CN107435561A - 用于冷却涡轮叶片的尖端叶冠的密封导轨的系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种涡轮叶片，其包括具有密封导轨的尖端叶冠。密封导轨包括在切向端部之间延伸的切向表面。涡轮叶片包括构造成联接至转子的根部部分和在根部部分与尖端叶冠之间延伸的翼型部分。密封导轨包括沿着密封导轨的长度延伸的冷却通道。冷却通道经由在冷却通道与冷却气室之间延伸的中间冷却通道流体地联接至冷却气室以容纳冷却流体。密封导轨包括流体地联接至冷却通道的冷却出口通道。冷却出口通道布置在密封导轨内并且在冷却通道与密封导轨的切向表面之间延伸。冷却出口通道构造成经由切向表面从尖端叶冠排出冷却流体。

Description

用于冷却涡轮叶片的尖端叶冠的密封导轨的系统
技术领域
本文中公开的主题涉及涡轮机，更具体地涉及涡轮机的涡轮叶片。
背景技术
燃气涡轮发动机燃烧燃料以产生热燃烧气体，热燃烧气体流过涡轮机以驱动载荷和/或压缩机。涡轮机包括一个或多个级，其中每个级包括多个涡轮叶片或轮叶。每个涡轮叶片包括翼型部分，翼型部分具有联接至与转子联接的根部部分的径向向内端部和联接至尖端部分的径向向外部分。一些涡轮叶片包括位于尖端部分处的叶冠(例如，尖端叶冠)以增强燃气涡轮发动机的性能。然而，尖端叶冠由于高温和离心力引起的弯曲应力的组合随着时间而经受蠕变破坏。用于冷却尖端叶冠以减小蠕变破坏的典型的冷却系统不能有效地冷却尖端叶冠的每个部分(例如，密封导轨或齿)。
发明内容
以下概括与最初要求保护的主题的范围相称的某些实施例。这些实施例非旨在限制所请求保护的主题的范围，而这些实施例仅旨在提供本主题的可能形式的概要。事实上，本主题可以包括可以与以下阐述的实施例相似或不同的各种形式。
根据第一实施例，提供一种燃气涡轮发动机。燃气涡轮发动机包括涡轮区段。涡轮区段包括具有联接至转子的多个涡轮叶片的涡轮级。多个涡轮叶片中的至少一个涡轮叶片包括尖端叶冠部分(tip shroud portion)，尖端叶冠部分具有基部部分和从基部部分径向地延伸的第一密封导轨。第一密封导轨包括在切向端部之间延伸的切向表面。至少一个涡轮叶片还包括联接至转子的根部部分。至少一个涡轮叶片还包括在根部部分与尖端叶冠部分之间延伸的翼型部分。翼型部分包括径向地延伸穿过翼型部分并且构造成容纳冷却流体的第一冷却气室。第一冷却气室相对于转子的旋转轴线从密封导轨轴向地偏移。第一密封导轨包括沿着第一密封导轨的第一长度延伸的第一冷却通道。第一冷却通道经由在第一冷却通道与第一冷却气室之间延伸的第一中间冷却通道流体地联接至第一冷却气室以容纳冷却流体。第一密封导轨包括流体地联接至第一冷却通道以容纳冷却流体的第一多个冷却出口通道。第一多个冷却出口通道布置在第一密封导轨内并且在第一冷却通道与第一密封导轨的切向表面之间延伸。第一多个冷却出口通道构造成经由切向表面从尖端叶冠部分排出冷却流体。
除了上述第一实施例中的燃气涡轮发动机，本发明基于第一实施例还提供以下技术方案：
技术方案1：根据第一实施例的燃气涡轮发动机，所述切向表面包括所述第一密封导轨的在所述切向端部之间延伸的顶部表面，所述顶部表面是所述第一密封导轨的相对于所述转子的旋转轴线的径向最外部表面，所述第一多个冷却出口通道构造成从所述顶部表面排出所述冷却流体，以减小所述顶部表面与径向地布置在所述顶部表面对面的固定叶冠的最内部表面之间的超出尖端泄漏。
技术方案2：根据技术方案1的燃气涡轮发动机，所述第一多个冷却出口通道相对于所述第一密封导轨的第一长度以大于0度并且小于180度的角倾斜。
技术方案3：根据技术方案2的燃气涡轮发动机，所述第一多个冷却出口通道沿所述多个涡轮叶片围绕所述转子的旋转方向倾斜。
技术方案4：根据技术方案2的燃气涡轮发动机，所述第一多个冷却出口通道背离所述多个涡轮叶片围绕所述转子的旋转方向倾斜，以及所述第一多个冷却出口通道构造成从所述顶部表面排出所述冷却流体，以增大当相应的涡轮叶片围绕所述转子的旋转轴线旋转时所述相应的涡轮叶片的扭矩。
技术方案5：根据第一实施例的燃气涡轮发动机，所述切向表面包括所述第一密封导轨的第一侧表面或第二侧表面，所述第一侧表面或第二侧表面在所述第一密封导轨的所述切向端部之间延伸并且在所述第一密封导轨的顶部表面与所述基部部分之间径向地延伸，所述第一侧表面与所述第二侧表面相对地布置。
技术方案6：根据技术方案5的燃气涡轮发动机，所述第一多个冷却出口通道在所述第一冷却气室与所述第一侧表面和第二侧表面两者之间延伸。
技术方案7：根据技术方案5的燃气涡轮发动机，所述第一多个冷却出口通道相对于沿着所述第一长度延伸穿过所述第一密封导轨的径向平面以大于0度并且小于180度的角倾斜。
技术方案8：根据第一实施例的燃气涡轮发动机，所述第一冷却通道沿着所述第一密封导轨的第一纵向长度的整体延伸。
技术方案9：根据第一实施例的燃气涡轮发动机，所述第一冷却通道沿着小于所述第一密封导轨的第一长度的整体延伸。
技术方案10：根据第一实施例的燃气涡轮发动机，所述翼型部分包括径向地延伸穿过所述翼型部分并且构造成容纳所述冷却流体的第二冷却气室，以及其中，所述第一密封导轨包括沿着所述第一密封导轨的第一长度延伸的第二冷却通道，所述第二冷却通道经由在所述第二冷却通道与所述第二冷却气室之间延伸的第二中间冷却通道流体地联接至所述第二冷却气室以容纳所述冷却流体，以及其中，所述第一密封导轨包括第二多个冷却出口通道，所述第二多个冷却出口通道布置在所述第一密封导轨内并且在所述第二冷却通道与所述第一密封导轨的所述切向表面之间延伸，以及所述第二多个冷却通道构造成经由所述切向表面从所述尖端叶冠部分排出所述冷却流体。
技术方案11：根据第一实施例的燃气涡轮发动机，所述尖端叶冠部分包括从所述基部部分延伸的第二密封导轨，其中，所述翼型部分包括纵向地延伸穿过所述翼型部分并且构造成容纳所述冷却流体的第二冷却气室，其中，所述第二密封导轨包括沿着所述第二密封导轨的第二长度延伸的第二冷却通道，以及所述第二冷却通道经由在所述第二冷却通道与所述第二冷却气室之间延伸的第二中间冷却通道流体地联接至所述第二冷却气室以容纳所述冷却流体，以及其中，所述第二密封导轨包括第二多个冷却出口通道，所述第二多个冷却出口通道布置在所述第二密封导轨内并且在所述第二冷却通道与所述第二密封导轨之间延伸，以及所述第二多个冷却出口通道构造成经由所述第二密封导轨从所述尖端叶冠部分排出所述冷却流体。
技术方案12：根据第一实施例的燃气涡轮发动机，所述第一冷却通道的内表面是光滑的。
技术方案13：根据第一实施例的燃气涡轮发动机，所述第一冷却通道的内表面包括构造成在穿过所述第一冷却通道的冷却流体流中引起涡流的凹部或凸起部。
根据第二实施例，提供一种涡轮机。涡轮机包括转子和涡轮，涡轮具有联接至转子的多个涡轮叶片。多个涡轮叶片中的至少一个涡轮叶片包括尖端叶冠部分，尖端叶冠部分具有基部部分和从基部部分径向地延伸的密封导轨。密封导轨包括在切向端部之间延伸的切向表面。至少一个涡轮叶片还包括联接至转子的根部部分。至少一个涡轮叶片还包括在根部部分与尖端叶冠部分之间延伸的翼型部分。翼型部分包括径向地延伸穿过翼型部分并且构造成容纳冷却流体的冷却气室。冷却气室相对于转子的旋转轴线从密封导轨轴向地偏移。密封导轨包括沿着密封导轨的长度延伸的冷却通道。冷却通道经由在冷却通道与冷却气室之间延伸的中间冷却通道流体地联接至冷却气室以容纳冷却流体。密封导轨包括流体地联接至冷却通道以容纳冷却流体的多个冷却出口通道。多个冷却出口通道布置在密封导轨内并且在冷却通道与密封导轨的切向表面之间延伸。多个冷却出口通道构造成经由切向表面从尖端叶冠部分排出冷却流体。
除了上述第二实施例中的涡轮机，本发明基于第二实施例还提供以下技术方案：
技术方案14：根据第二实施例的涡轮机，所述切向表面包括所述密封导轨的在所述切向端部之间延伸的顶部表面，所述顶部表面是所述密封导轨的相对于所述转子的旋转轴线的径向最外部表面，以及所述第一多个冷却出口通道构造成从所述顶部表面排出所述冷却流体，以减小所述顶部表面与径向地布置在所述顶部表面对面的固定叶冠的最内部表面之间的超出尖端泄漏。
技术方案15：根据技术方案14的涡轮机，其特征在于，所述多个冷却出口通道相对于所述密封导轨的长度以大于0度并且小于180度的角倾斜。
技术方案16：根据第二实施例的涡轮机，其特征在于，所述切向表面包括所述密封导轨的第一侧表面或第二侧表面，所述第一侧表面或第二侧表面在所述密封导轨的所述切向端部之间延伸并且在所述密封导轨的顶部表面与所述基部部分之间径向地延伸，所述第一侧表面与所述第二侧表面相对地布置。
技术方案17：根据技术方案16的涡轮机，其特征在于，所述多个冷却出口通道在所述冷却气室与所述第一侧表面和第二侧表面两者之间延伸。
根据第三实施例，提供一种涡轮叶片。涡轮叶片包括尖端叶冠部分，尖端叶冠部分具有基部部分和从基部部分径向地延伸的密封导轨。密封导轨包括在切向端部之间延伸的切向表面。涡轮叶片还包括构造成联接至涡轮机的转子的根部部分。涡轮叶片还包括在根部部分与尖端叶冠部分之间延伸的翼型部分。翼型部分包括径向地延伸穿过翼型部分并且构造成容纳冷却流体的冷却气室。冷却气室相对于转子的旋转轴线从密封导轨轴向地偏移。密封导轨包括沿着密封导轨的长度延伸的冷却通道。冷却通道经由在冷却通道与冷却气室之间延伸的中间冷却通道流体地联接至冷却气室以容纳冷却流体。密封导轨包括流体地联接至冷却通道以容纳冷却流体的多个冷却出口通道。多个冷却出口通道布置在密封导轨内并且在冷却通道与密封导轨的切向表面之间延伸。多个冷却出口通道构造成经由切向表面从尖端叶冠部分排出冷却流体。
附图说明
当参照附图阅读以下详细说明时将能够更好地理解本主题的这些以及其他特征、方面和优点，其中，相同的符号在全部附图中代表相同的零件，其中：
图1是穿过纵向轴线剖切的燃气涡轮发动机的横截面侧视图；
图2是具有多个冷却气室的涡轮叶片的侧视图；
图3是在图2的线3-3内截取的涡轮叶片的尖端叶冠部分的顶部透视图；
图4是在图2的线3-3内截取的涡轮叶片的尖端叶冠部分的俯视透视图(例如，已经从密封导轨的多个侧表面排出冷却流)；
图5是沿着图3的线5-5截取的涡轮叶片的尖端叶冠部分的密封导轨的横截面侧视图；
图6是在图2的线3-3内截取的涡轮叶片的尖端叶冠部分的俯视透视图(例如，沿着密封导轨的长度(例如纵向)具有单个冷却通道)；
图7是在图2的线3-3内截取的涡轮叶片的尖端叶冠部分的俯视透视图(例如，沿着密封导轨的长度(例如纵向长度)具有单个冷却通道，其中从密封导轨的多个侧表面排出冷却流)；
图8是沿着图2的线3-3截取的涡轮叶片的尖端叶冠部分的俯视透视图(例如，已经沿旋转方向从密封导轨的顶部表面排出冷却流)；
图9是沿着图2的线3-3截取的涡轮叶片的尖端叶冠部分的俯视透视图(例如，已经背离旋转方向从密封导轨的顶部表面排出冷却流)；
图10是冷却通道的一部分的横截面侧视图(例如，平滑)；
图11是冷却通道的一部分的横截面侧视图(例如，具有凹部)；以及
图12是冷却通道的一部分的横截面侧视图(例如，具有凸起部)。
具体实施方式
以下将说明本主题的一个或多个具体实施例。为了提供这些实施例的简明说明，说明书中可以不说明实际实施方式的所有特征。应当理解的是，在任何这些实际实施方式的开发过程中，如在任何工程项目或设计项目中，必须做出许多具体实施方式的决定以实现开发者的特定目标，比如符合系统相关和商业相关的限制，这种限制可能在一个实施方式中不同于另一个实施方式。此外，应当理解的是，这些研制计划可能是复杂和费时的，然而对于受益于本发明的本领域普通技术人员来说其设计、制作和制造是例行工作。
当介绍本主题的各个实施例的元件时，词汇“一种”、“一个”、“该”和“所述”旨在意味着具有一个或多个元件。术语“包括”、“包含”和“具有”意指是包括在内的并且意味着可能具有除所列元件之外的另外的元件。
所公开的实施例涉及用于冷却涡轮叶片或轮叶的尖端叶冠的冷却系统。如下所述，所公开的冷却系统使得能够冷却尖端叶冠的一个或多个密封导轨或齿。例如，涡轮叶片包括一个或多个密封导轨，每个密封导轨包括沿着密封导轨的相应的长度(例如纵向长度或最大尺寸)在密封导轨内延伸的一个或多个冷却通道。涡轮叶片包括径向地延伸穿过叶片(例如在沿从根部部分至尖端叶冠部分的方向的翼型部分中)的一个或多个冷却气室(例如从密封导轨轴向地偏移)。冷却通道经由在冷却通道与冷却气室之间延伸的中间冷却通道流体地联接至冷却气室。冷却通道包括从冷却通道延伸至密封导轨的切向表面(例如在密封导轨的切向端部之间延伸的顶部表面或侧表面)的多个冷却出口通道。冷却气室构造成容纳冷却流体(例如来自压缩机的空气)，冷却流体随后(经由冷却流体流动路径)流入中间冷却通道内，并且流向冷却通道和用于从密封导轨的切向表面(例如顶部表面)排出的冷却出口通道。在某些实施例中，冷却流体从密封导轨的顶部表面的排出阻挡或减小(例如经由密封件)顶部表面与在顶部表面的对面径向地布置的固定叶冠之间的超出尖端(overtip)泄漏流体流(例如排气的泄漏流体流)。在其他实施例中，冷却流体从密封导轨的顶部表面的排出增大了当涡轮叶片围绕转子旋转时涡轮叶片的扭矩。沿着冷却流体流动路径流动的冷却流体降低涡轮叶片的叶冠尖端(具体地，为一个或多个密封导轨)的温度(例如金属温度)。沿着密封导轨的降低的温度增加尖端叶冠的结构强度，从而整体上提高涡轮叶片的耐用性。沿着密封导轨的降低的温度还提高尖端叶冠的圆角(fillet)蠕变能力。
图1是穿过纵向轴线102(也表示涡轮机或转子的旋转轴线)剖切的燃气涡轮发动机100的实施例的横截面侧视图。在说明中，燃气涡轮发动机100可以参照轴向轴线或方向104、朝向或背离轴线104的径向方向106以及围绕轴线104的圆周或切线方向108。根据所理解的，尖端叶冠冷却系统可被用在任何涡轮机系统中，比如燃气涡轮机系统和蒸汽涡轮机系统，并且非旨在限制于任何特定机器或系统。如以下进一步说明的，冷却系统可被用于冷却涡轮叶片的尖端叶冠的一个或多个密封导轨或齿。例如，冷却流体流动路径可以延伸穿过每个涡轮叶片(例如穿过叶片或翼型部分和尖端叶冠部分)，使冷却流体(例如来自压缩机的空气)能够流过和流出一个或多个密封导轨以降低一个或多个密封导轨的温度。沿着密封导轨的降低的温度增加尖端叶冠的结构强度，从而整体上提高涡轮叶片的耐用性。沿着密封导轨的降低的温度还提高尖端叶冠的圆角蠕变能力。
燃气涡轮发动机100包括定位在燃烧室区段162内部的一个或多个燃料喷嘴160。在某些实施例中，燃气涡轮发动机100可以包括以环形排列布置在燃烧室区段162内的多个燃烧室120。此外，每个燃烧室120可以包括以环形或其他的排列附装到或靠近每个燃烧室120的头端的多个燃料喷嘴160。
空气通过进气口区段163进入并且由压缩机132压缩。来自压缩机132的压缩空气然后被引导至压缩空气与燃料混合的燃烧室区段162内。压缩空气与燃料的混合物通常在燃烧室区段162内燃烧以产生高温、高压燃烧气体，燃烧气体用于在涡轮区段130内产生扭矩。如上所述，多个燃烧室120可以环形地布置在燃烧室区段162内。每个燃烧室120包括将来自燃烧室120的热燃烧气体引导至涡轮区段130的过渡件172。具体地，每个过渡件172一般限定从燃烧室120至涡轮区段130的喷嘴组件并且包括在涡轮130的第一级174内的热气路径。
如所描绘的，涡轮区段130包括三个分离的级174、176和178(尽管涡轮区段130可以包括任意级数)。每个级174、176和178包括联接至转子叶轮182的多个叶片180(例如涡轮叶片)，转子叶轮182旋转地附装到轴184(例如转子)。每个级174、176和178也包括直接布置在每组叶片180的上游的喷嘴组件186。喷嘴组件186朝向叶片180引导热燃烧气体，在此热燃烧气体向叶片180施加动力以使叶片180旋转，由此使轴184转动。热燃烧气体流过级174、176和178中的每一个，级174、176和178中的每一个在每个级174、176和178内向叶片180施加动力。热燃烧气体则可以通过排气扩散器区段188排出燃气涡轮区段130。
在所示实施例中，每个级174、176、178的每个叶片180包括尖端叶冠部分194，尖端叶冠部分194包括从尖端叶冠部分194径向106地延伸的一个或多个密封导轨195。一个或多个密封导轨195朝向围绕多个叶片180布置的固定叶冠196径向106地延伸。在某些实施例中，仅单个级(例如最末级178)的叶片180可以包括尖端叶冠部分194。
图2是具有多个冷却气室198的涡轮叶片180的侧视图。涡轮叶片180包括尖端叶冠部分194、构造成联接至转子(例如转子叶轮182)的根部部分200以及翼型部分202。尖端叶冠部分194包括相对于纵向轴线102或旋转轴线圆周108地以及轴向104地延伸的基部部分204。如所描述的，尖端叶冠部分194包括从基部部分204径向106地延伸(例如背离纵向轴线102或旋转轴线)的单个密封导轨195。在某些实施例中，尖端叶冠部分194可以包括超过一个的密封导轨195。叶片180包括在转子部分200与尖端叶冠部分194之间垂直地(例如径向106地)延伸的多个冷却气室198。冷却气室198的数目可以在1与20或任意其他数目之间变化。冷却气室198从密封导轨195轴向104地偏移(例如相对于纵向或旋转轴线102)。每个冷却气室198构造成容纳冷却流体(例如来自压缩机132的空气)。如以下更加详细地说明的，尖端叶冠部分194包括联接(例如经由一个或多个中间冷却通道流体地联接)至一个或多个冷却气室198以限定贯穿包括尖端叶冠部分194的叶片180的冷却流体流动路径的一个或多个冷却通道和冷却出口通道。例如，冷却流体流入一个或多个冷却气室198内(例如通过根部部分200的底部表面206)，流入一个或多个冷却通道内以及然后流入一个或多个冷却出口通道内，在此冷却流体从密封导轨195排出以降低密封导轨195的温度。
图3是在图2的线3-3内截取的涡轮叶片180的尖端叶冠部分194的俯视透视图。尖端叶冠部分194的密封导轨195周向108地(例如切向)以及轴向104地(例如相对于纵向或旋转轴线102)延伸。密封导轨195包括切向表面208和在切向端部212之间延伸的长度210(例如纵向长度)。密封导轨195的切向表面208包括顶部表面214(例如密封导轨195的径向106最外部表面)和在基部部分204与顶部表面214之间径向106地延伸的侧表面216、218。侧表面216、218彼此相对布置。例如，侧表面216、218之一可以是前部或上游表面(例如朝向压缩机132定向)，而另一个侧表面216、218可以是尾部或下游表面(例如朝向排气区段188定向)。
如所描述的，尖端叶冠部分194包括布置在密封导轨195内的多个冷却通道220，每个冷却通道220沿着密封导轨195的长度210的一部分(小于整体)延伸。在某些实施例中，冷却通道220可以延伸长度210的大约百分之1至百分之100之间。例如，冷却通道220可以延伸长度210的百分之1至百分之25、百分之25至百分之50、百分之50至百分之75、百分之75至百分之100及其中全部子范围之间。如所描述的，每个冷却通道220联接(例如流体地联接)至相应的冷却气室198以容纳冷却流体。冷却气室198如图2中所示。具体地，相应的中间冷却通道222在相应的冷却气室198(例如从密封导轨195轴向104地偏移)与相应的冷却通道220之间延伸(例如轴向104地和/或径向106地)，以将气室198联接(例如流体地联接)至通道220。在某些实施例中，每个冷却通道220可以联接至超过一个的冷却气室198(见图4)。在某些实施例中，相应的冷却气室198可以联接至超过一个的冷却通道220。每个冷却通道220联接(例如流体地联接)至多个冷却出口通道224(2至20或更多个出口通道224)。多个冷却出口通道224从冷却通道220延伸至切向表面208(例如顶部表面214、侧表面216、218)。如所描绘的，多个冷却出口通道224延伸至侧表面218。在某些实施例中，多个冷却出口通道224延伸至侧表面216。在其他实施例中，多个冷却出口通道224延伸至两个侧表面216、218(见图4，表示冷却流体从侧表面216排出236)二者。在一些实施例中，多个冷却出口通道224延伸至顶部表面(见图8和图9)。在某些实施例中，多个冷却出口通道224延伸至顶部表面和侧表面216、218中的一个或多个。多个冷却出口通道224如由箭头226所示地从密封导轨195的切向表面208排出冷却流体。因此，冷却流体沿着冷却流体流动路径228通过冷却气室198(如由箭头230所示)流入中间冷却通道222内(如由箭头232所示)，然后在从密封导轨195排出之前流入冷却通道220内(如由箭头234所示)。冷却流体沿着冷却流体流动路径228的流动能够使尖端导轨部分194特别是密封导轨195的温度降低。
图5是沿着图3的线5-5截取的涡轮叶片180的尖端叶冠部分194的密封导轨195的横截面侧视图。密封导轨195包括冷却通道220和冷却出口通道224，如图3所示。如所描述的，冷却出口通道224相对于沿着长度210径向106地延伸穿过密封导轨195的径向平面240(例如穿过密封导轨195的中心)以角238在冷却通道220与侧表面218之间延伸。角238可以在从大于0度至小于180度的范围内变化。角238可以在从大于0度至30度、30度至60度、60度至90度、90度至120度、120度至150度、150度至小于180度以及其中全部子范围内变化。例如，角238可以为大约10度、20度、30度、40度、50度、60度、70度、80度、90度、100度、110度、120度、130度、140度、150度、160度或170度。在某些实施例中，冷却出口通道224相对于径向平面240以角238在冷却通道220与侧表面218之间延伸。
图6是在图2的线3-3内截取的涡轮叶片180的尖端叶冠部分194的俯视透视图(例如具有沿着密封导轨195的长度210的单个冷却通道220)。一般说来，尖端叶冠部分194如图4所示，除密封导轨195包括单个冷却通道220以外。单个冷却通道220延伸密封导轨195的长度210(例如其整体)。在某些实施例中，单个冷却通道220沿着长度210的一部分(例如小于整体)延伸。在某些实施例中，单个冷却通道220可以延伸长度210的大约百分之1至百分之100之间。例如，单个冷却通道220可以延伸纵向长度210的百分之1至百分之25、百分之25至百分之50、百分之50至百分之75、百分之75至百分之100及其中全部子范围之间。如所描述的，冷却通道220联接至多个冷却气室198。另外，冷却出口通道224从冷却通道220延伸至侧表面218。冷却出口通道224如由箭头226所示地从侧表面218排出冷却流体。在某些实施例中，冷却出口通道224从冷却通道220延伸至侧表面216。在其他实施例中，冷却出口通道224从两个侧表面216、218的冷却通道延伸，用于排出冷却流体226、236(见图7)。
图8是沿着图2的线3-3截取的涡轮叶片180的尖端叶冠部分194的俯视透视图(例如已经沿旋转方向从密封导轨195的顶部表面214排出冷却流)。一般地，图8中描绘的尖端叶冠部分194如上在图6中所示。然而，冷却出口通道224从冷却通道220延伸至顶部表面214以能够排出冷却流体242。冷却出口通道224可以沿着密封导轨195的长度210的整体或小于长度整体排出冷却流体242。在某些实施例中，冷却出口通道224可以沿着长度210的大部分排出冷却流体242(例如以阻挡或减小超出尖端泄漏流)。在某些实施例中，冷却出口通道224还可以从冷却通道220延伸至侧表面216、218中的一个或多个。在某些实施例中，尖端叶冠部分194可以包括经由中间冷却通道222中的一个或多个联接至冷却气室198中的一个或多个的超过一个的冷却通道220。
如所描述的，冷却出口通道224相对于密封导轨195的长度210以角244倾斜。在某些实施例中，角244可以在从大于0度至小于180度的范围内变化。角244可以在从大于0度至30度、30度至60度、60度至90度、90度至120度、120度至150度、150度至小于180度以及其中全部子范围内变化。例如，角238可以为大约10度、20度、30度、40度、50度、60度、70度、80度、90度、100度、110度、120度、130度、140度、150度、160度或170度。如所描述的，冷却出口通道224沿叶片180的旋转方向248朝向切向端部212(例如切向端部246)倾斜。冷却流242通过冷却出口通道224从顶部表面214的排出降低或阻挡(例如经由密封)顶部表面214与径向106地布置在顶部表面214对面(见图1)的固定叶冠196的最内部表面之间的超出尖端泄漏流(例如排气流)。
图9是沿着图2的线3-3截取的涡轮叶片180的尖端叶冠部分194的俯视透视图(例如背离旋转方向从密封导轨195的顶部表面214排出冷却流)。一般地，图9中描绘的尖端叶冠部分194如上文在图8中所示，除冷却出口通道224背离叶片180的旋转方向248朝向切向端部212(例如切向端部250)倾斜之外。冷却流252通过冷却出口通道224从顶部表面214的排出降低或阻挡顶部表面214与径向106地布置在顶部表面214对面(见图1)的固定叶冠196的最内部表面之间的超出尖端泄漏流(例如排气流)。另外，冷却流252沿与旋转方向248相反的方向的排出增大了当相应的涡轮叶片180围绕转子的旋转轴线104旋转时相应的涡轮叶片180的扭矩(以及，因此增大了涡轮发动机100的功率(horsepower))。
在某些实施例中，冷却通道220、中间冷却通道222和/或冷却出口通道224的内表面254是光滑的(见图10)。在某些实施例中，冷却通道220、中间冷却通道222和/或冷却出口通道224的内表面254包括凹部256(见图11)以在通过相应通道的冷却流体流中引起或产生涡流。在某些实施例中，冷却通道220、中间冷却通道222和/或冷却出口通道224的内表面254包括凸起部258(见图12)以在通过相应通道的冷却流体流中引起或产生涡流。在某些实施例中，冷却通道220、中间冷却通道222和/或冷却出口通道224的内表面254包括凹部256和凸起部258二者以在通过相应通道的冷却流体流中引起或产生涡流。
所公开的实施例的技术效果包括提供用于涡轮叶片的一个或多个密封导轨的冷却系统。沿着冷却流体流动路径流动的冷却流体降低涡轮叶片的叶冠尖端(具体地为一个或多个密封导轨)的温度(例如金属温度)。沿着密封导轨的降低的温度增加尖端叶冠的结构强度，从而整体上提高涡轮叶片的耐用性。沿着密封导轨的降低的温度还提高尖端叶冠的圆角蠕变能力。在某些实施例中，冷却流体从密封导轨的顶部表面的排出阻挡或减小顶部表面与在顶部表面的对面径向地布置的固定叶冠之间的超出尖端泄漏流体流(例如排气的泄漏流体流)。在其他实施例中，冷却流体从密封导轨的顶部表面的排出增大了当涡轮叶片围绕转子旋转时涡轮叶片的扭矩。
该文字说明书利用示例以公开本主题，包括最佳方式，并且还使得本领域技术人员能够实施本主题，包括制造和使用任何装置或系统以及执行任何结合的方法。本主题的可获得专利的范围由权利要求限定，并且可以包括本领域技术人员想到的其他示例。如果这些其他示例具有并非不同于权利要求的字面语言的结构元件，或者如果这些其他示例包括与权利要求的字面语言无实质性区别的等同结构元件，则这些其他示例旨在在权利要求的范围内。

Claims (10)

1.一种燃气涡轮发动机，包括：
涡轮区段，其中，所述涡轮区段包括具有联接至转子的多个涡轮叶片的涡轮级，其中，所述多个涡轮叶片中的至少一个涡轮叶片包括：
尖端叶冠部分，所述尖端叶冠部分具有基部部分和从所述基部部分径向地延伸的第一密封导轨，其中，所述第一密封导轨包括在切向端部之间延伸的切向表面；
根部部分，所述根部部分联接至所述转子；以及
翼型部分，所述翼型部分在所述根部部分与所述尖端叶冠部分之间径向地延伸；以及
其中，所述翼型部分包括径向地延伸穿过所述翼型部分以及构造成容纳冷却流体的第一冷却气室，所述第一冷却气室相对于所述转子的旋转轴线从所述密封导轨轴向地偏移，其中，所述第一密封导轨包括沿着所述第一密封导轨的第一长度延伸的第一冷却通道，所述第一冷却通道经由在所述第一冷却通道与所述第一冷却气室之间延伸的第一中间冷却通道流体地联接至所述第一冷却气室以容纳所述冷却流体，以及其中所述第一密封导轨包括流体地联接至所述第一冷却通道以容纳所述冷却流体的第一多个冷却出口通道，所述第一多个冷却出口通道布置在所述第一密封导轨内并日在所述第一冷却通道与所述第一密封导轨的所述切向表面之间延伸，以及所述第一多个冷却出口通道构造成经由所述切向表面从所述尖端叶冠部分排出所述冷却流体。
2.根据权利要求1所述的燃气涡轮发动机，其特征在于，所述切向表面包括所述第一密封导轨的在所述切向端部之间延伸的顶部表面，所述顶部表面是所述第一密封导轨的相对于所述转子的旋转轴线的径向最外部表面，所述第一多个冷却出口通道构造成从所述顶部表面排出所述冷却流体，以减小所述顶部表面与径向地布置在所述顶部表面对面的固定叶冠的最内部表面之间的超出尖端泄漏。
3.根据权利要求1所述的燃气涡轮发动机，其特征在于，所述切向表面包括所述第一密封导轨的第一侧表面或第二侧表面，所述第一侧表面或第二侧表面在所述第一密封导轨的所述切向端部之间延伸并且在所述第一密封导轨的顶部表面与所述基部部分之间径向地延伸，所述第一侧表面与所述第二侧表面相对地布置。
4.根据权利要求1所述的燃气涡轮发动机，其特征在于，所述第一冷却通道沿着所述第一密封导轨的第一纵向长度的整体延伸。
5.根据权利要求1所述的燃气涡轮发动机，其特征在于，所述第一冷却通道沿着小于所述第一密封导轨的第一长度的整体延伸。
6.根据权利要求1所述的燃气涡轮发动机，其特征在于，所述翼型部分包括径向地延伸穿过所述翼型部分并且构造成容纳所述冷却流体的第二冷却气室，以及其中，所述第一密封导轨包括沿着所述第一密封导轨的第一长度延伸的第二冷却通道，所述第二冷却通道经由在所述第二冷却通道与所述第二冷却气室之间延伸的第二中间冷却通道流体地联接至所述第二冷却气室以容纳所述冷却流体，以及其中，所述第一密封导轨包括第二多个冷却出口通道，所述第二多个冷却出口通道布置在所述第一密封导轨内并且在所述第二冷却通道与所述第一密封导轨的所述切向表面之间延伸，以及所述第二多个冷却通道构造成经由所述切向表面从所述尖端叶冠部分排出所述冷却流体。
7.根据权利要求1所述的燃气涡轮发动机，其特征在于，所述尖端叶冠部分包括从所述基部部分延伸的第二密封导轨，其中，所述翼型部分包括纵向地延伸穿过所述翼型部分并且构造成容纳所述冷却流体的第二冷却气室，其中，所述第二密封导轨包括沿着所述第二密封导轨的第二长度延伸的第二冷却通道，以及所述第二冷却通道经由在所述第二冷却通道与所述第二冷却气室之间延伸的第二中间冷却通道流体地联接至所述第二冷却气室以容纳所述冷却流体，以及其中，所述第二密封导轨包括第二多个冷却出口通道，所述第二多个冷却出口通道布置在所述第二密封导轨内并且在所述第二冷却通道与所述第二密封导轨之间延伸，以及所述第二多个冷却出口通道构造成经由所述第二密封导轨从所述尖端叶冠部分排出所述冷却流体。
8.根据权利要求1所述的燃气涡轮发动机，其特征在于，所述第一冷却通道的内表面包括构造成在穿过所述第一冷却通道的冷却流体流中引起涡流的凹部或凸起部。
9.一种涡轮机，包括：
转子；
涡轮级，所述涡轮级具有联接至所述转子的多个涡轮叶片，其中，所述多个涡轮叶片中的至少一个涡轮叶片包括：
尖端叶冠部分，所述尖端叶冠部分具有基部部分和从所述基部部分径向地延伸的密封导轨，其中，所述密封导轨包括在切向端部之间延伸的切向表面；
根部部分，所述根部部分联接至所述转子；以及
翼型部分，所述翼型部分在所述根部部分与所述尖端叶冠部分之间径向地延伸；以及
其中，所述翼型部分包括径向地延伸穿过所述翼型部分并且构造成容纳冷却流体的冷却气室，以及所述冷却气室相对于所述转子的旋转轴线从所述密封导轨轴向地偏移，其中，所述密封导轨包括沿着所述密封导轨的长度延伸的冷却通道，所述冷却通道经由在所述冷却通道与所述冷却气室之间延伸的中间冷却通道流体地联接至所述冷却气室以容纳所述冷却流体，以及其中，所述密封导轨包括流体地联接至所述冷却通道以容纳所述冷却流体的多个冷却出口通道，所述多个冷却出口通道布置在所述密封导轨内并且在所述冷却通道与所述密封导轨的所述切向表面之间延伸，以及所述多个冷却出口通道构造成经由所述切向表面从所述尖端叶冠部分排出所述冷却流体。
10.一种涡轮叶片，包括：
尖端叶冠部分，所述尖端叶冠部分具有基部部分和从所述基部部分径向地延伸的密封导轨，其中，所述密封导轨包括在切向端部之间延伸的切向表面；
根部部分，所述根部部分构造成联接至涡轮机的转子；以及
翼型部分，所述翼型部分在所述根部部分与所述尖端叶冠部分之间径向地延伸；以及
其中，所述翼型部分包括径向地延伸穿过所述翼型部分并且构造成容纳冷却流体的冷却气室，所述冷却气室相对于所述转子的旋转轴线从所述密封导轨轴向地偏移，其中，所述密封导轨包括沿着所述密封导轨的长度延伸的冷却通道，所述冷却通道经由在所述冷却通道与所述冷却气室之间延伸的中间冷却通道流体地联接至所述冷却气室以容纳所述冷却流体，以及其中，所述密封导轨包括流体地联接至所述冷却通道以容纳所述冷却流体的多个冷却出口通道，所述多个冷却出口通道布置在所述密封导轨内并且在所述冷却通道与所述密封导轨的所述切向表面之间延伸，以及所述多个冷却出口通道构造成经由所述切向表面从所述尖端叶冠部分排出所述冷却流体。
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