CN107989656B - 用于涡轮叶片的多匝冷却回路 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于涡轮叶片的后边缘冷却系统。所述系统可包括冷却回路，所述冷却回路包括向外支路和邻近于所述向外支路而定位的返回支路。所述向外支路和返回支路各自可分别朝向和远离所述涡轮叶片的后边缘延伸。所述冷却回路还可包括多个匝支路。所述多个匝支路可包括紧邻所述涡轮叶片的所述后边缘而定位的匝支路和轴向邻近所述匝支路定位且与所述涡轮叶片的所述后边缘相对的不同匝支路。所述不同匝支路可定向为不平行于所述向外支路和所述返回支路中的至少一个。

Description

用于涡轮叶片的多匝冷却回路
相关申请的交叉引用
本申请案涉及同在申请中的美国申请案号：________，GE案号313716-1、313717-1、313720-1、313722-1、313723-1、313726-1、313479-1、313490-1和315630-1，以上均申请于________。
技术领域
本发明大体上涉及涡轮系统，且更确切地说，涉及用于涡轮系统的涡轮叶片的多匝冷却回路。
背景技术
燃气涡轮系统是广泛用于例如发电等领域的涡轮机的一个实例。常规燃气涡轮系统包括压缩机区段、燃烧室区段和涡轮区段。在燃气涡轮系统操作期间，系统中的各种部件，例如涡轮叶片和喷嘴翼面，经历可致使部件失效的高温流。由于较高的温度流一般会使燃气涡轮系统的性能、效率和动力输出提高，因此对经历高温流的部件进行冷却是有利的以允许燃气涡轮系统在增大的温度下操作。
用于涡轮叶片的多壁翼面通常包括错综复杂的内部冷却通道。由例如燃气涡轮系统的压缩机提供的冷却空气(或其它适当的冷却剂)可传递通过冷却通道且从中而出以冷却多壁翼面和/或涡轮叶片的各个部分。由多壁翼面中的一个或多个冷却通道形成的冷却回路可包括例如内部近壁冷却回路、内部中央冷却回路、尖端冷却回路以及邻近多壁翼面的前后边缘的冷却回路。
发明内容
第一实施例可包括一种用于涡轮叶片的后边缘冷却系统，所述后边缘冷却系统包括：冷却回路，其包括：向外支路，其朝向所述涡轮叶片的后边缘轴向延伸；返回支路，其邻近于所述向外支路而定位且从所述涡轮叶片的所述后边缘轴向延伸；以及多个匝支路，其流体连接所述向外支路和所述返回支路，所述多个匝支路包括：紧邻所述涡轮叶片的所述后边缘而定位的匝支路；以及轴向邻近所述匝支路定位而与所述涡轮叶片的所述后边缘相对的不同匝支路，所述不同匝支路定向为不平行于所述向外支路和所述返回支路中的至少一个。
进一步地，所述多个匝支路中的所述匝支路邻近所述涡轮叶片的所述后边缘径向延伸。
进一步地，所述多个匝支路中的所述匝支路大体上平行于所述涡轮叶片的所述后边缘。
进一步地，所述匝支路大体上平行于所述多个匝支路中的所述不同匝支路而延伸。
进一步地，所述多个匝支路中的所述匝支路与所述返回支路直接流体连通。
进一步地，所述多个匝支路中的所述匝支路在所述返回支路上方径向延伸。
进一步地，所述多个匝支路中的所述匝支路与所述向外支路直接流体连通。
进一步地，所述多个匝支路中的所述匝支路在所述返回支路下方径向延伸。
进一步地，所述多个匝支路中的所述匝支路包括定位于以下各处中的至少一处的外壁：紧邻所述涡轮叶片的所述后边缘，以及大体上平行于所述涡轮叶片的所述后边缘。
另一实施例可包括一种涡轮叶片，包括：后边缘冷却系统，设置于所述涡轮叶片内，所述后边缘冷却系统包括：至少部分地沿着所述涡轮叶片的后边缘的径向长度延伸的多个冷却回路，所述冷却回路中的至少一个包括：向外支路，其朝向所述涡轮叶片的所述后边缘轴向延伸；返回支路，其邻近于所述向外支路而定位且从所述涡轮叶片的所述后边缘轴向延伸；以及多个匝支路，其流体连接所述向外支路和所述返回支路，所述多个匝支路包括：紧邻所述涡轮叶片的所述后边缘而定位的匝支路；以及轴向邻近所述匝支路定位而与所述涡轮叶片的所述后边缘相对的不同匝支路，所述不同匝支路定向为不平行于所述向外支路和所述返回支路中的至少一个。
进一步地，所述多个冷却回路中的每个冷却回路的所述匝支路大体上平行于所述涡轮叶片的所述后边缘。
进一步地，所述多个冷却回路中的每个冷却回路的所述匝支路大体上平行于所述冷却回路的所述不同匝支路而延伸。
进一步地，所述多个冷却回路中的每个冷却回路的所述匝支路包括定位于以下各处中的至少一处的外壁：紧邻所述涡轮叶片的所述后边缘，以及大体上平行于所述涡轮叶片的所述后边缘。
进一步地，所述多个冷却回路中的每个冷却回路的所述匝支路与下列中的一个直接流体连通：所述向外支路，或所述返回支路。
另一实施例可包括一种涡轮机，包括：包括多个涡轮叶片的涡轮部件；以及后边缘冷却系统，设置于所述多个涡轮叶片中的至少一个内，所述后边缘冷却系统包括：至少部分地沿着所述涡轮叶片的后边缘的径向长度延伸的多个冷却回路，所述多个冷却回路中的至少一个包括：向外支路，其朝向所述涡轮叶片的所述后边缘轴向延伸；返回支路，其邻近于所述向外支路而定位且从所述涡轮叶片的所述后边缘轴向延伸；多个匝支路，其流体连接所述向外支路和所述返回支路，所述多个匝支路包括：紧邻所述涡轮叶片的所述后边缘而定位的匝支路；以及轴向邻近所述匝支路定位而与所述涡轮叶片的所述后边缘相对的不同匝支路，所述不同匝支路定向为不平行于所述向外支路和所述返回支路中的至少一个。
进一步地，所述多个冷却回路中的每个冷却回路的所述匝支路大体上平行于所述涡轮叶片的所述后边缘。
进一步地，所述多个冷却回路中的每个冷却回路的所述匝支路大体上平行于所述多个冷却回路的所述不同匝支路而延伸。
进一步地，所述多个匝支路中的所述匝支路与下列中一个直接流体连通：所述向外支路，或所述返回支路。
进一步地，所述多个冷却回路的所述匝支路的至少一部分在所述返回支路上方径向延伸。
进一步地，所述多个冷却回路的所述匝支路包括定位于以下各处中的至少一处的外壁：紧邻所述涡轮叶片的所述后边缘，以及大体上平行于所述涡轮叶片的所述后边缘。
本发明的说明性方面解决了本说明书所描述的问题和/或未论述的其它问题。
附图说明
根据以下结合附图所进行的对本发明的各方面的详细描述，将更容易理解本发明的这些和其它特征，附图描述了本发明的各种实施例。
图1是根据各种实施例的具有多壁翼面的涡轮叶片的透视图。
图2是根据各种实施例的沿着图1中的线X--X截取的图1的涡轮叶片的横截面图。
图3是根据各种实施例的包括后边缘冷却系统的多个匝支路的冷却回路的侧视图。
图4是根据各种实施例的图3的冷却回路的顶部横截面图。
图5描述根据各种实施例的图3和4中所示的图1的涡轮叶片的区段。
图6是根据另外的实施例的包括后边缘冷却系统的多个匝支路的冷却回路的侧视图。
图7是根据另一实施例的包括后边缘冷却系统的多个匝支路的冷却回路的侧视图。
图8是根据另外的实施例的包括后边缘冷却系统的多个匝支路的冷却回路的侧视图。
图9是根据另外的实施例的包括后边缘冷却系统的多个匝支路的冷却回路的侧视图。
图10是根据另外的实施例的包括后边缘冷却系统的多个匝支路的冷却回路的侧视图。
图11是根据各种实施例的燃气涡轮系统的示意图。
应注意，本发明的附图未必按比例绘制。所述附图旨在仅描述本发明的典型方面，因此不应被视为限制本发明的范围。在附图中，相同的数字表示各图之间的相同的元件。
具体实施方式
现将详细参考附图中所示的代表性实施例。应了解，以下描述并非旨在将实施例限制于一个优选实施例。相反，旨在涵盖可包括在如由所附权利要求书限定的所述实施例的精神和范围内的替代方案、修改和等效物。
如上面所指示，本发明大体上涉及涡轮系统，且更确切地说，涉及用于涡轮系统的涡轮叶片的多匝冷却回路。如本说明书所使用，涡轮叶片的翼面可包括例如涡轮系统所利用的用于旋转涡轮叶片或喷嘴的多壁翼面或用于固定叶的翼面。
根据实施例，提供一种用于冷却涡轮系统，例如，燃气涡轮系统的涡轮叶片，且具体地说，为多壁翼面的结合流的重新使用的后边缘冷却回路。冷却剂流在流动通过后边缘冷却回路之后被重新使用。冷却剂流在穿过后边缘冷却回路之后，可被收集用来冷却翼面和/或涡轮叶片的其它区段。举例来说，可将冷却剂流引导到涡轮叶片的多壁翼面的压力侧或吸力侧中的至少一个以供对流和/或薄膜冷却。此外，可将冷却剂流提供到涡轮叶片内包括尖端的其它冷却回路和平台冷却回路。
传统的后边缘冷却回路通常在冷却剂流流动通过后边缘冷却回路之后将其排出涡轮叶片。这并未有效使用冷却剂，因为冷却剂在从涡轮叶片排放之前的使用可能未达到其最大热容量。相比之下，根据实施例，冷却剂流在穿过后边缘冷却回路之后用于进一步冷却多壁翼面和/或涡轮叶片。
如参见图11，在附图中，“A”轴表示轴向定向。如本说明书所使用，术语“轴向”和/或“轴向地”是指目标沿着轴A的相对位置/方向，所述轴A与涡轮系统(确切地说，转子区段)的旋转轴大体上平行。如本说明书另外所使用，术语“径向”和/或“径向地”是指目标沿着轴“R”(如参见图1)的相对位置/方向，所述轴“R”与轴A大体上垂直且仅在一个位置处与轴A相交。最后，术语“周向”是指围绕轴A(例如，轴“C”)的移动或位置。
转而参见图1中示出的涡轮叶片2的透视图。涡轮叶片2包括柄部4和连接到柄部4且从其朝外径向延伸的多壁翼面6。多壁翼面6包括压力侧8、相对的吸力侧10和尖端区域52。多壁翼面6进一步包括压力侧8与吸力侧10之间的前边缘14以及压力侧8与吸力侧10之间的与前边缘14相对的一侧上的后边缘16。多壁翼面6远离压力侧平台5和吸力侧平台7径向延伸。
涡轮叶片2的柄部4和多壁翼面6可各自由一种或多种金属(例如，镍、镍合金等)形成并且可以根据常规方法，例如，浇铸、锻造或以其它方式机械加工而形成。柄部4和多壁翼面6可一体地形成例如，浇铸、锻造、三维打印等，或可形成为随后，例如，通过焊接、钎焊、压焊或其它连接机制接合的单独部件。
图2描述沿着图1的线X--X截取的多壁翼面6的横截面图。如所示，多壁翼面6可包括多个内部通道。在实施例中，多壁翼面6包括至少一个前边缘通道18、至少一个压力侧(近壁)通道20、至少一个吸力侧(近壁)通道22、至少一个后边缘通道24和至少一个中央通道26。当然，多壁翼面6内的通道18、20、22、24、26的数目可取决于例如多壁翼面6的特定配置、大小、既定用途等而变化。为此，本说明书所公开的实施例中所示的通道18、20、22、24、26的数目并不意味着是限制性的。根据实施例，可使用通道18、20、22、24、26的不同组合来设置各种冷却回路。
图3到5中描述包括后边缘冷却系统30的实施例。如名称所示，后边缘冷却系统30邻近多壁翼面6的后边缘16而定位于多壁翼面6的压力侧8与吸力侧10之间。
后边缘冷却系统30包括多个径向间隔开，即，沿着“R”轴，如参见图1中的冷却回路32(仅示出两个)，各自包括向外支路34、多个匝支路36和返回支路38。向外支路34朝向和/或大体上垂直于多壁翼面6的后边缘16轴向延伸。返回支路38朝向多壁翼面6的前边缘14轴向延伸。另外如图3中所示，返回支路38远离和/或大体上垂直于多壁翼面6的后边缘16轴向延伸。由此，向外支路34和返回支路38可以例如相对于彼此大体上平行而定位和/或定向。形成后边缘冷却系统30的每个冷却回路32的返回支路38可定位在涡轮叶片2的柄部4下方和/或相比于与返回支路38流体连通的对应的向外支路34，所述返回支路38可定位成与柄部4更接近。在实施例中，后边缘冷却系统30和/或形成后边缘冷却系统30的多个冷却回路32可沿着多壁翼面6的后边缘16的整个径向长度(L)(图5)延伸。在其它实施例中，后边缘冷却系统30可部分地沿着多壁翼面6的后边缘16的一个或多个部分延伸。
在每个冷却回路32中，向外支路34通过所述多个匝支路36沿着“R”轴相对于返回支路38而径向偏移。为此，如本说明书所论述，所述多个匝支路36将冷却回路32的向外支路34流体连接到冷却回路32的返回支路38。在图3所示的非限制性实施例中，举例来说，在每个冷却回路32中，向外支路34相对于返回支路36朝外径向定位。在其它实施例中，在冷却回路32中的一个或多个中，可逆转向外支路34相对于返回支路38的径向定位，使得向外支路34相对于返回支路38朝内径向定位。图5示出图3所描述的后边缘冷却系统30的部分在多壁翼面6内的的非限制性位置28。
如图4中所示，除径向偏移之外，向外支路34可通过所述多个匝支路36而相对于返回支路38周向性偏移成角度α。在此配置中，向外支路34沿着多壁翼面6的吸力侧10延伸，而返回支路38沿着多壁翼面6的压力侧8延伸。所述径向和周向偏移可例如基于对后边缘冷却系统30的几何形状和热容量约束和/或其它因素而变化。在其它实施例中，向外支路34可沿着多壁翼面6的压力侧8延伸，而返回支路38可沿着多壁翼面6的吸力侧10延伸。
如图3中所示，多个匝支路36可包括用于(以流体方式)连接、接合和/或提供待与返回支路38流体连通的向外支路34的各种匝支路。具体地说，向外支路34可通过冷却回路32的多个匝支路36与返回支路38流体连通，使得冷却剂40可从向外支路34经过和/或流动通过所述向外支路、通过多个匝支路36且到达返回支路38，如本说明书所论述。如图3中所示，冷却回路32的多个匝支路36可邻近多壁翼面6的后边缘16定位。具体地说，多个匝支路36中的一个匝支路可紧邻多壁翼面6的后边缘16定位、邻近所述后边缘而径向延伸和/或可大体上与其平行。如下面所详细论述，冷却回路32的多个匝支路36，确切地说，多个匝支路36中可紧邻后边缘16定位和/或大体上平行于所述后边缘而径向延伸的匝支路，可提供最大热传递量以冷却多壁翼面6的后边缘16。
在图3中所示的非限制性实例中，多个匝支路36可包括第一匝支路42、第二匝支路44和第三匝支路46。多个匝支路36的第一匝支路42可定位于向外支路34与返回支路38之间，且更具体地说，可与向外支路34和返回支路38直接流体连通和/或流体连接。第一匝支路42可形成冷却剂40在冷却回路32内的流向的第一转弯、弯曲、弯折和/或改变。第一匝支路42可定向和/或形成为不平行于向外支路34和/或返回支路38。在图3中所示的非限制性实例中，第一匝支路42可从向外支路34大体上垂直延伸。具体地说，多个匝支路36的第一匝支路42可远离向外支路34和/或在所述向外支路上方而向上径向延伸，使得第一匝支路42大体上垂直于向外支路34而定位和/或定向。第一匝支路42可在向外支路34上方和/或远离所述向外支路朝向多壁翼面6的尖端区域52(参见例如图1)径向延伸。如图3的非限制性实例中所示，第一匝支路42还可大体上平行于多壁翼面6的后边缘16而径向延伸。当然，由于返回支路38定位成在向外支路34下方且大体上平行于所述向外支路，因此第一匝支路42还可大体上垂直于返回支路38而定位和/或可远离所述返回支路和/或在所述返回支路上方径向延伸。
多个匝支路36的第二匝支路44可与第一匝支路42直接流体连通和/或流体连接。另外，且如本说明书所论述，第二匝支路44可与第三匝支路46直接流体连通和/或流体连接，且可定位于多个匝支路36的第一匝支路42与第三匝支路46之间。第二匝支路44可自第一匝支路42形成冷却剂40在冷却回路32内的流向的第二转弯、弯曲、弯折和/或改变。多个匝支路36的第二匝支路44可从第一匝支路42大体上垂直延伸。具体地说，在图3中所示的非限制性实例中，第二匝支路44可远离和/或朝向多壁翼面6的后边缘16轴向延伸，使得第二匝支路44大体上垂直于第一匝支路42。因此，第二匝支路44还可大体上垂直于多壁翼面6的后边缘16而延伸，且可大体上平行于向外支路34和/或返回支路38。如图3中所示，冷却回路32的第二匝支路44可在尖端区域52上方径向定位和/或相比于冷却回路32的对应的向外支路34和/或返回支路38，所述第二匝支路44可更接近所述尖端区域定位。
如图3中所示，多个匝支路36的第三匝支路46可与第二匝支路44和返回支路38直接流体连通且可定位于所述第二匝支路与所述返回支路之间。即，第三匝支路46可定位于第二匝支路44与返回支路38之间以将多个匝支路36，且具体地说第二匝支路44，流体连接到冷却回路32的返回支路38。类似于第一匝支路42和第二匝支路44，第三匝支路46可形成冷却剂40在冷却回路32内的流向的第三转弯、弯曲、弯折和/或改变。同样类似于第一匝支路42，第三匝支路46可定向和/或形成为不平行于向外支路34和/或返回支路38。在图3中所示的非限制性实例中，多个匝支路36的第三匝支路46可大体上垂直于返回支路38而延伸。具体地说，第三匝支路46可远离第二匝支路44和/或大体上在所述第二匝支路下方而朝向返回支路38和/或涡轮叶片2的柄部4(参见例如图1)向下径向延伸。第三匝支路46还可大体上平行于第一匝支路42而径向延伸，且可邻近和/或大体上平行于多壁翼面6的后边缘16而径向延伸。另外，多个匝支路36的第三匝支路46可紧邻多壁翼面6的后边缘16而定位，使得没有其它部件、冷却回路32等等定位于第三匝支路46与后边缘16之间。在图3中所示的非限制性实例中，第三匝支路46的至少一部分可在向外支路34和/或返回支路38上方定位和/或径向延伸。第三匝支路46中可在向外支路34和/或返回支路38上方定位和/或径向延伸的部分可以是第三匝支路46中紧邻第二匝支路44定位和/或与第一匝支路42轴向对准的一部分。因为向外支路34大体上平行于返回支路38，所以当然第三匝支路46还可大体上垂直于向外支路34而定位。
第三匝支路46可包括大体上比冷却回路32的多个匝支路36中的其余匝支路，例如，第一匝支路42、第二匝支路44长的长度(L3)。具体地说，第三匝支路46可包括外壁48，所述外壁包括长度(L3)，所述长度可大于第一匝支路42的长度(L1)和/或第二匝支路44的长度(L2)。如图3中所示，第三匝支路46的外壁48可大体上平行于多壁翼面6的后边缘16且可紧邻其而定位。由此，第三匝支路46的外壁48可以是冷却回路32中最接近多壁翼面6的后边缘16的部分和/或部件。如本说明书所论述，多个匝支路36中的每个匝支路的定向和/或定位以及第三匝支路46的外壁48的长度可以改进冷却回路32内的热传递。
冷却剂40流，例如由燃气涡轮系统102(图11)的压缩机104产生的空气，通过至少一个冷却剂馈入装置70流入后边缘冷却系统30中。每个冷却剂馈入装置70可例如使用图2中所描述的后边缘通道24中的一个而形成或可使用多壁翼面6中的任何其它合适的冷却剂源或供应室而提供。在每个冷却回路32处，冷却剂40流的一部分72进入冷却回路32的向外支路34且朝向多个匝支路36流动。如本说明书所论述，当冷却剂流动通过冷却回路32的多个匝支路36时，冷却剂40的部分72被重新引导和/或在各种方向上移动。冷却剂40的部分72随后从多个匝支路36流动到冷却回路32的返回支路38中。对于每个冷却回路32，进入每个向外支路34的冷却剂40流的部分72可以是相同的。或者，对于不同组(即，一个或多个)冷却回路32，进入每个向外支路34的冷却剂40流的部分72可以不同。
流动通过冷却回路32的冷却剂40流的部分72可流动通过向外支路34到多个匝支路36，且可随后被重新引导和/或在各种方向上移动通过所述多个匝支路36。在图3中所示的非限制性实例中，冷却剂40的部分72流动通过向外支路34到多个匝支路36的第一匝支路42，且可在冷却剂流动通过第一匝支路42时径向向上和/或垂直远离向外支路34而被重新引导。冷却剂40的部分72可接着从冷却回路32的多个匝支路36的第一匝支路42流动到第二匝支路44。更具体地说，当冷却剂流动通过第二匝支路44时，冷却剂40的部分72可朝向多壁翼面6的后边缘16被轴向重新引导和/或可从第一匝支路42垂直流动。冷却剂40的部分72可随后从第二匝支路44流动到第三匝支路46，且最终流到返回支路38。在图3中所示的非限制性实例中，当冷却剂流动通过第三匝支路46时，冷却剂40的部分72可朝向返回支路38被径向重新引导和/或可从第二匝支路44垂直流动。另外，流动通过第三匝支路46的冷却剂40的部分72可大体上平行于多壁翼面6的后边缘16而流动且可在第三匝支路46的外壁48上流动。一旦冷却剂40的部分72流动通过第三匝支路46，其即被重新引导和/或移动到返回支路38中。即，冷却剂40的部分72从第三匝支路46被轴向重新引导到返回支路38中和/或被重新引导以大体上垂直于和/或轴向远离多壁翼面6的后边缘16而流动。
多个匝支路36中的每个匝支路的定向和/或定位可改进冷却回路32内的热传递。即，多个匝支路36中的每个匝支路的定向、多个匝支路36中的一个匝支路(例如，第三匝支路46)相对于后边缘16的位置或定向(例如，邻近、平行)和/或冷却剂40流动通过所述多个匝支路36的流动路径可以改进涡轮叶片2的多壁翼面6的后边缘16的热传递和/或冷却。在图3中所示的非限制性实例中，多个匝支路36的一部分(例如，第一匝支路42、第二匝支路44)在冷却回路32内经定位和/或定向以允许第三匝支路46紧邻后边缘16而定位且邻近或大体上平行于所述后边缘而径向延伸。由于第三匝支路46相对于后边缘16的位置和/或定向，第三匝支路46与后边缘16之间可发生最大量的热传递以充分冷却多壁翼面6的后边缘16。
根据实施例，后边缘冷却系统30的多个冷却回路32中的冷却剂40的部分72从冷却回路32的返回支路38流出进入室或收集通道74。可提供单个室或收集通道74，然而，也可利用多个室或收集通道74。收集通道74可例如使用图2中所描述的后边缘通道24中的一个而形成或可使用一个或多个其它通道和/或多壁翼面6内的通道而提供。虽然在图3中示出为径向朝外流动通过收集通道74，但“使用过的”冷却剂实际上可径向朝内流动通过收集通道74。
流入且通过收集通道74的收集冷却剂76或其一部分可(例如，使用一个或多个通道(例如，通道18到24)和/或多壁翼面6内的通道)被引导到多壁翼面6的一个或多个额外冷却回路。为此，将收集冷却剂76的其余热容量中的至少一些用于冷却目的，而非毫无效率地从多壁翼面6的后边缘16排出。
收集冷却剂76或其一部分可用于将薄膜冷却提供到多壁翼面6的各个区域。举例来说，如图1和2中所描述，收集冷却剂76可用于将冷却薄膜50提供到多壁翼面6的压力侧8、吸力侧10、压力侧平台5、吸力侧平台7和尖端区域52中的一个或多个。
收集冷却剂76或其一部分还可用在多壁翼面6中的多通道(例如，蜿蜒的)冷却回路中。举例来说，收集冷却剂76可被馈送到由多个压力侧通道20、多个吸力侧通道22、多个后边缘通道24或其组合形成的蜿蜒的冷却回路中。图2中描述了使用多个后边缘通道24形成的说明性蜿蜒的冷却回路54。在蜿蜒的冷却回路54中，收集冷却剂76的至少一部分在第一径向方向上(离开页面)流动通过后边缘通道24、在相反的径向方向上(例如，进入页面)流动通过另一后边缘通道24且在第一径向方向上流动通过又一后边缘通道24。可使用压力侧通道20、吸力侧通道22、中央通道26或其组合形成类似的蜿蜒的冷却回路54。
收集冷却剂76，或连同针肋一起，还可用于冲击冷却。举例来说，在图2中所描述的非限制性实例中，收集冷却剂76中的至少一部分可被引导到中央通道26、通过冲击孔56且到前边缘通道18的前表面58上，从而提供对多壁翼面6的前边缘14的冲击冷却。还预期用于冲击的冷却剂48的其它用途。收集冷却剂76的至少一部分还可被引导通过，例如，通道(如后边缘通道24)内的一组冷却针肋60。还可能有许多采用收集冷却剂76的其它冷却应用。
图6描述包括具有多个匝支路36的冷却回路32的后边缘冷却系统30的另一非限制性实例。与图3比较，图6中所示的冷却回路32的非限制性实例可包括冷却回路32的多个匝支路36之间的平滑、弯曲和/或并不急剧的过渡区(例如，90°转弯)和/或拐角。即，在图3中所示的非限制性实例中，形成于冷却回路32的多个匝支路36中的每个匝支路之间的过渡区和/或拐角大体上是垂直、尖锐和/或有角度的(例如，90度)。在图6中所示的非限制性实例中，形成于冷却回路32的多个匝支路36中的每个匝支路之间的过渡区和/或拐角大体上是弯曲、圆化和/或平滑的。形成于多个匝支路36中的每个匝支路之间的圆化或弯曲过渡区和/或拐角可允许在多个匝支路36处更好地流动通过冷却回路32，和/或可大体上防止冷却剂40滞留在多个匝支路36内。如上面所论述，这可继而帮助改进涡轮叶片2的多壁翼面6内的热传递和/或冷却。
图7描述包括具有多个匝支路36的冷却回路32的后边缘冷却系统30的又一非限制性实例。与图3比较，图7中所示的冷却回路32的非限制性实例可包括多个匝支路36的不同定向。具体地说，图7中所示的冷却回路32的多个匝支路36可大体上根据图3中所描述的多个匝支路36翻转和/或成镜像而得到。如图7中所示，且类似于图3，第一匝支路42可与向外支路34直接流体连通，第三匝支路46可与返回支路38直接流体连通，且第二匝支路44可与第一匝支路42和第三匝支路46直接流体连通且定位于所述第一匝支路与所述第三匝支路之间。
然而，不同于图3中所描述的冷却回路32，第一匝支路42可紧邻后边缘16而定位。具体地说，且如图7中所示，第一匝支路42可紧邻多壁6的后边缘16定位，且可邻近所述后边缘和/或大体上与其平行而径向延伸。第一匝支路42可从向外支路34向下邻近后边缘16且朝向返回支路38径向延伸/径向延伸超过所述返回支路。另外如图7中所示，如本说明书以类似方式描述，第一匝支路42还可包括紧邻和/或大体上平行于后边缘16而定位的外壁48。第二匝支路44可大体上垂直于和/或轴向远离第一匝支路42和/或多壁翼面6的后边缘16而延伸。另外，第三匝支路46可径向向上和/或大体上垂直于第二匝支路44、朝向返回支路38而延伸。另外，第三匝支路46可径向且大体上平行于第一匝支路42和/或多壁翼面6的后边缘16而延伸。
在图7中所示的非限制性实例中，冷却剂40流的部分72还可遵循冷却回路32内与本说明书相对于图3所描述的路径不同的流动路径。如图7中所示，冷却剂40流的部分72可轴向朝向后边缘16流动通过向外支路36。随后，冷却剂40流的部分72可流入冷却回路32的多个匝支路36的第一匝支路42。具体地说，冷却剂40的部分72可流入第一匝支路42且可沿着外壁48且紧邻和/或大体上平行于多壁翼面6的后边缘16而径向向下流动通过所述第一匝支路。在流动通过第一匝支路42之后，冷却剂40的部分72可轴向和/或垂直远离后边缘16流动通过第二匝支路44。接着，当冷却剂40的部分72流动通过冷却回路32的多个匝支路36的第三匝支路46时，冷却剂40的部分72可径向向上且大体上平行于第一匝支路42和/或后边缘16而流动。最后，冷却剂40的部分72可轴向远离后边缘16流动通过返回支路38，且可例如被提供到多翼面6的其它部分以提供薄膜冷却，如本说明书所论述。
为了提供对多壁翼面/叶片的后边缘的额外冷却和/或将冷却薄膜直接提供到后边缘，排放通道(未示出)可从本说明书所描述的任一冷却回路的任何部分穿过后边缘且从后边缘出来和/或从邻近后边缘的翼面/叶片的侧出来。可对每个排放通道设定大小和/或将其定位于后边缘内以收纳特定冷却回路中流动的冷却剂的仅一部分(例如，不到一半)。即使包括排放通道，大部分(例如，超过一半的)冷却剂仍可流动通过冷却回路，并且具体地说，流动通过其返回支路，从而随后被提供到多壁翼面/叶片的不同部分以用于本说明书所描述的其它目的，例如薄膜和/或冲击冷却。
图8到10描述后边缘冷却系统30的冷却回路32A、32B的另外的非限制性实例。如下面所论述，图8到10中所示的冷却回路32A、32B的部分可大体上类似于先前论述的冷却回路。另外且如下面详细论述，冷却回路32A、32B的其它部分可以不同方式形成和/或起作用。因此，冷却剂40的至少一部分可按独特或不同的路径流动通过图8到10中所示的后边缘冷却系统30。
如图8中所示，第一冷却回路32A可大体上类似于本说明书中相对于图3所示和论述的后边缘冷却系统30的冷却回路32。具体地说，第一冷却回路32A和其各个部分(例如，向外支路34A、多个匝支路36A、返回支路38A)可按大体上与本说明书中相对于图3所示和论述的冷却回路32的向外支路34、多个匝支路36和返回支路38类似的方式配置、形成、定向和/或起作用。另外，第二冷却回路32B可大体上类似于本说明书中相对于图7所示和论述的后边缘冷却系统30的冷却回路32。具体地说，第二冷却回路32B和其各个部分(例如，向外支路34B、多个匝支路36B、返回支路38B)可按大体上与本说明书中相对于图7所示和论述的冷却回路32的向外支路34、多个匝支路36和返回支路38类似的方式配置、形成、定向和/或起作用。
如图9中所示且类似于图8，第一冷却回路32A和其各个部分(例如，向外支路34A、多个匝支路36A、返回支路38A)可按大体上与本说明书中相对于图3所示和论述的冷却回路32的向外支路34、多个匝支路36和返回支路38类似的方式配置、形成、定向和/或起作用。然而，不同于图7和8，第二冷却回路32B可按不同于本说明书中论述的非限制性实例的方式形成和/或起作用。具体地说且如图9中所示，第二冷却回路32B的向外支路34B可在返回支路38B下方或下面径向定位和/或形成。因此，第一冷却回路32A的返回支路38A可紧邻第二冷却回路32A的返回支路38B定位和/或在所述返回支路上方径向定位。
如本说明书所论述，第二冷却回路32B的多个匝支路36B可与第二冷却回路32B的类似支路连接和/或直接流体连通。举例来说，第一匝支路42B可分别与向外支路44B和第二匝支路44B直接流体连通，且第三匝支路46B可分别与返回支路38B和第二匝支路44B直接流体连通。然而，归因于第二冷却回路32B的不同形成和/或配置，流动通过第二冷却回路32B的冷却剂40的部分72的流动路径可以是独特的。如图9中所示且如本说明书以类似方式论述，冷却剂40的部分72可在轴向方向上朝向多壁翼面6的后边缘16流动通过向外支路34B。一旦冷却剂40的部分72到达第二冷却回路32的多个匝支路36B，则部分72的流动路径在到达返回支路38B之前可以是独特的。具体地说，冷却剂40的部分72可以径向向下流动通过第一匝支路42B，且接着轴向朝向多壁翼面6的后边缘16流动通过第二匝支路44B。冷却剂40的部分72可从第二匝支路44B径向向上(例如，朝向尖端区域52)流动通过第三匝支路46B且进入返回支路38B。如图9中所示且如本说明书以类似方式论述，径向向上流动通过第三匝支路46B的冷却剂40的部分72还可紧邻和/或大体上平行于多壁翼面6的后边缘16而流动。最后，冷却剂40的部分72可轴向流动通过返回支路38B和/或轴向远离多壁翼面6的后边缘16且流入收集通道74。
转而参见图10中所描述的非限制性实例，冷却回路32A、32B的部分可大体上类似于本说明书相对于图9论述的冷却回路32A、32B。具体地说，图10中所示的冷却回路32A、32B的向外支路34A、34B和多个匝支路36A、36B可按大体上与本说明书相对于图9所示和论述的向外支路34A、34B和多个匝支路36A、36B类似的方式配置、形成和/或起作用。另外，第一向外支路34A可大体上类似于冷却回路32的第二向外支路34B。另外，第一多个匝支路36A可大体上类似于第二多个匝支路36B。然而，第二向外支路34B和第二多个匝支路36B可分别定向、形成和/或定位为第一向外支路34A和第一多个匝支路36A的“镜像”。因此，冷却剂40的部分72在第二多个匝支路36B中的流动可与冷却剂40在第一多个匝支路36A中的流动不同和/或相反。如图10中所示，冷却剂40的部分72B可以大体上与流动通过第一向外支路34A的冷却剂40的部分72A类似的方式(例如，轴向朝向后边缘16)流动通过第二向外支路34B。然而，一旦冷却剂40的部分72B到达第二多个匝支路36B，则流动路径可变化和/或与部分72A的流动相反。冷却剂40的部分72B在流动通过第二多个匝支路36B的第一匝支路42B时可朝向涡轮叶片2(参见例如图1)的柄部4径向向下流动。冷却剂40的部分72B在流动通过第二多个匝支路36B的第二匝支路44B时可轴向朝向多壁翼面6的后边缘16流动，且随后可朝向冷却回路32的单个返回支路38径向向上流动，如本说明书所论述。
如图10中所示且不同于先前论述的非限制性实例，两个不同组向外支路34A、34B和多个匝支路36A、36B可共享单个返回支路38。具体地说，第一多个匝支路36A和第二多个匝支路36B可直接流体连通和/或可流体连接到冷却回路32的单个返回支路38。如本说明书先前论述，单个返回支路38可大体上垂直于多壁涡轮翼面6的后边缘16而延伸。另外且如图10中所示，单个返回支路38可延伸、定位于冷却回路32的第一向外支路34A与第二向外支路34B之间和/或可大体上平行于所述第一向外支路和所述第二向外支路。如本说明书所论述，冷却剂40的分别流动通过第一多个匝支路36A和第二多个匝支路36B的不同部分72A、72B可汇聚、组合和/或流动到冷却回路32的单个返回支路38中且通过所述返回支路。
图11示出如本说明书可使用的燃气涡轮机102的示意图。燃气涡轮机102可包括压缩机104。压缩机104压缩进入的空气流106。压缩机104将压缩的空气流108递送到燃烧室110。燃烧室110将压缩的空气流108与加压的燃料流112混合且点燃混合物以产生燃烧气体流114。虽然仅示出单个燃烧室110，但燃气涡轮系统102可包括任何数目的燃烧室110。燃烧气体流114继而被递送到涡轮116，所述涡轮通常包括多个涡轮叶片2(图1)。燃烧气体流114驱动涡轮116以产生机械功。涡轮116中产生的机械功通过轴杆118驱动压缩机104，且可用来驱动例如发电机和/或类似物等外部负载120。
在各种实施例中，描述为彼此“流体连接”或彼此“流体连通”的部件可沿着一个或多个接口接合。在一些实施例中，这些接口可包括不同部件之间的接合点，且在其它情况下，这些接口可包括牢固地和/或一体地形成的互连件。即，在一些情况下，彼此“连接”的部件可同步形成以限定单个连续构件。然而，在其它实施例中，这些连接部件可形成为单独构件且随后通过已知工艺(例如，紧固、超声焊接、压焊)接合。
当元件或层被称为在另一元件“上”、“接合到”、“联接到”或“连接到”另一元件时，其可直接在另一元件上、直接接合、直接联接或连接到另一元件，或可存在中间元件。相比之下，当元件被称为“直接在另一元件上”、“直接接合到”、“直接联接到”或“直接连接到”另一元件时，可能不存在中间元件或层。应以类似方式来解释用于描述元件之间的关系的其它词语(例如，“在...之间”对比“直接在...之间”、“邻近于”对比“紧邻”等)。如本说明书中所使用，术语“和/或”包括相关联的所列项目中的一个或多个的任何组合和所有组合。
另外，在各种实施例中，描述为与另一部件“大体上平行”或“大体上垂直”的部件理解为彼此完全平行/垂直或在可接受范围内彼此略微成角度。在后一例项中，所述可接受范围可确定和/或限定为并不减小或削弱描述为“大体上平行”或“大体上垂直”的部件的操作和/或功能的角度。在非限制性实例中，本说明书中论述为“大体上平行”或“大体上垂直”的部件可以没有角度变化(例如，+/-0°)，或者可以有很小或极小角度变化(例如，+/-15°)。当然，本说明书论述的可接受的角度变化(例如，+/-15°)仅具说明性而不具限制性。
本说明书所使用的术语仅出于描述特定实施例的目的，且并非意在限制本发明。如本说明书所使用，单数形式“一”和“所述”旨在还包括复数形式，除非上下面另外明确指示不是这样。应进一步了解，术语“包括”在用于本说明书中时指定所陈述特征、整体、步骤、操作、元件和/或部件的存在，但并不排除一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元件、部件和/或其群组的存在或添加。
本书面描述使用实例来公开包括最佳模式的本发明，并且还使所属领域的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以及执行任何并入的方法。本发明的可获专利的范围由权利要求书限定，并且可以包括所属领域的技术人员所想到的其它实例。如果此类其它实例具有并非不同于权利要求书的字面语言的结构元件，或如果它们包括与权利要求书的字面语言无实质差异的等效结构元件，那么此类其它实例既定在权利要求范围内。

Claims (20)

1.一种用于涡轮叶片的后边缘冷却系统，所述后边缘冷却系统包括：
冷却剂馈入装置，其在所述涡轮叶片内沿径向延伸；
收集通道，其在所述涡轮叶片内邻近所述冷却剂馈入装置而沿径向延伸；以及
冷却回路，其包括：
向外支路，其朝向所述涡轮叶片的后边缘轴向延伸，所述向外支路与所述冷却剂馈入装置处于直接流体连通；
返回支路，其邻近于所述向外支路而定位且从所述涡轮叶片的所述后边缘轴向延伸，所述返回支路与所述收集通道处于直接流体连通；以及
多个匝支路，其流体连接所述向外支路和所述返回支路，所述多个匝支路包括：
紧邻所述涡轮叶片的所述后边缘而定位的匝支路；以及
轴向邻近所述匝支路定位而与所述涡轮叶片的所述后边缘相对的不同匝支路，所述不同匝支路定向为不平行于所述向外支路和所述返回支路中的至少一个。
2.根据权利要求1所述的后边缘冷却系统，其中，所述多个匝支路中的所述匝支路邻近所述涡轮叶片的所述后边缘径向延伸。
3.根据权利要求1所述的后边缘冷却系统，其中，所述多个匝支路中的所述匝支路大体上平行于所述涡轮叶片的所述后边缘。
4.根据权利要求1所述的后边缘冷却系统，其中，所述匝支路大体上平行于所述多个匝支路中的所述不同匝支路而延伸。
5.根据权利要求1所述的后边缘冷却系统，其中，所述多个匝支路中的所述匝支路与所述返回支路直接流体连通。
6.根据权利要求5所述的后边缘冷却系统，其中，所述多个匝支路中的所述匝支路在所述返回支路上方径向延伸。
7.根据权利要求1所述的后边缘冷却系统，其中，所述多个匝支路中的所述匝支路与所述向外支路直接流体连通。
8.根据权利要求7所述的后边缘冷却系统，其中，所述多个匝支路中的所述匝支路在所述返回支路下方径向延伸。
9.根据权利要求1所述的后边缘冷却系统，其中，所述多个匝支路中的所述匝支路包括定位于以下各处中的至少一处的外壁：
紧邻所述涡轮叶片的所述后边缘，以及
大体上平行于所述涡轮叶片的所述后边缘。
10.一种涡轮叶片，包括：
后边缘冷却系统，设置于所述涡轮叶片内，所述后边缘冷却系统包括：
冷却剂馈入装置，其在所述涡轮叶片内沿径向延伸；
收集通道，其在所述涡轮叶片内邻近所述冷却剂馈入装置而沿径向延伸；以及
至少部分地沿着所述涡轮叶片的后边缘的径向长度延伸的多个冷却回路，所述冷却回路中的至少一个包括：
向外支路，其朝向所述涡轮叶片的所述后边缘轴向延伸，所述向外支路与所述冷却剂馈入装置处于直接流体连通；
返回支路，其邻近于所述向外支路而定位且从所述涡轮叶片的所述后边缘轴向延伸，所述返回支路与所述收集通道处于直接流体连通；以及
多个匝支路，其流体连接所述向外支路和所述返回支路，所述多个匝支路包括：
紧邻所述涡轮叶片的所述后边缘而定位的匝支路；以及
轴向邻近所述匝支路定位而与所述涡轮叶片的所述后边缘相对的不同匝支路，所述不同匝支路定向为不平行于所述向外支路和所述返回支路中的至少一个。
11.根据权利要求10所述的涡轮叶片，其中，所述多个冷却回路中的每个冷却回路的所述匝支路大体上平行于所述涡轮叶片的所述后边缘。
12.根据权利要求10所述的涡轮叶片，其中，所述多个冷却回路中的每个冷却回路的所述匝支路大体上平行于所述冷却回路的所述不同匝支路而延伸。
13.根据权利要求10所述的涡轮叶片，其中，所述多个冷却回路中的每个冷却回路的所述匝支路包括定位于以下各处中的至少一处的外壁：
紧邻所述涡轮叶片的所述后边缘，以及
大体上平行于所述涡轮叶片的所述后边缘。
14.根据权利要求10所述的涡轮叶片，其中，所述多个冷却回路中的每个冷却回路的所述匝支路与下列中的一个直接流体连通：
所述向外支路，或
所述返回支路。
15.一种涡轮机，包括：
包括多个涡轮叶片的涡轮部件；以及
后边缘冷却系统，设置于所述多个涡轮叶片中的至少一个内，所述后边缘冷却系统包括：
冷却剂馈入装置，其在所述涡轮叶片内沿径向延伸；
收集通道，其在所述涡轮叶片内邻近所述冷却剂馈入装置而沿径向延伸；以及
至少部分地沿着所述涡轮叶片的后边缘的径向长度延伸的多个冷却回路，所述多个冷却回路中的至少一个包括：
向外支路，其朝向所述涡轮叶片的所述后边缘轴向延伸，所述向外支路与所述冷却剂馈入装置处于直接流体连通；
返回支路，其邻近于所述向外支路而定位且从所述涡轮叶片的所述后边缘轴向延伸，所述返回支路与所述收集通道处于直接流体连通；
多个匝支路，其流体连接所述向外支路和所述返回支路，所述多个匝支路包括：
紧邻所述涡轮叶片的所述后边缘而定位的匝支路；以及
轴向邻近所述匝支路定位而与所述涡轮叶片的所述后边缘相对的不同匝支路，所述不同匝支路定向为不平行于所述向外支路和所述返回支路中的至少一个。
16.根据权利要求15所述的涡轮机，其中，所述多个冷却回路中的每个冷却回路的所述匝支路大体上平行于所述涡轮叶片的所述后边缘。
17.根据权利要求15所述的涡轮机，其中，所述多个冷却回路中的每个冷却回路的所述匝支路大体上平行于所述多个冷却回路的所述不同匝支路而延伸。
18.根据权利要求15所述的涡轮机，其中，所述多个匝支路中的所述匝支路与下列中一个直接流体连通：
所述向外支路，或所述返回支路。
19.根据权利要求18所述的涡轮机，其中，所述多个冷却回路的所述匝支路的至少一部分在所述返回支路上方径向延伸。
20.根据权利要求15所述的涡轮机，其中，所述多个冷却回路的所述匝支路包括定位于以下各处中的至少一处的外壁：
紧邻所述涡轮叶片的所述后边缘，以及
大体上平行于所述涡轮叶片的所述后边缘。
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