CN107420134A - 用于燃气涡轮机转子叶片的冷却通道 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于燃气涡轮发动机转子叶片的冷却通道。所述转子叶片包括翼型、具有侧表面和径向外表面的尖端防护罩，以及将所述尖端防护罩连接到所述翼型的过渡部分。所述翼型、所述过渡部分和所述尖端防护罩共同限定其中的主冷却通道。所述主冷却通道包括由所述尖端防护罩的所述侧表面限定的主冷却通道出口。

Description

用于燃气涡轮机转子叶片的冷却通道

技术领域

本发明大体上涉及一种燃气涡轮发动机。更确切地说，本发明涉及一种用于燃气涡轮发动机的转子叶片。

背景技术

燃气涡轮发动机大体包括压缩机部分、燃烧部分、涡轮机部分和排气部分。所述压缩机部分渐进地增大进入燃气涡轮发动机的工作流体的压力，并且将此压缩的工作流体供应到燃烧部分。所述压缩的工作流体和燃料(例如，天然气)在燃烧部分内混合并且在燃烧室内燃烧，以产生高压高温的燃烧气体。燃烧气体从燃烧部分流入涡轮机部分中，在所述涡轮机部分中，燃烧气体膨胀做功。例如，燃烧气体在涡轮机部分中膨胀可以旋转连接到例如发电机的转子轴，从而发电。燃烧气体随后经由排气部分从燃气涡轮机排出。

涡轮喷嘴包括多个转子叶片，所述多个转子叶片从流过其中的燃烧气体中提取动能和/或热能。在特定实施例中，多个转子叶片中的部分或全部转子叶片包括尖端防护罩，所述尖端防护罩通过整流带(fillet)部分连接到翼型部分。这些转子叶片大体上在极高温度环境下操作。因此，转子叶片通常包括限定在其中的一个或多个冷却通道。在燃气涡轮发动机的操作期间，诸如压缩空气的冷却介质流过一个或多个冷却通道，以冷却转子叶片。尽管如此，向整流带部分和尖端防护罩提供充分冷却的传统冷却通道配置会不必要地增加转子叶片的重量。

发明内容

本发明的各方面和优点将在以下说明中部分地阐明，或者可以从本说明书中显而易见地了解，或者可以通过实践本发明习得。

在一个方面中，本发明涉及一种用于燃气涡轮机的转子叶片。所述转子叶片包括翼型、具有侧表面和径向外表面的尖端防护罩、以及将所述尖端防护罩连接到所述翼型的过渡部分。所述翼型、所述过渡部分和所述尖端防护罩共同限定其中的主冷却通道。所述主冷却通道包括由所述尖端防护罩的侧表面限定的主冷却通道出口。

其中，所述尖端防护罩的压力侧表面限定所述主冷却通道出口。所述尖端防护罩的吸入侧表面限定所述主冷却通道出口。

所述尖端防护罩限定与所述主冷却通道流体连通的辅助冷却通道。所述辅助冷却通道从所述主冷却通道延伸到由所述尖端防护罩的所述径向外表面限定的辅助冷却通道出口。所述转子叶片进一步包括：定位在所述主冷却通道出口中的堵头，其中所述堵头封堵流体流通过所述主冷却通道出口，以引导流体流通过所述辅助冷却通道。所述辅助冷却通道是线性的。

其中，所述尖端防护罩和所述过渡部分共同限定辅助冷却通道，并且其中所述辅助冷却通道从所述主冷却通道延伸到辅助冷却通道出口，所述辅助冷却通道出口由所述过渡部分的外表面限定。

所述主冷却通道的由所述转子叶片的所述过渡部分限定的部分是曲线的。所述主冷却通道的由所述翼型限定的部分以及所述主冷却通道的由所述尖端防护罩限定的部分呈线性。所述主冷却通道的由所述翼型限定的部分以及所述主冷却通道的由所述尖端防护罩限定的部分呈曲线。

其中，所述主冷却通道包括一个或多个湍流器。所述主冷却通道出口包括卵形截面。所述翼型、所述过渡部分和所述尖端防护罩共同限定其中的多个主冷却通道。

本发明的另一个方面涉及一种燃气涡轮发动机，所述燃气涡轮发动机具有压缩机部分、燃烧部分以及涡轮机部分。所述涡轮机部分包括一个或多个转子叶片。每个转子叶片包括翼型、具有侧表面和径向外表面的尖端防护罩、以及将所述尖端防护罩连接到所述翼型的过渡部分。所述翼型、所述过渡部分和所述尖端防护罩共同限定其中的主冷却通道。所述主冷却通道包括由所述尖端防护罩的侧表面限定的主冷却通道出口。

所述燃气涡轮发动机进一步包括：辅助冷却通道，所述辅助冷却通道从所述主冷却通道延伸到辅助冷却通道出口，所述辅助冷却通道出口由所述尖端防护罩的所述径向外表面限定；定位在所述主冷却通道出口中的堵头，其中所述堵头封堵流体流通过所述主冷却通道出口，以引导流体流通过所述辅助冷却通道。

其中，所述尖端防护罩和所述过渡部分共同限定辅助冷却通道，并且其中所述辅助冷却通道从所述主冷却通道延伸到辅助冷却通道出口，所述辅助冷却通道出口由所述过渡部分的外表面限定。

其中，所述主冷却通道的由所述过渡部分限定的部分呈曲线。所述主冷却通道的由所述翼型限定的部分以及所述主冷却通道的由所述尖端防护罩限定的部分呈线性。

参考以下说明和附图可以更好地理解本发明的这些和其他特征、方面和优点。附图并入本说明书中并构成本说明书的一部分，其中示出了本发明的各个实施例，并与具体实施方式一起解释本发明的原理。

附图说明

本说明书参考附图，针对所属领域的普通技术人员，完整且可实现地公开了本发明，包括其最佳模式，在附图中：

图1是可包括本说明书中所公开的多个实施例的示例性燃气涡轮发动机的示意图；

图2是根据本说明书中所公开的实施例的可包括在图1中所示的燃气涡轮机中的示例性转子叶片的前视图；

图3是图2中所示的示例性转子叶片的俯视图，其中进一步示出了其多个特征；

图4是图2和图3中所示的转子叶片的一部分的放大透视图，其中示出了翼型的外部和尖端防护罩；

图5是大体沿图4中的线5-5截取的翼型和尖端防护罩的截面图，其中示出了第一主冷却通道和第二主冷却通道的一个实施例；

图6是大体沿图4中的线5-5截取的翼型和尖端防护罩的截面图，其中示出了第一主冷却通道的另一个实施例；

图7是尖端防护罩的一部分的前视图，其中示出了第一主冷却通道出口；

图8A是第一主冷却通道的放大截面图，其中示出了一个或多个湍流器的一个实施例；

图8B是第一主冷却通道的放大截面图，其中示出了一个或多个湍流器的一个替代实施例；

图8C是第一主冷却通道的放大截面图，其中示出了一个或多个湍流器的另一个实施例；

图9是用于形成第一和/或第二主冷却通道的带护套芯体和模具的一个实施例的截面图；以及

图10是大体沿图4中的线5-5截取的翼型和尖端防护罩的截面图，其中示出了第一主冷却通道的另一个实施例。

本说明书和附图中重复使用的参考符号旨在指代本发明的相同或类似的特征或元件。

具体实施方式

现在将详细参考本发明的各项实施例，附图中示出了本发明实施例的一个或多个示例。具体实施方式中使用数字和字母符号来指代附图中的特征。附图和说明中的类似或相同符号用于指代本发明的类似或相同部分。本说明书中所用的术语“第一”、“第二”以及“第三”可以互换，用以区分不同部件，并且这些术语并不旨在表示单个部件的位置或重要性。术语“上游”和“下游”是指相对于流体通路中的流体流动的相对方向。例如，“上游”是指流体流动的来源方向，并且“下游”是指流体流动的目标方向。

每个示例以解释本发明而非限定本发明的方式提供。事实上，所属领域的技术人员将显而易见地了解到，在不脱离本发明的范围或精神的前提下，可以对本发明做出各种修改和改变。例如，图示为或描述为一个实施例中的一部分的特征可用于另一个实施例中，从而得到又一个实施例。因此，本发明涵盖附属权利要求及其等效物的范围内所示出的所述修改和改变。尽管本说明书中示出并描述工业燃气涡轮机或陆用燃气涡轮机，但本说明书中示出并描述的本发明不限于陆用燃气涡轮机和/或工业燃气涡轮机，除非在权利要求书中另有指明。例如，本说明书中描述的本发明可用在任何类型的涡轮机中，包括但不限于航空燃气涡轮机(例如，涡轮风扇发动机)、蒸汽涡轮机或船用燃气涡轮机。

现在参见附图，在附图中，相同数字表示附图中的相同元件，图1中示意性地示出了燃气涡轮发动机10。应了解，本发明的涡轮发动机10无需是燃气涡轮发动机，而可以是任何合适的涡轮发动机，例如蒸汽涡轮发动机或其他合适的发动机。燃气涡轮发动机10可以包括进气部分12、压缩机部分14、燃烧部分16、涡轮机部分18和排气部分20。压缩机部分14和涡轮机部分18可以用轴22连接。轴22可以是单个轴或连接在一起形成轴22的多个轴段。

涡轮机部分18可以大体上包括转子轴24，所述转子轴具有多个转子盘26(图中示出其中一个)以及多个转子叶片28，所述多个转子叶片从转子盘26径向向外延伸并且互连到所述转子盘。每个转子盘26又可以连接到延伸穿过涡轮机部分18的转子轴24的一部分。涡轮机部分18进一步包括外壳30，外壳30周向地围绕转子轴24和涡轮叶片28，从而至少部分地限定穿过涡轮机部分18的热气通路32。

在操作期间，空气或其他工作流体通过入口部分12流入压缩机部分14中，在所述压缩机部分中，空气渐进地压缩，以向燃烧部分16中的燃烧器(未示出)提供增压空气(pressurized air)。增压空气在每个燃烧器内与燃料混合并燃烧，以产生燃烧气体34。燃烧气体34沿热气通路32从燃烧部分16流到涡轮机部分18中，在所述涡轮机部分中，能量(动能和/或热能)从燃烧气体34传递到转子叶片28传递，从而驱使转子轴24旋转。随后，机械旋转能可用于向压缩机部分14提供动力和/或发电。离开涡轮机部分18的燃烧气体34随后可经由排气部分20从燃气涡轮发动机10排出。

图2和3示出示例性转子叶片100，所述示例性转子叶片可包括本说明书中所公开的一个或多个实施例并且可以替代图1中所示的转子叶片28包括在燃气涡轮发动机10的涡轮机部分18中。如图2和3中所示，转子叶片100限定轴向A、径向R和周向C。径向R沿大体上与轴向A正交的方向延伸，并且周向C大体上围绕轴向A做同心延伸。

如图2和3中所示，转子叶片100包括平台102，所述平台大体上用作流过涡轮机部分18(图1)热气通路32的燃烧气体34的径向向内流动边界。更确切地说，平台102包括与径向外表面106径向隔开的径向内表面104。平台102还包括与后缘110轴向隔开的前缘108。前缘108定位在燃烧气体流34中，并且后缘110定位在前缘108的下游。此外，平台102包括与吸入侧斜面114周向隔开的压力侧斜面112。

如图2中所示，转子叶片100包括柄部116，所述柄部从平台102的径向内表面104径向向内延伸。一个或多个天使翼(angel wing)118可以从柄部116轴向向外延伸。在图2中所示的实施例中，柄部116和平台102共同限定柄穴(shank pocket)120。尽管如此，在一些实施例中，柄部116和平台102可不限定柄穴120。

转子叶片100还包括根部122，所述根部从柄部116径向向内延伸。根部122可以将转子叶片100互连或者固定到转子盘26(图1)。在图2中所示的实施例中，根部122具有枞树形构造。尽管如此，根部122也可以具有任何适当的构造(例如，鸠尾榫构造等)。此外，根部122可限定进气口124，所述进气口允许冷却空气进入转子叶片100中。

转子叶片100进一步包括翼型126，所述翼型从平台102的径向外表面106径向向外延伸到尖端防护罩128。因此，尖端防护罩128可以大体上限定转子叶片100的径向最外部分。翼型126连接到平台102的翼型根部130处(即，翼型126与平台102的相交处)。在一些实施例中，翼型根部130可以是在翼型126与平台102之间过渡的半径或整流带(fillet)(未示出)。在这方面，翼型126限定翼展132，所述翼展延伸在翼型根部130与尖端防护罩128之间。翼型126还包括压力侧壁134和相对的吸入侧壁136。压力侧壁134和吸入侧壁136在翼型126的前缘138处连接在一起或互连，所述前缘定向到燃烧气体流34中。压力侧壁134和吸入侧壁136在翼型126的后缘140处也连接在一起或互连，所述后缘间隔地设置在前缘138的下游。压力侧壁134和吸入侧壁136围绕前缘138和后缘140接续/连续设置。压力侧壁134大体上呈凹形，并且吸入侧壁136大体上呈凸形。

如上所述，尖端防护罩128定位在转子叶片100的径向外端处。尖端防护罩128减少从转子叶片100旁边逸出的燃烧气体34的量。在图3和4所示的实施例中，尖端防护罩128包括径向外表面142，所述径向外表面具有从中径向向外延伸的轨道144。替代实施例可以包括更多个轨道144(例如，两个轨道144、三个轨道144等)或者根本不包括任何轨道144。尖端防护罩128还包括压力侧表面146和吸入侧表面148，所述压力侧表面和吸入侧表面在翼型126的前缘138和后缘140处互连。在图3中所示的实施例中，压力侧表面146和吸入侧表面148大体上不与翼型126的压力侧壁134和吸入侧壁136对准。此外，尖端防护罩128包括径向内表面178，所述径向内表面定位在所述尖端防护罩的径向外表面142的径向内部。

现参见图5，过渡部分150将尖端防护罩128连接到翼型126的径向外端。该过渡部分150包括外表面180，所述外表面暴露于热气通路32中的燃烧气体34中。外表面180将翼型126的压力侧壁134和吸入侧壁136的外表面连接到尖端防护罩128的径向内表面178。在图5和6中所示的实施例中，过渡部分150是在翼型126与尖端防护罩128之间过渡的整流带部分(fillet portion)。在替代实施例中，过渡部分150可包括翼型126与尖端防护罩128之间的倒角(未图示)或其他适当过渡形式。

转子叶片100限定其中的一个或多个主冷却通道，冷却空气流动穿过所述一个或多个主冷却通道。在图5中所示的实施例中，翼型126、过渡部分150和尖端防护罩128共同限定其中的第一主冷却通道152A和第二主冷却通道152B。尽管如此，转子叶片100可在必要或者期望的情况下包括更多个或更少个主冷却通道。实际上，只要转子叶片100限定至少一个主冷却通道，转子叶片100可限定任意数量的主冷却通道。

第一主冷却通道152A和第二主冷却通道152B中的每一者包括对应的入口。在一些实施例中，由根部122限定的进气口124(图2)可以是第一主冷却通道152A和第二主冷却通道152B的入口。在此类实施例中，根部122、柄部116、平台102、翼型126、过渡部分150和尖端防护罩128共同限定其中的第一主冷却通道152A和第二主冷却通道152B。在其他实施例中，第一主冷却通道152A和第二主冷却通道152B的入口可以连接到由根部122、柄部116、平台102和/或翼型126限定的任意倒角、通道或腔(例如，柄穴120)。

第一主冷却通道152A和第二主冷却通道152B分别终止于第一主冷却通道出口154A和第二主冷却通道出口154B。第一主冷却通道出口154A和第二主冷却通道出口154B均由尖端防护罩128限定。在图5中所示的实施例中，尖端防护罩128的压力侧表面146限定第一主冷却通道出口154A，而尖端防护罩128的吸入侧表面148限定第二主冷却通道出口154B。尽管如此，第一主冷却通道出口154A和第二主冷却通道出口154B中的每一者可以由尖端防护罩128的压力侧表面146或吸入侧表面148中的任一者限定。

如上所述，翼型126、过渡部分150和尖端防护罩128共同限定其中的第一主冷却通道152A和第二主冷却通道152B。更确切地说，翼型126限定第一主冷却通道152A的翼型部分156A以及第二主冷却通道152B的翼型部分156B。转子叶片100的过渡部分150限定第一主冷却通道152A的过渡部分158A以及第二主冷却通道152B的过渡部分158B。优选地，过渡部分158A、158B应定位在转子叶片100的过渡部分150的外表面180附近，以增加其冷却。也就是说，第一主冷却通道152A的过渡部分158A以及第二主冷却通道152B的过渡部分158B越靠近过渡部分150的外表面180，冷却就越多。尖端防护罩128限定其中的第一主冷却通道152A的尖端防护罩部分160A以及第二主冷却通道152B的尖端防护罩部分160B。

图5和6示出第一主冷却通道152A和第二主冷却通道152B的翼型部分156A、156B、过渡部分158A、158B以及尖端防护罩部分160A、160B的不同配置。出于简明目的，图6中省略了第二主冷却通道152。在图5中所示的实施例中，第一主冷却通道152A的翼型部分156A以及第二主冷却通道152B的翼型部分156B呈线性，而第一主冷却通道152A的过渡部分158A和尖端防护罩部分160A以及第二主冷却通道152B的过渡部分158B和尖端防护罩部分160B呈曲线状。但在图6中所示的实施例中，第一主冷却通道152A的翼型部分156A和过渡部分158A呈曲线状，而尖端防护罩部分160A呈线性。尽管如此，第一主冷却通道152A和第二主冷却通道152B的翼型部分156A、156B、过渡部分158A、158B以及尖端防护罩部分160A、160B可以呈线性、曲线或者它们的任何组合。

如上所述，在图5中所示的实施例中，转子叶片100的过渡部分150具有整流带部分，并且第二主冷却通道152B的第二过渡部分158B呈曲线状。在此实施例中，第二主冷却通道152B的第二过渡部分158B的曲率大体上遵循整流带部分的曲率。也就是说，第二主冷却通道152B的过渡部分158B沿整流带部分的整个长度与整流带部分的外表面均匀地间隔开。第一主冷却通道152A的第一过渡部分158A的曲率也可以大体上遵循整流带部分的曲率。尽管如此，在一些实施例中，第一主冷却通道152A的第一过渡部分158A和第二主冷却通道152B的第二过渡部分158B的曲率可以不遵循整流带部分的曲率。

第一主冷却通道152A和第二主冷却通道152B以及对应的第一主冷却通道出口154A和第二主冷却通道154B可以具有任何适当的截面形状。在一个实施例中，第一主冷却通道152A和第二主冷却通道152B以及对应的第一主冷却通道出口154A和第二主冷却通道154B具有圆形截面形状。在其他实施例中，第一主冷却通道152A和第二主冷却通道152B以及对应的第一主冷却通道出口154A和第二主冷却通道154B可具有卵形或椭圆形形状，如图7中所示。如果对应的第一主冷却通道出口154A和/或第二主冷却通道154B具有卵形截面，则压力侧表面146和/或吸入侧表面148可以较厚(即，在径向R上较短)。尽管如此，第一主冷却通道152A和第二主冷却通道152B以及对应的第一主冷却通道出口154A和第二主冷却通道154B可以具有任何适当的截面形状。第一主冷却通道152A和第一主冷却通道出口154A可以具有与第二主冷却通道152B和第二主冷却通道出口154B相同或不同的截面形状。在一些实施例中，第一主冷却通道152A和第二主冷却通道152B可以具有与对应的第一主冷却通道出口154A和第二主冷却通道出口154B不同的截面形状。第一主冷却通道152A和第二主冷却通道152B优选地具有恒定直径。尽管如此，第一主冷却通道152A和/或第二主冷却通道152B的直径可以沿其长度改变。在图5中所示的实施例中，例如，第一主冷却通道152A的第一直径168A小于第二直径170。

第一主冷却通道152A和第二主冷却通道152B中的每一者可包括定位在其中的一个或多个湍流器。所述一个或多个湍流器在流过对应主冷却通道152A、152B的冷却空气中产生湍流，从而提高转子叶片100与冷却空气之间的传热速率。图8A-8C示出湍流器的多个实施例。例如，所述一个或多个湍流器可以是一个或多个矩形凸起172(图8A)、一个或多个半球形凸起174(图8B)、一个或多个浅凹176(图8C)，或者它们的任何组合。实际上，所述一个或多个湍流器可以是定位在第一主冷却通道152A和/或第二主冷却通道152B中以在其中产生湍流的任何适当特征。

在一些实施例中，第一主冷却通道152A和第二主冷却通道152B中的每一者可以使用带护套芯体182形成。如图9中所示，带护套芯体182包括填充有芯体材料186的环形套管184。在一些实施例中，环形套管184由镍或镍基合金形成，而芯体材料186是耐火陶瓷(例如，硅石、氧化铝、富铝红柱石等)。带护套芯体182可以变形成具有多个线性和/或曲线部分的配置，例如第一主冷却通道152A和第二主冷却通道152B的形状。带护套芯体182的截面形状也可以变形以产生如图7中所示的卵形截面。一旦变形成第一主冷却通道152A和第二主冷却通道152B的所需形状，带护套芯体182定位在模具188中以产生转子叶片100。模具188随后填充用于形成转子叶片100的熔融材料190(例如，熔融镍基超合金)。在铸造过程中，浇注到模具188中的熔融材料190吸收环形套管184。在这方面，形成环形套管184和转子叶片100的材料充分混合，以便在铸造过程完成之后，两者之间不存在任何离散边界。图9示出已将熔融材料190浇注到模具188中之后，但在熔融材料190已吸收环形套管184之前的带护套芯体182。在铸造之后去除转子叶片100中的芯体材料186(例如，通过化学浸滤)，从而形成主冷却通道。但在替代实施例中，第一主冷却通道152A和第二主冷却通道152B可以使用任何适当的方法或过程形成。

如上所述，第一主冷却通道152A和第二主冷却通道152B引导冷却空气通过转子叶片100，以冷却其多个部分。更确切地说，冷却空气(例如，从压缩机部分14(图1)排出的空气)通过例如进气口124(图2)进入第一主冷却通道152A和第二主冷却通道152B中。所述冷却空气流过至少第一主冷却通道152A和第二主冷却通道152B的翼型部分156A、156B、过渡部分158A、158B以及尖端防护罩部分160A、160B。根据入口的位置，冷却空气也可流过转子叶片100的其他部分。例如，如果进气口124是第一主冷却通道152A和/或第二主冷却通道152B的入口，则冷却空气还可以流过根部122(图2)、柄部116(图2)和平台102(图2)。流过第一主冷却通道152A和第二主冷却通道152B的同时，冷却空气从转子叶片100中吸收热量，从而冷却所述转子叶片。也就是说，转子叶片100中的热量通过对流方式传递到冷却空气。冷却空气通过对应的第一主冷却通道出口154A和第二主冷却通道154B离开第一主冷却通道152A和第二主冷却通道152B，并且流入热气通路32(图1)中。

图10示出转子叶片100的一个替代实施例。在此实施例中，转子叶片100限定其中的一个或多个辅助冷却通道，所述一个或多个辅助冷却通道与第一主冷却通道152A流体连通。如下文进一步详述，所述一个或多个辅助冷却通道向转子叶片100提供薄膜冷却和/或额外的对流冷却，以补充或替代第一主冷却通道152A和第二主冷却通道152B所提供的对流冷却。

在图10中所示的实施例中，转子叶片100的尖端防护罩128限定其中的第一辅助冷却通道162A和第二辅助冷却通道162B。转子叶片100的尖端防护罩128和过渡部分150共同限定其中的第三辅助冷却通道162C和第四辅助冷却通道162D。在其他实施例中，转子叶片100可在必要或者期望的情况下限定更多个或更少个辅助冷却通道。尽管图10中仅示出第一主冷却通道152A，但是额外的辅助冷却通道也可与由转子叶片100限定的其他主冷却通道(例如，第二主冷却通道152B)流体连通。

如图10中所示，第一辅助冷却通道162A、第二辅助冷却通道162B、第三辅助冷却通道162C和第四辅助冷却通道162D分别从第一主冷却通道152A延伸到第一辅助冷却通道出口164A、第二辅助冷却通道出口164B、第三辅助冷却通道出口164C和第四辅助冷却通道出口164D。在图10中所示的实施例中，尖端防护罩128的径向外表面142限定第一辅助冷却通道出口164A和第二辅助冷却通道出口164B，而过渡部分150限定第三辅助冷却通道出口164C和第四辅助冷却通道出口164D。在其他实施例中，过渡部分150或尖端防护罩128的径向外表面142中的一者可以限定第一出口164A、第二出口164B、第三出口164C和第四出口164D中的全部。尽管如此，第一出口164A、第二出口164B、第三出口164C和第四出口164D可以由过渡部分150或尖端防护罩128的任何表面限定。

第一辅助冷却通道162A、第二辅助冷却通道162B、第三辅助冷却通道162C和第四辅助冷却通道162D可以定向成引导冷却空气流到转子叶片100的外表面上。更确切地说，第一辅助冷却通道162A和第二辅助冷却通道162B可以引导空气流到尖端防护罩128的径向外表面142上。在这方面，第一辅助冷却通道162A和第二辅助冷却通道162B优选地定位成相对于尖端防护罩128的径向外表面142成角度。第三辅助冷却通道162C和第四辅助冷却通道162D可以引导空气流到过渡部分150的外表面180上。因此，第三辅助冷却通道162C和第四辅助冷却通道162D可以定位成相对于过渡部分150的外表面180成角度。实际上，第三辅助冷却通道162C和第四辅助冷却通道162D可以定位成与过渡部分150的外表面180相切。优选地，冷却空气离开与转子叶片100的外表面大体平行的第一辅助冷却通道162A、第二辅助冷却通道162B、第三辅助冷却通道162C和第四辅助冷却通道162D。将第一辅助冷却通道162A、第二辅助冷却通道162B、第三辅助冷却通道162C和第四辅助冷却通道162D定向成引导冷却空气流到转子叶片100的外表面上可促进本说明书中所述的薄膜冷却。在替代实施例中，第一辅助冷却通道162A、第二辅助冷却通道162B、第三辅助冷却通道162C和第四辅助冷却通道162D可以不将冷却空气引导到转子叶片100的外表面上。

在包括一个或多个辅助冷却通道的实施例中，堵头(plug)166可以定位在第一主冷却通道152A的第一主冷却通道出口154A中。更确切地说，堵头166封堵穿过第一主冷却通道出口154A的冷却空气流。通过这种方式，第一主冷却通道152A中存在的所有冷却空气流入第一辅助冷却通道162A、第二辅助冷却通道162B、第三辅助冷却通道162C和第四辅助冷却通道162D。冷却空气随后经由第一辅助冷却通道出口164A、第二辅助冷却通道出口164B、第三辅助冷却通道出口164C和第四辅助冷却通道出口164D离开转子叶片100。在这方面，第一主冷却通道152A当被堵头166封堵而无法向第一辅助冷却通道162A、第二辅助冷却通道162B、第三辅助冷却通道162C和第四辅助冷却通道162D供应冷却空气时用作增压室。堵头166可以压入配合到第一主冷却通道152A中或以其他方式固定地连接到尖端防护罩128。

第一辅助冷却通道162A、第二辅助冷却通道162B、第三辅助冷却通道162C和第四辅助冷却通道162D可以具有任何适当的构造和截面。在图10中所示的实施例中，第一辅助冷却通道162A、第二辅助冷却通道162B、第三辅助冷却通道162C和第四辅助冷却通道162D全都呈线性。尽管如此，在其他实施例中，第一辅助冷却通道162A、第二辅助冷却通道162B、第三辅助冷却通道162C和第四辅助冷却通道162D中的部分或全部可以呈曲线状。第一辅助冷却通道162A、第二辅助冷却通道162B、第三辅助冷却通道162C和第四辅助冷却通道162D可以具有圆形截面形状或其他任何适当的形状。第一辅助冷却通道162A、第二辅助冷却通道162B、第三辅助冷却通道162C和第四辅助冷却通道162D的直径优选地沿长度均匀，并且小于第一主冷却通道152A的最小直径(例如，直径168(图5))。尽管如此，第一辅助冷却通道162A、第二辅助冷却通道162B、第三辅助冷却通道162C和第四辅助冷却通道162D的直径可以不均匀，并且等于或大于第一主冷却通道152A的最小直径。

第一辅助冷却通道162A、第二辅助冷却通道162B、第三辅助冷却通道162C和第四辅助冷却通道162D可以采用任何适当的方式形成。例如，第一辅助冷却通道162A、第二辅助冷却通道162B、第三辅助冷却通道162C和第四辅助冷却通道162D可以在铸造之后通过对转子叶片100进行钻孔或机械加工形成。在其他实施例中，第一辅助冷却通道162A、第二辅助冷却通道162B、第三辅助冷却通道162C和第四辅助冷却通道162D可以在铸造过程中形成，例如，使用带护套芯体182(图9)。

第一辅助冷却通道162A、第二辅助冷却通道162B、第三辅助冷却通道162C和第四辅助冷却通道162D可以向转子叶片100提供薄膜冷却和/或对流冷却。更确切地说，冷却空气流过第一主冷却通道152A，从而以对流方式吸收转子叶片100中的热量，如上文更详细的描述。堵头166避免冷却空气通过第一主冷却通道出口154A离开第一主冷却通道152A。因此，第一主冷却通道152A当堵头166封闭而无法向第一辅助冷却通道162A、第二辅助冷却通道162B、第三辅助冷却通道162C和第四辅助冷却通道162D供应冷却空气时用作增压室。冷却空气随后通过对应的第一出口164A、第二出口164B、第三出口164C和第四出口164D离开第一辅助冷却通道162A、第二辅助冷却通道162B、第三辅助冷却通道162C和第四辅助冷却通道162D。冷却空气可以在流过第一辅助冷却通道162A、第二辅助冷却通道162B、第三辅助冷却通道162C和第四辅助冷却通道162D的同时，以对流方式吸收转子叶片100中的额外热量。第一辅助冷却通道162A和第二辅助冷却通道162B可以引导冷却空气流到尖端防护罩128的径向外表面142上，从而在其上形成冷却空气薄膜。第三辅助冷却通道162C和第四辅助冷却通道162D可以引导冷却空气流到过渡部分150的外表面180上，从而在其上形成冷却空气薄膜。冷却空气薄膜用作将转子叶片100与流过热气通路32的燃烧气体34隔离的屏障。在一些实施例中，辅助冷却通道可以不定向成允许薄膜冷却。

如下文进一步详述，第一主冷却通道152A和第二主冷却通道152B以对流方式冷却翼型126、尖端防护罩128和过渡部分150。更确切地说，尖端防护罩128的压力侧表面146和/或吸入侧表面148限定第一主冷却通道出口154A和第二主冷却通道出口154B。在这方面，第一主冷却通道152A和第二主冷却通道152B相对于传统冷却通道构造能够向尖端防护罩128提供更多冷却。此外，第一主冷却通道152A和第二主冷却通道152B优选地定位在转子叶片100的过渡部分150的外表面180附近并且遵循所述外表面的曲率。因此，第一主冷却通道152A和第二主冷却通道152B相对于传统冷却通道构造也能够向过渡部分150提供更多冷却。在特定实施例中，第一辅助冷却通道162A、第二辅助冷却通道162B、第三辅助冷却通道162C和第四辅助冷却通道162D向尖端防护罩128和过渡部分150提供薄膜冷却和/或额外的对流冷却，从而向转子叶片100提供额外的冷却。此外，与传统冷却通道构造不同，第一主冷却通道152A和第二主冷却通道152B以及/或者第一辅助冷却通道162A、第二辅助冷却通道162B、第三辅助冷却通道162C和第四辅助冷却通道162D不会非期望地增加转子叶片100的重量。

本说明书使用了多个实例来公开本发明，包括最佳模式，同时还使得所属领域中的任何普通技术人员能够实践本发明，包括制造和使用任何装置或系统并且执行所包含的任何方法。本发明的可授予专利的范围由权利要求书界定，并且可包括所属领域中的技术人员得出的其他示例。如果任何其他示例的结构要素与权利要求书的字面意义无差别，或如果此类示例包括的等效结构要素与权利要求书的字面意义无实质差别，则此类示例也在权利要求书的范围内。

Claims (10)

1.一种用于燃气涡轮发动机的转子叶片，所述转子叶片包括：

翼型；

尖端防护罩，所述尖端防护罩包括侧表面和径向外表面；以及

过渡部分，所述过渡部分将所述尖端防护罩连接到所述翼型；

其中所述翼型、所述过渡部分和所述尖端防护罩共同限定其中的主冷却通道；并且

其中所述主冷却通道包括由所述尖端防护罩的所述侧表面限定的主冷却通道出口。

2.根据权利要求1所述的转子叶片，其中所述尖端防护罩的压力侧表面限定所述主冷却通道出口。

3.根据权利要求1所述的转子叶片，其中所述尖端防护罩的吸入侧表面限定所述主冷却通道出口。

4.根据权利要求1所述的转子叶片，其中所述尖端防护罩限定与所述主冷却通道流体连通的辅助冷却通道。

5.根据权利要求4所述的转子叶片，其中所述辅助冷却通道从所述主冷却通道延伸到由所述尖端防护罩的所述径向外表面限定的辅助冷却通道出口。

6.根据权利要求4所述的转子叶片，进一步包括：

定位在所述主冷却通道出口中的堵头，其中所述堵头封堵流体流通过所述主冷却通道出口，以引导流体流通过所述辅助冷却通道。

7.根据权利要求4所述的转子叶片，其中所述辅助冷却通道是线性的。

8.一种燃气涡轮发动机，包括：

压缩机部分；

燃烧部分；以及

涡轮机部分，所述涡轮机部分包括一个或多个转子叶片，每个转子叶片包括：

翼型；

尖端防护罩，所述尖端防护罩包括侧表面和径向外表面；以及

过渡部分，所述过渡部分将所述尖端防护罩连接到所述翼型；

其中所述翼型、所述过渡部分和所述尖端防护罩共同限定其中的主冷却通道；并且

其中所述主冷却通道包括由所述尖端防护罩的所述侧表面限定的主冷却通道出口。

9.根据权利要求15所述的燃气涡轮发动机，进一步包括：

辅助冷却通道，所述辅助冷却通道从所述主冷却通道延伸到辅助冷却通道出口，所述辅助冷却通道出口由所述尖端防护罩的所述径向外表面限定。

10.根据权利要求16所述的燃气涡轮发动机，进一步包括：

定位在所述主冷却通道出口中的堵头，其中所述堵头封堵流体流通过所述主冷却通道出口，以引导流体流通过所述辅助冷却通道。