TWI338075B - Cooled blade or vane for a gas turbine - Google Patents
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Description
1338075 九、發明說明: 【發明所屬之技術領域】 本發明涉及處理燃氣渦輪機技術之領域。其係關於一種 根據請求項1前序之用於燃氣渦輪機之冷却葉片或輪葉。 舉例而言,可自US-A 4,278,400獲知該類型之葉片或輪 葉。 【先前技術】 現代高效率的燃氣渦輪機使用具有條帶覆片(c〇ver strip) 並在運作期間曝露於溫度超過1200 K且壓力超過6 bar的熱 蒸/X中之葉片或輪葉。 圖1說明該類型之具有條帶覆片的葉片或輪葉的基本組 態。S玄葉片或輪葉10包括一主葉片或輪葉部件u,該主葉 片或輪葉部件11經由葉片或輪葉柄部25而朝向底部併入葉 片或輪葉根部12。在上部末端,該主葉片或輪葉部件丨丨併 入-條帶覆片部分2卜該條帶覆片部分21在多個葉片或輪 葉之完整的環中與其它葉片或輪葉之條帶覆片部分一起形 成-連續、環形條帶覆片。該主葉片或輪葉部件n具有前 :後緣20 ’熱蒸况流動於該前緣上。複數個徑向冷却 (3 14與15(其根據流程藉由轉向區域相互連 ^並形成具有複數個轉向之蛇形線)配置於該主葉片或輪 動内部(參看圖】中該等冷却管道…心^中之流 :::却介質經由該等冷却管道13、14 W串聯連接)單次通過,該冷却介質之溫度隨著其流經該 94627.doc 1338075 等冷却管道而上升,並在後緣2〇之最後冷却管㈣中達到 最大。因此,在特定運作條件下,就冷却介質與葉片或輪 葉材料或金屬而言,該葉片或輪葉10之後緣20可達到過高 溫度。在該葉片或輪葉的軸向長度上,所形成的金屬溫度 失配可導致高溫蠕變並從而導致後緣20之變形。如圖1所示 具有條帶覆片之葉片或輪葉的後緣變形之第二效果為該等 條帶覆片區段21沿軸向 '徑向與周邊方向傾斜。該等條帶 覆片區段21之傾斜可導致個別條帶覆片區段之間的間隙打 開,從而允許高溫熱蒸汽進入條帶覆片之空腔。此可顯著 增加該條帶覆片金屬的溫度且可迅速引起該條帶覆片之螺 變及最 '終可導致該條帶覆片冑溫失效。 已在介紹中提及之女針了 T q 抚及之文獻US-Α 4,278,400已提議了介質的 多重供給’其用於藉由一冷却尖端及在前緣處的多個微細 分佈的冷却開口來冷却葉片或輪葉(薄膜冷却)。於冷却幹流 之9〇。轉向的末端處’相對於該冷却幹流之流動方向橫向配 置有喷射g,Μ射器將較冷的冷却介質之額外流注入 沿後緣延伸之冷却管道。經由一穿過根部徑向延伸之管道 =介質供應給該喷射器。以增加的速度流出喷射器之 喷兔的冷却介質產生-減小的壓力,其將加熱的冷却介質 却管道汲入後緣之冷却管道中。沿前緣流動的 t 45%經由前緣處之該等冷却開。而排出。祕 由注射器吸入。剩餘部分經由葉片或輪葉尖端處之冷却開 口放出。 此種實現冷却介質的多重供給之已知方式具有若干缺 94627.doc 1338075 點:與經由前緣處之冷却管道之入口的單一供給組態相 比,注射器極大的改變了冷却管道内的壓力條件與流動條 詳。之有必要在用於薄膜冷却之在前緣處流出的冷 :”質與由注射器吸入之冷却介質之間的找出平衡,且接 著設定此平衡。此要求葉片或輪葉冷却之全新設計,使其 適應於不斷變化的需求將非常困#。該注射器原理與相關 減壓產生不適用於無前緣薄膜冷却之葉片或輪葉與具有冷 却條帶覆片之葉片或輪葉。 7 【發明内容】 因此,本發明之一目標係提供一種具有冷却介質之多重 供給之用於燃氣渦輪機的冷却葉片或輪葉,其可避免已知 葉片或輪葉的缺點,其可應用於具有冷却條帶覆片及不具 有别緣薄膜冷却的葉片或輪葉,且其容易實現並且甚至針 對現存葉片或輪葉組態而言亦無須太多額外支出。 該目標係藉由如請求項4之特徵之組合而達成。本發明 之核心理念在於:經由橫穿葉片或輪葉、《葉片或輪葉柄 部並與轉向區域直接或間接連通的孔來供給額外的流。在 該種情況下,經由核心開口所供給之額外流的壓力與溫度 與流入主冷却入口之幹流的壓力與溫度相同。經由該等= 之供給產生該等兩個流之混合,其導致葉片或輪葉後緣冷 却效果的顯著改良。 7 該等孔可直接通人轉向區域中。“,其亦可通人轉向 區域下方的徑向延伸之管道卜該管道與該轉向區域連通。 本發明之第一較佳實施例之特徵在於:在葉片或輪葉根 94627.doc 1338075 邓中提供一徑向定向之核心開口;及該等孔穿過葉片或輪 葉柄部並通入該核心開口中。 根據本發明之第二較佳實施例,至少有兩個相反的孔, ”在桃動方向上傾斜向上延伸,且每一孔與垂直方向成3〇。 ” 90之間的角度。詳言之,該等孔交錯配置於徑向與軸向 方向上其中s玄等孔具有預定内徑,基於該内徑而標準化 的該等孔之間的徑向距離係在丨與々之間的範圍内,且基於 該内徑而標準化的軸向距離係在〇與3之間的範圍内,且基 於該内徑而標準化的上部孔與第:轉向區域之間的徑向距 離係在1與4之間的範圍内。 為在現存Μ或輪葉組態巾實現冷却介質之多重供給, 根據第二較佳實施例,若存在即使加入額外的流仍可確保 經由第-冷却管道之冷却介質幹流大體上保持不變之第二 構件,則尤其有利。此尤其係由於該等第二構件包括額外 出口開口而達成,該裳中^ 寺出口開口配置於主冷却入口與第二 轉向區域之間,且經由蟑笙山 、 一 ,主由省專出口開口,冷却介質幹流之部 '流排出。在此上下文中,根據-改進,《葉片或輪葉在 上部末端處具有-條帶覆片部分及該等額外出口開口係配 置於該條帶覆片部分中的孔, 則尤其有利。此同時允許條 ▼覆片之冷却的顯著改良。 另外的實施例將出現於申士主 兄於申请專利範圍附屬項令。 【實施方式】 將根媒本發明之具有冷却 H -¾ ^ 貝之夕重供給的冷却燃氣渦 輪機葉片或輪葉之一較佳例 「f生貫轭例再生於圖丨至圖4 94627.doc 1338075 該冷却幹流及因此改變該葉片或輪葉之剩餘部分的冷却 另外’該條帶覆片部分21之主動冷却將可達成。 若葉片或輪葉不具有某些冷却介質流可經由排出之條帶 覆片,則有必要拓寬該第二冷却管道15之橫截面,以使其 可考量到被混合在該第二轉向區域丨8中之該額外流。 【圖式簡單說明】 圖1根據本發明之一較佳例示性實施例展示穿過—具有 冷却介質之多重供給的冷却燃氣渦輪機葉片或輪葉與一冷 却條帶覆片之組態的縱向截面; 圖2以放大說明形式來展示具有用於供給冷却介質之額 外的流的兩個孔的圖1之葉片或輪葉之根部區域; 圖3、4各自展示在一垂直於圖2之截面平面的平面中穿過 圖2之葉片或輪葉根部並穿過用於供給冷却介質之額外的 流的該等兩孔之一的截面; 圖5展示自圖1、2所示之葉片或輪葉之條帶覆片部分上方 所見的平面圖;且 圖6-8展示沿圖5所示之平行截面平面A_A、B_B與c_c穿 過圖1、2之葉片或輪葉之條帶覆片區域的各個截面。 【主要元件符號說明】 10 葉片或輪葉 11 主葉片或輪葉部件 12 葉片或輪葉根部 13、14、15 冷却管道 16 主冷却入口 94627.doc 12 1338075
17 19 20 21 22 24 25 27 d 1 y X 18 轉向區域 前緣 後緣
條帶覆片部分 23 子L 核心開口 葉片或輪葉柄部 ...' 29 孔 孔22、23之内徑 上部孔22與第二轉向區域之間的距離 孔22、23之間的在徑向方向上的距離 孔22、23之間的在軸向方向上的距離 94627.doc 13-
Claims (1)
1338075 第093120792號專利申請案 中文申請專利範圍替換本(99年8月) 十、申請專利範圍: 一種用於一燃氣渦輪機之冷却葉片(1〇),其具有一徑向内 建方向與一軸向内建方向,該葉片(1〇)包括一翼片 該翼片(II)被連接至一根部(12)與一柄部(25),且延伸於 該徑向内建方向上,該翼片包括一前緣(19)與一後緣 (2〇),及在s亥翼片(11)内部延伸於該徑向方向上之複數個 冷却劑通道(13、14、15) ’該等冷却劑通道沿流動方向被 串聯地連接,一第一冷却劑通道(丨3)沿該前緣(19)被配 置,而一第二冷却劑通道(15)沿該後緣(2〇)被配置,其中 該第一與第二冷却劑通道具有一起始自該葉片或輪葉根 部U2)處且在該徑向内建方向上流動之一冷却介質之一 幹流之穿流方向;經由一第一偏轉區域(17),該第一冷却 劑通道(13)之一下游末端與該第二冷却劑通道(15)之一 μ入側末編死j成流體連通;一第三冷却劑通道(14)被配置 於該第一及第二冷却通道(13、15)與一第二偏轉區域(18) 之間,且提供第一構件,經由其將一額外的冷却介質流 自該外部添加至從該第三冷却劑通道(14)流入該第二冷 却Μ通道(1 5)中之該冷却介質之已加熱幹流處,其特徵在 於該等第一構件包括與該第二偏轉區域(18)連通之孔 (22、23),其中一被定向於該徑向内建方向中之核心開口 (24)破配置於該葉片或輪葉根部(12)令,且其中該等孔 (2 23)延伸撗向穿過該葉片或輪葉柄部(25)並通入該核 心開口(24)中。 如叫求項1之葉片,其中存在至少兩個相反的孔(22、23), 94627-990809.doc 1338075 界年51月?日修(更)正替換頁 -------- 1 - , 該等孔之開口朝向位在該葉片或輪葉内部之該葉片尖 端’且該等孔各自包含一相對於該徑向内建方向呈3〇。至 90°間之角度。 3. 如明求項2之葉片’其中該等孔(22、23)相對於彼此被偏 置在該徑向内建方向與該轴向内建方向上。 4. 如請求項3之葉片,其中該等孔(22、23)具一經定義的内 徑(d);位在該徑向内建方向上之該等孔(22、23)間之距 離(y)與該内徑(d)之比例係在1與4間之範圍内;且與位該 軸向内建方向上之該等孔(22、23)間之距離(x)與該内徑 (d)之比例係在〇與3間之範圍内。 5. 如請求項4之葉片,其中介於一孔(22)與該第二偏轉區域 (18)間之徑向距離⑴與該内徑(d)之比例係在1與4間之範 圍内。 6.如請求項1至5中任一項之葉片,其中存在第二構件,其 確保儘管添加了該額外流,穿過該第一冷却劑通道(13) 之該冷却劑之該幹流可大體上保持不變。
8. 如明求項6之葉片,其中該第二構件包括額外出口開口, 其被配置於該主冷却人σ (16)與該第二偏轉區域(Μ)之 間’且該冷却劑幹流中的一部分流係經由其而排出。 如。月求項7之葉片’其中該葉片(1())在該尖端處呈有一遮 =分⑵h其中㈣額外出口開口係被配置於該遮蔽 邵/刀(21)中之孔(27、. 、29)。 94627-9908O9.doc 1338075 ??年^月尸日修(更)正替換頁 9.如請求項8之葉片,其中在該遮蔽部分中至少有三個孔 (27、...、29),其具有在0.6 mm至4 mm間範圍内之内徑。 1 〇·如請求項1至5中任一項之葉片,其中該第二冷却劑通道 (1 5)具有一對應於該已混合補充流量之分支流動橫截面。 94627-990809.doc
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