TWI356870B - Cooled blade for a gas turbine - Google Patents

Description

1356870 . .99, ΐ^ΠΤ- …丨 年月曰修(更)正替換頁 九、發明說明： ----- 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於燃氣渦輪機技術之領域。它涉及—燃氣滿 輪機之冷卻葉片，如請求項丨之前言中所描述的。 舉例而言’由美國公告第US-A-4,278,400號可知，如此 之葉片係為習知的。 【先前技術】 在新式高效率燃氣渦輪機中採用覆葉片，其在操作過程 中受到溫度超過1200。^：及壓力超過6巴之熱氣的作用。 一覆葉片之一基本配置如圖【所示。該葉片1〇包括一葉片 翼11，該葉片翼於向下方向上藉由一葉片附根25併合入一 葉片根12。在上端，該葉片翼u在一葉尖或翼尖處併合入 一護罩部分21，該護罩部分在一完整葉柵之情況下連同 其他葉片之護罩部分一起形成一閉合環形護罩。該葉片翼 具有一從該葉片附根延伸至該葉尖之翼展方向。當該葉片 被插入一渦輪機中時，因為該翼展方向係沿該渦輪機橫截 面之仅向6又置，因此這一方向在下文中亦可稱為一葉片 徑向。該葉片翼π具有一前緣19及一後緣2〇，而該熱氣在 前緣19上流動。在該葉片翼i i中設置有複數個徑向冷卻劑 導管13、14和15 ’此等導管按照流動而藉由偏轉區17、18 被連接在一起並形成一具有複數個彎角之蛇形帶（參見如 圖1中該等冷卻劑導管13、14和1 5中的該等流動箭頭）。 因為該冷卻劑一旦流經按順序連接之冷卻劑導管13、14 和15之蛇形帶，在溫度增高下該冷卻劑流經該等冷卻劑導 98983-991217.doc 1356870 __ 41 修(更)正替換頁 管並在最終後緣20冷卻劑導管15中達到最高溫度。該葉片 1 〇之後緣20因此可在特定操作條件下達到過高的冷卻劑溫 度和葉片材料或金屬溫度。由此引起的該金屬溫度在該葉 片之軸向長度上不正確匹配可導致高溫蠕變，且結果導致 該後緣20之變形。如圖1中所示在一覆葉片的情況中，該等 護罩部分21在轴向、徑向和周向之傾斜將會發生而當作該 後緣變形之副效應。該等護罩部分2 1之傾斜可導致各個護 罩部分之間的間隙開放’其允許高溫熱氣進入該護罩空 間。由此’該護罩金屬之溫度可顯著增高並迅速引起護罩 螺變’並最終導致該護罩之高溫失效。 在本文開始時引據之美國公告第US-A-4,278,400號中， 在葉片冷卻供給中已提出許多建議用於在前緣處帶有冷卻 尖端及精細分布冷卻孔（薄膜冷卻）之葉片。於該主冷卻流之 9〇偏轉之末端，在該主冷卻流之流動方向之橫向設置一 噴射器，藉由該喷射器，冷卻器冷卻劑之一額外流動被喷 射進入沿該後緣延伸之冷卻劑導管内。該噴射器可藉由一 經由該葉片根徑向延伸之導管來提供冷卻劑。以更高速度 自該喷射器之噴嘴嘴出之冷卻劑產生-低壓’此低壓將經 加熱之冷卻劑從該前緣之冷卻劑導管抽入該後緣之冷卻劑 導B中。沿s亥則緣流動之冷卻劑之大約45%經由該前緣上 之《玄等冷部孔排出。4Q%經由該喷射器引導。剩餘冷卻劑 則經由位於葉尖之冷卻孔排出。 在冷部劑供應中吾人所熟知之類型多數具有各種缺點。 由於。玄噴射裔，該冷卻劑導管中的該等壓力關係與流動關 98983-991217.doc 1356870 Y"年替換頁j 係相對於具有經由該前緣上之該冷卻劑導管入口作簡單供 應之形態已被極大地改變。特定言之，有必要在用於薄膜 冷卻之前緣處排出之冷卻劑與由該噴射器引導之冷卻劑之 間尋找並調節一平衡。這需要一完全新的葉片冷卻設計規 劃’ S亥設計規劃僅可費力地配合變化之需求。該喷射器原 理和相關聯之低壓形成並不適於無前緣薄膜冷卻之葉片和 帶有冷卻護罩之葉片。 【發明内容】 接著，最初所提到之該類型的葉片將在下文中描述，其 防止了迄今吾人所熟知之葉片的該等缺點。本發明可應用 於覆葉片或未覆葉片，更特定言之，可應用於包括一冷卻 。蒦罩之葉片令’而不考慮該前緣之薄膜冷卻是否存在。業 已存在之葉片可容易地基於前述葉片之觀念而被予修正f 如請求項1所述之葉片，一輔助冷卻劑流直接從該主冷卻 劑入口分流出來，且經由延伸於該主冷卻劑入口與該第二 轉區之間的-孔口流入沿著該後緣延伸之冷卻劑導管 、古X =可以為—牙孔、一鑽孔或禱件。因為該冷卻劑 之/瓜動错由該旁路孔 所以兮A 攸该主冷部流分流，並隨後流回，. 所以遠冷卻劑流總的保持不變。 本發明之一較佳實施例 士 4 ’只特徵為，該孔口係以如下 一方式形成和設置的，即流 坌一值工4孔口之冷卻劑直接流經該 第一偏轉區進入該第二 在爷接結厂“導^内。由於該旁路流，這 在該後緣之冷卻劑導管中 iP M m m ^ ^ 供非*有效之溫度降低。 根據附屬清求項得出進一步之具體實施例。 98983-991217.doc •9· 1356870 E__________ 妁年12月179修(¾正替換頁 【實施方式】 下面使用具體實施例之實例結合圖式對本發明進行更詳 細說明。 根據本發明，在圖丨和圖2中重現了 一帶有複數個冷卻劑 供應之一冷卻燃氣渦輪機葉片的較佳典型具體實施例。該 冷卻劑之主流經由該葉片附根25附近之一主冷卻劑入口 16 而從下面進入該冷卻劑導管13内，部分冷卻劑再度經由該 濩罩部分21中之孔流出（圖3至圖6中孔口 27…29)，而部分冷 卻劑則沿s亥後緣2 0流出（參見包括在圖1中該護罩部分2丄和 該後緣20上之箭頭）。 第裝置（23)被予设置以便可藉其使一來自外部之冷卻 器冷卻劑之額外流動可從該第三冷卻劑導管（14)被增加至 流入該第二冷卻劑導管（15)内之該經加熱之冷卻劑主流 中。在本實施例中，該第一裝置係包含一孔口 23，流入該 主冷卻劑入口 16内之冷卻劑的一部分藉由該孔口 23而分 流，並經由該第二偏轉區18而被供應至該後緣處之冷卻劑 導管15。於是該孔口 23較佳地按如下一方式配置和設置（亦 即，在本情況中係傾斜向上）’使經由該孔口之冷卻劑流可 被無偏離地直接導入該冷卻劑導管15中。該旁路孔口 2 3之目 的係將冷卻器冷卻劑直接導入該葉片10之後緣區中。 在該葉片10之護罩部分21中另外提供更多之孔口 27、28 和29(圖3至圖6)。經由該等孔口 27、28和29流出之冷卻劑用 於促進該護罩部分21之冷卻。該護罩部分21中的冷卻孔口 27、28和29較佳地具有一範圍為0.6 mm至4 mm間之内徑。 98983-991217.doc -10- 1356870 · 、"车一1!丄!修名正替换頁 所有三個孔〇 2 7、 定尺寸’以致使一 主流中。 2 8和2 9在該護罩部分2 1上進行定位並確 不均句喷射式穿透發生在該護罩空腔之 【圖式簡單說明】 圖1表不根據本發明之一較佳典型具體實施例一帶有複 數個冷部劑供應和冷卻護罩之冷卻燃氣渦輪機葉片沿縱剖 面之配置； 圖2以-放大方式表示來自圖丄之葉片之葉片根區，該葉 片根區在社冷卻劑人口與㈣二偏轉區之間帶有該旁路 孔口； 圖3以上端視圖形式表示來自圖卜2之葉片之護罩部分. 以及 ▲圖4-6表示經由圖卜2之葉片之護罩區域沿包括在圖3中 該等平行剖面A-A ' B-B和C-C之各個戴面。 【主要元件符號說明】 10 葉片 11 葉片翼 12 葉片根 13' 14' 15 冷卻劑導管 16 主冷卻劑入口 17、18. 偏轉區 19 前緣 20 後緣 21 護罩部分 98983-991217.doc -11 - 1356870 99年3 Μ修(幻正替換頁 23 24 25 27、 孔口 芯型孔 葉片附根 28 ' 29 孔口 98983.99J217.doc 12·

Claims (1)

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、申請專利範園： 第的41〇1211號專利申請案 中文申請專利範圍替換本(100年8月） -種燃氣涡輪機之冷卻葉片（1G) m (1G)包括一沿一 翼展方向從一葉片根0 2)和一葉片附根（25)延伸至一葉尖 處之葉片翼(11) ’該葉片翼包括-前緣(19)和一後緣 (20)，且在该葉片翼（丨丨）内設置有複數個冷卻劑導管（13， 14，1 5)，該等冷卻劑導管沿流動方向連續地設置，且該 等冷卻劑導管在該葉片翼之翼展方向上從該葉片附根區 延伸至該葉尖處，一第一該等冷卻劑導管（13)沿該前緣 (19)延伸，而一第二該等冷卻劑導管（15)則沿該後緣（2〇) 延伸，且该等第一和第二冷卻劑導管被設置成可適於沿翼 展方向通過該等導管而朝向該葉尖流動一冷卻劑之主 流’其中該第一冷卻劑導管（13)之入口與一主冷卻劑入口 (16)相連接’而該第一冷卻劑導管（丨3)之出口經由一第一 偏轉區（17)、至少一設置在該第一和第二冷卻劑導管 (13 ’ IS)間之第三冷卻劑導管（14)、及一第二偏轉區（18) 而與該第二冷卻劑導管（15)之入口流動相連接，該第二偏 轉區被設置在一第三冷卻劑導管與該第二冷卻劑導管之 間’第一裝置被設置成可經由其將一冷卻劑流引進一從一 第二冷卻劑導管（14)流向該第二冷卻劑導管（1 5)之經加熱 的主冷卻劑流内，其特徵在於該第一裝置包括一自該主冷 卻劑入口（16)延伸至該第二偏轉區（18)處之孔口（23)。 2·如請求項1之燃氣渦輪機之冷卻葉片（10)，其特徵為該孔 98983-1000830.doc 1356870 10朱8月修(更)正替換頁 口（23)被構形並配置成使得流經該孔口（23)之冷卻劑可直 接經由該第二偏轉區（18)進入該第二冷卻劑導管（15)内。 3·如請求項1或2之燃氣渦輪機之冷卻葉片（10)，其特徵在於 該孔口係一穿孔。 4·如請求項1之燃氣渦輪機之冷卻葉片（1〇)，其特徵在於出 口孔（27…29)被設置在該主冷卻劑入口（16)與該第二偏 轉區（18)之間’而該主冷卻劑流之一部分經由該等孔流 出。 .如明求項4之燃氣渦輪機之冷卻葉片（丨〇)，其特徵在於在 該葉片（ίο)在該葉片翼尖處具有一護罩部分（21)，且其特 徵在於料ώ 口孔係設置在㈣罩部分叫中的孔口 (27 ...29)。 6. 如請求項5之燃氣渦輪機之冷卻葉片⑽，其特徵在於在 該護罩部分中提供至少三個孔口（27 29)，而該等孔口 (27 ... 29)具有-在G.6 _至4咖範圍間之内徑。 7. 如凊求们之燃氣渴輪機之冷卻葉片⑽，其中該第三冷 卻劑導管的數目為一個。 98983-1000830.doc