CN205532726U - 涡轮叶片中的内部冷却通道 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种用于燃气涡轮机发动机的涡轮的叶片，该叶片包括翼型件，该翼型件具有前缘、后缘、外侧尖端、和内侧端。该翼型件还可以包括冷却构型，该冷却构型包括多个冷却通道以用于接收和引导冷却剂。冷却通道可以包括线性冷却通道和弯曲冷却通道。该叶片还可以包括波状形状，该波状形状在内侧端与外侧尖端之间由翼型件限定，其中该波状形状被配置成使得包括目标区域，该目标区域对于从翼型件的内侧端处的位置径向地延伸的线性参考线而言无法进入。弯曲冷却通道可以被配置成在上游端与下游端之间延伸，以便与位于上游端与下游端之间的目标区域相交。

Description

涡轮叶片中的内部冷却通道

技术领域

本申请涉及燃气涡轮发动机中的涡轮叶片的内部冷却通道。更具体但并不构成限制地，本申请涉及形成于后排涡轮转子叶片内的长转子叶片内的非线性内部冷却通道。

背景技术

应当领会，燃气涡轮发动机大体包括压缩机、燃烧器、和涡轮。压缩机和涡轮部段大体包括按级轴向地堆叠的叶片排。每级均包括固定的周向地间隔开的定子叶片排、以及关于中心涡轮轴线或轴旋转的转子叶片排。在操作中，总体而言，压缩机转子叶片关于轴旋转，并且与定子叶片协调作用压缩气流。压缩空气供给随后用于燃烧器中，以燃烧燃料供给。通过燃烧获得的热膨胀气体(即，工作流体)流膨胀通过发动机的涡轮部段。通过涡轮的工作流体流引起转子叶片旋转。转子叶片连接到中心轴，使得转子叶片的旋转使轴旋转。

通过该方式，燃料中所包含的能量转化成旋转轴的机械能，该机械能例如能够用于使压缩机的转子叶片旋转，使得产生燃烧所需的压缩空气供给，以及使发电机的线圈旋转，使得产生电能。在操作期间，由于热气体路径的极限温度，工作流体的速度、以及发动机、涡轮叶片(如上所述，大体包括旋转转子叶片和固定的周向地间隔开的定子叶片)的转速由于极限机械和热负载而受到高应力。

对能量不断增长的需求使得工程设计更高效的燃气涡轮发动机成为持续并且显著的目标。尽管用于提高涡轮发动机效率的若干策略是众所周知的，但是由于这些备选方式(例如包括增大发动机的尺寸、增大通过热气体路径的温度、以及增大转子叶片的转速)通常在已经受到高应力的部件(例如涡轮转子和定子叶片)上施加额外的应变，使得该目标仍然具有挑战性。因此，非常需要改进的能够降低作用在涡轮叶片上的操作应力或者允许涡轮叶片更好地承受这些应力的设备、方法和/或系统。如本领域普通技术人员应当领会的，一种用于缓解作用在叶片上的热应力的策略是在操作期间对其进行冷却。有效的冷却例如可以允许叶片承受更高的点火温度、在高操作温度下承受更大的机械应力、并且/或者延长叶片的部件寿命，所有这些都可以允许涡轮发动机更加成本有效并且操作高效。在操作期间冷却叶片的一种方法是使用内部冷却通路或回路。总体而言，这包括使相对较冷的压缩空气通过叶片内的内部冷却通道，所述压缩空气供给可以由涡轮发动机的压缩机供给。当压缩空气通过叶片时，其对叶片进行对流冷却，从而允许部件承受其在其它情况下无法承受的点火温度。

出于多种原因，应当领会，在设计和制造这些冷却通道的构型时需要非常注意。第一，使用冷却空气需要较大成本。即，被从压缩机转移到发动机的涡轮部段以用于冷却的空气绕过燃烧器，并且因此降低发动机的效率。这样一来，冷却通道必须被设计成以高效方式使用空气，即，提供必要的覆盖和冷却效率，使得出于该目的需要的空气量最少。第二，更新、更积极成形的气动叶片构型更薄并且更加弯曲或扭曲，从而通常导致无法使用使涡轮叶片长度伸长的线性冷却通道，同时叶片的薄度需要冷却通道在具有紧凑型设计的同时性能良好。第三，为了降低机械负载，冷却通道可以形成为从叶片移除不必要的重量；然而，叶片仍然必须保持强健，以承受极限机械负载。因此，冷却通道必须被设计成使得涡轮叶片具有轻质但是强健的构造，同时避免了将不利地影响叶片弹性的应力集中。这样一来，在形状更积极、更薄的气动叶片构型中性能良好的涡轮叶片冷却构型促进更轻的叶片内部构造、保持部件的结构支承、同时还提供商业上需要的高冷却效率。

实用新型内容

因此，本实用新型描述一种用于燃气涡轮机发动机的涡轮的叶片，该叶片包括翼型件，该翼型件具有前缘、后缘、外侧尖端、和内侧端，在该内侧端处，翼型件附接到根部，该根部被配置成将涡轮叶片联接到转子盘。该翼型件还可以包括冷却构型，该冷却构型包括多个细长冷却通道以用于接收和引导冷却剂通过翼型件。多个冷却通道可以包括至少线性冷却通道和弯曲冷却通道。该叶片还可以包括波状形状，该波状形状在内侧端与外侧尖端之间由翼型件限定，该波状形状被配置成使得包括目标区域，该目标区域对于从翼型件的内侧端处的位置径向地延伸的线性参考线而言无法进入。弯曲冷却通道可以被配置成在上游端与下游端之间延伸，以便与位于该上游端与下游端之间的目标区域相交。

在本实用新型的一个实施例中涉及一种用于燃气涡轮机发动机的涡轮的叶片，所述叶片包括翼型件，所述翼型件具有前缘、后缘、外侧尖端、和内侧端，在所述内侧端处，所述翼型件附接到根部，所述根部被配置成将所述涡轮叶片联接到转子盘，其中所述翼型件包括冷却构型，所述冷却构型包括多个细长冷却通道以用于接收冷却剂并引导冷却剂通过所述翼型件，所述叶片还包括：波状形状，所述波状形状在所述内侧端部与所述外侧尖端之间由所述翼型件限定，所述波状形状被配置成使得包括对于径向地延伸穿过所述翼型件的线性参考线而言无法进入的目标区域；和弯曲冷却通道，所述弯曲冷却通道被配置成在上游端与下游端之间延伸，以便与位于所述上游端与所述下游端之间的目标区域相交；冷却剂进给，所述冷却剂进给被配置成与所述弯曲冷却通道的下游端流体连通。

其中，所述冷却剂进给延伸穿过所述叶片的根部，以便连接到冷却剂源；

其中所述叶片包括转子叶片并且所述弯曲冷却通道包括铸造后特征；并且

其中所述线性参考线包括在所述翼型件的外侧尖端与内侧端之间延伸的线性参考线。

其中，所述翼型件的波状形状包括以下中的至少一种：

沿所述前缘和所述后缘连接的凹形压力侧面和凸形吸力侧面；和

径向弯曲部件，通过所述径向弯曲部件沿所述翼型件的纵向轴线限定弧。

其中，所述翼型件的波状形状包括关于所述翼型件的纵向轴线的扭曲，所述扭曲被配置成使得在所述内侧端与所述外侧尖端之间逐渐改变所述翼型件的斜罩角。

其中，所述翼型件的波状形状包括沿所述翼型件的纵向轴线的逐渐变细，所述逐渐变细包括以下中的至少一种：

轴向逐渐变细，所述前缘与所述后缘之间的距离通过所述轴向逐渐变细在所述翼型件的内侧端与外侧尖端之间逐渐减小；和

周向逐渐变细，所述压力侧面与所述吸力侧面之间的厚度通过所述周向逐渐变细在所述翼型件的内侧端与所述外侧尖端之间逐渐减小。

其中，所述目标区域的线性无法进入性的构型包括以下中至少两种的组合：关于所述翼型件的纵向轴线的扭曲；沿所述翼型件的纵向轴线的逐渐变细；和径向弯曲部件，通过所述径向弯曲部件沿所述翼型件的纵向轴线限定弧；并且

其中所述弯曲冷却通道的曲率被配置成使得与所述翼型件的波状形状的曲率相对应。

其中，所述弯曲冷却通道的下游端连接到穿过所述翼型件的外表面形成的出口端口，所述出口端口定位在以下中的至少一个上：所述外侧尖端；所述压力侧面；所述吸力侧面；所述前缘；和所述后缘。

其中，在所述上游端处，所述弯曲冷却通道包括与所述冷却剂进给的连接，所述连接包括靠近所述翼型件的内侧端的位置。

其中，在所述上游端处，所述弯曲冷却通道包括与线性冷却通道的下游端的连接，所述连接包括所述翼型件内的位置；

其中所述线性冷却通道在与所述弯曲冷却通道的连接和与所述冷却剂进给的连接之间延伸。

其中，所述翼型件包括被限定于轴向中线的每一侧的前半部和后缘半部，所述轴向中线连接翼型件弧线的中点；

其中所述翼型件包括被限定在所述翼型件的径向中线的内侧和外侧的径向堆叠部段，其中内侧部段在所述根部与所述径向中线之间延伸，并且外侧部段在所述径向中线与所述外侧尖端之间延伸；并且

其中所述冷却构型包括多个弯曲冷却通道。

其中，所述弯曲冷却通道中的每一个的上游端都包括靠近所述翼型件的轴向中线和内侧端的位置；并且

其中所述弯曲冷却通道包括朝向形成于以下中的至少一个上的出口端口弯曲的曲率：所述翼型件的后缘；和所述翼型件的前缘。

其中，所述弯曲冷却通道中的每一个都相对于其它的弯曲冷却通道平行地并且沿朝向所述翼型件的后缘弯曲的曲率延伸；

其中所述出口端口包括沿所述翼型件的后缘的径向间隔。

其中，所述弯曲冷却通道的上游端定位在所述翼型件的前半部内，并且所述出口端口形成为穿过所述翼型件的后半部的外表面。

其中，所述转子叶片被配置成用于在多级涡轮中的后排转子叶片中操作；

其中所述目标区域定位在所述翼型件的外侧部段内。

其中，所述目标区域定位在所述翼型件的后半部内；并且

其中所述弯曲冷却通道中的每一个都包括朝向所述翼型件的后缘弯曲的曲率。

其中，所述冷却构型包括多个线性冷却通道和多个弯曲冷却通道，所述多个弯曲冷却通道均具有定位在所述翼型件的内侧端附近的上游端；并且

其中所述线性冷却通道和所述弯曲冷却通道延伸跨过所述翼型件的至少大部分径向高度。

其中，所述弯曲冷却通道中的每一个都从在中间翼展联结处连接到所述线性冷却通道中的一个的内侧位置处平行地延伸到每个弯曲冷却通道连接到所述出口端口的外侧位置处。

其中，所述弯曲冷却通道中的一个包括曲率，所述曲率与所述翼型件的压力侧面的表面外形相对应；并且

其中所述弯曲冷却通道中的每一个都包括与所述翼型件的吸力侧面的表面外形相对应的曲率。

其中，所述弯曲冷却通道相对于所述翼型件的外表面的区域的曲率径向地延伸；并且

其中，所述弯曲冷却通道相对于所述翼型件的外表面的区域保持基本恒定偏置。

其中，所述弯曲冷却通道包括通过铸造所述叶片之后的加工工艺形成的铸造后特征；并且

其中所述加工工艺包括可操纵电化学加工工艺和放电加工过程中的一种。

当结合附图以及所附权利要求阅览下文对优选实施例的详细描述时，本申请的这些和其它的特征将变得显而易见。

附图说明

通过结合附图仔细研究下文对本实用新型的示例性实施例更加详细的描述，本实用新型的这些以及其它的特征将得到更加全面的理解和领会，在附图中：

图1是其中可以使用根据本申请的实施例的叶片的示例性涡轮发动机的示意图；

图2是图1的燃烧涡轮发动机的压缩机部段的剖视图；

图3是图1的燃烧涡轮发动机的涡轮部段的剖视图；

图4是其中可以使用本实用新型的实施例的示例性涡轮转子叶片的侧视图；

图5是沿图4的视线5-5的剖视图；

图6是沿图4的视线6-6的剖视图；

图7是沿图4的视线7-7的剖视图；

图8是沿图4的视线8-8的剖视图；

图9是示例性涡轮转子叶片的透视图，该示例性涡轮转子叶片包括其中可以使用本实用新型的实施例的扭曲、弯曲和锥形构型；

图10是沿图9的视线10-10的部分剖视、部分透视图；

图11是涡轮转子叶片的侧视图，其中示出了传统的线性冷却通道；

图12是图11的涡轮转子叶片的透视图；

图13是涡轮转子叶片的侧视图，其中示出了根据本实用新型的示例性实施例的弯曲冷却通道；

图14是图13的涡轮转子叶片的透视图；

图15是涡轮转子叶片的透视图，该涡轮转子叶片具有根据本实用新型的备选实施例的弯曲冷却通道；

图16是涡轮转子叶片的透视图，该涡轮转子叶片具有根据本实用新型的备选实施例的弯曲冷却通道；和

图17是涡轮转子叶片的透视图，该涡轮转子叶片具有根据本实用新型的备选实施例的弯曲冷却通道。

具体实施方式

本实用新型的方面和优点将在下文的描述中有所阐述，或者可以是通过描述显而易见的，或者可以通过实施本实用新型而习得。现在将详细地参照本实用新型的实施例，其中的一个或多个例子示于附图中。详细的描述使用附图标记来表示附图中的特征。附图和描述中相似或类似的附图标记可以用于表示本实用新型的实施例的相似或类似的部件。如应当领会的，每个例子都以对实用新型进行解释的方式给出，并不对本实用新型构成限制。实际上，对于本领域技术人员而言显而易见的是，能够在不偏离本实用新型的范围或者精神的前提下对本实用新型进行改型和变型。例如，作为一个实施例的一部分示出或者进行描述的特征能够用于另一个实施例，从而产生又一个实施例。因此，期望的是，本实用新型覆盖落入所附权利要求及其等同形式的范围内的这些改型和变型。应当理解，除非另有说明，否则本文中所提到的范围和界限包括处于规定界限内的所有的子范围(其中包括界限本身)。此外，某些术语已被选为用于描述本实用新型及其部件子系统和部分。在可能的范围内，这些术语是基于技术领域内公知的术语选择的。还应当领会，这些术语通常具有不同的解释。例如，本文中所称的单个部件，在其它地方可以被称为由多个部件构成，或者本文中所称的包括多个部件，在其它地方可以被称为是单个部件。在理解本实用新型范围的过程中，不仅应当注意所使用的特定的术语，还应当注意所附的描述和上下文，以及所参照和描述的部件的结构、构型、功能、和/或使用，其中包括术语与若干附图相关的方式，当然还有术语在所附权利要求中的准确使用。此外，尽管结合特定类型的涡轮发动机提供了以下例子，但是本实用新型的技术还可以用于其它类型的涡轮发动机，如相关技术领域内的普通技术人员将理解的那样。

考虑到涡轮发动机操作的特性，若干描述性的术语可以在本申请全文中使用，以便解释发动机以及/或者包括在其中的若干子系统或部件如何起作用，并且可以证明在本部分一开始就定义这些术语是有益的。因此，除非另有说明，否则这些术语及其定义如下。没有进一步具体说明的话，术语“前部”和“后部”指的是相对于燃气涡轮机取向的方向。即，“前部”指的是发动机的前部或压缩机端，并且“后部”指的是发动机的后部或涡轮端。应当领会，这些术语中的每一个都可以用于表示发动机内的移动或相对位置。术语“下游”和“上游”用于指示特定管道内相对于移动通过其中的流的大体方向的位置。(应当领会，这些术语参照相对于正常操作期间期望的流的方向，这对于本领域内的任何普通技术人员而言都应当是显而易见的)。术语“下游”指的是其中流体流过特定管道的方向，而“上游”指的是与之相反的方向。因此，例如，开始作为移动通过压缩机的空气并且随后变为在燃烧器内并超过燃烧器的燃烧气体的通过涡轮发动机的工作流体的主要流可以被描述成开始于朝向压缩机的上游或向前端的上游位置处并且终止于朝向涡轮的下游或后部端的下游位置处。就描述常见类型的燃烧器内的流动方向而言，如下文更详细地讨论的，应当领会，压缩机排放空气典型地通过朝向燃烧器的后部端集中的冲击端口进入燃烧器(相对于燃烧器纵向轴线以及上述的限定了前部/后部区别的压缩机/涡轮定位)。一旦位于燃烧器中，压缩空气由围绕内部室形成的流环被引向朝向燃烧器的前端，气流在此处进入内部室，并且逆转其流动方向，朝向燃烧器的后端行进。在又一种背景下，可以通过相同的方式来处理流过冷却通道的冷却剂。

此外，考虑到压缩机和涡轮关于中心共同轴线的构型，以及对于多种燃烧器类型而言常见的圆柱形构型，本文中可以使用描述相对于轴线的位置的术语。就这方面而言，应当领会，术语“径向”指的是与轴线垂直的移动或位置。关于这一点，可能需要描述相对于中心轴线的相对距离。在该情况下例如，如果第一部件定位成相比第二部件更靠近中心轴线，那么第一部件将被描述成相对于第二部件“径向向内”或位于“内侧”。另一方面，如果第一部件定位成相对于第二部件更远离中心轴线，那么第一部件将在本文中被描述成相对于第二部件“径向向外”或位于“外侧”。此外，如应当领会的，术语“轴向”指的是与轴线平行的移动或位置。最后，术语“周向”指的是围绕轴线的移动或位置。如上所述，尽管这些术语可以结合延伸通过发动机的压缩机和涡轮部段延伸的共同中心轴线应用，但是这些术语也可以结合发动机的其它部件或子系统使用。通过背景的方式，现在参照附图，图1至图3示出了其中可以使用本申请的实施例的示例性燃烧涡轮发动机。本领域技术人员应当理解，本实用新型不限于该种类型的使用。如上所述，本实用新型可以用于燃烧涡轮发动机，例如用于发电和飞机的发动机、蒸汽涡轮发动机、以及其它类型的旋转发动机。所提供的例子并不意在对涡轮发动机的类型构成限制。

图1是燃烧涡轮发动机10的示意图。总体而言，燃烧涡轮发动机通过从由燃料在压缩空气流中燃烧而产生的热气体的加压流提取能量进行操作。如图1中所示，燃烧涡轮发动机10可以被配置成具有：轴向压缩机11，该轴向压缩机通过共同轴或转子联接到下游涡轮部段或涡轮12；以及定位在压缩机11与涡轮12之间的燃烧器13。

图2示出了可以用于图1的燃烧涡轮发动机中的示例性多级轴向压缩机11的视图。如图所示，压缩机11可以包括多个级。每个级都可以包括一排压缩机转子叶片14，随后是一排压缩机定子叶片15。因此，第一级可以包括关于中心轴旋转的一排压缩机转子叶片14，随后是在操作期间保持固定的一排压缩机定子叶片15。

图3示出了可以用于图1的燃烧涡轮发动机中的示例性涡轮部段或涡轮12的局部视图。涡轮12可以包括多个级。示出了三个示例性级，但是涡轮12中可以存在更多或更少的级。第一级包括在操作期间关于轴旋转的多个涡轮斗叶或涡轮转子叶片16、以及在操作期间保持固定的多个喷嘴或涡轮定子叶片17。涡轮定子叶片17关于旋转轴线大体彼此周向地间隔开并且固定。涡轮转子叶片16可以安装于涡轮轮(未示出)上，以用于关于轴(未示出)旋转。还示出了第二级涡轮12。第二级类似地包括多个周向地间隔开的涡轮定子叶片17，随后是多个周向地间隔开的涡轮转子叶片16，该多个周向地间隔开的涡轮转子叶片同样安装于涡轮轮上以用于旋转。还示出了第三级，并且类似地包括多个涡轮定子叶片17和转子叶片16。应当领会，涡轮定子叶片17和涡轮转子叶片16位于涡轮12的热气体路径中。热气体流过热气体路径的方向由箭头表示。如本领域普通技术人员应当领会的，涡轮12可以具有比图3中所示的更多(或者在一些情况下更少)的级。每个额外的级都可以包括一排涡轮定子叶片17，随后是一排涡轮转子叶片16。

在一个示例性操作中，压缩机转子叶片14在轴向压缩机11内的旋转可以压缩气流。在燃烧器13中，能量可以在压缩空气与燃料混合并且点燃时被释放。来自燃烧器13的所获得的热气体流(可以被称为工作流体)随后被引导通过涡轮转子叶片16，工作流体流引起涡轮转子叶片16关于轴的旋转。由此，工作流体流的能量转变成旋转叶片的机械能，原因是转子叶片与轴、旋转轴之间的连接。轴的机械能随后可以用于驱动压缩机转子叶片14旋转，使得产生所需的压缩空气供给，并且例如还驱动发电机以产生电力。

如应当领会的，燃气涡轮机的靠后级中的转子叶片是细长的，以便使从热气体流提取的能量最大化。当转子叶片长度增加时，翼型件25关于叶片的径向轴线扭曲并且可以包括其它的弯曲表面外形以用于改进航空性能，如已讨论过的那样。由于较大的涡轮转子叶片而造成的另一个问题是这种相对较大的质量由于叶片在极限高温下旋转而造成的影响。为了解决该问题，翼型件25可以成锥形以减轻重量。然而，翼型件25的主动内部冷却在对抗这些较大的旋转叶片所经历的极限热和机械负载方面仍然发挥重要作用。如应当领会的，这些负载导致蠕变问题以及/或者导致叶片由于变形而解扭，从而可能不利地影响叶片的航空性能和部件寿命。

然而，与较大的转子叶片相关的航空考虑因素以及因其而造成的几何形状限制使得形成某些传统类型的冷却布置困难、昂贵、以及/或者不切实际。如将领会的那样，现有技术对大型涡轮转子叶片的冷却典型地通过从外侧尖端或根部向翼型件25中钻取径向孔来实现。然而，与较大的转子叶片相关的高度扭曲和锥形的轮廓通常使得长的径向视线钻取无法实现或者成本无法接受。具体而言，通过传统方式形成的直线或线性径向冷却通道不能被钻取以覆盖从尖端到根部的翼型件25的某些区域，原因是翼型件25在从平台延伸到尖端时其弯曲和逐渐变细的轮廓。铸造该种冷却通道的成本由于若干原因而无法接受，其中包括用于铸造冷却通道的型芯系杆在模具中特别容易损坏，并且因此，形成带有缺陷的铸型。这需要高度针对性和高效的冷却解决方案。减少可用的用于钻取径向孔的可用翼型件横截面区域是叶片扭曲和逐渐变细的功能。较高的翼型件扭曲和逐渐变细产生较低的可获得横截面积以用于钻取径向冷却孔。通过使用视线钻取对大型、高度扭曲和锥形的叶片的冷却可能无法实现最佳的叶片冷却效率。特别是缺少对叶片前缘和后缘的冷却。这使得无法在高点火温度应用以及低冷却流设计中使用该种叶片。

图4至图8提供了其中可以采用本实用新型的实施例的上文所描述类型的涡轮转子叶片16的视图。如将领会的，提供这些附图以及图9和图10以便示出对内部冷却构型造成限制的常见的几何形状约束。如图所示，转子叶片16包括根部21，转子叶片16通过该根部附接到转子盘。根部21可以包括燕尾榫，该燕尾榫被配置成安装于转子盘外周中相应的燕尾槽中。根部21还可以包括在燕尾榫与平台24之间延伸的柄，该柄被布置在翼型件25与根部21的联结处并且限定了通过涡轮12的流动路径的内侧边界。应当领会，翼型件25是拦截工作流体流并且引起转子盘旋转的转子叶片16的主动部件。尽管本例的叶片是转子叶片16，但是应当领会，除非另有说明，否则本实用新型还可以应用于涡轮发动机10内其它类型的叶片，其中包括可具有类似构型的定子叶片17。将看到，转子叶片16的翼型件25包括分别在相对的前缘28与后缘29之间轴向地延伸的凹形压力侧面26和周向或侧向相对的凸形吸力侧面27。侧面26和27还从平台24向外侧尖端31沿径向方向延伸。

翼型件25可以包括在翼型件25的内侧端部(即，翼型件25从平台24径向地延伸的位置处)与外侧尖端31之间延伸的弯曲或波状形状。如应当领会的，当翼型件25的弯曲或波状形状变得更加明显时，翼型件内的特定区或区域(或者如本文中所使用的“目标区域41”)对于沿线性路径或参考线延伸的径向地对准的冷却通道而言变得无法进入。这种目标区域41存在于翼型件25的外侧和内侧区域二者中，原因是现代气动设计而造成的几何形状限制。如下文更多地讨论的，这些目标区域41也可以朝向翼型件25的前缘和后缘频繁存在(特别是后缘，原因是翼型件轮廓朝向其该端部更明显的变窄)。如图4和图5中所示，翼型件25在从平台24向外侧尖端31延伸时逐渐变细，从而限制线性冷却通道33在该区域的使用。逐渐变细包括在翼型件25的前缘28与后缘29之间的距离的变窄(如图4中所示)的轴向逐渐变细、以及减小如吸力侧面26与压力侧面27之间所限定的翼型件25的厚度的周向逐渐变细。如图6至图8中所示，翼型件25的波状形状还可以包括关于翼型件25的纵向轴线的扭曲(即，当翼型件相对于涡轮沿径向方向延伸时)。扭曲典型地被配置成在内侧端与外侧尖端之间逐渐改变翼型件25的斜罩角。然而，如将领会的，逐渐变细和扭曲配置的联合作用增加了对翼型件内的可使用线性形成的冷却通道(例如图5中所示的线性冷却通道33)到达的区域进一步的限制，如图所示，该线性冷却通道必须仅定位在转子叶片16的中心脊内。同样如图所示，线性冷却通道33可以在延伸穿过转子叶片16的根部21延伸的冷却剂进给35之间延伸。在线性冷却通道33的另一端处，可以形成出口端口37，以用于释放移动通过转子叶片16的冷却剂。

出于描述的目的，如图4中进一步提供的，翼型件25可以被描述成包括被限定于轴向中线45每侧的前半部和后缘半部。根据在本文中的使用，轴向中线45可以通过连接翼型件25的弧线47的中点46(见图6)来形成。此外，翼型件25可以被描述成包括被限定在翼型件25的径向中线48内侧和外侧的两个径向堆叠部段。因此，当在本文中使用时，内侧部段在根部与径向中线48之间延伸，而外侧部段在径向中线48与外侧尖端31之间延伸。

如图9和图10中所示，翼型件25还可以包括径向弯曲部件，通过该弯曲部件沿翼型件25的纵向轴线限定弧或进一步的曲率。如将领会的，图9和图10还示出了包括扭曲和逐渐变细的翼型件构型，当与弯曲部件的增大的曲率一起考虑时，清楚地证实了使用线性冷却通道33来到达在涡轮发动机操作期间需要主动冷却的翼型件25的所有内部区域的固有障碍。

图11和图12分别是涡轮转子叶片16的侧视图和透视图，其中示出了传统的线性冷却通道33，同时为了比较的目的，图13和图14分别提供了转子叶片16的侧视图和透视图，其中示出了根据示例性实施例的弯曲冷却通道34。如图11和图12中所示，在锥形和弯曲翼型件25内线性钻取的范围被限于翼型件25的中心部分。这样一来，对于线性冷却通道33而言无法进入的目标区域41是显著的，特别是沿前缘和后缘。相比之下，图13和图14示出了由于本实用新型的弯曲冷却通道34而能够实现的显著扩大的冷却覆盖区域。如图所示，弯曲冷却通道34可以向外延伸进入与翼型件25的后缘相邻的高度弯曲和狭窄的区域。此外，这些弯曲的冷却通道34可以形成为以便在压力侧面或吸力侧面的表面下方或与之接近地延伸。更具体地，弯曲冷却通道34的弯曲构型允许其对应于并更紧密地符合翼型件25的任何弯曲表面区域的曲率。这可以使的能够实现线性构型无法实现的相对于翼型件25的多个波状表面的更紧密或更靠近的放置。如将领会的，使得能够更靠近表面放置内部冷却回路提高了冷却剂的冷却效率。

图15、图16和图17是具有根据本实用新型的若干备选实施例的具有弯曲冷却通道34的涡轮转子叶片16的透视图。如图所示，弯曲冷却通道34可以被配置成在上游端与下游端之间延伸，使得其与定位在该上游端与下游端之间的预定目标区域41(即，对于线性冷却通道33而言无法进入的区域)相交。根据优选实施例，可以提供多个弯曲冷却通道34。备选地，一个或多个弯曲冷却通道34可以结合一个或多个线性冷却通道33使用。如图15中所示，根据一个实施例，弯曲冷却通道34可以从内侧位置平行地延伸，在该内侧位置处，弯曲冷却通道34中的一个或多个与线性段或线性冷却通道33形成中部翼展连接39。从中部翼展连接39，弯曲冷却通道34可以延伸到外侧位置，在该外侧位置处，弯曲冷却通道均联接到出口端口37。

如图15和图16中所示，弯曲冷却通道34可以包括中心定位(即，定位在轴向中线附近)的上游端。弯曲冷却通道34的上游端还可以定位在翼型件25的内侧端部附近或其上，在该位置处，该上游端连接到冷却剂进给35。冷却剂进给35可以被配置成延伸穿过转子叶片16的根部21的中空通道，以便连接到冷却剂源。弯曲冷却通道34可以从上游端沿大体径向方向延伸，同时包括根据翼型件25的波状形状弯曲的曲率。如图所示，弯曲冷却通道34可以包括朝向沿翼型件25的后缘29形成的出口端口37弯曲的曲率。出口端口37可以沿翼型件25的后缘29径向地间隔开。弯曲冷却通道34中的一个或多个的上游端可以定位在翼型件25的前半部内，并且弯曲冷却通道34连接到其上的出口端口37可以形成为穿过设置在翼型件25的后半部上的外表面。如将领会的，该类型的构型为冷却剂提供长对流路径，以便实现其高效使用。如图17中所示，出口端口37还可以形成于翼型件25的外侧尖端处。此外，如将领会的，出口端口37可以根据需要形成在翼型件25的外部表面上，其中包括形成为定位在翼型件25的压力侧面26或吸力侧面27上的膜冷却出口的外部端口。尽管未示出，但是一个或多个出口端口37可以被配置成位于翼型件25的前缘28上，以便将弯曲冷却通道连接到该区域。

根据优选实施例，弯曲冷却通道34可以被配置作为铸造后特征。当在本文中使用时，铸造后特征是在传统的铸造过程将主体形成为部件之后增加到叶片的特征。根据某些实施例，弯曲冷却通道34使用可导向或可控的电化学加工工艺来形成。根据其它实施例，本实用新型的弯曲冷却通道34可以使用可控放电加工工艺和/或3D打印方法来形成。根据某些实施例，弯曲冷却通道34用于其中的转子叶片16可以是被配置成用于在诸如那些用于多级涡轮中之类的后部或下游排的长转子叶片中操作。

如本领域普通技术人员应当领会的，上文结合若干示例性实施例描述的多种不同的特征和构型可以进一步选择性地应用以形成本实用新型其它可能的实施例。为了简洁起见并且考虑到本领域普通技术人员的能力，并未详细提供或讨论所有的可能的替代，但是所附或在其他地方的若干权利要求包括的所有的组合以及可能的实施例旨在构成本申请的一部分。此外，通过上文对本实用新型的若干示例性实施例的描述，本领域技术人员将能够想到改进、改变和改型。本领域内这样的改进、改变和改型同样旨在由所附权利要求覆盖。此外，应当显而易见的是，上文仅涉及所描述的本申请的实施例并且可以在不偏离如所权利要求及其等同形式所限定的本申请的精神和范围的情况下在本文中做出多种改变和改型。

Claims (10)

1.一种涡轮叶片中的内部冷却通道，所述叶片包括翼型件，所述翼型件具有前缘、后缘、外侧尖端、和内侧端，在所述内侧端处，所述翼型件附接到根部，所述根部被配置成将所述涡轮叶片联接到转子盘，其中所述翼型件包括冷却构型，所述冷却构型包括多个细长冷却通道以用于接收冷却剂并引导冷却剂通过所述翼型件，所述叶片还包括：

波状形状，所述波状形状在所述内侧端部与所述外侧尖端之间由所述翼型件限定，所述波状形状被配置成使得包括对于径向地延伸穿过所述翼型件的线性参考线而言无法进入的目标区域；和

弯曲冷却通道，所述弯曲冷却通道被配置成在上游端与下游端之间延伸，以便与位于所述上游端与所述下游端之间的目标区域相交；

冷却剂进给，所述冷却剂进给被配置成与所述弯曲冷却通道的下游端流体连通。

2.根据权利要求1所述的内部冷却通道，其特征在于，所述冷却剂进给延伸穿过所述叶片的根部，以便连接到冷却剂源；

其中所述叶片包括转子叶片并且所述弯曲冷却通道包括铸造后特征；并且

其中所述线性参考线包括在所述翼型件的外侧尖端与内侧端之间延伸的线性参考线。

3.根据权利要求2所述的内部冷却通道，其特征在于以下任意一者或其任意组合：

所述翼型件的波状形状包括以下中的至少一种：沿所述前缘和所述后缘连接的凹形压力侧面和凸形吸力侧面，和通过所述径向弯曲部件沿所述翼型件的纵向轴线限定弧的径向弯曲部件；

所述弯曲冷却通道包括通过铸造所述叶片之后的加工工艺形成的铸造后特征，并且其中所述加工工艺包括可操纵电化学加工工艺和放电加工过程中 的一种。

4.根据权利要求3所述的内部冷却通道，其特征在于，所述翼型件的波状形状包括关于所述翼型件的纵向轴线的扭曲，所述扭曲被配置成使得在所述内侧端与所述外侧尖端之间逐渐改变所述翼型件的斜罩角。

5.根据权利要求4所述的内部冷却通道，其特征在于，所述翼型件的波状形状包括沿所述翼型件的纵向轴线的逐渐变细，所述逐渐变细包括以下中的至少一种：

轴向逐渐变细，所述前缘与所述后缘之间的距离通过所述轴向逐渐变细在所述翼型件的内侧端与外侧尖端之间逐渐减小；和

周向逐渐变细，所述压力侧面与所述吸力侧面之间的厚度通过所述周向逐渐变细在所述翼型件的内侧端与所述外侧尖端之间逐渐减小。

6.根据权利要求5所述的内部冷却通道，其特征在于，所述目标区域的线性无法进入性的构型包括以下中至少两种的组合：关于所述翼型件的纵向轴线的扭曲；沿所述翼型件的纵向轴线的逐渐变细；和径向弯曲部件，通过所述径向弯曲部件沿所述翼型件的纵向轴线限定弧；并且

其中所述弯曲冷却通道的曲率被配置成使得与所述翼型件的波状形状的曲率相对应。

7.根据权利要求6所述的内部冷却通道，其特征在于，所述弯曲冷却通道的下游端连接到穿过所述翼型件的外表面形成的出口端口，所述出口端口定位在以下中的至少一个上：所述外侧尖端；所述压力侧面；所述吸力侧面；所述前缘；和所述后缘。

8.根据权利要求7所述的内部冷却通道，其特征在于以下任意一者或者其任意组合：

在所述上游端处，所述弯曲冷却通道包括与所述冷却剂进给的连接，所述连接包括靠近所述翼型件的内侧端的位置；

在所述上游端处，所述弯曲冷却通道包括与线性冷却通道的下游端的连接，所述连接包括所述翼型件内的位置，其中所述线性冷却通道在与所述弯 曲冷却通道的连接和与所述冷却剂进给的连接之间延伸；

所述翼型件包括被限定于轴向中线的每一侧的前半部和后缘半部，所述轴向中线连接翼型件弧线的中点，其中所述翼型件包括被限定在所述翼型件的径向中线的内侧和外侧的径向堆叠部段，其中内侧部段在所述根部与所述径向中线之间延伸，并且外侧部段在所述径向中线与所述外侧尖端之间延伸，并且其中所述冷却构型包括多个弯曲冷却通道。

9.根据权利要求8所述的内部冷却通道，其特征在于以下任意一者或其任意组合：

所述弯曲冷却通道中的每一个的上游端都包括靠近所述翼型件的轴向中线和内侧端的位置，并且其中所述弯曲冷却通道包括朝向形成于以下中的至少一个上的出口端口弯曲的曲率：所述翼型件的后缘，和所述翼型件的前缘；

所述弯曲冷却通道中的每一个都相对于其它的弯曲冷却通道平行地并且沿朝向所述翼型件的后缘弯曲的曲率延伸，其中所述出口端口包括沿所述翼型件的后缘的径向间隔；

所述弯曲冷却通道的上游端定位在所述翼型件的前半部内，并且所述出口端口形成为穿过所述翼型件的后半部的外表面；

所述转子叶片被配置成用于在多级涡轮中的后排转子叶片中操作，其中所述目标区域定位在所述翼型件的外侧部段内；

所述冷却构型包括多个线性冷却通道和多个弯曲冷却通道，所述多个弯曲冷却通道均具有定位在所述翼型件的内侧端附近的上游端，并且其中所述线性冷却通道和所述弯曲冷却通道延伸跨过所述翼型件的至少大部分径向高度；

所述弯曲冷却通道中的每一个都从在中间翼展联结处连接到所述线性冷却通道中的一个的内侧位置处平行地延伸到每个弯曲冷却通道连接到所述出口端口的外侧位置处；

所述弯曲冷却通道中的一个包括曲率，所述曲率与所述翼型件的压力侧面的表面外形相对应，并且其中所述弯曲冷却通道中的每一个都包括与所述 翼型件的吸力侧面的表面外形相对应的曲率；

所述弯曲冷却通道相对于所述翼型件的外表面的区域的曲率径向地延伸，并且所述弯曲冷却通道相对于所述翼型件的外表面的区域保持基本恒定偏置。

10.根据权利要求9所述的内部冷却通道，其特征在于，所述目标区域定位在所述翼型件的后半部内；并且

其中所述弯曲冷却通道中的每一个都包括朝向所述翼型件的后缘弯曲的曲率。