

根据一个实施例，包围横带微通道沿横带内表面的长度的至少大部分间断地形成；并且其中，间断形成包括至少多个离散的微通道延伸体。

根据一个实施例，间断地形成的包围横带微通道包括形成于多个离散的微通道延伸体中的每一个之间的间隙；并且其中，多个离散的微通道延伸体中的每一个包括专用的冷却剂源。

根据一个实施例，离散的微通道延伸体中的每一个包括一个或多个出口，出口中的每一个包括设置在横带内表面上的端口。

根据一个实施例，离散的微通道延伸体中的每一个包括至少两个出口；其中，两个出口中的一个定位在离散的微通道延伸体的一端附近，并且两个出口中的另一个定位在离散的微通道延伸体的另一端。

根据一个实施例，间断地形成的包围横带微通道包括外侧间断地形成的包围横带微通道和内侧间断地形成的包围横带微通道，外侧和内侧间断地形成的包围横带微通道交错，使得每一个的间隙不重合，并且每一个的微通道重叠。

附图说明

在作为说明书的结论部分处的权利要求中特别地指明和清楚地要求保护被视为本发明的主题。根据结合附图获得的以下详细描述，本发明的前述和其它特征及优点将显而易见，在附图中：

图1是涡轮机系统的实施例的示意图；

图2是包括转子、涡轮叶片和固定的护罩的示例性转子叶片组件的透视图；

图3是其中可使用本申请的实施例的转子叶片的末端的透视图；

图4是其中可使用本申请的实施例的备选的转子叶片末端的后缘的透视图；

图5是其中可使用本申请的实施例的另一个备选转子叶片末端的后缘的透视图；

图6是根据本发明的一个方面的具有示例性冷却通道的转子叶片的末端的透视图；

图7是具有沿图4的示例性实施例的5-5截取的截面的透视图；

图8是具有沿图4的示例性实施例的5-5截取的截面的侧视图；

图9是从根据本发明的方面的示例性冷却通道构型的末端腔体内的侧视图；

图10是沿图9的示例性实施例的10-10的剖视图；

图11是沿图9的示例性实施例的11-11的剖视图；

图12是沿图9的示例性实施例的12-12的剖视图；

图13是包括具有末端板进料通道的示例性的包围横带的微通道的转子叶片末端的透视图；

图14是根据本发明的另一方面的具有示例性冷却通道的转子叶片的末端的透视图；以及

图15是图13的转子叶片末端的近距离透视图。

详细描述参照附图以举例的方式解释了本发明的实施例以及优点和特征。

部件列表

100   燃气涡轮系统

102   压缩机

104   燃烧器

106   涡轮

108   轴

110   燃料喷嘴

112   燃料源

115   转子叶片

116   燃烧气体

117   转子盘

120   护罩

122   根部或燕尾件

124   翼型件

126   平台

128   压力侧壁

130   吸力侧壁

132   前缘

134   后缘

137   叶片末端

148   末端板

149   薄膜冷却出口

150   横带

152   压力侧横带

153   吸力侧横带

155   末端腔体

156   翼型件室

157   横带内表面

159   横带外表面

161   横带间隙

166   包围横带微通道

167   源连接器

168   通道覆盖件(覆层、板、线材等)

169   横带连接器

170   微通道出口

171   内侧包围横带微通道

173   外侧包围横带微通道

175   第一凹槽

176   第二凹槽。

具体实施方式

图1是诸如燃气涡轮系统100的涡轮机系统的实施例的示意图。系统100包括压缩机102、燃烧器104、涡轮106、轴108和燃料喷嘴110。在一个实施例中，系统100可包括多个压缩机102、燃烧器104、涡轮106、轴108和燃料喷嘴110。压缩机102和涡轮106通过轴108联接。轴108可以是单个轴或联接到一起形成轴108的多个轴分段。

在一方面，燃烧器104使用诸如天然气或富烃合成气的液体和/或气体燃料来运转发动机。例如，燃料喷嘴110与空气源和燃料源112流体连通。燃料喷嘴110形成空气-燃料混合物，并且将空气燃料混合物排入燃烧器104中，从而引起形成热加压排气的燃烧。燃烧器100将热的加压排气通过过渡件导向至涡轮喷嘴(或“第一级喷嘴”)以及其它级的动叶和喷嘴，从而引起涡轮106旋转。涡轮106的旋转使轴108旋转，从而在空气流入压缩机102时压缩空气。在一个实施例中，包括但不限于护罩、隔板、喷嘴、动叶和过渡件的热气体路径部件位于涡轮106中，其中横跨部件的热气体流造成涡轮部件的蠕变、氧化、磨损和热疲劳。控制热气体路径部件的温度可减少部件中的损坏模式。燃气涡轮的效率随涡轮系统100中的点火温度的增加而增加。随着点火温度的增加，热气体路径部件需要适当地冷却以实现使用寿命。下面参照图2至图12详细讨论具有用于冷却靠近热气体路径的区域的改进布置的部件以及用于制造这样的部件的方法。虽然下面的讨论主要集中在燃气涡轮上，但所讨论的概念不限于燃气涡轮。

图2是示例性的热气体路径部件(涡轮转子叶片115)的透视图，其被定位在燃气涡轮或燃烧发动机的涡轮中。应当理解，涡轮安装在紧靠燃烧器的下游以用于接纳来自燃烧器的热燃烧气体116。围绕轴向中心轴线轴向对称的涡轮包括转子盘117和沿径向轴线从转子盘117径向向外延伸的多个周向间隔开的涡轮转子叶片(仅示出其中一个)。环形涡轮护罩120适当地接合到固定的定子壳体(未示出)并且围绕转子叶片115，使得在操作期间限制燃烧气体泄漏的相对小的间距或间隙保持在涡轮护罩120和转子叶片115之间。

每个转子叶片115大体包括可具有任何常规形式的根部或燕尾件122，例如轴向燕尾件，其构造成用于安装在转子盘117的周边中的对应燕尾件狭槽中。中空的翼型件124一体地接合到燕尾件122并且从燕尾件122径向地或纵向地向外延伸。转子叶片115也包括设置在翼型件124和燕尾件122的接头处的一体的平台126，以用于限定用于燃烧气体116的径向内部流动路径的一部分。应当理解，转子叶片115可以以任何常规方式形成并且通常为一体式铸件。可以看出，翼型件124优选地包括分别在相对的前缘132和后缘134之间轴向地延伸的大体凹形的压力侧壁128和周向或侧向相对的大体凸形的吸力侧壁130。侧壁128和130还沿径向方向从平台126延伸至径向外叶片末端或末端137。

图3提供了在其上可采用本发明的实施例的示例性叶片末端137的近距离视图。通常，叶片末端137包括末端板148，其设置在压力侧壁128和吸力侧壁130的径向外边缘的顶部上。末端板148通常界定限定在翼型件124的压力侧壁128和吸力侧壁130之间的内部冷却通道(该通道将在本文中简称为“翼型件室”)。诸如从压缩机流出的压缩空气的冷却剂可在操作期间通过翼型件室流通。在一些情况下，末端板148可包括薄膜冷却出口149，该出口在操作期间释放冷却物并且有助于在转子叶片115的表面上的薄膜冷却。末端板148可一体化到转子叶片115，或者如图所示一部分(由阴影区域指示)可在铸造叶片之后被焊接/硬焊就位。

由于诸如减少的泄漏流量的某些性能优点，叶片末端137往往包括末端横带或横带150。与压力侧壁128和吸力侧壁130相一致，横带150可分别描述为包括压力侧横带152和吸力侧横带153。通常，压力侧横带152从末端板148径向向外延伸(即，与末端板148形成大约90°或接近90°的角度)并且从翼型件124的前缘132延伸至后缘134。如图所示，压力侧横带152的路径邻近或接近压力侧壁128的外径向边缘(即，在末端板148的周边处或附近，使得它与压力侧壁128的外径向边缘对齐)。类似地，如图所示，吸力侧横带153从末端板148径向向外延伸(即，与末端板148形成大约90°的角度)并且从翼型件的前缘132延伸至后缘134。吸力侧横带153的路径邻近或接近吸力侧壁130的外径向边缘(即，在末端板148的周边处或附近，使得它与吸力侧壁130的外径向边缘对齐)。压力侧横带152和吸力侧横带153两者均可描述为具有内表面157和外表面159。应当理解，尽管如此，(多个)横带也可未必遵循压力侧横带或吸力侧横带。也就是说，在其中可使用本发明的备选类型的末端中，末端横带150可远离顶端板148的边缘移动。通过以这种方式形成，应当理解，末端横带150在转子叶片115的末端137处限定了末端凹口或腔体155。如本领域中的普通技术人员将理解地，以这种方式构造的末端137(即，具有这类腔体155的末端)常常被称为“凹槽状末端”或具有“凹槽状凹口或腔体”的末端。压力侧横带152和/或吸力侧横带153的高度和宽度(和因此腔体155的深度)可根据整个涡轮组件的最佳性能和尺寸而变化。应当理解，末端板148形成腔体155的底部(即，腔体的内径向边界)，末端横带150形成腔体155的侧壁，并且腔体155通过外径向表面保持开放，一旦安装在涡轮发动机内，腔体155将由对其略微径向偏移的固定护罩120(参见图2)紧靠地界定。

图4和图5示出了已知的用于转子叶片末端后缘的末端横带设计备选方案。虽然若干示例性实施例主要关于某些末端横带设计进行描述，但应当理解，本发明可适用于不同类型的末端横带设计。例如，在图4中，末端横带150具有在翼型件124的后缘134附近沿吸力侧横带153的横带间隙161。在图5中，末端横带150具有在翼型件124的后缘134附近沿压力侧横带153的横带间隙161。

应当理解，在翼型件124内，压力侧壁128和吸力侧壁130在周向和轴向方向上在翼型件124的大部分或整个径向跨度上间隔开，以限定穿过翼型件124的至少一个内部翼型件室156。翼型件室156将冷却剂从在转子叶片的根部处的连接部大体上导引通过翼型件124，使得翼型件124在操作期间不会通过其暴露于热气体路径而过热。冷却剂通常为从压缩机102流出的压缩空气，这可以以多种常规方式实现。翼型件室156可具有多种构型中的任一种，包括例如在其中带有用于增强冷却空气效果的各种湍流器的蜿蜒状流动通道，其中，冷却空气通过沿翼型件124定位的各种孔排放，例如示出在末端板148上的薄膜冷却出口149。如下文更详细讨论地，应当理解，这样的翼型件室156可经由加工或钻削通路或连接器以结合本发明的表面冷却通道或微通道而构造或使用，所述通路或连接器将翼型件室156连接到形成的表面冷却通道或微通道。这可以以任何常规方式进行。应当理解，这类连接器可被尺寸设计或构造成使得计量或所需量的冷却剂流入其所供应至的微通道中。此外，如下文更详细讨论地，本文中所述的微通道可成形为使得它们与现有的冷却剂出口(例如，薄膜冷却出口149)相交。以这种方式，微通道可被供以冷却剂源，即，此前在该位置离开转子叶片的冷却剂被再导向，使得它流过微通道并在另一个位置离开转子叶片。

如所提及地，一种用来冷却转子叶片的某些区域和其它热气体路径部件的方法是通过使用形成为非常接近并且大致平行于部件的表面延伸的冷却通路。通过以这种方式定位，冷却剂被更直接地施加到部件的最热部分，这增加了其冷却效率，同时也防止极端温度延伸到转子叶片的内部。然而，如本领域的普通技术人员将认识到地，由于其小横截面的流动区域以及它们必须多么靠近地定位在表面附近，这些表面冷却通路(如所阐述的，其在本文中被称为“微通道”)难以制造。一种可用来制作这样的微通道的方法是通过在叶片形成时将它们铸造在叶片中。然而，利用该方法，通常难以形成足够靠近部件表面的微通道，除非使用成本非常高的铸造技术。这样，通过铸造形成微通道通常限制了微通道与被冷却的部件的表面的接近度，从而限制了其效果。因此，已开发出可用来形成这样的微通道的其它方法。这些其它方法通常包括在部件的铸造已经完成之后封闭形成于部件表面中的凹槽，并且然后利用某种覆盖件封闭凹槽，使得形成非常靠近表面的中空通路。

一种用于这样做的已知方法是使用覆层来封闭形成于部件的表面上的凹槽。在这种情况下，通常首先用填料填充形成的凹槽。然后，将覆层施加到部件的表面上，其中填料支撑覆层，使得凹槽被覆层封闭，但不被其填充。一旦覆层干燥，填料就可从通道浸出(leached)，从而形成具有非常靠近部件表面的理想定位的中空封闭的冷却通道或微通道。在一种类似的已知方法中，凹槽可形成有在部件的表面水平处的狭窄颈部。颈部可足够狭窄，以防止覆层在施加时流入凹槽中，而不需要首先用填料填充凹槽。

另一种已知的方法是在凹槽已形成之后使用金属板来覆盖部件的表面。也就是说，板或箔被硬焊到表面上，以便覆盖形成于表面上的凹槽。另一种类型的微通道和用于制造微通道的方法在共同未决的专利申请GE 252833中有所描述，该申请如上文提供的并入本文中。该申请描述了一种改进的微通道构型以及一种可通过其来制造这些表面冷却通路的高效且低成本的方法。在这种情况下，形成于部件的表面上的浅通道或凹槽被焊接或硬焊到其的覆盖线材/条封闭。覆盖线材/条可定尺寸成使得当沿其边缘焊接/硬焊时，通道被紧紧封闭，同时穿过导引冷却剂的内部区域保持中空。

下面的美国专利申请和专利特别地描述了这样的微通道或表面冷却通路可被构造和制造的方式，并且以其全文并入本申请中：美国专利No. 7,487,641；美国专利No. 6,528,118；美国专利No. 6,461,108；美国专利No. 7,900,458；以及美国专利申请No. 20020106457。应当理解，除非另行指出，否则在本申请中且特别是在所附权利要求中描述的微通道可通过以上引用的方法中的任一种或相关领域中已知的任何其它方法或工艺形成。

图6是根据本发明的优选实施例的具有示例性包围冷却通道或微通道(以下称为“包围横带微通道166”)的末端横带150的内表面157的透视图。如本文所用，“包围横带微通道”是指定位在横带150上的微通道，其横穿大部分横带内表面157并且因此围绕末端腔体155的至少相当大的一部分。在某些优选实施例中，术语“包围横带微通道”是指包围整个横带内表面157且因此围绕整个末端腔体155的横带微通道。包围横带微通道166可形成环状冷却回路，其具有在环上间隔开的若干输入进料口和出口，如图所示。应当理解，图6表示其中通道覆盖件168未示出的视图，并且因为如此，包围横带微通道166示出为切入横带内表面157中的未封闭的凹槽或通道。在其它图中示出并在下文讨论的覆盖件168是封闭包围横带微通道166的凹槽的结构。

在一个优选的实施例中，包围横带微通道166包括包围或环绕(ring)横带150的横带内表面157的两个平行的通道。如所阐述的，在未覆盖的情况下，图6的包围横带微通道166类似于可加工到转子叶片115的表面中的窄而浅的凹槽。凹槽的横截面轮廓可以是矩形或半圆形的，但也可能是其它形状。在一个优选的实施例中，包围横带微通道166平行地围绕末端腔体155延伸，并且在横带150的基部和横带150的外侧边缘或表面之间均匀地间隔开，使得在操作期间的冷却效果更均匀地通过横带150扩散。包围横带微通道166可描述为包括定位在横带150的基部附近的内侧微通道171和定位在横带150的外边缘附近的外侧微通道173。

如下文更详细讨论地，在一个优选的实施例中，源连接器167将包围横带微通道166连接到翼型件室156内的冷却剂源。源连接器167可以是在内侧微通道171和翼型件室156之间延伸的内部通路。源连接器167可以在叶片铸造完成之后加工。其它冷却剂源备选方案也是可能的，如下文所讨论地。

在备选实施例中，可形成环绕横带内表面157的单个包围横带微通道166。另外，可提供两个以上的包围横带微通道166，每一个均包围横带内表面157。包围横带微通道166可以是线性的，或者在特别地需要解决热区并且需要沿横带内表面157的弯曲路径以达到它们时可包括弯曲部(未示出)。一个或多个包围横带微通道166可形成为使得每个大致平行于末端板148。

图7和图8提供了沿图6所标示的切割线7-7的剖视图。应当理解，在图6中，通道覆盖件或覆盖件168被省略，这样做是为了更清楚地示出包围横带微通道166。在图7和图8中，提供了通道覆盖件168。应当理解，通道覆盖件168是封闭通道168的结构，或更准确地存在于微通道166和末端腔体155之间的结构。例如，在图7和图8中，覆层可用来封闭已加工到横带内表面157中的凹槽。覆层封闭凹槽，使得形成包围横带微通道166。覆层可以是用于此目的的任何合适的覆层，包括环境隔离覆层。在其它实施例中，覆盖件168可以是叶片115的一体部件。在这种情况下，微通道168将在叶片115形成期间铸造到叶片115中。然而，如所阐述的，这类铸造所需的精度大大增加了成本。在另一示例中，图7和图8的覆盖件168可以是焊接或硬焊到横带150上的薄的板或箔。在另一示例中，覆盖件168可以是焊接/硬焊就位的线材/条(如在上文引用的共同未决的申请GE文献No. 252833中所描述的工艺那样)。

应当理解，图6至图8示出了可在铸造后或使用后有效地添加到现有转子叶片的微通道构型。也就是说，现有的转子叶片可便利地改装为带有包围横带微通道166以解决可能由改变点火温度或条件造成的叶片末端137中的冷却不足问题。为了实现这一目的，可在横带150的内表面157中加工凹槽。加工可通过任何已知的加工工艺完成。凹槽可经由通过末端板148加工或钻削的通路连接到冷却剂源，该通路在本文中被称为源连接器167。这样，可使用覆盖件168来封闭凹槽，使得形成包围横带微通道166。

微通道出口170可沿包围横带微通道166以一定间隔形成。如图所示，横带连接器169可将内侧微通道171连接到外侧微通道173。如图所示，该优选构型可允许冷却剂从翼型件室156内的源流入内侧微通道171中。冷却剂接着可通过内侧微通道171流至横带连接器169，如图所示，横带连接器169可与源连接器167交错(staggered)以促进有益于除热的弯曲路径。冷却剂接着可经由横带连接器169从内侧微通道171流至外侧微通道173。一旦在外侧微通道173中，冷却剂就可流至出口170中的一个，该出口可与横带连接器169交错。

在某些优选实施例中，包围横带微通道166在本文中限定为封闭的受限的内部通路，其非常靠近并大致平行于转子叶片的暴露的外表面而延伸。在某些优选实施例中，并且在所指示处如本文所用地，包围横带微通道166为定位成距转子叶片的外表面小于约0.050英寸的冷却剂通道，根据包围横带微通道166如何形成，该尺寸可对应于通道覆盖件168和封闭包围横带微通道166的任何覆层的厚度。更优选地，这样的微通道存在于距转子叶片的外表面0.040和0.020英寸之间处。

此外，横截流动面积通常被限制在这样的微通道中，这允许在部件的表面上多个微通道的形成以及冷却剂的更有效使用。在某些优选实施例中，并且在本文中如所指示处所用的，包围横带微通道166被限定为具有小于约0.0036英寸²的横截流动面积。更优选地，这样的微通道具有在约0.0025和0.009英寸²之间的横截流动面积。在某些优选实施例中，包围横带微通道166的平均高度在约0.020和0.060英寸之间，并且包围横带微通道166的平均宽度在约0.020和0.060英寸之间。

图9提供了从根据本发明的另一个方面的包围横带微通道166的示例性构型的末端腔体155内的侧视图。图10是沿图9的示例性实施例的10-10的剖视图。图11是沿图9的示例性实施例的11-11的剖视图。并且，图12是沿图9的示例性实施例的12-12的剖视图。在图9中，通道覆盖件168同样被移除，以便更清楚地示出形成包围横带微通道166的凹槽。如上所述，一对包围横带微通道166可呈间隔关系围绕横带内表面157延伸。源连接器167可将内侧包围横带微通道166连接到翼型件室156中的冷却剂源。横带连接器169可将内侧包围横带微通道171连接到外侧包围横带微通道172。出口170可形成于外侧包围横带微通道172中。应当理解，其它构型也是可能的，并且上述示例并非旨在进行限制，除非在其中要求对某些优选实施例进行保护的所附权利要求书中具体规定。

图13是根据本发明的另一方面的具有示例性包围横带微通道166的转子叶片末端137的透视图。在这种情况下，包围横带微通道166经由现有的薄膜冷却剂出口149而不是源连接器167来供料。如前所述，应当理解，在图13中，覆盖件168为了说明目的而未示出。图13相反示出了连接的凹槽：第一凹槽175，其形成于横带150中；以及第二凹槽176，其形成于末端板148中并且连接到第一凹槽175。应当理解，第一凹槽175和第二凹槽176以及合适的封闭覆盖件168的组合可为包围横带微通道166供应冷却剂，该冷却剂此前通过薄膜冷却剂出口149离开涡轮叶片115。具体而言，在上游侧处，第二凹槽176可与现有的薄膜冷却出口149相交。第二凹槽176接着可朝第一凹槽175的上游端延伸并与其进行连接，如图所示。第一凹槽175接着可朝包围横带微通道166延伸并与其进行连接。如所阐述地，在某些示例性实施例中，仅一个包围横带微通道166形成于横带150内。另外，多个第二凹槽176可在沿(多个)横带微通道的长度的不同位置处形成以便为(多个)横带微通道166供料。

在优选的实施例中，可将多个冷却剂进料提供给包围横带微通道166中的每一个。在应用时，多个横带连接器169可提供若干路径，若干包围横带微通道166通过该路径彼此流体连通。另外，多个出口170可包括在包围横带微通道166中的每一个上，以便各自排出流通的冷却剂。应当理解，这些多个通路提供了冗余度，以使得即使制造缺陷或堵塞阻止内部连接通道中的一个按预期工作，冷却末端板137也继续进行。

图14和图15示出了本发明的备选实施例。图14提供了根据本发明的另一方面具有示例性包围横带微通道166的转子叶片115的末端137的透视图，并且图15为图14的转子叶片末端137的近距离透视图。应当理解，图14的包围横带微通道166示出为通道覆盖件168被移除，而在图15中，包围横带微通道166示出为通道覆盖件168就位。如图所示，在该实施例中，包围横带微通道166围绕横带150的内表面157间断地形成。也就是说，包围横带微通道166沿末端横带150的内表面157上的包围路径延伸，并且包括在包围路径上的规则的间隙，在该间隙处，微通道166被断开。该构型可描述为形成围绕横带150延伸的多个“离散的微通道延伸体(span)”，两个微通道延伸体之间形成间隙。如图所示，由于每个离散的微通道延伸体不连接到相邻的离散的微通道延伸体，其各自具有专用的冷却剂源。如上文中更详细描述地，源可以是源连接器167(如图14和图15中所示)、来自先前存在的薄膜冷却出口149的微通道供应、它们的组合、或其它类型的供应。如图15中所示，包围横带微通道166的每个离散的微通道延伸体可具有一个或多个出口170。在优选的实施例中，每个离散的微通道延伸体可具有设置在每一端或附近的出口170，如图所示。

在一个优选的实施例中，间断的包围微通道166包括内侧包围横带微通道171和外侧包围横带微通道173。这些微通道中的每一个的离散的延伸体可交错，使得内侧包围横带微通道171的离散的延伸体和外侧包围横带微通道173的离散的延伸体重叠，如图14和图15中所示。以这种方式，应当理解，可为该区域提供有效的冷却覆盖，同时在离散的延伸体中的任一个由于制造缺陷或操作异常而变得不正常工作的情况下也允许所需水平的冗余或重复冷却覆盖。

考虑到微通道冷却的有效性，对于冷却区域(即，转子叶片的凹槽状末端)的困难可用减少的冷却剂使用量来解决，这将提高涡轮的总效率。此类微通道冷却的构型允许在新的现有转子叶片中有效地构造此类系统。

虽然已经结合仅有限数量的实施例详细描述了本发明，但应该容易理解，本发明不受限于这样公开的实施例。而是，本发明可被修改以包含任何数量的此前未描述的、但与本发明的精神和范围相称的变型、改动、替换或等同布置。另外，虽然已经描述了本发明的各种实施例，但应当理解，本发明的方面可仅包括所描述的实施例中的一些。因此，本发明不应视为受先前的描述限制，而仅受所附权利要求的范围限制。

Claims (10)

1. 一种用于燃气涡轮发动机的涡轮转子叶片，所述涡轮转子叶片包括翼型件，所述翼型件包括在外径向端处的末端；

其中，所述末端包括限定末端腔体的横带；并且

其中，所述横带包括包围横带微通道。

2. 根据权利要求1所述的涡轮转子叶片，其特征在于：

所述翼型件包括在所述翼型件的前缘和后缘处接合在一起的压力侧壁和吸力侧壁，所述压力侧壁和所述吸力侧壁从根部延伸至所述末端并限定在其中的翼型件室；

所述末端包括末端板，所述横带设置在所述末端板附近或周边；并且

所述横带包括向内面朝所述末端腔体的横带内表面和横带外表面。

3. 根据权利要求2所述的涡轮转子叶片，其特征在于，所述包围横带微通道包括围绕所述横带内表面的至少相当大的长度延伸的微通道。

4. 根据权利要求2所述的涡轮转子叶片，其特征在于，所述包围横带微通道包括围绕所述横带内表面的至少大部分长度延伸的微通道。

5. 根据权利要求2所述的涡轮转子叶片，其特征在于，所述包围横带微通道包括围绕所述横带内表面延伸以包围所述末端腔体的微通道；并且

其中，所述包围横带微通道包括环状冷却剂路径。

6. 根据权利要求4所述的涡轮转子叶片，其特征在于，所述压力侧壁包括外径向边缘并且所述吸力侧壁包括外径向边缘，所述翼型件构造成使得所述末端板轴向地且周向地延伸以将所述吸力侧壁的外径向边缘连接到所述压力侧壁的外径向边缘；

其中，所述横带包括压力侧横带和吸力侧横带，所述压力侧横带在所述翼型件的前缘和后缘处连接到所述吸力侧横带；

其中，所述压力侧横带从所述末端板径向向外延伸，从所述前缘横穿至所述后缘，使得所述压力侧横带与所述压力侧壁的外径向边缘大致对齐；并且

其中，所述吸力侧横带从所述末端板径向向外延伸，从所述前缘横穿至所述后缘，使得所述吸力侧横带与所述吸力侧壁的外径向边缘大致对齐。

7. 根据权利要求6所述的涡轮转子叶片，其特征在于，所述压力侧横带和所述吸力侧横带在所述翼型件的前缘至所述后缘之间为大致连续的，并且限定在所述压力侧横带和所述吸力侧横带之间的末端腔体；并且

其中，所述翼型件室包括构造成在操作期间流通冷却剂的内室。

8. 根据权利要求7所述的涡轮转子叶片，其特征在于，还包括：

源连接器，其中，所述源连接器包括将所述包围横带微通道流体地连接到所述翼型件室的中空通路；以及

出口，其中，所述出口包括将所述包围横带微通道流体地连接到形成于所述内横带上的端口的中空通路。

9. 根据权利要求4所述的涡轮转子叶片，其特征在于，所述包围横带微通道包括封闭加工凹槽的非一体覆盖件；并且

其中，所述非一体覆盖件包括覆层、片材、箔和线材中的一种。

10. 根据权利要求4所述的涡轮转子叶片，其特征在于，所述包围横带微通道设置成横穿在所述横带上为已知热区的区域。

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