CN1550650A - 用于冷却涡轮机叶片顶端的微型回路 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于燃气涡轮机发动机中冷却桨片的改进的冷却设计和方法，包括横跨桨片吸力侧壁与压力侧壁之间的顶端的嵌入式微型回路。此微型回路包括至少一个设置在顶端和从桨片的内部冷却腔接受冷却空气的侧壁中的一个附近的入口，以及至少一个设置在顶端附近的出口，冷却空气通过该出口喷入桨片外部的区域中。

Description

用于冷却涡轮机叶片顶端的微型回路

技术领域

本发明涉及一种用于高温旋转机器(如燃气轮涡轮机)中的类型的可冷却桨片，尤其涉及一种改进的桨片顶端冷却系统。

背景技术

在任何燃气涡轮发动机的设计中，效率都是主要关注点。过去，用于提高效率的原理技术之一是提高发动机内燃气通路的温度。使用由高温容量合金制成的内部冷却的元件已适应了增加的温度。例如，涡轮机定子导向叶片和转子叶片通常使用工作于较高压力的压气机空气进行冷却，但是仍然比通过定子导向叶片和转子叶片的内壁燃气气流的温度低。由此可以理解，用于这种冷却的压气机排出空气不能用来支持燃烧室的燃烧。更高的压力为推进空气穿过部件提供所需的能量。然而，从压气机排出的空气所做的有效功的百分比在冷却过程中损耗了。损耗的功没有增加发动机的推力，而且消极地影响了发动机的总体效率。因此本领域技术人员可以认识到，在从更高内壁燃气通路温度获得的效率与伴随的对冷却涡轮机元件的需要以及排出空气进行冷却而损耗的效率之间存在平衡关系。因此，使所用的任何冷却气体的冷却效率最大化很有价值。

因此，为使由于冷却的气流不能支持燃烧而造成的对发动机性能的牺牲最小化，用于冷却定子叶片和转子叶片的任何系统必须优化对压气机排出的冷却空气利用率。桨片冷却通过外部薄膜冷却，内部空气冲击以及强制对流等这些冷却方法来独立或共同完成。

在强制对流冷却中，压气机排放的空气流经叶片和导向叶片的内部空腔，从那里连续带走热量。压气机排放的空气经过一个或多个流入内部空腔的入口进入空腔38。

薄膜冷却已显示为非常有效，但是需要大量流体排出压气机以用于冷却。此外，薄膜冷却以一种复杂且昂贵的方式主动地控制。而且具有薄膜冷却孔的桨片的昂贵的制造和加工增加了耗费成本的复杂程度。还应注意到，一旦冷却空气排出桨片的内部空腔并且和热气体混合在一起，那么将会由于混合过程及混合气流的不同温度水平而导致严重的性能损失。因此，由于桨片的外表面冷却不充分的可能，所以需要更大量的冷却空气。

现有技术的可冷却桨片通常包括多个内部空腔(冷却回路)，该空腔中充有冷却空气。冷却空气经过桨片壁(或平台)流动并在此过程中使热能从桨片传递出去。在现有技术中，通常，叶片顶端薄膜冷却孔在叶片顶端压力侧壁以径向和轴向方向提供外部薄膜冷却。一些设计方案是在有限的可用空间内用尽可能多的薄膜孔，试图用致冷剂布满压力侧壁顶端区域。希望此薄膜冷却然后延及到外顶端表面以及顶端的吸力侧表面以提供那里的冷却。薄膜孔定向为按径向朝外的方向，这是因为在顶端区域占优势的主导气流趋向于以这种方式流动。实际上，由于冷却气流与主气流的强烈运动的热气体混合时的复杂特性，用这种方式冷却叶片顶端依然非常困难且不稳定。

在现有技术的布置中，冷却气流流出薄膜孔并被热燃烧气体带向桨片的后缘并远离顶端盖。典型地，这将导致一个混合的结果，其中一些冷却空气被吸收并与热气体混合在一起，一部分流向顶端盖上，另一部分则会沿着桨片轴向流向后缘。这将导致顶端盖的不充分冷却以及最终造成的顶端盖温度梯度。

涡轮发动机叶片设计者和工程师们一直在努力发展更有效的涡轮机叶片顶端冷却方法，以延长涡轮机叶片的寿命及减少发动机操作成本。根据总燃料的消耗，用于实现此目的的冷却空气是昂贵的。因而，在对涡轮机叶片顶端的冷却中，可以想到，对可利用的冷却空气的更有用和更有效的应用不仅能延长涡轮机叶片的寿命，还可提高发动机的效率，从而降低发动机的操作成本。因此，对于冷却设计还有不断的要求，即，更有用和更有效的应用可利用的冷却空气。

发明内容

本发明克服或减轻了上述以及其它的缺点和不足。

本发明提供了一种微型回路冷却系统，该系统采用了一种新的有效方法结合薄膜冷却来对流冷却桨片顶端。尤其是，此结合具有一个优于现有技术顶端冷却系统的优点，即为在顶端获得相同的金属温度，而所需的冷却顶端的冷压空气更少。更少的压气机排放气流又带来了使涡轮机的效率增高的的额外好处。

本发明的冷却系统采用了至少一个横越布置在桨片的压力和吸力侧壁间的压力通风系统。多个入口和出口与压力通风系统的流道相通。从桨片冷却回路提供的冷却空气进入所述入口，再转移进入所述压力通风系统，流出所述出口，再流入桨片外侧的区域。压力通风系统优选包括多个微型通道，冷却空气流经该微型通道。

如上所述，本发明能够与许多交错的桨片(转子叶片和导向叶片)结构结合起来实施和应用。通过把a)微型通道提供的有效对流冷却以及b)由于薄膜冷却使顶端表面有效的热绝缘结合在一起提供了一个比传统的和现有的设计更冷的顶端。因此采用本发明的有效冷却设计的桨片顶端，不仅具有更长的使用寿命，还能提高整个涡轮机的效率。

本发明还设计了一种用于燃气涡轮机中的冷却涡轮机叶片顶端的方法，此方法包括步骤a)在顶端表面下方制造微型回路，以及b)从冷却气流源提供冷却气流流入微型回路的入口，流经多个微型通道，流出微型回路的出口，流进叶片顶端处的气流中。

附图说明

现在，将结合附图举例描述本发明，附图中：

图1是采用本发明的涡轮机桨片类型的燃气涡轮发动机的简化的横截面视图；

图2是典型的涡轮机叶片的透视图，示出了目前用于叶片顶端的薄膜冷却的实际形状；

图3A是与本发明的微型回路冷却系统结合的桨片的透视图；

图3B是图3A所示桨片的顶端的局部透视图；

图3C是示出与图3B所示桨片的前缘邻近的顶端的局部放大透视图；以及

图4是根据本发明另一实施例的桨片顶端的局部外部透视图。

具体实施方式

示出燃气涡轮发动机10，诸如用于发电或推进的燃气涡轮机，其沿圆周设置在发动机中心线或轴向中心轴12的周围。发动机10包括一风扇14，一压气机16(图1)，一燃烧部分18和一涡轮机20。如本领域所熟知，压气机16(图1)中压缩的空气与燃料混在一起，该燃料在燃烧部分18中燃烧并在涡轮机20中膨胀。压气机16(图1)中压缩的空气和涡轮机20中膨胀的燃料混合物都能称为热气流(热燃烧气体，气流)28。涡轮机20包括转子22，该转子响应膨胀而旋转驱动压气机16(图1)和风扇14。涡轮机20包括多排交互的旋转桨片或叶片24和静态桨片或导向叶片26。图1的系统仅用于解释目的，而不是用于限制本发明，本发明可以用于发电和航行器的燃气涡轮机上。

参考图2，示出了典型的叶片24。每个叶片24有一楔形榫30，该楔形榫使叶片24保持在一在转盘32(图1)周界上形成的补充楔形榫狭槽内。通常，多个叶片顶端薄膜冷却孔34设置在叶片24的外端部或顶端36内，而且续有至少一个内部冷却腔(腔)38。内腔中填充来自压气机16(图1)的冷却空气。薄膜冷却孔34一般在顶端36上沿径向提供外部薄膜冷却。一些设计采用尽可能多的薄膜冷却孔，试图使顶端区域内溢满冷却空气，以冷却顶端36。实际上，由于从薄膜孔中喷出的冷却气体和流经涡轮机20(图1)的热燃烧气体28混合的复杂特性，使顶端36的均匀冷却难以实现。

参考图3A，示出了本发明的叶片顶端冷却设计方案。与图1所示的叶片顶端冷却设计相比，本发明在叶片24的顶端36内采用了一嵌入的微型回路40，用以提供对流和顶端36的薄膜冷却。注意，图3A所示的微型回路40说明了冷却空气(冷却气流)41流过微型回路40时的流动路径。

参考图3A，3B和3C，本发明的特征将通过参照叶片24的桨片来进一步描述。图3B是图3A所示桨片顶端的局部透视图。图3C是显示图3B的桨片顶端的放大透视图。

叶片24是铸件并具有一空腔38位于其中的中空桨片54。叶片24径向设置在楔形榫30上。内部空腔38可以是任何传统形式，通有冷却空气的多关口蜿蜒通道(冷却回路)，如上所述，冷却空气41通常为从发动机的压气机16(图1)流出的空气的一部分。优选地，桨片54具有多个内部冷却空腔(冷却回路)38，该空腔与冷却空气源如压气机16(图1)相连。叶片24包括一普通凹面，绝大部分从凸面横向或周向隔开的第一或压力侧壁42，第二或吸力侧壁44。侧壁42和44分别在轴向相对的前缘46和后缘48处接合，并从桨片54和整体平台56连接的根部50纵向或径向延伸，直至顶端36或闭合桨片54的顶端部分。因此桨片54有一外壁58，其包括吸力侧壁44和设置在一中弧线60的相对侧的压力侧壁42。侧壁42和44分别在前缘46和后缘48之间弦向延伸，在平台和顶端之间顺翼展方向延伸。此外，外壁58包括一外表面66，该外表面66的一部分是顶部表面(顶端表面)67。热燃烧气体(气流)28流经桨片54的外表面66。

微型回路提供了可调整的高对流效率的冷却。为形成先进的冷却结构，高对流效率和高薄膜效率都是必需的。图3A说明了本发明的位于空腔38的外侧的微型回路40。微型回路可以是机械制造的或在某零件内铸造的。在优选实施例中，微型回路由难熔金属构成并且在铸造之前转入分模中。几种包括钼(Mo)和钨(W)的难熔金属有超过镍基超耐热合金的典型的铸造温度的熔点。这些难熔金属可制成锻造薄板材或所需的尺寸的形式，以在涡轮机和燃烧室的冷却设计中得到那些冷却通道特征。特别地，这种微型回路可以制作成零部件，它包括但不是仅限于燃烧室线路，涡轮机导向叶片，涡轮机叶片，涡轮机护罩，导向叶片端壁，和桨片后缘。优选地，这些部件部分地或全部是由镍基合金或碳基合金制作而成。薄的难熔金属板材和金属薄片具有足够的柔软性可用来承受弯曲和形成复杂的形状。柔软性提供了一种能存在于去膜循环中的耐用结构。铸造后难熔金属能被去除，比如通过化学去除法、热吸、或氧化方法，在空腔后面脱离，形成如图3A所示的微型回路40。值得注意的是本发明的冷却设计还可以使用带陶瓷模芯的铸造技术制作而成。

用于叶片24的顶端冷却的本发明包括使用如图3所示的在叶片24的顶端36内横向设置的微型回路40。空腔38在微型回路40的内侧。微型回路40包括至少一个入口孔70，优选为多个入口孔或入口，以及至少一个出口孔72，优选为多个出口孔或出口。

微型回路40还包括至少一个压力通风系统或腔室78，优选为两个不连续的压力通风系统，它的流路与入口70和出口72相通。在优选实施例中有两个压力通风系统78，由一肋83分开。压力通风系统78横跨顶端36。因此压力通风系统78被一顶端内表面82和底端内表面84径向限制或限定。这样，入口70导引冷却空气41从各自的腔室38进入各自的压力通风系统78，从而使冷却空气41冲到顶端36的内侧面上。而且优选地，每个压力通风系统78都包括多个冷却通道或微型通道80，冷却空气41被引导流经此冷却通道或微型通道。如图3A所示，位于各自的压力通风系统78内的微型通道80，优选为彼此连接，以使冷却空气41从入口70转至出口72时混合，进而加强穿过桨片54的顶端36的热传递。优选地，微型回路80与中弧线60基本上交叉布置并且从前缘46到后缘48一直覆盖顶端36，如图3A所示。这样，微型回路80中的冷却空气41以常规方向行进，该方向与溢出桨片54的外表面的热燃烧气体28的流动方向相反。而且，优选地，微型回路80从入口70朝出口72汇聚。这些特征的好处将在随后仔细讨论。

冷却空气41通过出口72流出到桨片54的外侧区域。优选地，出口72是矩形且朝外张开，如图3B所示，通过从其喷射而扩散冷却空气41。扩散角α，如图3B所示，优选为大约等于或小于12度。同样优选地，出口72是向上朝顶端36倾斜的，而且最优选地，当从与顶端表面垂直的方向进行测量时，出口72向上朝顶端36所成角度约在0到45度的范围内。优选地，出口72邻近压力侧壁42设置，延伸过前缘46和后缘48之间并将其间隔开。优选地，入口70邻近吸力侧壁44设置，而且基本沿径向延伸，以使冷却空气41可从各自的腔室38中直接进入到入口70中。冷却空气41是出口72的最冷的下游，而且由于内部对流，当其朝出口72行进时逐渐变热。热量是从顶端36散出的，所以当其向出口72行进时会加热冷却空气41。一旦冷却空气41从微型回路80中喷出，则其会有一部分混合到热燃烧气体28中，而且因为其自己的动量，它可以流出到顶端36的顶部上。因此喷出的冷却空气41通过形成一个可保护叶片24的顶端36使其不与热燃烧气体28影响的薄膜帷幕的方式，来薄膜冷却顶端36的外部并减少热燃烧气体28在顶端36上面的泄漏。按此方式，桨片54的顶端36便用内部对流和外部薄膜冷却两者冷却。

本发明还包括了在顶端36的后缘区域使用通道86，其从一个压力通风系统78起基本沿桨片54的中弧线60延伸，直至后缘48的附近。优选地，由于空间有限，通道86由一个离桨片54的后缘48大约为0.3英寸的长度来限定。同样优选地，通道86是成波浪起伏状的以促进循环单元的构成，进而提高顶端36的后缘区域的热传递。

如图3C所示，至少一个，优选为多个的，在微型回路40内延伸的支座88位于压力通风系统78内并处在压力通风系统78内流动的冷却空气41的流路中。优选地，支座88从微型回路40的顶部内表面82延伸至微型回路40的底部内表面84。最优选地，支座88是用金属整体铸造的并且在压力通风系统78内基本沿径向延伸，与冷空气41的流路交叉。通过产生冷却空气41扰动的方式及提供热传导途径的方式，支座88提供叶片24结构的整体性并加强微型回路40内部的热传递。优选地，支座88是规则或不规则成型的，以促进气流的扰动并增加热传导路径。最优选地，支座88优选形状是三叶草图案的形状(三叶或四叶)，优选为如图3C所示的四叶形状。在此四叶形状中，支座88的横截面由四个朝支座中心向内延伸的弓形侧面板限定。本领域和本发明范围内的技术人员可以理解，支座88可以采用多种形状，其取决于所希望的传热增强效果。另外，本领域和本发明范围内的技术人员还可以理解，支座88的益处和优点还在于通常在微型通路80之间或之内使用支座88。

在优选的实施例中，微型回路40的高度H优选地接近大约0.012英寸到0.025英寸，最优选为约小于0.017英寸。顶端36的顶部表面到微型回路40的顶部内表面82之间的间距D，接近大约为0.015英寸到0.025英寸，最优选地接近约小于0.020英寸。高度H和间距D，是沿如图3C所示的径向测量的。

参考图4，至少一个，优选为多个的放气孔90，穿过顶端36和一个顶端表面67内的埋头部分94延伸，以保持腔室38内无可以堵塞该腔室的沉淀物。放气孔90与微型回路40内的冷却空气41并不互相影响，只是流路与腔室38相通并从腔室中排出任何废弃物。

再参考图3A、3B和3C，在这里说明和描述的本发明的好处会更详细。本发明较现有技术具有减少热燃烧气体28在顶端36上的泄漏的附加的优点。叶片顶端泄漏是桨片54的压力侧壁和吸力侧间压力差以及热燃烧气体28朝顶端36的加速度的函数。叶片顶端泄漏是由热燃烧气体28进入在叶片24的顶端36与叶片外部的空气封口(没示出)之间的间隙而引起的。由于热燃烧气体28没流经涡轮机20做功，因而此泄漏是不希望的。在本发明中，冷却空气41以冷却剂喷射的形式排出出口72。此喷射气加速热燃烧气体28流动，以在顶端36之上形成薄膜帷幕，进而阻止热燃烧气体28泄漏到叶片24的顶端36上面。

此外，本发明还限制了从叶片24的内腔38中析出的冷却空气41的量，以取得所希望的最佳的顶端冷却效果。如前所述，冷却空气供应是从压气机16(图1)获得的，并且最后排放到涡轮机20的区域中。从压气机16(图1)中带走的是空气和产生涡轮机的有用功。因此本发明设计的入口70的尺寸确定为大约小于自由气流流量的0.5％，以减少这些附加损失。

冷却效率比由热燃烧气体28和主体金属之间的温度之差与热燃烧气体28和冷却剂(冷却空气)之间的温度之差的比率决定。优选地，涡轮机工程师和设计者们试图设计出超过70％的冷却效率，因为金属温度越低叶片24的整体耐久性越好。这点在本发明中通过两种方法来取得。首先，薄膜冷却被用来降低热燃烧气体28的温度。由于冷却气体41从出口72中喷入热燃烧气流时的混合，使温度降低了。但是，依赖于这种方法是不理想的，因为如上所述，从压气机16(图1)中带走的冷却空气41越多，压气机16(图1)能做的功就越少。因此，如上所述，本发明使用了一种新的方法来在内部对流冷却顶端36，以取得理想的冷却效率百分比。注意，传统的桨片顶端的薄膜冷未采用这种方法来达到高的稳定的效率程度。对流冷却效率的值是冷却空气41在微型回路40内行进时的热吸收的函数，如下所示：

η_c＝[T_{coolant，out}-T_coolant，in]/[T_metal-T_coolant，in]

其中：

T_{coolant，out}＝流出出口的冷却空气的温度

T_coolant，in＝进入入口的冷却空气的温度

T_metal＝桨片的主体金属的温度。

在上面的等式中，涡轮机工程师和设计者们探寻一种通过高热吸收来冷却桨片54的顶端36的设计。此设计用多种方法达到了这种增强的热吸收，下面将进行细述。首先，支座88促进了微型回路40的微型通道80内的气流的扰动。第二，支座88还起增加表面积由此增加对流传热途径的作用。第三，当冷却空气41从入口70转到各自的微型通道80时入口70提供了顶端36的冲击冷却源。优选地，入口70在桨片54的吸力侧附近冲击顶端36。吸力侧上的冲击是非常期望的，因为桨片54的吸力侧倾向于外部漩涡的，该漩涡将会将高热载荷强加于叶片24的吸力侧44上。这些漩涡是由流到桨片54的顶端上并落在吸力侧主气流上的的气体28引起的。当它们喷射并落在吸力侧上并与主气流混合从而产生漩涡效应时，这些漩涡有一定的角动量和方向。因此本发明并不完全依赖薄膜冷却来冷却顶端36。

本发明还有会聚微型通道80的附加优点。冷却空气41是次音速的，因此微型通道80在入口70和出口72之间的汇聚有利于加速气流流动及提高传热效率。因而，本发明的微型回路40还提供了另外一种用于提高热吸收的方法。

另外，本发明具有调整出口72的弦线间距的性能，该性能可将薄膜冷却应用到顶端36上。在现有技术中，薄膜冷却孔间的间距提供了最适度的薄膜冷却覆盖率。此面积内的金属冷却依赖于金属内的对流来冷却顶端表面，而且同样地，金属的实验温度高于薄膜平均温度。本发明的设计允许孔的间隔在顶端36的顶端泄漏较严重的区域内更近些。本发明，与现有技术不同，优选地提供出口72的形状是矩形的，而且有一个随气流流出出口72而增加的横截面积。此横截面积的增加或出口72的扩散有利于冷却空气41的扩散。通过排出出口72时扩散冷却空气41，冷却薄膜的覆盖率会增加。这样便提高了薄膜帷幕在顶端36处的效率，进而使不希望的顶端泄漏达到最小。在现有技术中，由于加工方法是钻所以孔是圆形的。因此，在本发明中，与现有技术的设计相比，由薄膜冷却提供的覆盖率是有效的。

参考图4，示出了本发明另一实施例的桨片顶端36的局部外部透视图。在此变换的实施例中，搁板92被优选地用在邻近桨片54压力侧壁的顶端36的顶部表面67上。因此，出口72能交替地设置在搁板92上，这样，冷却空气41便从出口72喷出到顶端36的顶部表面67上，这与图3A所示的压力侧壁54相对。

如上所述，本发明可实现并应用在多种可交错的桨片(叶片和导向叶片)轮廓的连接上。此外，本领域和本发明范围内的技术人员可以理解，微型通道80以及其之间的间隔布置，支座88的尺寸，出口和进口尺寸和方向都能变化以最佳程度地满足给定桨片设计的顶端冷却。

因此，本发明提供了一种使用了新的方法来进行薄膜和对流冷却桨片的冷却系统。尤其是，这种组合具有比现有技术的顶端冷却系统要好的优势，以在顶端36处获得相同的金属温度，所需的用于冷却顶端36的冷压缩空气较少。更少的压气机排放气流会导致产生提高涡轮机效率的附加优势。与现有技术相比，本发明提供了一种新的微型回路顶端冷却设计，用于协同提高性能及延长叶片寿命。本发明的微型回路40给薄膜冷却顶端36提供了一种改进的手段，也提供了一种新的有效对流冷却顶端36的方法。

a)由微型通道80提供的有效对流冷却，和b)由于薄膜冷却在顶端表面产生的有效热绝缘，这两者的结合与传统的和当今的设计相比，提供了一个更冷的顶端。因此，使用了本发明的有利的冷却设计的顶端36将不仅仅有一个更长的寿命，还会提高整体的涡轮机效率。

虽然本发明是参考优选的实施例进行描述的，但是本领域技术人员可以理解的是各种可以实现的变化和元件的等效替换都没有超出本发明的范围。此外，各种本发明的可以做的以适合一种特定情形或特定材料的修改也没超出本发明的范围。所以，本发明并非仅限于所披露的作为最佳的预期方式用于实现本发明的详细的实施例，而且本发明还将包括属于所附的权利要求范围中的所有的实施方式。

Claims (36)

1.一种涡轮机叶片，包括：

中空的桨片，冷却气流可以从所述桨片的一端流入到此中空桨片内，所述桨片包括在前缘和后缘连接在一起且从根部延伸到顶端的压力侧壁和吸力侧壁；

至少一个设置在所述顶端内的微型通道，所述微型通道包括一个入口和出口，所述入口和所述出口在流路上与所述微型通道连通；以及

给所述桨片提供冷却气流的装置，其中所述冷却气流经所述微型通道从所述桨片进入所述入口，并在所述出口处排出到所述桨片外部的区域中。

2.如权利要求1所述的叶片，还包括至少一个支座，所述支座至少部分地在所述微型通道内流通的所述冷却气流的流路中径向延伸。

3.如权利要求2所述的叶片，其中所述支座形成为一定形状，以提高所述冷却气流在所述微型通道内的扰动，并增加所述顶端的热传导表面。

4.如权利要求3所述的叶片，其中所述支座是三叶草形状。

5.如权利要求2所述的叶片，其中所述入口在流路上与位于所述桨片内的冷却回路相通，所述出口通过一个所述侧壁延伸，并对准用于相对地冲击所述冷却气流的顶端。

6.如权利要求5所述的叶片，其中所述出口设置在所述压力侧壁内，并相对于与所述顶端的顶部外表面垂直的轴线，出口向上朝所述顶端成一定角度，此角度在0到45度左右之间的范围中。

7.如权利要求5所述的叶片，其中所述微型通道被定向为基本横跨所述吸力侧壁和压力侧壁之间的所述顶端。

8.如权利要求5所述的叶片，其中所述微型通道朝所述出口汇聚，所述出口分叉以便在其中扩散冷却气流。

9.如权利要求1所述的叶片，其中所述顶端包括至少部分地来自所述侧壁之一的埋头顶部表面，所述出口通过用于所述顶端的薄膜冷却的所述埋头顶部表面部分延伸。

10.如权利要求7所述的叶片，还包括：

至少一个微型通道，基本沿所述桨片的中弧线朝着所述后缘取向，并在流路上与取向为基本横跨所述吸力侧壁与压力侧壁之间所述顶端的所述微型通道相通；

其中所述冷却气流从所述至少一个取向为基本横跨所述吸力侧壁与压力侧壁之间所述顶端的微型通道流进入取向为基本沿靠近所述后缘的所述桨片中弧线的所述微型通道，并且通过设置在接近所述后缘的所述压力侧壁的外部表面中的一个出口排出。

11.如权利要求5所述的叶片，其中所述冷却气流沿与燃气气流相反的方向流经所述微型通道，所述气流横跨所述叶片的外表面流动。

12.一种桨片，包括：

把前缘和后缘结合在一起的压力侧壁和吸力侧壁，其彼此间隔设置以限定在桨片根部和顶端之间纵向延伸的内部空腔，冷却空气从所述内部空腔的一个端部能流入到此内部空腔中；

至少一个横向设置在所述第一与第二侧壁之间的压力通风系统；

多个在流路上与所述压力通风系统相通的入口，所述入口是独立的，并且被间隔开，而且邻近所述顶部和所述吸力侧壁设置；

多个在流路上与所述压力通风系统相通的出口；以及

一种提供冷却空气的装置，其中冷却空气进入所述入口，传送之所述压力通风系统中，并流出所述出口进入桨片外部的区域。

13.如权利要求12所述的桨片，其中所述入口在流路上与位于所述桨片内的冷却回路内的冷却空气相通，所述入口对准所述用于相对地冲击所述冷却气流的顶端。

14.如权利要求12所述的桨片，还包括至少一个支座，所述支座至少部分地在流通于所述压力通风系统内的冷却气流的流路中沿径向延伸。

15.如权利要求14所述的桨片，其中所述支座形成一定形状，以提高所述冷却空气在所述压力通风系统内的扰动，并增加所述顶端的热传导表面。

16.如权利要求15所述的桨片，其中所述支座为三叶草形状。

17.如权利要求13所述的桨片，其中所述出口设置在所述压力侧壁内，而且相对于与所述顶端的顶部外表面垂直的轴线方向，此出口向上朝所述顶端成一定角度，此角度在0到45度左右之间的范围内。

18.如权利要求12所述的桨片，其中所述顶端包括至少部分地来自所述侧壁之一的埋头顶部表面，所述出口通过用于所述顶端的薄膜冷却的所述埋头顶部表面部分延伸。

19.如权利要求13所述的桨片，其中所述压力通风系统包括多个取向为基本横跨所述吸力侧壁与压力侧壁之间所述顶端并在流路上与所述入口和所述出口相通的微型通道，所述微型通道设置为从所述入口供给冷却空气，以及通过所述出口排放冷却空气。

20.如权利要求19所述的桨片，还包括：

邻近所述后缘，基本沿所述桨片的中弧线取向，并在流路上与所述至少一个所述微型通道相通的至少一个微型通道；

其中冷却空气从所述微型通道的至少一个进入邻近所述后缘的沿所述桨片的中弧线取向的所述微型通道，并经过在所述压力侧壁的外部表面内邻近所述后缘设置的出口流出。

21.如权利要求19所述的桨片，其中冷却空气沿与燃气气流的方向相反的方向流经所述微型通道，所述燃气气流横跨所述桨片的外部表面流动。

22.如权利要求19所述的桨片，其中所述微型通道相互连接，并且所述压力通风系统有不大于0.025英寸的径向高度。

23.一种适用于具有压力侧壁和吸力侧壁的中空桨片的顶端中的内置微型回路，所述压力侧壁和吸力侧在前缘和后缘结合在一起，并从根部延伸至顶端，该微型回路包括：

多个冷却空气可以经其进入的入口；

多个在流路上与所述入口连通并且冷却空气可以经其进入的相互连接的微型通道；

多个在流路上与所述微型通道相通的出口，所述出口设置在压力侧壁内并将冷却气流从所述微型通道中转至桨片顶端外部的区域；以及

一种用于把冷却空气供给所述入口的装置。

24.如权利要求23所述的微型回路，还包括至少一个支座，设置在微型回路内和冷却空气的流路中，以便扰动在微型回路内流动的冷却空气。

25.如权利要求24所述的微型回路，其中所述支座形成一定形状，以提高微型回路内的气流扰动并增加它的热传导表面。

26.如权利要求25所述的微型回路，其中所述支座为三叶草形状。

27.如权利要求23所述的微型回路，其中所述入口在流路上与设置在所述桨片内的冷却回路中的冷却空气相通，所述入口对准用于相对地冲击所述冷却气流的顶端。

28.如权利要求27所述的微型回路，其中所述出口相对于与顶端的顶部外表面垂直的轴线方向，向上朝所述顶端成一定角度，此角度在0到45度左右之间的范围内。

29.如权利要求23所述的微型回路，其中所述微型通道取向为基本横跨所述吸力和压力侧壁之间的顶端，所述微型通道设置为从所述入口供给冷却空气，并通过所述出口排放冷却空气。

30.如权利要求29所述的微型回路，还包括：

至少一个邻近所述桨片后缘，基本沿所述桨片的中弧线取向的，并在流路上与至少一个所述微型通道相通的微型通道；

其中冷却空气从所述相互连接的微型通道进入邻近所述后缘沿所述桨片的中弧线取向的所述微型通道，并经过在所述压力侧壁的外部表面内邻近所述后缘设置的出口流出。

31.如权利要求29所述的微型回路，其中冷却空气沿与燃气气流的方向相反的方向流经所述微型通道，所述燃气气流横跨桨片的外部表面流动。

32.如权利要求23所述的微型回路，其中所述出口相对于与顶端的顶部外表面垂直的轴线方向，向上朝顶端成一定角度，此角度大约在0到45度之间的范围内。

33.一种用于燃气涡轮机的涡轮叶片顶端的冷却方法，包含步骤：

在顶端表面下方制造微型回路，所述微型回路包括：

允许来自叶片内的冷却流体源的冷却气流通过的入口；

多个在流路上与所述入口连通并且冷却气流可以通过其进入的相互连接的微型通道；以及

在流路上与所述微型通道相通的出口，所述出口将冷却气流从所述微型通道转至桨片顶端外部的区域；以及

从冷却流体源中提供冷却气流以流入所述入口中，流经所述多个微型通道，并流出所述出口，流入叶片顶端的气流。

34.如权利要求33所述的方法，其中所述微型回路的所述制造包括步骤：

将难熔金属成型为所述微型回路的形状；

将所述难熔金属插入用于铸造叶片的铸模中；以及

铸造完成后，从叶片中去除所述难熔金属。

35.如权利要求33所述的方法，其中所述叶片由从镍基合金和碳基合金构成的组中选出的金属制造而成。

36.如权利要求33所述的方法，其中所述微型通道在所述叶片的表面下方以不大于0.03英寸的间距制造。

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