TW394813B - Turbine blade assembly with cooling air handling device - Google Patents

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五、發明說明（1 ) 發明之背景 • J I 11 Μ I --- Γ蜻先閱讀背面之註意寧|^贫寫本頁) 本發明係關於一種供使用於輪機諸如燃氣輪機之旋轉葉 片。本發明尤指一種有一輸送裝置，以供導引冷卻空氣供 葉片冷卻空氣通道之燃氣輪機旋轉葉片。 燃氣輪機之輪機區段包括一轉片，其係以一連串圓盤 所構成，葉片予以固接至此等圓盤。來自燃燒區段之熱氣 在葉片上面流動，從而將旋轉功率傳至轉片軸。爲了自 燃氣輪機提供最大功率輸出，宜於以氣體溫度儘可能高操 作。然而，在高氣體溫度操作，需要使葉片冷卻。此係因 爲形成葉片之材料，其強度在其溫度增加時減少。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 慣常，輪機葉片係藉使冷卻空氣流動通過葉片予以冷卻 。一般而T，冷卻空氣係自排放自壓縮機區段之空氣所抽 取，從而繞過燃燒過程，並且被導引至輪機轉片。轉片將 冷部2氣導引至葉片之葉根。自葉片葉根，空氣被導引流 動通過若干形成在葉片翼面部份之冷卻通道。此等通道一 般爲終止在形成在葉片表面之開口，諸如在尖端以及前及 後緣。因此，在冷卻後，廢冷卻空氣被排放至流動通過輪 機區段之熱氣體，並且自輪機排氣排放。此種輪機葉片冷 卻方案示於經予全部參考併入本文之美國專利5，丨〗7，6 2: 號（North等人）。在此方法，常難以適當分配冷卻空氣至形 成在葉片葉根部份之各不同冷卻通道進口。 而且，最近，人們曾致力針對開發閉合環路冷卻系统， 其中使廢冷卻空氣回至壓縮機排放空氣，或直接至燃燒器 ，供併入燃燒過程。要不然，可利用一開合環路冷卻系統 4- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS〉A4規格（210 X 297公楚〉 A7 B7_ —__- 五、發明說明（2) ，其中使廢冷卻空氣冷卻，並回至輪機轉片，供進一步冷 卻。不幸的是，由於不僅供給冷卻空氣必須予以分配至冷 卻通道，而且排放之冷卻空氣必須自冷卻空氣通道予以收 集，供回至系統，此種閉合環路冷卻空氣系統進一步加重 空氣輸送問題。此另外之空氣輸送問題另可能使葉片内之 冷卻通道之幾何結構複雜。因此宜於提供一種供分配冷卻 空氣至輪機葉片之冷卻空氣通道，並且在閉合環路系統， 也供自冷卻通道收集廢冷卻:空氣之裝置。 發明之概述 因之，本發明之概括目的，爲提供一種裝置，供分配冷 卻空氣至輪機葉片之冷卻空氣通道，並且在閉合環路系統 ，也供自冷卻通道收集廢冷卻空氣。 簡要而言，此目的以及本發明之其他諸多目的，係在包 含一葉根部份，一翼面部份，及一冷卻流體輸送裝置之輪 機葉片總成所達成。一冷卻流體流動路徑形成在葉根部份 ，並有一第一進口及一出口。冷卻流體輸送裝置包括一供 容納冷卻流體流動之第一供给口，及一第一排放口。第一 排放口與冷卻流體流動路徑第一進口流體相通，因而第一 排放口排放冷卻流體流動之至少第一部份至冷卻流體流動 路徑第一進口。冷卻流體輸送裝置也包括第二供給口。第 一供給口與冷卻流體流動路徑出口流體相通，因而第一供 給口容納排放至冷卻流體流動t徑第一進口之冷卻流體流 動之至少一部份。 在一種實施例，冷卻流體流動路徑另包含一第一進口， 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項η填寫本頁) 裝 --線' 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明說明（3 ) 並且流體輸送裝置另包含一第二排放口。第二排放口與第 一進口流體相通，因而第一排放口排放冷卻流體流動之第 二部份至冷卻流體流動路徑第一進口。 在另一實施例，冷卻流體輸送裝置另包括第三排放口， 與第一供給口流體相通，在而第一供給口所容納之冷卻流 體可被導引離開輪機葉片。 . 附圖之簡要説明 圖1爲一輪機葉片，包括:有本發明之冷卻空氣輸送管，安 裝在輪機轉片之視圖。 圖2爲通過圖1中所示輪機葉片所取乏縱向剖面，部份爲 示意。 圖3爲圖1中所示冷卻空氣輸送裝置之等角投影圖。 圖4爲圖3中所示冷卻空氣輸送裝置之平面圖。 圖5爲通過圖4中所示剖面v_v所取之橫剖面。 圖6爲通過圖4中所示剖面νι_νΐκ取之橫剖面。 圖7爲通過圖4中所示剖面νιι_νπ所取之橫剖面。 圖8爲相似於圖3之等角投影圖，但通過圖7中所示之剖面 VUmn所取，並且其中爲求清楚已除去罩蓋。 較佳貫施例之説明 請參照附圖’圖j中示一根據本發明之輪機葉片總成，安 裝在轉片6。葉片總成係由輪機葉片2及一冷卻空氣輸送 裝置1〇所構成。如所習知，輪機—葉片2係由-翼面部份3及 ，葉^部知4所構成。翼面部份3有—靠近葉根4之基座部份 及在其末靖<尖端部份。因此，翼面3之尖端部份形成 IX 297公釐） ------Γ--------裝--- (請先閱讀背面之注意事項，異瑱寫本頁) · 線-· 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 」util篇! A7 ____B7__ 五、發明說明（4 ) 葉片2之一端，及葉根部份4形成葉片之另一端。葉片2之翼 面部份3係由一大致凹面形壁所形成，其形成翼面之壓力面 ’及一大致凸面壁，其形成翼面之吸力表面，在其逆流及 順流端’壁會合並分別形成翼面3之前及後緣12及1 3。 如圖2中所示，翼面3實際爲中空，其内部形成一冷卻空 氣流動路徑。冷卻空氣流動路徑包含第一及第二部份，其 在通道22合併，並終止在一形成在葉片葉根4之底部之單一 出口 72。冷卻空氣流動路桎之第一部份係由形成在靠近後 緣13之葉片部份之許多徑向延伸通道14所形成。每一徑向 通道14有一開口形成在葉片葉根4之底部。此等開口形成一 進口，供冷卻空氣流動路徑之第一部份。徑向通道M延伸 通過葉根4及翼面3，終止在位於靠近葉片尖端之開口。 .冷卻空氣流動路徑之第二部份係由一螺旋形通道丨5所形 成。螺旋形通道15有一進口7〇位於葉根4之底部。徑向通 道16-22將進口 70連接至出口 72。在本發明之較佳實施例 ，在翼面表面無冷卻空氣出口允許冷卻空氣退出翼面3及進 入在葉片2流動之熱。因此，供給至葉片2之所有冷卻空氣 被排放通過形成在葉片葉根4之冷卻流動路徑出口 72。 如圖.1中所示，葉片葉根4藉形成在葉根之細齒固著至一 在轉片6之凹槽8，如所習知，其貼合形成在凹槽8之配合細 齒。然而，根據本發明，一細長冷卻空氣輸送裝置1〇，或 增壓管，在葉根4下面配置在葉墾之底部與凹槽8之底部之 間。較佳爲，增壓管1()予以焊接..或銅焊至葉片葉根2之底面 。如圖3-8中所示，增壓管1〇包含—被一罩蓋以所封閉之 (請先閱讀背面之注意事項#填寫本頁) 裝 I - 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製

A7 B7 五、發明說明（5) 大約U-形溝道34。萬一管與葉片葉根4間之接頭斷裂，縱 向延伸肋片32保證増壓管1〇將會適當位於轉片凹槽8。 如最佳在圖3及8中所示，增恩管丨〇之前及後端爲開口。 開口之前端形成一供管1〇之第一供給口 25。如最佳在圖3 及4中所示’三開口形成在罩蓋24。第一及第三開口分別形 成第一及弟一排放口 26及30。在管1〇之後部之開口端形成 第三排放口 3 1。在罩蓋2 4之第二開口形成一第二供給口 28。 如最佳在圖5-8中所示，二擋板總成丨丨位於增壓管1〇之内 邵内。較佳爲，擋板總成1 1大約延伸三分之二增壓管丨〇之 長度。擋板總成包含壁50-56。壁52予以垂直取向，並沿 增壓管10之中心縱向延伸。壁50及58也予以垂直取向，但 分別在擔板總成1 1之前及後橫向延伸。壁5 〇及5 8僅阻斷増 壓管1 0之内部剖面積之一部份，從而允許壁5 2形成縱向延 伸通道46及48。壁54及56予以傾斜，並自低壁52之上緣 延伸至罩蓋24。壁54及56予以在相對橫向方向傾斜，如最 佳在圖6及7中所示。壁5 5在沿擋板總成1 1之長度之大約中 間連接壁54及56。 由於此種幾何結構，擋板總成1 1將增壓管1 〇之内部分隔 爲第一，第二，及第三增壓室40，42及44，以及第一及第 二縱向延伸通道46及48，如最佳在圖8中所示。第一通道 46位於沿第一室42，並分別連接第一及第三室40及44。第 二通道48位於沿第三室44，並^第二室4 2連接至第三排放 口 3 1。 較佳爲，增壓管10予以自一種合金機製或鑄製。然而， -8- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐〉 -------------裝--- /、 1 _ _ (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂. --線-- 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製

I i I 二；；，.Ik: iiEI.a;."lggs_5pr-· 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 [ A7 Β7 五、發明說明（6) 其也可自一種陶瓷材料形成。 在操作時，供給至轉片6之冷卻空氣6〇予以導引至形成在 增壓管10之前端之供給口 25，因此其進入第一室4〇。冷卻 空氣60之一第一部份62通過形成在罩蓋24之第一排放口 26 退出第一室40，並進入冷卻空氣流動路徑之徑向通道14， 如最佳在所示圖2及8。因此，第一室作用如一岐管，其 分配第一冷卻空氣邵份6 2至供每一徑向通道1 4之開口。 冷卻空氣6 0之第二部份6 4通過第一室4 〇流動至通道4 ό， 其將其導引至第三室44。自第三室44，第二冷卻空氣部份 64通過第一排放口 30退出，並進入螺旋形通道15之進口 7〇 。第二冷卻空氣部份64然後通過螺旋形通道15之通道16， 18及20流動至通道22。在通道22，第二冷卻空氣部份64 與退出徑向通道14之第一冷卻空氣部份62合併。合併之冷 卻空氣之流動6 6然後通過通道2 2流動至冷卻空氣流動路徑 出 π 72。 自冷卻流動路徑出口 72，冷卻空氣66通過第一供給口 28 重新進入增壓管10，並流入第一室42。通道48然後將冷卻 空氣66自第一室42導引至增壓管第三排放口 31，其將其導 引離開輪機葉片2，供回至冷卻系統。 將冷卻空氣60分配至形成在葉片之各不同冷卻空氣通道 ’然後並自冷卻空氣通道收集廢冷卻空氣，及將其導引離 開葉片，增壓管1 0從而大爲簡化冷卻空氣之輸送，特別是 如在較佳實施例所説明，在增壓管使用於一種閉合環路冷 卻空氣方案時。另外，調整在罩蓋24之開口 26-30之大小 -9- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） ------------!裝--- (請先間讀背面之注意事寫本頁)

I A7 _______B7 --r^：---- 五、發明說明（7 ) ’可藉以準確計量至各不同通遒之冷卻空氣之流動速率。 在此方面’請予察知’雖然在較佳實施例，排放口26及3〇 以及供給口28係由在罩蓋24之開口所形成，但罩蓋可予以 兄除，在孩情形，排放口 26及30將會分別由室4〇及44之開 口頂部形成，並且供給口 2 8將會由室4 2乏開口頂部形成。 雖然本發明業經請參照一種供輪機葉片之閉合環路冷卻 空氣系統予以討論，但本發明也可適用於開放環路冷^空 氣系統，以及利用空氣以外其他冷卻流體之冷卻系統。因 此，本發明可以其他特定形式具體實施，而不偏離其精神 或必要屬性’並因之應請參照後附申請專利範園，而非參 照上述詳細説明，指示本發明之範園。 (請先閱讀背面之注意事>^填寫本頁) ^ -裝 J5T· · -άι 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐) " ' !

Claims (1)

1. 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 第88104059號專利申請案 申請專利範圍修正本(89年3月） 申請專利範圍 1. 一種輪機葉片總成，包含： a) —葉根部份及一翼面部份，一冷卻流體流動路徑形 成在至少該葉根部份，該冷卻流體流動路徑有一第一進 口及一出口； b) —冷卻流體輸送裝置，配置為靠近葉根部份，該輸 送裝置有（i) 一第一供給口供容納冷卻流體流動，（i i) 一第一排放口，該第一排放口與冷卻流體流動路徑第一 進口流體相通，從而第一排放口排放冷卻流體流動之至 少一第一部份至冷'卻流體流動路徑第一進口，及（iii) 一第二供給口，該第二供給口與冷卻流體流動路徑出口 流體相通，從而第二供給口容納排放至冷卻流體流動路 徑第一進口之冷卻流體流動之至少一部份。 2. 如申請專利範圍第1項之輪機葉片總成，其中： a)該冷卻流體流動路徑另包含一第二進口，以及 b )該流體輸送裝置另包含一第二排放口，該第二排放 口與第一進口流體相通，從而第二排放口排放冷卻流體 流動之第二部份至冷卻流體流動路徑第二進口。 3. 如申請專利範圍第2項之輪機葉片總成，其中該第一及 第二流體流動路徑進口為與流體流動路徑出口流體相通 ，從而流體輸送裝置第二進口容納冷卻流體流動之第一 及第二部份。 4. 如申請專利範圍第1項之輪機葉片總成，其中該冷卻流 體流動路徑包含許多自葉根徑向向外延伸至翼面之通道 ，每一通道有一開口形成在葉根，並且其中該第一冷卻 本紙張尺度適用中國國家揉準（CNS ) A4規格（210 X 29 7公釐） | , 訂 ^ (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 第88104059號專利申請案 申請專利範圍修正本(89年3月） 申請專利範圍 1. 一種輪機葉片總成，包含： a) —葉根部份及一翼面部份，一冷卻流體流動路徑形 成在至少該葉根部份，該冷卻流體流動路徑有一第一進 口及一出口； b) —冷卻流體輸送裝置，配置為靠近葉根部份，該輸 送裝置有（i) 一第一供給口供容納冷卻流體流動，（i i) 一第一排放口，該第一排放口與冷卻流體流動路徑第一 進口流體相通，從而第一排放口排放冷卻流體流動之至 少一第一部份至冷'卻流體流動路徑第一進口，及（iii) 一第二供給口，該第二供給口與冷卻流體流動路徑出口 流體相通，從而第二供給口容納排放至冷卻流體流動路 徑第一進口之冷卻流體流動之至少一部份。 2. 如申請專利範圍第1項之輪機葉片總成，其中： a)該冷卻流體流動路徑另包含一第二進口，以及 b )該流體輸送裝置另包含一第二排放口，該第二排放 口與第一進口流體相通，從而第二排放口排放冷卻流體 流動之第二部份至冷卻流體流動路徑第二進口。 3. 如申請專利範圍第2項之輪機葉片總成，其中該第一及 第二流體流動路徑進口為與流體流動路徑出口流體相通 ，從而流體輸送裝置第二進口容納冷卻流體流動之第一 及第二部份。 4. 如申請專利範圍第1項之輪機葉片總成，其中該冷卻流 體流動路徑包含許多自葉根徑向向外延伸至翼面之通道 ，每一通道有一開口形成在葉根，並且其中該第一冷卻 本紙張尺度適用中國國家揉準（CNS ) A4規格（210 X 29 7公釐） | , 訂 ^ (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部中央標準局員工消費合作社印掣 A8 B8 C8 D8 六、申請專利範圍 流體流動路徑進口包含該通道開口。 5·如申請專利範圍第4項之輪機葉片總成，其中該流體輸 送裝置有一第一室形成其中，該第一室形成—岐管，供 分配冷卻流體流動之第一部份至每一通道開口。 6. 如申請專利範圍第1項之輪機葉片總成，其中該流體輸 送裝置包含一基本上為管狀之構件。 7. 如申請專利範園第6項之輪機葉片總成，其中該管狀構 件有一内部，並且其中該流體輸送裝置另包含一播板總 成配置在基本上為管狀之構件之内部内。 8. 如申請專利範圍第7項之輪機葉片總成，其中該播板總 成將基本上為管狀之構件之内部分隔為至少第一及第二 室。 9. 如申請專利範圍第8項之輪機葉片總成，其中該第一室 為與第一供給口及第一排放口流體相通，從而冷卻流體 流動之第一部份自第一供給口流動通過第一室及流入第 一排放口。 10. 如申請專利範圍第9項之輪機葉片總成，其中該流體輸 送裝置另包含一第二排放口，該第二排放口為與第二供 給口及第二室流體相通’從而第二供給口所容納之冷卻 流體流動之部份流動通過弟二室並流入該第二排放口。 11. 如申請專利範圍第1 0項之輪機葉片總成，其中： a) 該冷卻流體流動路徑另包含一第二進口； b) 該流體輸送裝置另包含一第三排放口，該第三排放 口與冷卻流體流動路徑之第二進口流體相通，從而第三 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210 X 297公釐） (請先閲讀背面之注意事項再填寫本育) 訂 * . 經濟部中央標隼局員工消費合作社印裝 A8 B8 C8 D8 六、申請專利範圍 排放口排放冷卻流體流動之第二部份至冷卻·流體流動路 徑第二進口；以及 C )該擋板總成另將該基本上為管狀之構件之内部分隔 為一第三室，該第三室與第三排放亡及第一室流體相通 ，從而第一供給口所容納之冷卻流體流動之第二部份自 第一室流動通過第三室，並流入第三排放口。 12. —種輪機葉片總成，.包含： a) —葉根部份及一翼面部份’一冷卻流體流動路徑形 成在至少該葉根部份，該冷卻流體流動路徑有一第一進 口及一出口；以及 b) —冷卻流體輸送裝置配置為靠近葉根，該輸送裝置 包含（i) 一基本上為管狀之構件，該基本上為管狀之構 件有第一及第二冷卻流體供給口，以及第一及第二冷卻 流體排放口形成在其中’以及（i i) 一擋板總成配置在該 管狀構件内，該擋板總成在基本上為管狀之構件内形成 .第一及第二室，該第一室與第一冷卻流體供給口及第— 冷卻流體排放口流體相通。 13. 如申請專利範圍第1 2項之輪機葉片總成，其中該第一室 為與第二冷卻流體供給口及第二冷卻流體排放口流體相 通0 14. 如申請專利範圍第12項之輪機葉片總成，其中 a) 該冷卻流體流動路徑另包含一第二進口； b) 該基本上為管狀之構件另包含一第三排放口形成其 中；以及. 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4规格（210X297公釐） C请先閔讀背面之注意事項存填寫本頁) 裝. 訂 I 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 A8 B8 C8 D8 六、申請專利範圍 C )該擋板總成在基本上為管狀之構件内_形成一第三室 ，該第三室與該第三排放口及第一室流體相通。 15. 如申請專利範圍第1 4項之輪機葉片總成，其中該擂板總 成在基本上為管狀之構件内形成一通道，該通道至少自 第一室延伸至第三室。 16. 如申請專利範圍第1 5項之輪機葉片總成，其中該第一室 與第二冷卻流體供給口及第二冷卻流體排放口流體相通 ，並且其中第二室予以配置在第一與第三室之間，該擋 板總成使第二室與該通道分開。 17. —種供輪機葉片用之冷卻流體輸送裝置，包含： a)—細長基本上為管狀之構件，其中形成一腔，該構 件有供容納冷卻流體之至少第一及第二供給口，及供排 放冷卻流體之至少:一第一排放口；以及 \ b ) —擋板總成，配置在該構件内，並將該腔分為至少 第一及第二室以及至少一第一通道，（i)第一室與第一 供給口及第一排放口流體相通，從而第一供給口所容納 之冷卻流體之至少一第一部份流動通過第一室至第一排 放口，及（ii)第二室與第二供給口及第一通道流體相通 ，從而該第二供給口所容納之冷卻流體之至少第一部份 流動通過第二室至第一通道。 18. 如申請專利範圍第1 7項之冷卻流體輸送裝置，其中： a)該構件另包含一第三排放口；以及 b )該擋板總成另將該腔分為一第二通道，該第二通道 與第一供給口及第三排放口流體相通，從而第一供給口 -4- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填窝本頁) 裝· 訂 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 394813 戠 C8 D8 六、申請專利範圍 所容納之冷卻流體之第二部份流動通過第二通道至第三 排放口。 19.如申請專利範圍第1 8項之冷卻流體輸送裝置，其中： a)該擋板總成另將該腔分為一第三室，該第二室予以 配置在第一及第三室之間； b )該第一通道予以沿第三室配置；以及 c )該第二通道予以沿該第二室配置。 本紙張尺度逋用中國國家標準（CNS ) A4規格（210 X 297公嫠） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)