CN109083686B - 涡轮机叶片冷却结构和相关方法 - Google Patents

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Abstract

一种用于涡轮机的叶片包括在根与尖端之间径向延伸的翼型件，其中尖端护罩连接到所述翼型件的所述尖端。所述尖端护罩包括平台，所述平台具有大体上垂直于所述翼型件延伸的外表面。所述尖端护罩还包括从所述平台的所述外表面径向向外延伸的前轨道。所述前轨道大体上垂直于所述涡轮机的热气路径而定向。冷却腔体界定在所述平台的中心部分中。所述尖端护罩还包括在所述冷却腔体与形成在所述前轨道中的喷射狭槽之间延伸的冷却通道。所述喷射狭槽从所述尖端护罩的所述平台的所述外表面径向向外定位。

Description

涡轮机叶片冷却结构和相关方法
技术领域
本公开大体上涉及涡轮机。更具体地说，本公开涉及用于涡轮机的叶片冷却结构和相关方法。
背景技术
燃气涡轮发动机大体上包括压缩机区段、燃烧区段、涡轮区段和排气区段。压缩机区段逐步增大进入燃气涡轮发动机的空气的压力，且将此经压缩空气供应到燃烧区段。经压缩空气和燃料(例如，天然气)在燃烧区段内混合且在燃烧室中燃烧以生成高压和高温燃烧气体。燃烧气体从燃烧区段流到其中它们经膨胀以做功的涡轮区段中。举例来说，燃烧气体在涡轮区段中的膨胀可使连接到发电机的转子轴旋转以产生电力。接着燃烧气体通过排气区段离开燃气涡轮发动机。
涡轮区段大体上包括连接到转子的多个叶片。每个叶片包括定位在燃烧气体流内的翼型件。在这方面，叶片从流过涡轮区段的燃烧气体提取动能和/或热能。某些叶片可包括连接到翼型件的径向外部末端的尖端护罩。尖端护罩减少经过叶片泄漏的燃烧气体的量。
叶片大体上在极端高温环境中操作。由此，转子叶片可界定冷却空气可流过的各种通道、腔体和孔径。具体地说，尖端护罩可在其中界定冷却空气流过的各种腔体。冷却空气接着通过各种喷射狭槽离开叶片，所述喷射狭槽包括尖端护罩中的喷射狭槽。喷射狭槽中的一些可使得冷却空气能够离开叶片而与高温燃烧气体混合。此类混合可能会不利地影响涡轮机的效率。
发明内容
各方面和优点将部分地在以下描述中阐述，或可由所述描述显而易见，或可通过实践来得知。
一方面，本公开涉及一种用于涡轮机的叶片。叶片包括在根与尖端之间径向延伸的翼型件。翼型件包括从前边缘延伸到后边缘的压力侧表面以及从前边缘延伸到后边缘的与压力侧表面相对的吸力侧表面。尖端护罩连接到翼型件的尖端。尖端护罩包括平台，所述平台具有大体上垂直于翼型件延伸的外表面。平台还具有：前表面，其邻近于翼型件的前边缘；后表面，其邻近于翼型件的后边缘；第一侧表面，其邻近于翼型件的压力侧表面在前表面与后表面之间延伸；和第二侧表面，其大体上平行于翼型件的吸力侧表面在前表面与后表面之间延伸。尖端护罩还包括前轨道，所述前轨道邻近于平台的前表面从平台的外表面径向向外延伸。前轨道以及平台的前表面大体上垂直于涡轮机的热气路径而定向。尖端护罩还包括界定在尖端护罩的平台的中心部分中的冷却腔体以及在冷却腔体与形成在前轨道中的喷射狭槽之间延伸的冷却通道。喷射狭槽从尖端护罩的平台的外表面径向向外定位。
另一方面，本公开涉及一种燃气涡轮发动机，包括：压缩机、安置在压缩机下游的燃烧器以及安置在燃烧器下游的涡轮。涡轮包括：转子轴，其轴向延伸通过涡轮；外部壳体，其周向地包围转子轴以在其间界定热气路径；和多个转子叶片，其互连到转子轴且界定转子叶片级。每个转子叶片包括在根与尖端之间径向延伸的翼型件。翼型件包括从前边缘延伸到后边缘的压力侧表面以及从前边缘延伸到后边缘的与压力侧表面相对的吸力侧表面。尖端护罩连接到翼型件的尖端。尖端护罩包括平台，所述平台具有大体上垂直于翼型件延伸的外表面。平台还具有：前表面，其邻近于翼型件的前边缘；后表面，其邻近于翼型件的后边缘；第一侧表面，其邻近于翼型件的压力侧表面的在前表面与后表面之间延伸；和第二侧表面，其邻近于翼型件的吸力侧表面的在前表面与后表面之间延伸。尖端护罩还包括前轨道，所述前轨道邻近于平台的前表面从平台的外表面径向向外延伸。前轨道以及平台的前表面大体上垂直于涡轮机的热气路径而定向。尖端护罩还包括界定在尖端护罩的平台的中心部分中的冷却腔体以及在冷却腔体与形成在前轨道中的喷射狭槽之间延伸的冷却通道。喷射狭槽从尖端护罩的平台的外表面径向向外定位。
根据本公开的另一方面，提供一种在用于涡轮机的叶片的尖端护罩中形成冷却通道的方法。所述方法包括塞住界定在尖端护罩中的冷却通道的现有喷射狭槽。所述方法还包括形成从现有喷射狭槽径向向外的新的喷射狭槽以及形成从新的喷射狭槽到冷却通道的中间部分的孔。
除了上述方面之外，本公开还提供以下技术方案：
技术方案1.一种用于涡轮机的叶片，包括：
在根与尖端之间径向延伸的翼型件，所述翼型件包括从前边缘延伸到后边缘的压力侧表面以及从所述前边缘延伸到所述后边缘的与所述压力侧表面相对的吸力侧表面；
连接到所述翼型件的所述尖端的尖端护罩，所述尖端护罩包括：
平台，包括：外表面，所述外表面大体上垂直于所述翼型件延伸；前表面，所述前表面邻近于所述翼型件的所述前边缘大体上垂直于所述涡轮机的热气路径而定向；后表面，所述后表面邻近于所述翼型件的所述后边缘；第一侧表面，所述第一侧表面邻近于所述翼型件的所述压力侧表面在所述前表面与所述后表面之间延伸；和第二侧表面，所述第二侧表面邻近于所述翼型件的所述吸力侧表面在所述前表面与所述后表面之间延伸；
邻近于所述平台的所述前表面从所述平台的所述外表面径向向外延伸的前轨道，所述前轨道大体上垂直于所述涡轮机的所述热气路径而定向；
界定在所述尖端护罩的所述平台的中心部分中的冷却腔体；和
在所述冷却腔体与形成在所述前轨道中的喷射狭槽之间延伸的冷却通道，所述喷射狭槽从所述尖端护罩的所述平台的所述外表面径向向外定位。
技术方案2.根据技术方案1所述的叶片，其中，所述喷射狭槽被配置成相对于所述涡轮机的所述热气路径径向向外和倾斜地引导冷却流。
技术方案3.根据技术方案1所述的叶片，其中，所述喷射狭槽被配置成相对于所述涡轮机的所述热气路径径向向外和垂直地引导冷却流。
技术方案4.根据技术方案1所述的叶片，其中，所述冷却通道包括邻近于所述冷却腔体的线性部分，所述线性部分在所述冷却腔体与所述冷却通道的弓形部分之间平行于所述平台的所述外表面延伸，所述冷却通道的所述弓形部分在所述冷却通道的所述线性部分与所述喷射狭槽之间延伸。
技术方案5.根据技术方案1所述的叶片，其中，所述冷却通道包括邻近于所述冷却腔体的第一部分，所述第一部分在所述冷却腔体与所述冷却通道的第二部分之间平行于所述平台的所述外表面延伸，所述第二部分相对于所述冷却通道的所述第一部分倾斜，所述冷却通道的所述第二部分在所述冷却通道的所述第一部分与所述喷射狭槽之间延伸。
技术方案6.根据技术方案1所述的叶片，其中，所述冷却通道包括邻近于所述冷却腔体的棱形部分，所述棱形部分在所述冷却腔体与所述冷却通道的非棱形部分之间延伸，所述冷却通道的所述非棱形部分在所述冷却通道的所述棱形部分与所述喷射狭槽之间延伸。
技术方案7.根据技术方案1所述的叶片，其中，所述冷却通道包括邻近于所述冷却腔体的第一部分，所述第一部分在所述冷却腔体与所述冷却通道的第二部分之间延伸，所述冷却通道的所述第二部分具有界定在其中的湍流器。
技术方案8.根据技术方案1所述的叶片，其中，所述喷射狭槽形成在所述尖端护罩的所述前轨道的前表面中。
技术方案9.根据技术方案1所述的叶片，其中，进一步包括形成在所述尖端护罩的所述前轨道中的轴向唇缘，且其中所述喷射狭槽形成在所述轴向唇缘的外表面中。
技术方案10.根据技术方案1所述的叶片，其中，所述喷射狭槽形成在所述尖端护罩的所述前轨道的外表面中。
技术方案11.根据技术方案1所述的叶片，其中，所述喷射狭槽轴向地定向。
技术方案12.根据技术方案1所述的叶片，其中，所述喷射狭槽径向地定向。
技术方案13.一种燃气涡轮，包括：
压缩机；
安置在所述压缩机下游的燃烧器；
安置在所述燃烧器下游的涡轮，所述涡轮包括：转子轴，所述转子轴轴向延伸通过所述涡轮；外部壳体，所述外部壳体周向地包围所述转子轴以在其间界定热气路径；和多个转子叶片，所述多个转子叶片互连到所述转子轴且界定转子叶片级，其中每个转子叶片包括：
在根与尖端之间径向延伸的翼型件，所述翼型件包括从前边缘延伸到后边缘的压力侧表面以及从所述前边缘延伸到所述后边缘的与所述压力侧表面相对的吸力侧表面；
连接到所述翼型件的所述尖端的尖端护罩，所述尖端护罩包括：
平台，包括：外表面，所述外表面大体上垂直于所述翼型件延伸；前表面，所述前表面邻近于所述翼型件的所述前边缘大体上垂直于所述热气路径而定向；后表面，所述后表面邻近于所述翼型件的所述后边缘；第一侧表面，所述第一侧表面邻近于所述压力侧表面在所述前表面与所述后表面之间延伸；和第二侧表面，所述第二侧表面邻近于所述吸力侧表面在所述前表面与所述后表面之间延伸；
邻近于所述平台的所述前表面从所述平台的所述外表面径向向外延伸的前轨道，所述前轨道大体上垂直于所述热气路径而定向；
界定在所述尖端护罩的所述平台的中心部分中的冷却腔体；和
在所述冷却腔体与形成在所述前轨道中的喷射狭槽之间延伸的冷却通道，所述喷射狭槽从所述尖端护罩的所述平台的所述外表面径向向外定位。
技术方案14.根据技术方案13所述的燃气涡轮，其中，所述喷射狭槽被配置成相对于所述热气路径径向向外和倾斜地引导冷却流。
技术方案15.根据技术方案13所述的燃气涡轮，其中，所述喷射狭槽被配置成相对于所述热气路径径向向外和垂直地引导冷却流。
技术方案16.根据技术方案13所述的燃气涡轮，其中，所述冷却通道包括邻近于所述冷却腔体的线性部分，所述线性部分在所述冷却腔体与所述冷却通道的弓形部分之间平行于所述平台的所述外表面延伸，所述冷却通道的所述弓形部分在所述冷却通道的所述线性部分与所述喷射狭槽之间延伸。
技术方案17.根据技术方案13所述的燃气涡轮，其中，所述冷却通道包括邻近于所述冷却腔体的第一部分，所述第一部分在所述冷却腔体与所述冷却通道的第二部分之间平行于所述平台的所述外表面延伸，所述第二部分相对于所述冷却通道的所述第一部分倾斜，所述冷却通道的所述第二部分在所述冷却通道的所述第一部分与所述喷射狭槽之间延伸。
技术方案18.根据技术方案13所述的燃气涡轮，其中，所述冷却通道包括邻近于所述冷却腔体的棱形部分，所述棱形部分在所述冷却腔体与所述冷却通道的非棱形部分之间延伸，所述冷却通道的所述非棱形部分在所述冷却通道的所述棱形部分与所述喷射狭槽之间延伸。
技术方案19.根据技术方案13所述的燃气涡轮，其中，进一步包括形成在所述尖端护罩的所述前轨道中的轴向唇缘，且其中所述喷射狭槽形成在所述轴向唇缘的外表面中。
参考以下描述和所附权利要求书，本技术的这些和其它特征、方面和优点将变得更好了解。并入到本说明书中且构成其一部分的附图说明本技术的实施例，且与所述描述一起用来阐明本技术的原理。
附图说明
本发明的实施例的完全和充分的公开，包括其对于所属领域的技术人员而言的最佳模式，在参考附图的本说明书中被阐述，在附图中：
图1是可结合本公开的各种实施例的示范性燃气涡轮发动机的示意图；
图2是根据本公开的一个或多个实施例的示范性叶片的正视图；
图3是图2的叶片的一部分的透视图；
图4是图3的叶片的一部分的侧视图；
图5是根据本公开的一个或多个额外实施例的图3的叶片的截面视图；
图6是根据本公开的一个或多个额外实施例的图3的叶片的截面视图；
图7是根据本公开的一个或多个额外实施例的图3的叶片的截面视图；
图8是根据本公开的一个或多个额外实施例的图3的叶片的截面视图；
图9是根据本公开的一个或多个额外实施例的图3的叶片的截面视图；
图10是根据本公开的一个或多个额外实施例的图3的叶片的截面视图；
图11是根据本公开的一个或多个额外实施例的图3的叶片的截面视图；
图12是根据本公开的一个或多个额外实施例的图3的叶片的截面视图；
图13是根据本公开的一个或多个实施例的示范性叶片的一部分的透视图；且
图14是图13的一部分的放大视图。
具体实施方式
现在将详细参考本公开的当前实施例，其一个或多个实例在附图中说明。详细描述使用数字和字母标号来指代图中的特征。在图和描述中相同或相似标号用来指代本公开的相同或相似部分。
如本文中所使用，术语“第一”、“第二”和“第三”可互换使用以区分一个部件与另一部件而并非意图表示各个部件的位置或重要性。术语“上游”(或“前”)和“下游”(或“后”)是指相对于流体通路中的流体流的相对方向。举例来说，“上游”是指流体从其流出的方向，而“下游”是指流体流到的方向。术语“径向地”是指基本上垂直于特定部件的轴向中心线的相对方向，术语“轴向地”是指基本上平行于特定部件的轴向中心线和/或与轴向中心线同轴地对齐的相对方向，术语“周向地”是指围绕特定部件的轴向中心线延伸的相对方向。
本文中所使用的技术术语仅用来描述特定实施例，而并非旨在进行限制。如本文中所使用，单数形式“一个”、“一种”和“所述”也旨在包括复数形式，除非上下文明确指示外。应进一步了解，当在本说明书中使用时，术语“包括(comprises/comprising)”指定所陈述的特征、整数、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、整数、步骤、操作、元件、部件和/或其群组的存在或添加。
每个实例借助于解释而不是限制的方式提供。实际上，可在不脱离本发明的范围或精神的前提下对本发明作出修改和变化，对于所属领域的技术人员来说将是显而易见的。举例来说，说明或描述为一个实施例的部分的特征可用在另一实施例上以产生又一实施例。因此，希望本公开涵盖如落入所附权利要求书和其等效物的范围内的此类修改和变化。尽管本公开的示范性实施例将出于说明目的而大体上在陆基发电燃气涡轮燃烧器的语境中进行描述，但所属领域的技术人员将容易了解，本公开的实施例可应用于任何样式或类型的涡轮机，且不限于陆基发电燃气涡轮，除非权利要求中特别地叙述。
现在参考图，其中在整个图式中相同数字指示相同元件，图1示意性地说明燃气涡轮发动机10。应了解，本公开的燃气涡轮发动机10未必是燃气涡轮发动机，而实际上可以是任何合适的涡轮机，例如蒸汽涡轮发动机或其它合适的发动机。燃气涡轮发动机10可包括进气区段12、压缩机区段14、燃烧区段16、涡轮区段18和排气区段20。压缩机区段14和涡轮区段18可通过轴22连接。轴22可以是单个轴或连接到一起以形成轴22的多个轴段。
涡轮区段18可大体上包括转子轴24，所述转子轴24具有多个转子盘26(示出其中一个)以及从转子盘26径向向外延伸且互连到所述转子盘26的多个转子叶片28。每个转子盘26继而可连接到延伸通过涡轮区段18的转子轴24的一部分。涡轮区段18进一步包括外部壳体30，所述外部壳体30周向地包围转子轴24和转子叶片28，由此至少部分地界定通过涡轮区段18的热气路径32。
在操作期间，空气或另一工作流体流过进气区段12且进入压缩机区段14，其中空气被逐步压缩以将经加压空气提供到燃烧区段16中的燃烧室(未示出)。经加压空气与燃料混合且在每个燃烧器内燃烧以产生燃烧气体34。燃烧气体34沿热气路径32从燃烧区段16流入涡轮区段18。在涡轮区段中，转子叶片28从燃烧气体34提取动能和/或热能，由此使转子轴24旋转。转子轴24的机械旋转能接着可用于对压缩机区段14供电和/或生成电力。离开涡轮区段18的燃烧气体34接着可经由排气区段20从燃气涡轮发动机10排放。
图2是示范性转子叶片100的视图，其可并入到燃气涡轮发动机10的涡轮区段18中，代替转子叶片28。如所示出，转子叶片100界定轴向方向A、径向方向R和周向方向C。一般来说，轴向方向A平行于轴24(图1)的轴向中心线102延伸，径向方向R大体上与轴向中心线102正交延伸，且周向方向C大体上围绕轴向中心线102同心地延伸。转子叶片100还可并入到燃气涡轮发动机10的压缩机区段14(图1)中。如本文中所使用，例如“约”、“大体上”或“大约”等近似术语是指在高于或低于规定值百分之十内。此外，如本文中所使用，在角度或方向的上下文中的此类术语包括在十度内。举例来说，“大体上正交”可包括十正交度内的任何角度，例如，八十度到一百度。
如图2中所说明，转子叶片100可包括楔形榫104、柄部分106和平台108。更具体地说，楔形榫104将转子叶片100紧固到转子盘26(图1)。柄部分106连接到楔形榫104且从楔形榫104径向向外延伸。平台108连接到柄部分106且从柄部分106径向向外延伸。平台108包括径向外表面110，所述径向外表面110大体上充当流过涡轮区段18的热气路径32的燃烧气体34(图1)的径向向内流动边界。楔形榫104、柄部分106和平台108可界定进气端口112，所述进气端口112准许例如冷却空气(例如，来自压缩机区段14的排出空气)等冷却流36进入转子叶片100。在一些实施例中，楔形榫104可包括轴向入口枞木树型楔形榫。或者，楔形榫104可以是任何合适类型的楔形榫。实际上，楔形榫104、柄部分106和/或平台108可具有任何合适的配置。
转子叶片100进一步包括翼型件114。具体地说，翼型件114从平台108的径向外表面110径向向外延伸到尖端护罩116。翼型件114在根118处(即，翼型件114与平台108之间的交点)连接到平台108。在这方面，翼型件114界定在根118与尖端护罩116之间延伸的翼型件跨度120。翼型件114还包括压力侧表面122和相对吸力侧表面124。压力侧表面122和吸力侧表面124在翼型件114的前边缘126处接合在一起或互连，所述前边缘126定向到燃烧气体流34(图1)中。压力侧表面122和吸力侧表面124还在翼型件114的与前边缘126向下游隔开的后边缘128处接合在一起或互连。压力侧表面122和吸力侧表面124围绕前边缘126和后边缘128是连续的。压力侧表面122大体上为凹面，且吸力侧表面124大体上为凸面。
如图3中所示出，翼型件114可界定延伸穿过其的一个或多个冷却通道130。更具体地说，冷却通道130可从尖端护罩116径向向内延伸到进气端口112。在这方面，冷却流36可流过冷却通道130，从进气端口112流到尖端护罩116。在各种示范性实施例中，翼型件114可界定比例如图3中所说明的更多或更少的冷却通道130，且冷却通道130可具有任何合适的配置。
如上文所指示，转子叶片100包括连接到翼型件114的径向外部末端的尖端护罩116。在这方面，尖端护罩116可大体上界定转子叶片100的径向最外部分。尖端护罩116减少经过转子叶片100逸出的燃烧气体34(图1)的量。
如图3中所示出，尖端护罩116可包括平台132。平台132可包括外表面134，例如，径向向外定向且界定平台132的径向最外边界的大体上垂直于翼型件114延伸的表面。平台132还可包括：前表面136，其邻近于翼型件114的前边缘126大体上垂直于涡轮机10的热气路径32定向；后表面138，其邻近于翼型件114的后边缘128；第一侧表面140，其邻近于翼型件114的压力侧表面122在前表面136与后表面138之间延伸；和第二侧表面142，其邻近于翼型件114的吸力侧表面124在前表面136与后表面138之间延伸。
尖端护罩116可包括从其径向向外延伸的前密封轨道150。具体地说，前密封轨道150可邻近于平台132的前表面136从平台132的外表面134径向向外延伸。前密封轨道150可大体上垂直于涡轮机10的热气路径32定向。尖端护罩116还可包括后密封轨道156。然而，替代实施例可包括更多或更少密封轨道150(例如，无密封轨道、一个密封轨道、三个密封轨道等)。
尖端护罩116界定各种通道、腔体和孔径以促进其冷却。更具体地说，尖端护罩116界定与冷却通道130中的一个或多个流体连通的冷却腔体158。冷却腔体158可界定在尖端护罩116的平台132的中心部分中。在一些实施例中，冷却腔体158可以是单个连续腔体。或者，如图3中所示出，冷却腔体158可包括通过各种通道或孔径流体连接的不同腔室。尖端护罩116还包括从冷却腔体158延伸的一个或多个冷却通道160。每个冷却通道160延伸到喷射狭槽162。冷却通道160可具有任何合适的横截面形状，例如但不限于圆形、矩形、椭圆形等。
在燃气涡轮发动机10的操作期间，冷却流36流过通道130到达冷却腔体158且通过冷却通道160到达喷射狭槽162以使尖端护罩116冷却。更具体地说，冷却流36(例如，来自压缩机区段14的排出空气)通过进气端口112进入转子叶片100(图2)。此冷却流36的至少一部分流过冷却通道130且流入尖端护罩116中的冷却腔体158。在流过冷却腔体158和冷却通道160的同时，冷却流36对流冷却尖端护罩116的各个壁。冷却流36接着可通过冷却通道160和喷射狭槽162离开冷却腔体158。
如在图3中可看出，尖端护罩116可包括形成在平台132中、例如形成在后表面138中、形成在第一侧表面140中和/或形成在第二侧表面142中的多个喷射狭槽162。在冷却腔体158与此类喷射狭槽162之间延伸的冷却通道160可沿大体上平行于平台132的外表面134的方向延伸。然而，在平台132的前表面136中优选地不存在喷射狭槽162。至少一个喷射狭槽162可从尖端护罩116的平台132的外表面134径向向外定位。此外，此类喷射狭槽162可被配置成远离热气路径32引导冷却流36。
在平台132的前表面136大体上垂直于热气路径32定向的情况下，从其中的任何喷射狭槽162发出的冷却流36可与沿热气路径32流动的燃烧气体34面对面流动。由此，使一个或多个喷射狭槽162从平台132的外表面134径向向外定位可有利地防止或最小化燃烧气体34与冷却流36的混合。燃烧气体34与冷却流36的混合可导致燃烧气体的热能减小，使得可能做更少的功。具体地说，在压力侧表面122处或附近不会发生此类混合的情况下，可提高涡轮机的效率。此外，如图4中所说明，此类配置可有利地实现涡轮机10的效率增大，因为向上(例如，径向向外)引导冷却流36会影响冷却流36行进到壳体30与前轨道150之间的间隙，这防止或减少热气34在前轨道150上方泄漏，使得更多热气34传递通过翼型件114且由此可从热气34提取更多功。另外，在冷却流36的压力充分小于燃烧气体34的压力的情况下，使一个或多个喷射狭槽162从平台132的外表面134径向向外定位而不是定位在平台的前表面136中可防止或最小化燃烧气体34经由喷射狭槽162吸入到叶片100的冷却结构中，由此减少叶片28上的热负载。减少热负载可有利地减少冷却需求和/或实现叶片28的寿命延长。使喷射狭槽162从尖端护罩116的平台132的外表面134径向向外定位以及将此类喷射狭槽162配置成朝尖端向上且远离热气路径32引导冷却流36可具有额外益处。
在冷却腔体158例如从外表面134径向向内定位在护罩116的平台132内且喷射狭槽162中的一个或多个从平台132的外表面134径向向外定位的情况下，在冷却腔体158与此类喷射狭槽162之间延伸的冷却通道160可大体上包括第一部分164和第二部分166，例如，如图5到11中所说明。第一部分164可邻近于冷却腔体158且可从冷却腔体158延伸到第二部分166。第一部分164可以是线性的且可沿大体上平行于平台132的外表面134的方向延伸。第二部分166接着可从第一部分164延伸到喷射狭槽162，且第二部分166可被配置成补偿喷射狭槽162与第一部分164和/或冷却腔体158之间的径向偏移。第二部分166也可具有额外特征。
作为第一实例，在图3、4和6所说明的实施例中，第二部分166为弓形，例如，冷却通道160可包括线性第一部分164和弓形第二部分166。作为另一实例，在一些实施例中，如图5中所说明，第二部分166可以是线性的且可相对于冷却通道160的第一部分164倾斜。同样如图5和6中所说明，一些实施例可包括形成在尖端护罩116的前轨道150中的轴向唇缘144，例如，轴向唇缘144可以是从前轨道150和/或前表面136沿轴向方向向上游突起的台阶或唇缘。在一些实施例中，例如图5所说明的实施例，轴向唇缘144可界定圆化径向内部拐角。在一些实施例中，例如图6所说明的实施例，轴向唇缘144可界定斜切径向内部拐角，从而可有利地减少尖端护罩116的重量。在其中前轨道150包括轴向唇缘144的实施例中，喷射狭槽可轴向地定向且可形成在轴向唇缘144的外表面146中。因此，在此类实施例中，喷射狭槽162可被配置成相对于涡轮机10的热气路径32径向向外和垂直地引导冷却流36。
如图7中所说明，在一些实施例中，冷却通道160的第二部分166可相对于第一部分164倾斜且喷射狭槽162可形成在前密封轨道150的前表面152中。在此类实施例中，喷射狭槽162可径向地定向且可被配置成相对于涡轮机10的热气路径32径向向外和倾斜地引导冷却流36。
作为另一实例，在一些实施例中，如图8和9中所说明，冷却通道160可包括棱形部分，例如，邻近于冷却腔体158的第一部分164可以是棱形，且冷却通道160可进一步包括非棱形部分，例如，第二部分166可以是非棱形。在各种实施例中，非棱形部分可以是如图8中所示出的汇聚部分或如图9中所示出的发散部分。举例来说，如图8中所说明，冷却通道160可包括汇聚部分，例如，冷却通道160的在冷却通道160的棱形第一部分164与喷射狭槽162之间延伸的第二部分166可具有汇聚侧壁，使得冷却通道160的横截面积从第一部分164到喷射狭槽162降低。尽管图8和9的实例所说明了线性侧壁，但非棱形部分在各种其它实施例中可具有曲线侧壁。此外，所说明的实施例的组合在内本公开的范围也是可能的，例如，非棱形部分可包括各种组合的汇聚部分和发散部分。
在一些实施例中，例如如图10中所说明，喷射狭槽162可轴向地定向且可形成在尖端护罩116的前轨道150的外表面154中。同样如图10中所说明，在此类实施例中，冷却通道160可包括：线性第一部分164，其大体上平行于外表面134延伸；弓形第二部分166，其在第一部分164与喷射狭槽162之间延伸，例如，从第一部分164延伸到第三部分168，其中第三部分168从第二部分166延伸到喷射狭槽162。在此类实施例中，第三部分168可沿大体上平行于前轨道150的前表面152的方向延伸。如图10中所示出，实例实施例包括尖端护罩116的平台132的圆化径向内部拐角。在其它实例实施例中，还可能提供尖端护罩116的平台132的斜切径向内部拐角，且一些此类实施例还可包括冷却通道160的线性第二部分166，所述线性第二部分166相对于第一部分164和第三部分168可以是倾斜的。此外，线性第二部分166可例如沿大体上平行于尖端护罩116的平台132的斜切径向内部拐角的方向延伸。
如上文所提及，第二部分166也可具有额外特征，例如湍流器特征。此类湍流器特征可在流过冷却通道160的冷却流36中产生湍流，这增大了通过冷却流36从尖端护罩116的对流传热的速率。举例来说，如图11中所说明，第二部分166可具有波形形状以在穿过其的冷却流36中形成湍流。作为另一实例，如图12中所说明，第二部分166可包括形成于其中的多个凸起170以在穿过其的冷却流36中形成湍流。
在本公开的另一实施例中，可提供一种在用于涡轮机的叶片的尖端护罩中形成冷却通道的方法，如图13和14中所说明。所述方法可包括在现有尖端护罩116中形成倾斜冷却通道163，其中现有尖端护罩116可包括界定在尖端护罩116中的冷却通道160的现有喷射狭槽161。举例来说，现有喷射狭槽161可形成在前表面136中，例如，从现有喷射狭槽161发出的冷却流36可与燃烧气体34面对面引导。因此，实例方法可包括塞住现有喷射狭槽161的步骤。实例方法可进一步包括形成从现有喷射狭槽161径向向外的新的喷射狭槽162。举例来说，如图13和14中所说明，新的喷射狭槽162可形成在前轨道150中，例如，形成在其前表面152中。实例方法可进一步包括形成从新的喷射狭槽162到冷却通道160的中间部分的孔163，如图14中所示出。
此书面说明书使用实例来公开本技术，包括最佳模式，且还使得所属领域的技术人员能够实践本技术，包括制造和使用任何装置或系统且进行任何所并入的方法。本技术的可获专利的范围由权利要求书界定，且可包括所属领域的技术人员所想到的其它实例。如果其它此类实例包括的结构要素与权利要求书的字面意义相同，或如果此类实例包括的等效结构要素与权利要求书的字面意义无显著差别，那么此类实例意在落入权利要求书的范围内。

Claims (17)

1.一种用于涡轮机的叶片，包括：
在根与尖端之间径向延伸的翼型件，所述翼型件包括从前边缘延伸到后边缘的压力侧表面以及从所述前边缘延伸到所述后边缘的与所述压力侧表面相对的吸力侧表面；
连接到所述翼型件的所述尖端的尖端护罩，所述尖端护罩包括：
平台，包括：径向外表面，所述外表面大体上垂直于所述翼型件延伸；前表面，所述前表面邻近于所述翼型件的所述前边缘大体上垂直于所述涡轮机的轴向中心线而定向；后表面，所述后表面邻近于所述翼型件的所述后边缘；第一侧表面，所述第一侧表面邻近于所述翼型件的所述压力侧表面在所述前表面与所述后表面之间延伸；和第二侧表面，所述第二侧表面邻近于所述翼型件的所述吸力侧表面在所述前表面与所述后表面之间延伸；
邻近于所述平台的所述前表面从所述平台的所述外表面径向向外延伸的前轨道，所述前轨道大体上垂直于所述涡轮机的所述轴向中心线而定向；
界定在所述尖端护罩的所述平台的中心部分中的冷却腔体；和
在所述冷却腔体与形成在所述前轨道中的喷射狭槽之间延伸的冷却通道，所述喷射狭槽定位成在所述尖端护罩的所述平台的所述外表面的径向外部，
其中，所述冷却通道包括邻近于所述冷却腔体的第一部分，所述第一部分在所述冷却腔体与所述冷却通道的第二部分之间平行于所述平台的所述外表面延伸，所述第二部分相对于所述冷却通道的所述第一部分倾斜，所述冷却通道的所述第二部分在所述冷却通道的所述第一部分与所述喷射狭槽之间延伸。
2.根据权利要求1所述的叶片，其中，所述喷射狭槽被配置成相对于所述涡轮机的所述轴向中心线径向向外和倾斜地引导冷却流。
3.根据权利要求1所述的叶片，其中，所述喷射狭槽被配置成相对于所述涡轮机的所述轴向中心线径向向外和垂直地引导冷却流。
4.根据权利要求1所述的叶片，其中，所述冷却通道包括邻近于所述冷却腔体的线性部分，所述线性部分在所述冷却腔体与所述冷却通道的弓形部分之间平行于所述平台的所述外表面延伸，所述冷却通道的所述弓形部分在所述冷却通道的所述线性部分与所述喷射狭槽之间延伸。
5.根据权利要求1所述的叶片，其中，所述冷却通道包括邻近于所述冷却腔体的棱形部分，所述棱形部分在所述冷却腔体与所述冷却通道的非棱形部分之间延伸，所述冷却通道的所述非棱形部分在所述冷却通道的所述棱形部分与所述喷射狭槽之间延伸。
6.根据权利要求1所述的叶片，其中，所述冷却通道的所述第二部分具有界定在其中的湍流器。
7.根据权利要求1所述的叶片，其中，所述喷射狭槽形成在所述尖端护罩的所述前轨道的前表面中。
8.根据权利要求1所述的叶片，其中，进一步包括形成在所述尖端护罩的所述前轨道中的轴向唇缘，且其中所述喷射狭槽形成在所述轴向唇缘的外表面中。
9.根据权利要求1所述的叶片，其中，所述喷射狭槽形成在所述尖端护罩的所述前轨道的外表面中。
10.根据权利要求1所述的叶片，其中，所述喷射狭槽轴向地定向。
11.根据权利要求1所述的叶片，其中，所述喷射狭槽径向地定向。
12.一种燃气涡轮，包括：
压缩机；
安置在所述压缩机下游的燃烧器；
安置在所述燃烧器下游的涡轮，所述涡轮包括：转子轴，所述转子轴轴向延伸通过所述涡轮；外部壳体，所述外部壳体周向地包围所述转子轴以在其间界定热气路径；和多个转子叶片，所述多个转子叶片互连到所述转子轴且界定转子叶片级，其中每个转子叶片包括：
在根与尖端之间径向延伸的翼型件，所述翼型件包括从前边缘延伸到后边缘的压力侧表面以及从所述前边缘延伸到所述后边缘的与所述压力侧表面相对的吸力侧表面；
连接到所述翼型件的所述尖端的尖端护罩，所述尖端护罩包括：
平台，包括：径向外表面，所述外表面大体上垂直于所述翼型件延伸；前表面，所述前表面邻近于所述翼型件的所述前边缘大体上垂直于所述燃气涡轮的轴向中心线而定向；后表面，所述后表面邻近于所述翼型件的所述后边缘；第一侧表面，所述第一侧表面邻近于所述压力侧表面在所述前表面与所述后表面之间延伸；和第二侧表面，所述第二侧表面邻近于所述吸力侧表面在所述前表面与所述后表面之间延伸；
邻近于所述平台的所述前表面从所述平台的所述外表面径向向外延伸的前轨道，所述前轨道大体上垂直于所述轴向中心线而定向；
界定在所述尖端护罩的所述平台的中心部分中的冷却腔体；和
在所述冷却腔体与形成在所述前轨道中的喷射狭槽之间延伸的冷却通道，所述喷射狭槽定位成在所述尖端护罩的所述平台的所述外表面的径向外部，
其中，所述冷却通道包括邻近于所述冷却腔体的第一部分，所述第一部分在所述冷却腔体与所述冷却通道的第二部分之间平行于所述平台的所述外表面延伸，所述第二部分相对于所述冷却通道的所述第一部分倾斜，所述冷却通道的所述第二部分在所述冷却通道的所述第一部分与所述喷射狭槽之间延伸。
13.根据权利要求12所述的燃气涡轮，其中，所述喷射狭槽被配置成相对于所述轴向中心线径向向外和倾斜地引导冷却流。
14.根据权利要求12所述的燃气涡轮，其中，所述喷射狭槽被配置成相对于所述轴向中心线径向向外和垂直地引导冷却流。
15.根据权利要求12所述的燃气涡轮，其中，所述冷却通道包括邻近于所述冷却腔体的线性部分，所述线性部分在所述冷却腔体与所述冷却通道的弓形部分之间平行于所述平台的所述外表面延伸，所述冷却通道的所述弓形部分在所述冷却通道的所述线性部分与所述喷射狭槽之间延伸。
16.根据权利要求12所述的燃气涡轮，其中，所述冷却通道包括邻近于所述冷却腔体的棱形部分，所述棱形部分在所述冷却腔体与所述冷却通道的非棱形部分之间延伸，所述冷却通道的所述非棱形部分在所述冷却通道的所述棱形部分与所述喷射狭槽之间延伸。
17.根据权利要求12所述的燃气涡轮，其中，进一步包括形成在所述尖端护罩的所述前轨道中的轴向唇缘，且其中所述喷射狭槽形成在所述轴向唇缘的外表面中。
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