CN105673087A - 用于涡轮叶片平台-翼型件接头的冷却 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于燃气涡轮的涡轮叶片(10)，其包括平台部件(12)和翼型件部件(14)。平台部件(12)包括平台表面(16)，其布置成附连到翼型件部件(14)的对应的翼型件表面(18)上。涡轮叶片(10)进一步包括用于冷却平台和翼型件表面的冷却管(20)，冷却管(20)包括在平台表面(16)中的至少一个腔体(22)和在对应的翼型件表面(18)中的至少一个腔体(22)，并且平台和翼型件表面腔体对齐，使得当平台表面(16)和翼型件表面(18)接触时，冷却管(20)保持畅通。这提供冷却平台和翼型件表面两者的可靠冷却手段。

Description

用于涡轮叶片平台-翼型件接头的冷却

技术领域

本发明涉及冷却用于燃气涡轮的叶片，并且特别涉及提供用于冷却平台和翼型件表面之间的连结部的冷却系统。

背景技术

在建造燃气涡轮的过程中，通常必要的是将两个或更多个零件连结在一起，产生建造部件，诸如涡轮叶片的平台和翼型件。在将这些零件连结在一起时，未必能够实现完美的配合和密封接头，而且在建造部件的单个零件之间将保持明显的间隙是很可能的。在燃气涡轮中的一些区域中，发动机运行和/或不同的热膨胀可使零件之间的间隙畅通或闭合。例如，在平台部件和翼型件部件之间可出现小间隙，结果热气可进入两个部件之间的间隙，从而缩短部件寿命。因此关键的是使部件保持充分冷却。已经理解，按照这些考量来改进涡轮叶片设计是合乎需要的。

发明内容

在现在应当参照的所附独立权利要求中限定本发明。在从属权利要求中阐述本发明的有利特征。

根据本发明的第一方面，提供一种用于燃气涡轮的涡轮叶片，其包括平台部件和翼型件部件，平台部件包括平台表面，平台表面布置成附连到翼型件部件的对应的翼型件表面上，涡轮叶片进一步包括用于冷却平台和翼型件表面的冷却管，冷却管包括在平台表面中的至少一个腔体和在对应的翼型件表面中的至少一个腔体，并且平台和翼型件表面腔体对齐，使得当平台表面和翼型件表面接触时，冷却管保持畅通。这提供冷却平台和翼型件表面两者的可靠冷却手段，因为它避免在发动机使用期间可能出现的冷却管堵塞，如稳态堵塞或瞬时堵塞。因此产生冷却剂流，其可冷却平台表面和翼型件表面两者，即使是在两个部件之间的间隙完全闭合的期间。

有利地，冷却管另外包括至少一个入口管或入口凹槽。有利地，冷却管另外包括至少一个出口管或出口凹槽。有利地，涡轮叶片另外包括在至少一个腔体中的至少一个湍流器。这提供湍流空气流，而且可改进冷却。

有利地，平台部件由与翼型件部件不同的材料制成。有利地，涡轮叶片包括在平台部件和翼型件部件之间的双浇铸(bi-cast)接头。有利地，涡轮叶片包括在平台部件和翼型件部件之间延伸的密封件，以至少使热气基本停止进入平台部件和翼型件部件之间。有利地，涡轮气体另外包括释放器件，以允许冷却流体流过密封件。这允许冷却空气离开而进入热气流中，同时最大程度地减少相反方向上的热气流。

在本发明的另一方面，提供一种包括上面所描述的涡轮叶片的燃气涡轮。

附图说明

现在将仅以示例的方式和参照附图来描述本发明的实施例，其中：

图1显示根据本发明的涡轮叶片的一部分的局部横截面图；

图2显示图1中显示的翼型件部件的局部视图。

图3显示根据本发明的实施例的涡轮叶片的一部分的横截面图。

图4显示根据本发明的腔体的若干不同的实施例。

图5A和5B显示其中可使用本发明的示例性涡轮叶片。

图6显示根据本发明的实施例的涡轮叶片的局部横截面图。

部件列表

10涡轮叶片

12平台部件

14翼型件部件

16平台表面

18翼型件表面

20冷却管

22腔体

24腔体

26入口管

30出口凹槽

40涡轮叶片

42平台部件

44翼型件部件

46平台表面

48翼型件表面

50冷却管

52腔体

54腔体

56入口管

58湍流器

60出口

100涡轮叶片

102平台部件

104翼型件部件

106连结部

107叶片根部

108密封件

110密封件。

具体实施方式

图1显示用于燃气涡轮的涡轮叶片10，其包括平台部件12和翼型件部件14。平台部件包括平台表面16，平台表面16布置成附连到翼型件部件的对应的翼型件表面18上。涡轮叶片10还包括用于冷却平台和翼型件表面的冷却管20，并且冷却管包括在平台表面16中的至少一个腔体22和在对应的翼型件表面18中的至少一个腔体24。平台和翼型件表面腔体对齐，使得当平台表面16和翼型件表面18接触时，冷却管20保持畅通。在图1中显示的实施例中，还提供入口管26；在下面提供其备选方案的另外的细节。

图2显示图1中显示的翼型件部件14。如图1中那样，可看到腔体24和入口管26。另外，现在可看到出口/出口凹槽30。这些允许冷却流体(典型地空气)流出叶片。出口凹槽是可选的；在下面论述另外的选择。

图3显示本发明的实施例。在图3中，显示了涡轮叶片40，其具有平台部件42和翼型件部件44。在图3中显示平台表面46和翼型件表面48彼此接触。提供冷却管50，其包括在平台部件中的腔体52和在翼型件部件中的腔体54。在冷却管内提供可选的湍流器58。这些可通过使流混合来帮助最大程度地提高冷却。还提供了入口管56和出口60(例如出口凹槽或出口管)。

现在将在旋转叶片的语境中描述本发明，但同样可在固定叶片(导叶)中提供本发明。图5显示其中可包括本发明的涡轮叶片100的示例，其由两个部件组成：平台部件102和翼型件部件104。平台部件和翼型件部件如图5B中显示的那样一起开槽，并且形成产生的连结部106。优选地，这是混合组件，平台部件和翼型件部件由不同的材料制成，例如不同的合金。在此示例中还显示了叶片根部(杉树型)结构107，而且它是可选的。

在图6中显示示例，其大致显示了在实现本发明的情况下，图5的叶片会是什么样(沿着线B-B)。典型地，平台部件102和翼型件部件104将由双浇铸接头(未显示)连结，并且然后密封件108将置于该连结部上。不管接头，两个部件可能在发动机条件下和/或在热应力下相对于彼此移动，尤其是如果两个部件由不同的材料制成。这意味着连结部可在两个部件之间留下间隙，而且即使有密封件，热气也可进入连结部。优选地，密封件在平台部件和翼型件部件之间延伸，以至少使热气基本停止进入平台部件和翼型件部件之间。密封件通常置于平台部件和翼型件部件之间的间隙的边缘处或其中。可提供一个或多个释放器件，以允许冷却流体流过密封件。作为释放器件的备选方案，或者补充方案，从冷却剂到热气应当保持正压力裕度，例如通过在高的内部压力下馈送冷却剂，以及在较低的外部压力下排出冷却剂。这将进一步最大程度地减少热气吸入，从而提高接头的耐用性。另一个密封件110可布置在翼型件部件的根部端处，以在冷却管的另一侧处密封间隙。描述了图6的示例在图5中的旋转叶片中，如与描述的其它实施例那样，图6的示例同样可在其它旋转叶片或固定叶片中实现。

平台部件12可由与翼型件部件14相同的材料制成。本发明特别适当合混合部件，其中，平台部件和翼型件部件由不同的材料制成，并且两个部件的热膨胀系数可不同。在优选实施例中，平台部件和翼型件部件因此由不同的材料制成。

平台表面16和翼型件表面18可为平的或基本平的，但也可为弯曲的，诸如图3和图5中显示的那些。

冷却管20可为用于冷却流体的单个路径，或者可包括沿各种方向延伸跨过表面的多个路径。平台和翼型件表面腔体对齐，使得它们交迭，使得当平台表面和翼型件表面接触时，平台和表面腔体所形成的冷却管保持畅通。即使在平台表面和翼型件表面接触时，腔体之间的这个交迭也允许冷却管保持流体路径。冷却管可为较大型的冷却系统的一部分，诸如涡轮叶片冷却系统。

腔体22、24可为各种不同的形状。在图1中，显示了腔体具有半卵形横截面，但各种其它横截面是可行的，诸如图4中的腔体70、80和90。腔体90部分地由部分92覆盖；由此制成的腔体可提供较高效的冷却。在各个翼型件部件和平台部件中可存在一个或多个腔体。

在图2中，关于表面18，显示了腔体(或凹槽)具有椭圆形横截面，但可使用各种其它横截面，诸如卵形、圆形或不规则形状的横截面。例如，湍流器可延伸，使得它们可影响表面横截面的边缘。可在表面上的不同地方提供不同形状的腔体；腔体不必是相同形状和大小。

可按各种方式提供入口管或多个入口管26(或孔)，而且其可设置在平台部件、翼型件部件中，或者设置在它们两者中。备选地，可能根本就不存在定制入口器件，入口由叶片冷却系统的组成部分提供。例如，入口可由为用于叶片的其它部件的冷却系统的一部分的冷却管提供，而且管仅仅穿过腔体。然后流过冷却系统冷却管的冷却流体的一部分终于流过本发明的冷却管。

在出口凹槽或多个出口凹槽30中存在相似的灵活性，出口凹槽或多个出口凹槽30可设置在平台部件、翼型件部件中，或者可设置在它们两者中。代替凹槽，提供管，而且在一些实施例中，可以根本就不存在单独的出口，腔体一直延伸到叶片的外边缘。出口可将冷却流体喷射到热气流中，或者冷却流体可被引导到别处进行另外的冷却。

湍流器58可为各种形状，诸如设置在流内的肋、柱脚(销)或岛。这些湍流器用作热传递系数加强特征，从而改进热传递。可在任何给定腔体中提供一个或多个湍流器。

对所描述的实施例进行各种修改是可行的，而且本领域技术人员将想到这些，而不偏离由所附权利要求限定的本发明。

Claims (9)

1.一种用于燃气涡轮的涡轮叶片(10)，其包括平台部件(12)和翼型件部件(14)，所述平台部件(12)包括平台表面(16)，所述平台表面(16)布置成附连到所述翼型件部件(14)的对应的翼型件表面(18)上，

所述涡轮叶片(10)进一步包括用于冷却所述平台和翼型件表面的冷却管(20)，所述冷却管(20)包括在所述平台表面(16)中的至少一个腔体(22)和在所述对应的翼型件表面中的至少一个腔体(24)，以及

所述平台和所述翼型件表面腔体对齐，使得当所述平台表面(16)和所述翼型件表面(18)接触时，所述冷却管(20)保持畅通。

2.根据权利要求1所述的涡轮叶片(10)，其特征在于，所述冷却管(20)另外包括至少一个入口管(26)或入口凹槽。

3.根据权利要求1或2所述的涡轮叶片(10)，其特征在于，所述冷却管(20)另外包括至少一个出口管或出口凹槽(30)。

4.根据前述权利要求中的任一项所述的涡轮叶片(10)，其特征在于，所述涡轮叶片(10)包括在所述腔体中的至少一个中的至少一个湍流器(58)。

5.根据前述权利要求中的任一项所述的涡轮叶片(10)，其特征在于，所述平台部件(12)由与所述翼型件部件(14)不同的材料制成。

6.根据前述权利要求中的任一项所述的涡轮叶片(10)，其特征在于，另外包括在所述平台部件(12)和所述翼型件部件(14)之间的双浇铸接头。

7.根据前述权利要求中的任一项所述的涡轮叶片(10)，其特征在于，所述涡轮叶片(10)另外包括密封件(108)，所述密封件(108)在所述平台部件(12)和所述翼型件部件(14)之间延伸，以至少使热气基本停止进入所述平台部件(12)和所述翼型件部件(14)之间。

8.根据权利要求7所述的涡轮叶片(10)，其特征在于，所述涡轮叶片(10)另外包括释放器件，以允许冷却流体流过所述密封件(108)。

9.一种燃气涡轮，包括根据前述权利要求中的任一项所述的涡轮叶片(10)。