CN105386796B - 涡轮动叶 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种涡轮动叶。更具体而言，一种涡轮动叶包括前缘、后缘、根部部分和末梢部分。涡轮动叶还包括从入口到出口延伸穿过涡轮动叶的本体的一个或更多个冷却通路。冷却通路构造成穿过涡轮动叶运送流体冷却流。涡轮动叶还包括限定在末梢部分内的仓室，以从冷却通路的用于将流体冷却流经由至少一个出口孔排到主流路中的出口接收流体，该至少一个出口孔邻近涡轮动叶的后缘。

Description

涡轮动叶
技术领域
本文公开的主题涉及涡轮动叶，且更具体而言，涉及此种涡轮动叶(如用于燃气涡轮发动机中的那些)内的冷却通路的压力管理。
背景技术
涡轮动叶通常利用流体冷却流来冷却，流体冷却流被遍及涡轮动叶的区域运送，以管理涡轮动叶操作的极端热状态。冷却流通常沿径向排出涡轮动叶的末梢部分到涡轮的主流路中。然而，较轻负载的涡轮的涡轮动叶(如第一级动叶)上的静压力可妨碍在涡轮动叶内的冷却流与冷却流排出位置处的主流路之间具有足够压差的能力。此种情形导致不能获得冷却流排至主流路的足够原动力或降低获得冷却流排至主流路的足够原动力的能力。
发明内容
根据本发明的一个方面，一种涡轮动叶包括前缘、后缘、根部部分和末梢部分。还包括延伸穿过涡轮动叶的本体的至少一个冷却通路，其中，至少一个冷却通路包括入口和出口且构造成穿过涡轮动叶运送流体冷却流。还包括限定在末梢部分内的仓室，仓室与至少一个冷却通路的用于将流体冷却流排到仓室中的出口直接流体地联接，仓室包括紧接后缘的至少一个出口孔。
根据本发明的另一个方面，一种燃气涡轮发动机的涡轮区段包括多个级，该多个级各自具有多个沿周向间隔的涡轮动叶，多个级包括第一级，该第一级具有多个第一级涡轮动叶。还包括至少一个冷却通路，其延伸穿过多个第一级涡轮动叶中的各个的本体，其中，该至少一个冷却通路包括入口和出口且构造成穿过涡轮动叶运送流体冷却流。还包括限定在该多个第一级涡轮动叶中的各个的末梢部分内的仓室，仓室与该至少一个冷却通路的用于将流体冷却流排到仓室中的出口直接流体地联接，仓室包括至少一个出口孔，该至少一个出口孔紧接多个第一级涡轮动叶中的各个的后缘。
根据本发明的又一方面，一种燃气涡轮发动机包括压缩机区段、燃烧器组件和涡轮区段。涡轮区段包括涡轮动叶，涡轮动叶具有延伸穿过涡轮动叶的本体的多个冷却通路，其中，多个冷却通路中的各个包括入口和出口且构造成穿过涡轮动叶运送流体冷却流。涡轮区段还包括限定在末梢部分内的仓室，仓室与多个冷却通路中的各个的用于将基本上所有的流体冷却流排到仓室中的出口直接流体地联接，仓室包括紧接后缘的至少一个出口孔。
技术方案1：一种涡轮动叶，其包括：
前缘；
后缘；
根部部分；
末梢部分；
至少一个冷却通路，其延伸穿过所述涡轮动叶的本体，其中，所述至少一个冷却通路包括入口和出口且构造成穿过所述涡轮动叶运送流体冷却流；和
仓室，其限定在所述末梢部分内，所述仓室与所述至少一个冷却通路的用于将所述流体冷却流排到所述仓室中的出口直接流体地联接，所述仓室包括紧接所述涡轮动叶的低静压区域的至少一个出口孔。
技术方案2：根据技术方案1所述的涡轮动叶，其特征在于，所述仓室绕所述仓室的周围且在所述仓室的末梢表面处完全围闭，其中，所述冷却流包括冲击射流，所述冲击射流构造成冷却所述末梢表面。
技术方案3：根据技术方案1所述的涡轮动叶，其特征在于，所述仓室在所述至少一个冷却通路的出口与所述仓室的所述至少一个出口孔之间在所述流体冷却流上施加压降，其中，所述至少一个出口孔紧接所述后缘地定位。
技术方案4：根据技术方案1所述的涡轮动叶，其特征在于，还包括延伸穿过所述涡轮动叶的本体的多个冷却通路，其中，所述多个冷却通路中的各个包括入口和出口。
技术方案5：根据技术方案4所述的涡轮动叶，其特征在于，在所述多个冷却通路中的各个内流动的所有流体冷却流通过所述仓室的所述至少一个出口孔排出。
技术方案6：根据技术方案1所述的涡轮动叶，其特征在于，所述仓室包括所述涡轮动叶的吸力侧上的引出孔。
技术方案7：根据技术方案6所述的涡轮动叶，其特征在于，所述仓室包括所述涡轮动叶的吸力侧上的多个引出孔。
技术方案8：根据技术方案1所述的涡轮动叶，其特征在于，所述仓室的出口孔位于所述涡轮动叶的末梢部分的低静压区域处。
技术方案9：一种燃气涡轮发动机的涡轮区段，其包括：
多个级，其各自具有多个沿周向间隔的涡轮动叶，所述多个级包括第一级，所述第一级具有多个第一级涡轮动叶；
延伸穿过所述多个第一级涡轮动叶中的各个的本体的至少一个冷却通路，其中，所述至少一个冷却通路包括入口和出口且构造成穿过所述多个第一级涡轮动叶中的各个运送流体冷却流；和
仓室，其限定在所述多个第一级涡轮动叶中的各个的末梢部分内，所述仓室与所述至少一个冷却通路的用于将所述流体冷却流排到所述仓室中的出口直接流体地联接，所述仓室包括紧接所述多个第一级涡轮动叶中的各个的后缘的至少一个出口孔。
技术方案10：根据技术方案9所述的涡轮区段，其特征在于，所述仓室绕所述仓室的周围且在所述仓室的末梢表面处完全围闭，其中，所述冷却流包括冲击射流，所述冲击射流构造成冷却所述末梢表面。
技术方案11：根据技术方案9所述的涡轮区段，其特征在于，所述仓室在所述至少一个冷却通路的出口与所述仓室的所述至少一个出口孔之间在所述流体冷却流上施加压降。
技术方案12：根据技术方案9所述的涡轮区段，其特征在于，还包括延伸穿过所述多个第一级涡轮动叶中的各个的本体的多个冷却通路，其中，所述多个冷却通路中的各个包括入口和出口。
技术方案13：根据技术方案12所述的涡轮区段，其特征在于，在所述多个冷却通路中的各个内流动的所有流体冷却流通过所述仓室的所述至少一个出口孔排出。
技术方案14：根据技术方案9所述的涡轮区段，其特征在于，所述仓室包括在所述多个第一级涡轮动叶中的各个的吸力侧上的引出孔。
技术方案15：根据技术方案14所述的涡轮区段，其特征在于，所述仓室包括在所述多个第一级涡轮动叶中的各个的吸力侧上的多个引出孔。
技术方案16：根据技术方案9所述的涡轮区段，其特征在于，所述仓室的所述至少一个出口孔位于所述多个第一级涡轮动叶中的各个的末梢部分的低静压区域处。
技术方案17：一种燃气涡轮发动机，其包括：
压缩机区段；
燃烧器组件；和
涡轮区段，其包括：
涡轮动叶，其具有延伸穿过所述涡轮动叶的本体的多个冷却通路，其中，所述多个冷却通路中的各个包括入口和出口且构造成穿过所述涡轮动叶运送流体冷却流；和
仓室，其限定在末梢部分内，所述仓室与所述多个冷却通路中的各个的用于将基本上所有的流体冷却流排到所述仓室中的出口直接流体地联接，所述仓室包括紧接所述涡轮动叶的后缘的至少一个出口孔。
技术方案18：根据技术方案17所述的燃气涡轮发动机，其特征在于，在所述多个冷却通路中的各个内流动的所有流体冷却流通过所述仓室的所述至少一个出口孔排出。
技术方案19：根据技术方案17所述的燃气涡轮发动机，其特征在于，所述仓室包括所述涡轮动叶的吸力侧上的至少一个引出孔。
技术方案20：根据技术方案17所述的燃气涡轮发动机，其特征在于，所述仓室在所述多个冷却通路中的各个的出口与所述仓室的所述至少一个出口孔之间在所述流体冷却流上施加压降，其中，所述至少一个出口孔位于所述涡轮动叶的末梢部分的低静压区域处。
根据结合附图作出的以下描述，这些和其他优点和特征将变得更清楚。
附图说明
在说明书结束部分的权利要求中具体地指出且明确地要求保护被认为是本发明的主题。根据结合附图作出的以下详细描述，本发明的前述及其他特征和优点是显而易见的，在附图中：
图1为燃气涡轮发动机的示意图；
图2为燃气涡轮发动机的涡轮动叶的透视图；且
图3为沿涡轮动叶的末梢部分的翼弦从前缘到后缘的静压力标图。
详细描述作为示例通过参照附图阐释了本发明的实施例，以及优点和特征。
部件列表
10 燃气涡轮发动机
12 压缩机区段
14 燃烧器组件
18 燃烧室
24 涡轮
26-28 多个级
40 涡轮动叶
42 末梢部分
44 根部部分
45 本体
46 外表面
48 压力侧
50 吸力侧
52 前缘
54 后缘
56 多个冷却通路
58 入口
60 出口
62 冷却流
64 仓室
68 末梢表面
70 出口孔。
具体实施方式
参看图1，示意性地示出了根据本发明的示范实施例构造的涡轮系统，如燃气涡轮发动机10。燃气涡轮发动机10包括压缩机区段12，和以筒形环状阵列布置的多个燃烧器组件，该多个燃烧器组件中的一个在14处指出。燃烧器组件构造成接收来自燃料供应源(未示出)的燃料和来自压缩机区段12的压缩空气。燃料和压缩空气进入燃烧室18中且点燃，以形成用于驱动涡轮24的高温、高压燃烧产物或空气流。涡轮24包括多个级26-28，该多个级26-28通过压缩机/涡轮轴30(也称为转子)可操作地连接到压缩机12。
在操作中，空气流入压缩机12中且被压缩成高压气体。高压气体供应至燃烧器组件14且在燃烧室18中与燃料混合，燃料例如为天然气、燃料油、过程气体和/或合成气体(合成气)。燃料/空气或可燃混合物点燃来形成高压、高温燃烧气流，该气流被导送至涡轮24且从热能转换成机械、旋转能。
现在参看图2，示出了涡轮动叶40(也称为“涡轮叶片翼型件”等)的一部分的透视图。应认识到的是，涡轮动叶40可位于涡轮24的任何级中。在一个实施例中，涡轮动叶40位于涡轮24的所示的第一级(即，级26)内。尽管仅示出了三个级，但应认识到的是，可存在更多或更少的级。在任何情况下，涡轮动叶40都包括末梢部分42和根部部分44，以及限定在其间的本体45。涡轮动叶40的本体45包括外表面46以及压力侧48和吸力侧50，其中涡轮动叶40的几何形状构造成当流体在涡轮动叶40上流动时提供用于涡轮24的旋转力。如图所示，吸力侧50为凸形的，且压力侧48为凹形的。涡轮动叶40还包括前缘52和后缘54。尽管以下论述主要集中于燃气涡轮，但所论述的构想不限于燃气涡轮发动机。
涡轮动叶40采用主动温度管理来降低涡轮动叶40在操作期间经历的极端状态的影响。具体而言，涡轮动叶40包括至少一个但通常为多个的冷却通路56，冷却通路56各自延伸遍及涡轮动叶40的本体45。多个冷却通路56可沿许多构想的路径延伸。例如，多个冷却通路56可沿线性方向延伸，该线性方向相对于涡轮动叶40基本上径向地定向。备选地，可提供蛇线冷却通路。多个冷却通路56中的各个包括入口58和出口60，且构造成穿过本体45运送流体(如空气)的冷却流62，以冷却涡轮动叶40。
紧接涡轮动叶40的末梢部分42定位的是限定在其中的仓室64。具体而言，仓室64为主要绕仓室64的周围且在仓室64的末梢表面68处围闭的容积。多个冷却通路56中的各个的出口60构造成将流体冷却流62排到仓室64中。仓室64的基本上围闭的构造施加压降，该压降充分有助于冷却流62流入仓室64中且随后进入涡轮24的主流路中，如将在下文中详细论述的。在一个实施例中，所有的冷却流62都排入仓室64中，以进一步运送到涡轮24的主流路中。此外，在一些实施例中，冷却流62用作冲击射流，该冲击射流构造成冷却末梢表面68。
仓室64包括出口孔70，以提供用于冷却流62从仓室64到涡轮24主流路的漏出通路。在一些实施例中，包括多个出口孔。构想用于出口孔70的许多位置，其中该(多个)位置对应于称为涡轮动叶40的末梢部分42的“低静压区域”的位置。出口孔70的紧接末梢部分42低静压区域的放置由于涡轮动叶40的内部位置(如多个冷却通路56和仓室64)与低静压区域位置处的主流路之间的足够的压差而有利地有助于将冷却流62排出到涡轮24的主流路中。如图3的标图中所示，静压通常沿末梢部分42的翼弦长度减小。
在所示实施例中，出口孔70紧接末梢部分42的后缘54地定位。尽管示出了单个孔，但应认识到的是，可存在多于一个的孔，如，紧接后缘54地定位的一组或一行孔。在备选实施例中，仓室的一个或更多个出口孔位于末梢部分42的吸力侧50上。还应认识到的是，可包括吸力侧上和紧接末梢部分42后缘54的出口孔的组合。
尽管已结合了仅有限数目的实施例详细地描述了本发明，但应容易理解的是，本发明不限于此种公开实施例。相反，本发明可修改以并入迄今并未描述但与本发明的精神和范围相当的任何数目的变型、改型、替换或等同布置。此外，尽管已描述了本发明的各种实施例，但应理解的是，本发明的方面可包括所描述的实施例中的仅一些。因此，本发明不应看作是由前述描述限制，而是仅由所附权利要求的范围限制。

Claims (17)

1.一种涡轮动叶，其包括：
前缘；
后缘；
根部部分；
末梢部分；
至少一个冷却通路，其延伸穿过所述涡轮动叶的本体，其中，所述至少一个冷却通路包括入口和出口且构造成穿过所述涡轮动叶运送流体冷却流；和
仓室，其限定在所述末梢部分内，所述仓室与所述至少一个冷却通路的用于将所述流体冷却流排到所述仓室中的出口直接流体地联接，所述仓室包括紧接所述涡轮动叶的低静压区域的至少一个出口孔；
其中，所述仓室包括所述涡轮动叶的吸力侧上的引出孔。
2.根据权利要求1所述的涡轮动叶，其特征在于，所述仓室绕所述仓室的周围且在所述仓室的末梢表面处完全围闭，其中，所述冷却流包括冲击射流，所述冲击射流构造成冷却所述末梢表面。
3.根据权利要求1所述的涡轮动叶，其特征在于，所述仓室在所述至少一个冷却通路的出口与所述仓室的所述至少一个出口孔之间在所述流体冷却流上施加压降，其中，所述至少一个出口孔紧接所述后缘地定位。
4.根据权利要求1所述的涡轮动叶，其特征在于，还包括延伸穿过所述涡轮动叶的本体的多个冷却通路，其中，所述多个冷却通路中的各个包括入口和出口。
5.根据权利要求4所述的涡轮动叶，其特征在于，在所述多个冷却通路中的各个内流动的所有流体冷却流通过所述仓室的所述至少一个出口孔排出。
6.根据权利要求1所述的涡轮动叶，其特征在于，所述仓室包括所述涡轮动叶的吸力侧上的多个引出孔。
7.根据权利要求1所述的涡轮动叶，其特征在于，所述仓室的出口孔位于所述涡轮动叶的末梢部分的低静压区域处。
8.一种燃气涡轮发动机的涡轮区段，其包括：
多个级，其各自具有多个沿周向间隔的涡轮动叶，所述多个级包括第一级，所述第一级具有多个第一级涡轮动叶；
延伸穿过所述多个第一级涡轮动叶中的各个的本体的至少一个冷却通路，其中，所述至少一个冷却通路包括入口和出口且构造成穿过所述多个第一级涡轮动叶中的各个运送流体冷却流；和
仓室，其限定在所述多个第一级涡轮动叶中的各个的末梢部分内，所述仓室与所述至少一个冷却通路的用于将所述流体冷却流排到所述仓室中的出口直接流体地联接，所述仓室包括紧接所述多个第一级涡轮动叶中的各个的后缘的至少一个出口孔；
其中，所述仓室包括所述多个第一级涡轮动叶中的各个的吸力侧上的多个引出孔。
9.根据权利要求8所述的涡轮区段，其特征在于，所述仓室绕所述仓室的周围且在所述仓室的末梢表面处完全围闭，其中，所述冷却流包括冲击射流，所述冲击射流构造成冷却所述末梢表面。
10.根据权利要求8所述的涡轮区段，其特征在于，所述仓室在所述至少一个冷却通路的出口与所述仓室的所述至少一个出口孔之间在所述流体冷却流上施加压降。
11.根据权利要求8所述的涡轮区段，其特征在于，还包括延伸穿过所述多个第一级涡轮动叶中的各个的本体的多个冷却通路，其中，所述多个冷却通路中的各个包括入口和出口。
12.根据权利要求11所述的涡轮区段，其特征在于，在所述多个冷却通路中的各个内流动的所有流体冷却流通过所述仓室的所述至少一个出口孔排出。
13.根据权利要求8所述的涡轮区段，其特征在于，所述仓室包括在所述多个第一级涡轮动叶中的各个的吸力侧上的多个引出孔。
14.根据权利要求8所述的涡轮区段，其特征在于，所述仓室的所述至少一个出口孔位于所述多个第一级涡轮动叶中的各个的末梢部分的低静压区域处。
15.一种燃气涡轮发动机，其包括：
压缩机区段；
燃烧器组件；和
涡轮区段，其包括：
涡轮动叶，其具有延伸穿过所述涡轮动叶的本体的多个冷却通路，其中，所述多个冷却通路中的各个包括入口和出口且构造成穿过所述涡轮动叶运送流体冷却流；和
仓室，其限定在末梢部分内，所述仓室与所述多个冷却通路中的各个的用于将基本上所有的流体冷却流排到所述仓室中的出口直接流体地联接，所述仓室包括紧接所述涡轮动叶的后缘的至少一个出口孔；
其中，所述仓室包括所述涡轮动叶的吸力侧上的至少一个引出孔。
16.根据权利要求15所述的燃气涡轮发动机，其特征在于，在所述多个冷却通路中的各个内流动的所有流体冷却流通过所述仓室的所述至少一个出口孔排出。
17.根据权利要求15所述的燃气涡轮发动机，其特征在于，所述仓室在所述多个冷却通路中的各个的出口与所述仓室的所述至少一个出口孔之间在所述流体冷却流上施加压降，其中，所述至少一个出口孔位于所述涡轮动叶的末梢部分的低静压区域处。
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