CN103649466A

CN103649466A - 用于燃气涡轮发动机的导流构件

Info

Publication number: CN103649466A
Application number: CN201280034696.9A
Authority: CN
Inventors: 李经邦; 谭国汶
Original assignee: Siemens Energy Inc
Current assignee: Siemens Energy Inc
Priority date: 2011-07-12
Filing date: 2012-06-22
Publication date: 2014-03-19
Anticipated expiration: 2032-06-22
Also published as: WO2013009449A1; US20130017080A1; CN103649466B; EP2732136B1; EP2732136A1; US8864452B2

Abstract

在燃气涡轮发动机中，导流构件（17）包括：被支撑在转子（22）上的平台（20）、面向径向的端壁（42）、从与端壁（42）的结合部（44）径向向内延伸的至少一个轴向表面（38）、从端壁（42）径向向外延伸的翼型部（18）、以及流体导流结构（50）。流体导流结构（50）包括轴向地延伸至轴向表面（38）中的凹槽（52），并且具有径向内凹槽端部（54）和径向外凹槽端部（56）。外凹槽端部（56）在轴向表面（38）与端壁（42）之间的结合部（44）中限定轴向延伸的凹口（58）并在端壁（42）中形成开口，以将冷却流体导引至端壁（42）。凹槽（52）还包括从内凹槽端部延伸至外凹槽端部的第一凹槽壁（60）、以及与第一凹槽壁（60）相对且从内凹槽端部延伸至外凹槽端部的第二凹槽壁（62）。

Description

用于燃气涡轮发动机的导流构件

相关申请的交叉引用

本申请为由Ching-Pang Lee等人于2011年7月12日提交的名称为“用于燃气涡轮发动机的导流构件”(FLOW DIRECTING MEMBERFOR GAS TURBINE ENGINE)、序列号为No.13/180,578的美国专利申请（律师案卷号2010P26642US）的部分连续案，上述申请的全部公开内容通过引用而结合于本文中。

技术领域

本发明总体上涉及一种燃气涡轮发动机，并且更具体地涉及与燃气涡轮发动机中的旋转叶片相关联的导流构件。

背景技术

燃气涡轮发动机通常包括压缩机部段、燃烧室、以及涡轮机部段。压缩机部段压缩进入入口的环境空气。燃烧室使经压缩的空气与燃料混合并且将混合物点燃，从而产生定义成工作流体的燃烧产物。工作流体行进到涡轮机部段，在涡轮机部段中工作流体膨胀以产生功输出。在涡轮机部段内为成排的固定导流构件，其中固定导流构件包括将工作流体引导至成排的旋转导流构件的导叶，旋转导流构件包括联接至转子的叶片。由一排导叶和一排叶片所组成的每一对形成了涡轮机部段中的一级。

具有高性能需求的高级燃气涡轮机试图在涡轮机部段中尽可能多地减小空气动力损失。这相应地导致了发动机的整体热效率和功率输出的改进。此外，所期望的是减少涡轮机部段中的从高温气体路径到已冷却空气空腔中的高温气体吸入。这种高温气体吸入的减少使得空腔中具有更小的冷却空气需求，这导致更少量的冷却流体泄漏到高温气体路径中，从而进一步提高发动机的整体热效率和功率输出。

发明内容

根据一个方面，提供了一种用于燃气涡轮发动机的导流构件。所述导流构件包括平台，所述平台支撑在转子上并且包括面向径向的端壁以及从与所述端壁的结合部径向向内延伸的至少一个面向轴向的轴向表面。所述导流构件还包括流体导流结构和从所述端壁径向向外延伸的翼型部。所述流体导流结构包括轴向地延伸至所述轴向表面中的凹槽。所述凹槽包括径向内凹槽端部和径向外凹槽端部，其中，所述外凹槽端部在所述轴向表面与所述端壁之间的结合部中限定轴向延伸的凹口并且在所述端壁中形成开口，以将冷却流体导引至所述端壁。所述凹槽还包括：第一凹槽壁，所述第一凹槽壁从所述内凹槽端部延伸至所述外凹槽端部；以及第二凹槽壁，所述第二凹槽壁与所述第一凹槽壁相对并且从所述内凹槽端部延伸至所述外凹槽端部。

根据另一方面，提供了一种用于燃气涡轮发动机的导流构件。所述导流构件包括平台，所述平台支撑在转子上并且包括面向径向的端壁以及从与所述端壁的结合部径向向内延伸的至少一个面向轴向的轴向表面。所述导流构件还包括流体导流结构和从所述端壁径向向外延伸的翼型部。所述流体导流结构包括轴向地延伸至所述轴向表面中的凹槽。所述凹槽包括径向内凹槽端部和径向外凹槽端部，其中，所述外凹槽端部在所述轴向表面与所述端壁之间的结合部中限定轴向延伸的凹口并且在所述端壁中形成开口，以将冷却流体导引至所述端壁。所述凹槽还包括：呈凸形地弯曲的第一凹槽壁，所述第一凹槽壁从所述内凹槽端部延伸至所述外凹槽端部；以及呈凸形地弯曲的第二凹槽壁，所述第二凹槽壁从所述内凹槽端部延伸至所述外凹槽端部，使得所述第一凹槽壁和所述第二凹槽壁在所述轴向面上提供了具有总体呈C形形状的凹槽。

附图说明

尽管本申请文件以特别指出并明确主张本发明的权利要求书作终结，然而相信通过以下结合附图的描述将更好地理解本发明，在附图中相同的附图标记表示相同的元件，并且附图中：

图1是根据本发明的方面而形成的燃气涡轮发动机中的涡轮机部段的一部分的剖面视图；

图2和3是根据本发明的方面而形成的相邻的导流构件的前部面的立体视图；

图3A是从图3中的线3A-3A沿径向向内的方向观察的平面视图；

图4和图5是图2和图3中示出的导流构件的后部面的立体视图；

图5A是从图5中的线5A-5A沿径向向内的方向观察的平面视图；

图6是根据本发明的另外的方面而形成的导流构件的前部面的立体图；

图7和图8是根据本发明的又一些方面而形成的相邻的导流构件的前部面的立体视图；

图7A是沿着图7中的线7A-7A所剖取的剖面视图；

图9是根据本发明的再一些方面而形成的相邻的导流构件的前部面的立体视图；以及

图9A是沿着图9的剖面线9A-9A所剖取的剖面视图。

具体实施方式

在以下对优选实施方式的详细说明中，参照了形成详细说明的一部分的附图，并且在附图中通过示例而非限制的方式示出了可以实施本发明的具体的优选实施方式。要理解的是，在不与本发明的精神和范围相背离的情况下，可以应用其它实施方式并且可以进行变化。

参照图1，概略地示出了涡轮发动机10的一部分，其包括毗连的级12、14，每一级包括一组固定导流构件13，所述一组固定导流构件13包括从外壳（未示出）悬垂并且固定至环形内护罩15的固定翼型部，也就是导叶16。每一级还包括一组旋转导流构件17，所述一组旋转导流稿件17包括支撑于相应的平台20上的旋转翼型部，也就是叶片18。导流构件17的平台20被支撑在转子上并影响转子的旋转，其中转子的一部分由转子盘22形成，这种转子为常规的并且在本文中将不会加以详细描述。如在本文所使用的，术语“平台”可以指代与旋转导流构件17相关联的以下任何结构：该结构位于叶片18与转子之间并且在发动机10操作期间与叶片18和转子一起旋转，该结构例如为比如根部、侧板、柄部（shank）等等。

导叶16和叶片18周向地定位在发动机10内，使得交替的成排导叶16和叶片18沿限定了发动机10的纵向轴线L_A的轴向方向设置，见图1。导叶16和叶片18延伸到环形高温气体路径24中，包括高温燃烧气体的工作气体被引导穿过该高温气体路径24。工作气体在发动机10运转期间通过成排的导叶16和叶片18而流动穿过高温气体路径24，并且导致叶片18和相对应的平台20旋转，以提供转子的旋转。

现在将描述其中一个旋转导流构件17的结构，要理解的是发动机10中的其它旋转导流构件17可以与所描述的所述一个旋转导流构件17基本类似。

如图1所示，第一冷却流体空腔26和第二冷却流体空腔28与导流构件17的平台20相关联，并且在平台20的相应侧上相对于高温气体路径24径向向内地设置。诸如压缩机排放空气之类的冷却流体被提供至空腔26、28，以冷却平台20和相邻的环形内护罩15冷却。冷却流体还提供了对抗在高温气体路径24中流动的工作气体的压力的压力平衡，以抵挡工作气体往空腔26、28中的流动。要注意的是，第一冷却流体空腔26和第二冷却流体空腔28不需要相互排斥，也就是说，二者可以彼此流体连通。

诸如为比如迷宫式密封装置、刀口密封装置、蜂窝密封装置等之类的级间密封装置30可以被支撑于环形内护罩15的径向内侧处，并且可以与从平台20的对置的第一和第二轴向面对的轴向表面轴向地延伸的第一天使翼密封构件32和第二天使翼密封构件34相配合，以减少或限制从高温气体路径24至空腔26、28中的泄漏。在所示的实施方式中，第一轴向面对的轴向表面包括前部轴向表面38，其中前部轴向表面38轴向向前地面向穿过高温气体路径24而到来的工作气体流，并且第二轴向面对的轴向表面包括后部轴向表面40，其中后部轴向表面40轴向向后地面向工作气体的下游方向。前部轴向表面38和后部轴向表面40各自可以由在平台20的周向间隔开的匹配面之间延伸的径向延伸平面所限定，下文将描述该匹配面。

旋转导流构件17包括现在将描述的一个或更多个流体导流结构。要注意的是，导流构件17优选为包括多个流体导流结构，但是可以设置有附加的或更少的流体导流结构。

平台20包括前部轴向表面38、后部轴向表面40、以及端壁42，其中端壁42径向向外地面向高温气体路径24并且限定高温气体路径24的径向内边界。在所示的实施方式中，端壁42与每个轴向表面38、40大致垂直，轴向表面38、40从与端壁42的相应的前结合部44和后结合部46处径向向内延伸，见图1。如图2至5所示，平台20还包括上游匹配面48A和下游匹配面48B，其中上游匹配面48A和下游匹配面48B与相邻平台20的匹配面48A、48B形成了匹配面间隙49，术语“上游”和“下游”参照转子的旋转方向D_R而定义。特别地，匹配面间隙49由相邻平台20的相对的匹配面48A、48B形成，其中匹配面48A、48B从每个平台20的前部轴向表面38延伸至每个平台20的后部轴向表面40。在所示的实施方式中，对置的匹配面48A、48B大致垂直于每个平台20的端壁42沿径向方向基本上彼此平行地延伸。

参照图2至3，前部轴向表面38包括第一流体导流结构50。第一流体导流结构50包括轴向延伸至前部轴向表面38中的、也称为前部凹槽的第一凹槽52。如下文所述，第一凹槽52对来自第一冷却流体空腔26的冷却流体产生导流作用。在所示的实施方式中，第一流体导流结构50对于设置于平台20上的每个导叶18包括一个第一凹槽52，也就是说，如果平台20包括多个导叶18，则在平台20中可以设置有相对应数量的第一凹槽52。此外，第一凹槽52在平台20的相当长的周向的长度上延伸，例如延伸多于平台20的大于约四分之一的周向长度，并且更优选地延伸平台20的至少约一半或多于一半的周向长度。要注意的是，如果平台20包括多个叶片18，则第一凹槽52可以延伸比平台20的四分之一要小的平台20的周向范围，例如，第一凹槽52可以具有与其中一个叶片18在平台20上的周向占位差不多相同的周向长度，一个叶片18在平台20上的周向占位即沿旋转方向D_R测量的并且大致从叶片18的前缘18A的周向位置延伸至叶片18的弯曲吸力面18B的顶点的距离。

第一凹槽52包括径向内凹槽端部54和与内凹槽端部54在径向方向上间隔开的径向外凹槽端部56，见图2和图3。内凹槽端部54设置在第一天使翼密封构件32与前结合部44之间，并且优选地设置为紧靠第一天使翼密封构件32。根据本发明的该实施方式的内凹槽端部54设置在与叶片18的前缘18A大致对准的周向位置处，但是可以设置在其它周向位置处。

如图2中最清楚地示出的，外凹槽端部56在前结合部44中限定了轴向延伸的凹口58，并且在端壁42中形成了开口以用于将冷却流体从第一冷却流体空腔26导引至端壁42，如下文将要描述的。在所示的实施方式中，外凹槽端部56设置在跨越平台20的相当长的周向长度的位置上并且包括偏离内凹槽端部54的周向位置的部分56A。该部分56A设置成紧靠与平台20的下游匹配面48B相关联的匹配面间隙49，但是部分56A可以设置在其它周向位置处。

根据该实施方式，第一凹槽52由相对的第一轴向地且径向地延伸的凹槽壁60和第二轴向地且径向地延伸的凹槽壁62限定，其中所示实施方式中的第二凹槽壁62与第一凹槽壁60大体垂直，见图2至3及图3A，但是凹槽壁60与凹槽壁62之间的角度可以大于或小于九十度。第一凹槽壁60和第二凹槽壁62各自起始于内凹槽端部54并且延伸至外凹槽端部56。

所示实施方式中的第一凹槽壁60包括相对于径向方向从凹形到凸形的壁，并且当在轴向方向上观察时总体上限定为S形形状。随着第一凹槽壁60从内凹槽端部54朝向外凹槽端部56延伸，第一凹槽壁60逐渐轴向深入地延伸至前部轴向表面38中，见图3A，也就是说，在内凹槽端部54处所测量到的第一凹槽壁60的轴向深度小于朝向外凹槽端部56的第一凹槽壁60的轴向深度。

所示实施方式中的第二凹槽壁62包括相对于周向方向呈凹形的壁，并且从第一凹槽壁60延伸至外凹槽端部56。随着第二凹槽壁62在转子的旋转方向D_R上延伸时，第二凹槽壁62逐渐轴向深入地延伸至前部轴向表面38中，也就是说，在上游位置处所测量到的第二凹槽壁62的轴向深度小于在下游位置处的第二凹槽壁62的轴向深度。然而，第二凹槽壁62的周向端部62A轴向向外延伸，以限定平滑、弯曲的端部62A，如图3A中最清楚地示出的。

要注意的是，不期望将本发明局限于具有图2至3及图3A中示出的构型的第一凹槽52，也就是说，想到具有不同构型的第一凹槽。

现在参照图4和图5，后部轴向表面40包括第二流体导流结构70。第二导流部件70包括轴向延伸至后部轴向表面40中的、也称为后部凹槽的第二凹槽72。第二凹槽72对来自第二冷却流体空腔28的冷却流体产生泵压和导流的作用，如下文将要描述的。在所示的实施方式中，第二流体导流结构70对于设置在平台20上的每个叶片18包括一个第二凹槽72，也就是说，如果平台20包括多个叶片18，则在平台20中可以设置有相对应数量的第二凹槽72。此外，第二凹槽72在平台20的相当长的周向长度上延伸，例如延伸了平台20的大于约四分之一的周向长度，并且更优选地延伸了平台20的至少约一半或多于一半的周向长度。要注意的是，如果平台20包括多个叶片18，则第二凹槽72可以延伸比平台20的四分之一要小的平台20的周向范围，例如，第二凹槽72可以具有与其中一个叶片18在平台20上的周向占位差不多相同的周向长度，一个叶片18在平台20上的周向占位即沿旋转方向D_R测量的并且大致上从叶片18的前缘18A的周向位置延伸至叶片18的弯曲吸力面18B的顶点的距离。

第二凹槽72包括径向内凹槽端部74和与内凹槽端部74在径向方向上间隔开的径向外凹槽端部76，见图4和图5。内凹槽端部74设置在第二天使翼密封构件34与后结合部46之间，并且优选地设置为紧靠第二天使翼密封构件32。根据本发明的该实施方式的内凹槽端部74设置在大致位于平台20的上游匹配面48A与下游匹配面48B的中间的周向位置处，但是其可以设置在其它周向位置处。

如图4中最清楚地示出的，外凹槽端部76在后结合部46中限定了轴向延伸的凹口78，并且在端壁42中形成了开口以用于将从第二冷却流体空腔28泵压的冷却流体导引至端壁42，如下文将要描述的。在所示的实施方式中，外凹槽端部76设置在跨越平台20的相当长的周向长度的周向位置处并且包括偏离内凹槽端部74的周向位置的部分76A。该部分76A定位成紧靠与平台20的上游匹配面48B相关联的匹配面间隙49，但是该部分76A可以定位在其它周向位置处。

根据该实施方式，第二凹槽72由第一轴向地且径向地延伸的凹槽壁80和第二轴向地且径向地延伸的凹槽壁82限定，其中所示实施方式中的第二凹槽壁82与第一凹槽壁80大体垂直，见图4至5及图5A，但是凹槽壁80与凹槽壁82之间的角度可以大于或小于九十度。第一凹槽壁80和第二凹槽壁82各自起始于内凹槽端部74并且延伸至外凹槽端部76。

所示实施方式中的第一凹槽壁80包括相对于径向方向从凹形到凸形的壁，并且当在轴向方向上观察时总体上限定为S形形状。随着第一凹槽壁80从内凹槽端部74朝向外凹槽端部76延伸，第一凹槽壁80逐渐轴向深入地延伸至后部轴向表面40中，见图5A，也就是说，在内凹槽端部74处所测量到的第一凹槽壁80的轴向深度小于在外凹槽端部76处的第一凹槽壁80的轴向深度。

所示实施方式中的第二凹槽壁82包括相对于周向方向呈凹形的壁，并且从第一凹槽壁80延伸至外凹槽端部76。随着第二凹槽壁82远离转子的旋转方向D_R延伸，第二凹槽壁82逐渐轴向深入地延伸至后部轴向表面40中，也就是说，在上游位置处所测量到的第二凹槽壁82的轴向深度大于在下游位置处所测量到的第二凹槽壁82的轴向深度。

要注意的是，不期望将本发明局限于具有图4至5及图5A中示出的构型的第二凹槽72，也就是说，想到具有不同的构型第二凹槽。

所示实施方式中的平台20的端壁42包括一系列轮廓以实现燃气在端壁42上方的所期望的流动，如本文将要描述的。要注意的是，在端壁42中可以设置有比图2至5中示出的轮廓更多或更少的轮廓。

参照图2和图3，端壁42包括与叶片18的前缘18A邻近的前缘突起部90。前缘突起部90包括端壁42的突起的区域，并且从叶片18的前缘18A沿着叶片18的吸力面18B的一部分延伸。端壁42还包括与叶片18的后缘18C邻近的后缘吸力面突起部92，见图4和图5。后缘吸力面突起部92包括端壁42的突起的区域，并且沿着叶片18的吸力面18B从叶片18的大约弦线中心点位置延伸至叶片的后缘18C。端壁42还包括与叶片18的后缘18C邻近的后缘压力面突起部94，见图2和图3。后缘压力面突起部94包括端壁42的突起的区域，并且沿着叶片18的压力面18D从叶片的后缘18C朝向叶片18的弦线中心点位置延伸。

除了突起部90、92、94之外，端壁42还包括凹陷部形式的轮廓，该凹陷部包括端壁42的凹入的部分。在所示的实施方式中，端壁42在叶片18的前缘18A与后缘压力面突起部94之间包括邻近叶片18的压力面18D定位的压力面凹陷部96，见图2和图3。端壁42还包括定位成邻近后缘吸力面突起部92和后结合部46——也就是位于叶片18的后缘18C和与下游匹配面48B相关联地匹配面间隙49之间的区域中——的后缘凹陷部98，见图4。

在发动机10的操作期间，对本领域技术人员明显的是，穿过高温气体路径24流动的工作气体起到使叶片18、平台20、以及转子旋转的作用。尽管主工作气体流在相邻的翼型部——也就是导叶16及叶片18——之间大体沿轴向方向通过，但是工作气体还限定了包括流线的邻近平台20的端壁42的流场，其中所述流线的至少一部分大致横向于轴向方向地延伸，也就是从一个叶片18朝向相邻的叶片18延伸。

根据本发明的该实施方式的端壁42包括一系列的轮廓以实现燃气的在端壁42上方的所期望的流动。如图2至5中的轮廓线所表示的，这些轮廓可以相对于突起部90、92、94的顶部在高度上连续地降低或是平稳地减低，并且这些轮廓可以相对于凹陷部96、98的最底部在高度上连续地增大或是平稳地增大。波状外形的端壁42起到使邻近端壁42的流场中的二次流涡系减少以及与这种二次流涡系相关联的空气动力损失减小的作用。

此外，诸如压缩机排放的空气之类的冷却流体被抽吸至第一冷却流体空腔26和第二冷却流体空腔28中。冷却流体对平台20和环形内护罩15提供冷却，并且提供对抗在高温气体路径24中流动的工作气体的压力的压力平衡，以抵挡工作气体至空腔26、28中的流动。此外，第一翼密封构件32和第二翼密封构件34的旋转——也就是由平台20和转子所导致的第一翼密封构件32和第二翼密封构件34的旋转——对相应的空腔26、28中的冷却流体施加吸入力。作用在冷却流体上的吸入力导致在空腔26、28中的部分冷却流体流向翼密封构件32、34，这使该部分冷却流体径向向外地喷出。

现在将描述通过第一流体导流结构50和第二流体导流结构70中的相应流体导流结构对冷却流体进行的从冷却流体空腔26、28至平台20的端壁42的导流。

关于第一流体导流结构50，通过翼密封构件32从第一冷却流体空腔26喷射出的冷却流体（以下称为“第一部分冷却流体”）在内凹槽端部54处进入前部凹槽52并且在前部凹槽52内径向向外地流动至由外凹槽端部56限定的凹口58。

外凹槽端部56将第一部分冷却流体沿朝向相邻下游平台20的端壁42的方向排放至相应平台20的端壁42上，如由图2中示出的流线100所表示的。也就是说，来自前部凹槽52的第一部分冷却流体包括在与转子的旋转方向D_R平行的第一方向上的分量，从而朝向相邻的下游平台20的端壁42流动。由于外凹槽端部56的所述部分56A周向地设置成邻近平台20与相邻下游导流构件17的平台20之间的匹配面间隙49，因此第一部分冷却流体朝向相邻下游平台20上的叶片18流动，也就是朝向相邻叶片18的前缘18D流动。具体地，第一部分冷却流体被排放成在相邻的叶片18的前缘突起部90之间且朝向相邻下游端壁42的压力面凹陷部96流动。

第一部分冷却流体对每个平台端壁42的可能存在升高的温度的部分提供冷却流体，并且可以与穿过高温气体路径24流动的工作气体混合。特别地，冷却流体可以被导引至波状外形的端壁42的下述位置：在这些位置，由这些轮廓导致的气体流的特征可以包括在端壁42处的局部的升高温度的区域。已经观察到的是，这种局部升高温度区域可以存在于前缘18A和相关联的压力面凹陷部96处，以及存在于邻近后缘18C的区域处并且特别是由后缘凹陷部98所限定的区域中。因此，冷却流体特别地被导引至这些被认定的升高温度的区域。

现在转到第二流体导流结构70，后部凹槽72的旋转——也就是由相应的平台20的旋转所导致的后部凹槽72的旋转——对通过翼密封构件34从第二冷却流体空腔28喷射出的冷却流体（以下称为“第二部分冷却流体”）施加径向向外的力。第二部分冷却流体在内凹槽端部74处进入后部凹槽72，并且在后部凹槽72内径向向外地流动至由外凹槽端部76限定的凹口78。

外凹槽端部76将第二部分冷却流体沿朝向相邻的上游平台20的端壁42的方向排放至相应平台20的端壁42上，也就是说，抽吸出后部凹槽72的第二部分冷却流体包括在于第一方向相反地第二方向上的分量，从而朝向相邻上游平台20的端壁42流动，如由图4中示出的流线102所表示的。由于外凹槽端部76的所述部分76A周向地设置成邻近平台20与相邻上游导流构件17的平台20之间的匹配面间隙49，因此第二部分冷却流体朝向相邻的上游平台20流动，也就是朝向相邻叶片18的后缘18C流动。具体地，第二部分冷却流体被排放成朝向相邻上游端壁42的后缘凹陷部98流动。

第二部分冷却流体对每个平台端壁42的多个部分提供冷却流体，并且可以与穿过高温气体路径24流动的工作气体混合。

除了对平台20的端壁42提供冷却之外，第一部分冷却流体和第二部分的冷却流体行进通过相应的凹槽52、72并且行进至平台20的端壁42上，这通过推动高温气体路径24中的工作气体远离空腔26、28而减小或限制了高温气体路径24中的工作气体被吸入至第一冷却流体空腔26和第二冷却流体空腔28中。

图6至9描述了本发明的作为图1至5中示出的流体导流结构的改型的另外的方面。

图6示出了根据另一实施方式的流体导流结构200，该流体导流结构200作为图2至3中示出的流体导流结构50的改型。流体导流结构200包括凹槽202，凹槽202轴向地延伸至平台206的面向轴向的轴向表面204——例如以上参照图1至3描述的前部轴向表面38——中。凹槽202起到从冷却流体空腔208抽吸冷却流体的作用。在所示的实施方式中，流体导流结构200对于与平台206相关联的每个叶片209包括单个凹槽202。

凹槽202包括径向内凹槽端部210和在径向方向上与内凹槽端部210间隔开的径向外凹槽端部212。内凹槽端部210设置在天使翼密封构件214与平台206的轴向表面204和端壁218间的结合部216之间，并且优选为设置成紧靠天使翼密封构件214。根据本发明的该实施方式的内凹槽端部210设置在紧靠与平台206的下游匹配面220B相关联的匹配面间隙的周向位置处，但是其可以设置在其它周向位置处。

外凹槽端部212在结合部216中限定了轴向延伸的凹口222，并且在端壁218中形成了开口，以将从冷却流体空腔208抽吸的冷却流体导引至端壁218。在所示的实施方式中，外凹槽端部212包括偏离内凹槽端部210的周向位置并且设置成紧靠与平台206的上游匹配面220A相关联的匹配面间隙的部分212A，但是该部分212A可以设置在其它的周向位置处。

根据该实施方式，凹槽202相对的第一轴向地且径向地延伸的凹槽壁224和第二轴向地且径向地延伸的凹槽壁226所限定，其中所示的实施方式中的第二凹槽壁226与第一凹槽壁224大致垂直，但是凹槽壁224与凹槽壁226之间的角度可以大于或小于九十度。第一凹槽壁224和第二凹槽壁226各自起始于内凹槽端部210处并且延伸至外凹槽端部212。

所示的实施方式中的第一凹槽壁224包括相对于径向方向呈凸形的壁。随着第一凹槽壁224从内凹槽端部210朝向外凹槽端部212延伸，第一凹槽壁224逐渐轴向深入地延伸至轴向表面204中，也就是说，在内凹槽端部210处测量的第一凹槽壁224的轴向深度小于去往外凹槽端部212的第一凹槽壁224的轴向深度。

所示实施方式中的第二凹槽壁226包括相对于周向方向呈凹形的壁，但是可以包括其它构型，例如呈凸形的壁或是平坦的壁。第二凹槽壁226从第一凹槽壁224延伸至外凹槽端部212。随着第二凹槽壁226在与转子的旋转方向D_R相反的方向上延伸，第二凹槽壁226逐渐轴向深入地延伸至轴向表面204中，也就是说，在上游位置处测量的第二凹槽壁226的轴向深度大于在下游位置处测量的第二凹槽壁226的轴向深度。

根据该实施方式，凹槽202被定向在与根据上文参照图1至5所描述的实施方式的第一凹槽52相反的方向上。也就是说，参照转子（该实施方式中未示出）的旋转方向D_R，上述第一凹槽52随着该第一凹槽在转子的旋转方向D_R上延伸而径向地向外延伸。根据本实施方式的凹槽202随着该凹槽202在与转子的旋转方向D_R相反的方向上延伸而径向向外地延伸。

根据本实施方式的凹槽202优选为使用在这样发动机中：在这种发动机中，通过涡轮机部段的气体——也就是高温燃烧气体与从冷却流体空腔抽吸的冷却流体的混合物——的周向速度分量小于转子的旋转速度。在这种构型中，由于平台206和凹槽202比气体更快地行进，并且由于凹槽202的定向，使得基本上防止了气体进入凹槽202并朝向冷却流体空腔208径向向内地行进。在上文参照图1至5所描述的实施方式中，气体可以比平台20和第一凹槽52更快地行进，其中气体与平台20/第一凹槽52的相对速度同第一凹槽52的定向相结合基本上防止了气体进入第一凹槽52并朝向第一冷却流体空腔26径向向内地行进。

参照图7至8，示出了根据另一实施方式的流体导流结构300的构型。流体导流结构300包括凹槽302，其中凹槽302径向延伸至平台306的面向轴向的轴向表面304——例如上文参照图1至3描述的前部轴向面38——中。凹槽302如上所述起到从冷却流体空腔308抽吸冷却流体的作用。在所示的实施方式中，流体导流结构300对于与平台306相关联地每一个叶片309包括单个凹槽302。

凹槽302包括径向内凹槽端部310和在径向方向上与内凹槽端部310间隔开的径向外凹槽端部312，见图7和图8。内凹槽端部310设置在天使翼密封构件314与结合部316——该结合部316为平台306的轴向表面304与端壁318之间的结合部——之间，并且优选为设置成紧靠天使翼密封构件314。根据本发明的该实施方式的内凹槽端部310设置在紧靠与平台306的下游匹配面320B相关联的匹配面间隙的周向位置处，但是可以设置在其它周向位置处。

外凹槽端部312在结合部316中限定了轴向延伸的凹口322，并在端壁318中形成了开口，以用于将从冷却流体空腔308抽吸的冷却流体导引至端壁318。在所示的实施方式中，外凹槽端部312设置在与内凹槽端部310的周向位置大致对齐的周向位置处，并且设置成紧靠与平台306的下游匹配面320B相关联的匹配面间隙，但是可以设置在其它周向位置处。

根据该实施方式，凹槽302由相对的第一轴向地且径向地延伸的凹槽壁326和第二轴向地且径向地延伸的凹槽壁328限定，其中第一凹槽壁326和第二凹槽壁328横向于——例如大致垂直于——凹槽302的底表面329延伸，还参见图7A。第二凹槽壁328参照转子（未示出）的旋转方向D_R设置在第一凹槽壁326的周向上游。第一凹槽壁326和第二凹槽壁328各自起始于内凹槽端部310并且延伸至外凹槽端部312。

所示实施方式中的第一凹槽壁326包括总体上限定为C形形状的凸形壁。随着第一凹槽壁326从内凹槽端部310朝向外凹槽端部312延伸，第一凹槽壁326逐渐轴向深入地延伸至轴向表面304中，也就是说，在内凹槽端部310处所测量到的第一凹槽壁326的轴向深度小于在外凹槽端部312处的第一凹槽壁326的轴向深度。此外，第一凹槽壁326包括与端壁318中的由凹口322限定的开口邻近的面向径向外侧的部分，如图7和图8所示。

所示实施方式中的第二凹槽壁328包括面对第一凹槽壁326并且总体上限定为C形形状的凹形壁。随着第二凹槽壁328从内凹槽端部310朝向外凹槽端部312延伸，第二凹槽壁328逐渐轴向深入地延伸至轴向表面304中，也就是说，在内凹槽端部310处所测量到的第二凹槽壁328的轴向深度小于在外凹槽端部312处的第二凹槽壁328的轴向深度。此外，第二凹槽壁328包括与端壁318中的由凹口322限定的开口邻近的面向径向内侧的部分，如图7和图8所示。

根据该实施方式的第一凹槽壁326和第二凹槽壁328的构型限定了从内凹槽端部310至外凹槽端部312的总体呈C形形状的凹槽302，其中第一凹槽壁326与第二凹槽壁328之间的间隔从内凹槽端部310至外凹槽端部312增加。

根据该实施方式的凹槽302优选为使用在这样发动机中：在这种发动机中，穿过涡轮机部段的气体——也就是高温燃烧气体与从冷却流体空腔抽吸的冷却流体的混合物——的周向速度分量小于转子的旋转速度。在这种构型中，由于平台306和凹槽302比气体更快地行进，并且由于凹槽302的定向，使得基本上防止了气体进入凹槽302并朝向冷却流体空腔308径向向内地行进。此外，凹槽302的形状使得当转子在旋转方向D_R上旋转时，凹槽302的与内凹槽端部310邻近的径向内部分可以径向向外地从冷却流体空腔308抽吸冷却流体。凹槽端部302的与外凹槽端部312邻近的径向外部分接纳来自凹槽302的径向内部分的冷却流体，并且沿旋转方向D_R将冷却流体导引成朝向相邻叶片309的前缘309A流动。

参照图9，示出了根据另一实施方式的流体导流结构400的构型。流体导流结构400包括凹槽402，其中凹槽402轴向延伸至平台406的面向轴向的轴向表面404——例如上文参照图1至图3描述的前部轴向面38——中。凹槽402如上所述地起到从冷却流体空腔408抽吸冷却流体的作用。在所示实施方式中，流体导流结构400对于与平台406相关联地每一个叶片409包括单个凹槽402。

凹槽402包括径向内凹槽端部410和在径向方向上与内凹槽端部410间隔开的径向外凹槽端部412，见图9。内凹槽端部410设置在天使翼密封构件414与结合部416——该结合部416为平台406的轴向表面404与端壁418之间的结合部——之间，并且优选为设置成紧靠天使翼密封构件414。根据本发明的该实施方式的内凹槽端部410设置在大体位于平台406的上游匹配面420A与下游匹配面402B中间的周向位置处，但是可以设置在其它的周向位置处。

外凹槽端部412在结合部416中限定了轴向延伸的凹口422，并且在端壁418中形成了开口，以用于将从冷却流体空腔408抽吸的冷却流体导引至端壁418。在所示的实施方式中，外凹槽端部412设置在以转子（未示出）的旋转方向D_R为基准位于内凹槽端部410的周向位置的上游的周向位置处，但是外凹槽端部412可以设置在其它周向位置处。

根据该实施方式，第一凹槽402由相对的第一轴向地且径向地延伸的凹槽壁426和第二轴向地且径向地延伸的凹槽壁428限定，见图9A。第二凹槽壁428以转子的旋转方向D_R为基准位于第一凹槽壁426的周向上游。第一凹槽壁426和第二凹槽壁428各自起始于内凹槽端部410处并且延伸至外凹槽端部412。此外，凹槽402的位于内凹槽端部410处的径向内部分可以与天使翼密封构件414基本平行地在旋转方向D_R上延伸。

所示实施方式中的第一凹槽壁426包括总体上限定为C形形状的呈凸形的壁。随着第一凹槽壁426从内凹槽端部410朝向外凹槽端部412延伸，第一凹槽壁426逐渐轴向深入地延伸至轴向表面404中，也就是说，在内凹槽端部410处所测量到的第一凹槽壁426的轴向深度小于在外凹槽端部412处的第一凹槽壁426的轴向深度。此外，第一凹槽壁426包括与端壁418中的由凹口422限定的开口邻近的面向径向外侧的部分，如图9中所示。

所示实施方式中的第二凹槽壁428包括面对第一凹槽壁426且总体上限定为C形形状的呈凹形的壁。随着第二凹槽壁428从内凹槽端部410朝向外凹槽端部412延伸，第二凹槽壁428逐渐轴向深入地延伸至轴向表面404中，也就是说，在内凹槽端部410处所测量到的第二凹槽壁428的轴向深度小于在外凹槽端部412处的第二凹槽壁428的轴向深度。此外，第二凹槽壁428包括与端壁418中的由凹口422限定的开口邻近的面向径向内侧的部分，如图9中所示。

根据该实施方式的第一凹槽壁426和第二凹槽壁428的构型限定了从内凹槽端部410至外凹槽端部412的总体呈C形形状的凹槽402，其中第一凹槽壁426与第二凹槽壁428的间隔从内凹槽端部410至外凹槽端部412增加。

根据该实施方式的凹槽402优选为使用在这样的发动机中：在这种发动机中，通过涡轮机部段的气体——也就是高温燃烧气体与从冷却流体空腔抽吸的冷却流体的混合物——的周向速度分量小于转子的旋转速度。在这种构型中，由于平台406和凹槽402比气体更快地行进，并且由于凹槽402的定向，因此基本上防止了气体进入凹槽402并朝向冷却流体空腔408径向向内地行进。此外，凹槽402的形状使得当转子在旋转方向D_R上旋转时，凹槽402的径向内部分可以将冷却流体从冷却流体空腔408径向向外地抽吸。凹槽端部402的与外凹槽端部412邻近的径向外部分接收来自凹槽402的径向内部分的冷却流体，并且沿旋转方向D_R导引冷却流体，以使冷却流体朝向相邻叶片409的前缘409A流动。

本文描述的流体导流结构可以与平台铸为一体，或者可以在平台铸造后机加工至平台中。此外，该流体导流结构可以在新铸造的平台中实施，或者可以例如在检修操作中机加工至已有的平台中。

尽管已经图示并描述了本发明的特定实施方式，然而对本领域技术人员显而易见的是，在不与本发明的精神和范围相背离的情况下，可以进行各种其它的变化和修改。因此在所附的权利要求书中旨在覆盖全部的这种落入本发明范围内的变化和修改。

Claims

1.一种用于燃气涡轮发动机的导流构件，所述导流构件包括平台，所述平台支撑在转子上并且包括面向径向的端壁以及从与所述端壁的结合部径向向内延伸的至少一个面向轴向的轴向表面，所述导流构件还包括流体导流结构和从所述端壁径向向外延伸的翼型部，所述流体导流结构包括：

轴向地延伸至所述轴向表面中的凹槽，所述凹槽包括：

径向内凹槽端部；

径向外凹槽端部，所述外凹槽端部在径向方向上与所述内凹槽端部间隔开；

第一凹槽壁，所述第一凹槽壁从所述内凹槽端部延伸至所述外凹槽端部；以及

第二凹槽壁，所述第二凹槽壁与所述第一凹槽壁相对并且从所述

内凹槽端部延伸至所述外凹槽端部；并且

其中，所述外凹槽端部在所述轴向表面与所述端壁之间的结合部中限定轴向延伸的凹口并且在所述端壁中形成开口，以将冷却流体导引至所述端壁。

2.根据权利要求1所述的导流构件，其中，所述第一凹槽壁和所述第二凹槽壁包括轴向地且径向地延伸的凹槽壁。

3.根据权利要求1所述的导流构件，其中，所述第一凹槽壁与所述第二凹槽壁之间的间隔从所述内凹槽端部至所述外凹槽端部增加。

4.根据权利要求1所述的导流构件，其中，所述第二凹槽壁以所述转子的旋转方向为基准设置在所述第一凹槽壁的周向上游，并且所述第二凹槽壁包括与所述端壁中的所述开口邻近的面向径向内侧的部分。

5.根据权利要求4所述的导流构件，其中，所述第一凹槽壁包括与所述端壁中的所述开口邻近的面向径向外侧的部分。

6.根据权利要求1所述的导流构件，其中，所述第一凹槽壁呈凸形地弯曲，所述第二凹槽壁呈凹形地弯曲，并且所述凹槽在所述轴向面上总体上限定为C形形状。

7.根据权利要求1所述的导流构件，其中，所述轴向表面包括前部轴向面，所述前部轴向面轴向向前地面向穿过所述涡轮发动机到来的工作气体流；并且包括彼此相邻地定位的多个导流构件，其中，每个平台包括轴向延伸的匹配面，所述轴向延伸的匹配面与邻接的导流构件的匹配面成面对关系定位而形成匹配面间隙，并且所述外凹槽端部周向地定位成邻近其中一个所述匹配面间隙，以实现冷却空气朝向邻接的导流构件上的翼型部的前缘的流动。

8.根据权利要求1所述的导流构件，其中，所述凹槽的轴向深度从所述内凹槽端部至所述外凹槽端部增加。

9.根据权利要求1所述的导流构件，其中，所述轴向表面与所述端壁大致垂直。

10.根据权利要求9所述的导流构件，其中所述内凹槽端部设置成与从所述轴向表面轴向地延伸的天使翼密封构件邻近。

11.根据权利要求10所述的导流构件，其中，所述凹槽的与所述内凹槽端部邻近的径向内部分与所述天使翼密封构件大致平行。

12.一种用于燃气涡轮发动机的导流构件，所述导流构件包括平台，所述平台支撑在转子上并且包括面向径向的端壁以及从与所述端壁的结合部径向向内延伸的至少一个面向轴向的轴向表面，所述导流构件还包括流体导流结构和从所述端壁径向向外延伸的翼型部，所述流体导流结构包括：

轴向地延伸至所述轴向表面中的凹槽，所述凹槽包括：

径向内凹槽端部；

呈凸形地弯曲的第一凹槽壁，所述第一凹槽壁从所述内凹槽端部延伸至所述外凹槽端部；以及

呈凸形地弯曲的第二凹槽壁，所述第二凹槽壁从所述内凹槽端部

延伸至所述外凹槽端部，所述第一凹槽壁和所述第二凹槽壁在所述轴

向面上提供了具有总体呈C形形状的凹槽；并且

其中，所述外凹槽端部在位于所述轴向表面与所述端壁之间的结合部中限定了轴向延伸的凹口，并且在所述端壁中形成了开口以用于将冷却流体导引至所述端壁。

13.根据权利要求12所述的导流构件，其中，所述第一凹槽壁与所述第二凹槽壁彼此相对，并且包括轴向地且径向地延伸的凹槽壁。

14.根据权利要求12所述的导流构件，其中，所述第一凹槽壁与所述第二凹槽壁之间的间隔从所述内凹槽端部至所述外凹槽端部增加。

15.根据权利要求12所述的导流构件，其中，所述第二凹槽壁以所述转子的旋转方向为基准设置在所述第一凹槽壁的周向上游，并且所述第二凹槽壁包括与所述端壁中的所述开口邻近的面向径向内侧的部分。

16.根据权利要求15所述的导流构件，其中，所述第一凹槽壁包括与所述端壁中的所述开口邻近的面向径向外侧的部分。

17.根据权利要求12所述的导流构件，其中，所述轴向表面包括前部轴向面，所述前部轴向面轴向向前地面向穿过所述涡轮发动机到来的工作气体流；并且包括彼此相邻地定位的多个导流构件，其中，每个平台包括轴向延伸的匹配面，所述轴向延伸的匹配面与邻接的导流构件的匹配面成面对关系定位而形成匹配面间隙，并且所述外凹槽端部周向地定位成邻近其中一个所述匹配面间隙，以实现冷却空气朝向邻接的导流构件上的翼型部的前缘的流动。

18.根据权利要求17所述的导流构件，所述导流构件包括在所述端壁上的下述轮廓：所述轮廓包括突起部和至少一个凹陷部，所述突起部邻近所述翼型部的所述前缘并且沿着所述翼型部的吸力面的至少一部分延伸，所述至少一个凹陷部沿着所述翼型部的压力面的至少一部分设置，其中，所述外凹槽端部将冷却空气排放成在所述翼型部的所述前缘处的所述突起部之间并且朝向所述至少一个凹陷部流动。

19.根据权利要求12所述的导流构件，其中，所述凹槽的轴向深度从所述内凹槽端部至所述外凹槽端部增加。

20.根据权利要求12所述的导流构件，其中，所述轴向表面与所述端壁大致垂直，并且所述内凹槽端部设置成与从所述轴向表面轴向地延伸的天使翼密封构件邻近。