具有平台冷却布置的涡轮转子叶片的制作方法
具有平台冷却布置的涡轮转子叶片的制作方法
【技术领域】
[0001]本申请大体涉及燃烧涡轮发动机，如在本文中所使用的并且除非另外具体地声明，其包括所有类型的燃烧涡轮发动机，例如在功率生成和航空器发动机中使用的那些。更具体地，但却不作为限制，本应用涉及用于冷却涡轮转子叶片的平台区域的设备、系统和/或方法。
【背景技术】
[0002]燃气涡轮发动机典型地包括压缩机、燃烧器和涡轮。压缩机和涡轮通常包括在级中轴向地堆叠的翼形件或叶片的排。各级典型地包括固定的一排周向地间隔开的定子叶片，和绕中央轴线或轴旋转的一组周向地间隔开的转子叶片。在操作时，压缩机中的转子叶片绕轴旋转来压缩空气流。然后在燃烧器中使用该压缩空气来燃烧燃料的供应。来自燃烧工序的所得的热气流穿过涡轮膨胀，这导致转子叶片使它们附接至的轴旋转。以此方式，将燃料中包含的能量转换成旋转轴的机械能，该机械能然后例如可用来使发电机的线圈旋转以生成电流。
[0003]参照图1和2，涡轮转子叶片100通常包括翼形件部分或翼形件102和根部部分或根部104。翼形件102可描述为具有凸起吸力面105和凹入压力面106。翼形件102还可描述为具有为前边缘的导缘107，和作为后边缘的尾缘108。根部104可描述为具有用于将叶片100固连至转子轴的结构(如所示，其典型地包括燕尾件109)、平台110(翼形件102从其延伸)、和柄部112，柄部112包括燕尾件109与平台110之间的结构。
[0004]平台110可包括多种构造，例如平面(如在图4中示出的)，其为波状(contoured)或任何其他适当的变型。(注意本文中使用的“平面”指近似或基本为平面的形状。例如，本领域技术人员将理解，平台可构造为具有稍微弯曲或凸起的向舷外表面，具有与转子叶片的径向位置处的涡轮的环境对应的曲率。如在本文中所使用的，该类型的平台形状被认为是平面的，因为曲率半径充分大来使平台呈现平直外观。)例如，具体参照图4，平台110可具有顶侧113，如图1所示，其可包括轴向且周向地延伸的平直表面。如图2所示，平台110可具有下侧114，其也可包括轴向且周向地延伸的平直表面。平台110的顶侧113和底侧114可形成为使得各自基本平行于彼此。如所绘出的，应当理解的是，平台110通常具有薄径向轮廓，即，在平台110的顶侧113与底侧114之间存在相对短的径向距离。
[0005]通常，平台110可用在涡轮转子叶片110上来形成燃气涡轮的热气体路径区段的内部流路边界。平台I1还为翼形件102提供结构支撑。在操作中，涡轮的旋转速度包括可产生沿着平台110的相对受压区的机械负载，该区可进一步经受升高的温度。
[0006]使平台区域110更耐用的一个方法是在操作期间用压缩空气或其他冷却剂的流冷却其。但是，如本领域技术人员将理解的，平台区域110提出了某些设计难题。在重要部分中，这是因为该区域的几何形状，因为如所描述的，平台110是远离转子叶片的中央芯存在且典型地设计为具有结构合理但较薄径向厚度的外围构件。
[0007]为了使冷却剂循环，转子叶片100典型地包括一个或更多个内部冷却通路116 (见图3和图4)，其至少径向地延伸穿过叶片100的芯，包括穿过根部104和翼形件102。如在下面更详细地所描述的，为了增加热交换，这种内部冷却通路可形成为具有曲折路径，该曲折路径蜿蜒穿过叶片100的中央区，但也可为其他构造。在操作中，冷却剂180可经由在根部104的舷内部分中形成的一个或更多个入口 117进入内部冷却通路116。冷却剂180可循环穿过叶片100并且通过在翼形件上形成的出口(未显示)并且/或者经由在根部104中形成的一个或更多个出口(未显示)离开。冷却剂180可被压缩，并且例如可包括压缩空气、与水、蒸汽等混合的压缩空气。在许多情况下，冷却剂180是从发动机的压缩机转移的压缩空气，但也可能是其他来源。
[0008]在一些情况下，内部冷却通路116还可包括腔119，腔119形成在相邻转子叶片100的柄部112与平台110之间。从那里，可通过将平台中的冷却通路连接至涡轮转子叶片的内部冷却通路116的一个或更多个部分(例如，腔119)，而将冷却剂180用于冷却叶片的平台区110。例如，冷却剂可从内部冷却通路116中的一个抽取(例如进入在柄部112/平台I1之间形成的腔119)，并且供应至延伸穿过平台110的冷却通道。在横越平台110之后，冷却空气可通过在平台的顶侧113中形成的膜冷却孔离开腔。
[0009]但是，应当理解的是，该类型的冷却回路在一个部分中不是独立的，因为依赖腔119的冷却回路仅在两个邻近转子叶片100装配后形成。这可对安装和测试产生较大的复杂性。用于平台冷却的备选设计可包括一种冷却回路，如图3所绘出的，其包含在转子叶片100内并且不包括柄部腔119。冷却空气从延伸穿过叶片110的芯的内部冷却通路116中的一个中抽取，并且被向后引导穿过在平台110内形成的冷却通道。冷却剂180流动穿过平台冷却通道来帮助冷却构件。但是，在平台110中放置冷却通道通常是在相对最热的区域(例如在翼形件102的凹入压力面106侧上)实施的。而且，冷却通道布置可为复杂的(例如，弯曲的或曲折的)以用于分布冷却剂180，因而要求防止或限制在之前存在的部分中进行这种修改。
[0010]因此，备选平台冷却布置在本领域中将受欢迎。
【发明内容】
[0011]在一个实施例中，公开了一种涡轮转子叶片中的平台冷却布置。涡轮转子叶片包括翼形件与根部之间的界面处的平台，其中，涡轮转子叶片包括形成于其中的内部冷却通路，所述内部冷却通路从在根部处的与冷却剂源的连接延伸至平台的近似径向高度，并且其中，平台的吸力侧包括顶侧，该顶侧从翼形件周向地延伸至吸力侧斜面。平台冷却布置包括:给送孔，其从吸力侧斜面延伸到内部冷却通路；和一个或更多个分支孔，它们各自从给送孔延伸至吸力侧斜面。在操作中，来自冷却剂源的冷却剂从内部冷却通路穿过给送孔流到一个或更多个分支孔并且沿吸力侧斜面离开平台。
[0012]在一个实施例中，公开了一种涡轮转子叶片中的平台冷却布置。涡轮转子叶片包括翼形件与根部之间的界面处的平台，其中，涡轮转子叶片包括形成于其中的内部冷却通路，该内部冷却通路从在根部处的与冷却剂源的连接延伸至平台的近似径向高度，并且其中，平台的吸力侧包括顶侧，该顶侧从翼形件周向地延伸到吸力侧斜面。平台冷却布置包括:给送孔，其从平台的前缘延伸至内部冷却通路；和一个或更多个分支孔，它们各自从给送孔延伸至吸力侧斜面。在操作中，来自冷却剂源的冷却剂从内部冷却通路穿过给送孔流到一个或更多个分支孔并且沿吸力侧斜面离开平台。
[0013]在另一实施例中，公开了一种方法以用于在涡轮转子叶片中形成平台冷却布置。该方法包括提供一种涡轮转子叶片，该涡轮转子叶片具有翼形件与根部之间的界面处的平台，其中，涡轮转子叶片包括形成于其中的内部冷却通路，该内部冷却通路从在根部处的与冷却剂源的连接延伸至平台的近似径向高度，并且其中，平台的吸力侧包括顶侧，该顶侧从翼形件周向地延伸到吸力侧斜面。该方法还包括:形成给送孔，其从吸力侧斜面延伸到内部冷却通路；和形成一个或更多个分支孔，它们各自从给送孔延伸至吸力侧斜面。在操作中，来自冷却剂源的冷却剂从内部冷却通路穿过给送孔流到一个或更多个分支孔并且沿吸力侧斜面离开平台。
[0014]技术方案1:一种涡轮转子叶片中的平台冷却布置，所述涡轮转子叶片包括翼形件与根部之间的界面处的平台，其中，所述涡轮转子叶片包括形成于其中的内部冷却通路，所述内部冷却通路从所述根部处的与冷却剂源的连接延伸至所述平台的近似径向高度，其中，所述平台的吸力侧包括顶侧，所述顶侧从所述翼形件周向地延伸到吸力侧斜面，所述平台冷却布置包括:
给送孔，其从所述吸力侧斜面延伸至所述内部冷却通路；和
一个或更多个分支孔，所述分支孔各自从所述给送孔延伸至所述吸力侧斜面，其中，冷却剂从所述内部冷却通路通过所述给送孔流到所述一个或更多个分支孔并且沿所述吸力侧斜面离开所述平台。
[0015]技术方案2:根据技术方案I所述的平台冷却布置，其特征在于，所述给送孔是直线的。
[0016]技术方案3:根据技术方案2所述的平台冷却布置，其特征在于，所述一个或更多个分支孔中的各个是直线的。
[0017]技术方案4:根据技术方案I所述的平台冷却布置，其特征在于，所述给送 孔包括插塞，所述插塞布置为接近在所述内部冷却通路远侧的外端。
[0018]技术方案5:根据技术方案4所述的平台冷却布置，其特征在于，所述插塞包括计量孔，以允许冷却剂的至少一部分到所述给送孔的外端外的通路，其中，计量孔截面面积小于给送孔截面面积。
[0019]技术方案6:根据技术方案I所述的平台冷却布置，其特征在于，至少一个分支孔从所述给送孔的后缘侧延伸，并且至少一个分支孔从所述给送孔的前缘侧延伸。
[0020]技术方案7:根据技术方案I所述的平台冷却布置，其特征在于，还包括附加分支孔，其从所述给送孔延伸至所述平台的前缘。
[0021]技术方案8:根据技术方案I所述的平台冷却布置，其特征在于，还包括附加分支孔，其从所述给送孔延伸至所述平台的压力侧斜面。
[0022]技术方案9:根据技术方案I所述的平台冷却布置，其特征在于，离开所述分支孔中的至少一个的冷却剂冲击邻近涡轮转子叶片的压力侧斜面。
[0023]技术方案10:根据技术方案11所述的平台冷却布置，其特征在于，还包括所述压力侧斜面上的一个或更多个表面特征，所述表面特征扰乱从相邻涡轮转子叶片的平台冷却布置离开的冲击冷却剂。
[0024]技术方案11: 一种涡轮转子叶片中的平台冷却布置，所述涡轮转子叶片包括翼形件与根部之间的界面处的平台，其中，所述涡轮转子叶片包括形成于其中的内部冷却通路，所述内部冷却通路从所述根部处的与冷却剂源的连接延伸至所述平台的近似径向高度，其中，所述平台的吸力侧包括顶侧，所述顶侧从所述翼形件周向地延伸到吸力侧斜面，所述平台冷却布置包括:
给送孔，其从所述平台的前缘延伸至所述内部冷却通路；和
一个或更多个分支孔，所述分支孔各自从所述给送孔延伸至所述吸力侧斜面，其中，冷却剂从所述内部冷却通路通过所述给送孔流到所述一个或更多个分支孔并且沿所述吸力侧斜面离开所述平台。
[0025]技术方案12:—种用于在涡轮转子叶片中形成平台冷却布置的方法，所述方法包括:
提供涡轮转子叶片，所述涡轮转子叶片包括翼形件与根部之间的界面处的平台，其中，所述涡轮转子叶片包括形成于其中的内部冷却通路，所述内部冷却通路从所述根部处的与冷却剂源的连接延伸至所述平台的近似径向高度，其中，所述平台的吸力侧包括顶侧，所述顶侧从所述翼形件周向地延伸到吸力侧斜面。
[0026]形成给送孔，所述给送孔从所述吸力侧斜面延伸至所述内部冷却通路；和形成一个或更多个分支孔，所述分支孔各自从所述给送孔延伸至所述吸力侧斜面，其中，冷却剂从所述内部冷却通路通过所述给送孔流到所述一个或更多个分支孔并且沿所述吸力侧斜面离开所述平台。
[0027]技术方案13:根据技术方案12所述的方法，其特征在于，所述给送孔是直线的。
[0028]技术方案14:根据技术方案13所述的方法，其特征在于，所述一个或更多个分支孔中的各个是直线的。
[0029]技术方案15:根据技术方案12所述的方法，其特征在于，还包括将插塞插入所述给送孔的在所述内部冷却通路远侧的外端中。
[0030]技术方案16:根据技术方案15所述的方法，其特征在于，所述插塞包括计量孔，以允许所述冷却剂的至少一部分到所述给送孔的外端外的通路，其中，计量孔截面面积小于给送孔截面面积。
[0031]技术方案17:根据技术方案12所述的方法，其特征在于，还包括形成附加分支孔，所述附加分支孔从所述给送孔延伸至所述平台的前缘。
[0032]技术方案18:根据技术方案12所述的方法，其特征在于，所述一个或更多个分支孔中的至少一个的分支孔截面面积小于所述给送孔的给送孔截面面积。
[0033]技术方案19:根据技术方案12所述的方法，其特征在于，离开所述分支孔中的至少一个的冷却剂冲击邻近涡轮转子叶片的压力侧斜面。
[0034]技术方案20:根据技术方案19所述的方法，其特征在于，所述涡轮转子叶片的压力侧斜面包括一个或更多个表面特征，所述表面特征扰乱从相邻涡轮转子叶片的平台冷却布置离开的冲击冷却剂。
[0035]通过下列详细说明，结合附图，将更充分地理解由本文中讨论的实施例提供的这些和附加特性。
【附图说明】
[0036]附图中所示的实施例本质上为说明性的和示范性的，并且不意图限制由权利要求限定的本发明。当结合下列附图而阅读时，可理解说明性实施例的下列详细说明，其中类似结构使用类似参考数字指示，并且其中:
图1例示示范涡轮转子叶片的透视图，其中可使用本公开的一个或更多个实施例；
图2例示涡轮转子叶片的下侧视图，其中可使用本公开的一个或更多个实施例；
图3例示邻近涡轮转子叶片的剖视图，其中可使用本公开的一个或更多个实施例；
图4例示根据本文中显示或者描述的一个或更多个实施例的具有平台的涡轮转子叶片的俯视图，该平台具有平台冷却布置；
图5例示根据本文中显示或者描述的一个或更多个实施例的具有平台的涡轮转子叶片的俯视图，该平台具有另一平台冷却布置；
图6例示根据本文中显示或者描述的一个或更多个实施例的具有平台的涡轮转子叶片的俯视图，该平台具有另一平台冷却布置；
图7例示根据本文中显示或者描述的一个或更多个实施例的具有平台的涡轮转子叶片的俯视图，该平台具有另一平台冷却布置；
图8例示根据本文中显示或者描述的一个或更多个实施例的具有平台的邻近涡轮转子叶片的俯视图，该平台具有平台冷却布置；
图9例示根据本文中显示或者描述的一个或更多个实施例的在涡轮转子叶片中形成平台冷却布置的方法。
[0037]附图标记 100涡轮转子叶片 102翼形件
104根部部分
105凸起吸力面
106凹入压力面
107前缘
108后缘
109燕尾件
110平台
112柄部
113平面顶侧
114平面下侧
116内部冷却通路
117 入口
119腔
121后缘
122吸力侧斜面
124前缘
126压力侧斜面
150平台冷却布置 160给送孔 161外端 165插塞
170分支孔(一个或更多个)
171附加分支孔(一个或更多个)
180冷却剂 190沟槽 200方法 210步骤(提供)
220步骤(给送孔)
221步骤(插塞)
230步骤(分支孔)
231步骤(附加)。
【具体实施方式】
[0038]下面将描述本发明的一个或更多个具体实施例。为了提供这些实施例的简明描述，可不在说明书中描述实际实现方式的所有特征。应当理解的是，在任何这种实际实现方式的开放中，如在任何工程或设计项目中一样，必须进行许多实现方式特定的决定来实现开发者的具体目标，例如符合系统相关和商业相关的约束，其可从一个实现方式到另一个实现方式而变化。而且，应当理解的是，这种开发努力可能是复杂并且耗费时间的，但对于从本公开受益的本领域技术人员将只是设计、制造和加工的例行工作。
[0039]当介绍本发明的各种实施例的元件时，冠词“一”、“一个”、“该”和“所述”意图指存在一个或更多个元件。术语“包括”、“包含”和“具有”意图包含并且指可存在列出元件之外的附加元件。
[0040]现参照图4，平台冷却布置150示出为配置在涡轮转子叶片100的平台110中。如上面所讨论的(并且额外参照图1)，平台110通常包括翼形件102大体从其延伸的结构。平台110从吸力侧斜面122延伸至压力侧斜面126，并且从后缘121延伸至前缘124。如本领域技术人员应当理解的，平台110在操作期间将经历升高的温度范围。具体地，平台110的在翼形件102的压力侧上的相对“热”部分可经历比平台110的在翼形件102的吸力侧上的相对“冷”部分高的升高温度。可利用在本文中公开和描述的平台冷却布置150，尤其通过在平台110的相对“冷”部分中配置的平台冷却布置150来帮助控制平台110的一个或更多个这些区域的温度。
[0041]如在图4-8中 所示出的，平台冷却布置150通常包括一种冷却通道的布置，其在翼形件102的凸起吸力面105侧附近分配来自涡轮转子叶片100的一个或更多个内部冷却通路116的冷却剂180。具体地，平台冷却布置150通常包括给送孔160和一个或更多个分支孔170，以遍及平台110的至少一部分分配来自一个或更多个内部冷却通路116并且至少部分地离开吸力侧斜面122的冷却剂180。
[0042]给送孔160通常包括冷却通道，该冷却通道从吸力侧斜面122延伸至涡轮转子叶片100的内部冷却通路116。给送孔160定位成使得其捕获来自内部冷却通路116中的一个或更多个的冷却剂180，使得其可经由在本文中应当理解的一个或更多个分支孔170穿过平台冷却布置150进行分配。
[0043]给送孔160可通过多种方法形成，使得其可在涡轮转子叶片100已经铸造或以其他方式制造之后形成。例如，给送孔160可为直线的，使得其可被加工(例如钻孔)到之前存在的平台110中。具体地，可使钻孔机或其他材料开凿装置沿吸力侧斜面122插入且朝内部冷却通路116前进。通过避免弯曲、曲折或其他复杂设计，给送孔160可更易于添加至之前存在的涡轮转子叶片100，而不必须改变原有的制造(例如铸造)工序。这种实施例可因而允许平台冷却布置150并入到新生产和使用过的涡轮转子叶片100 二者中。
[0044]在一些实施例中，可使用插塞165覆盖给送孔160的外端161 ( S卩，在内部冷却通路116远侧的端部)。可在将给送孔160加工到平台110中之后将插塞165插入给送孔160中，以迫使来自内部冷却通路116的冷却剂180经由一个或更多个分支孔180与逃逸出给送孔160的外端161相反地离开。插塞可包括可耐受相关周围操作温度和流动穿过给送孔160的冷却剂180的压力的任何结构。在又一些实施例中，插塞161可包括计量孔(未示出)来允许冷却剂180的至少一部分到给送孔160的外端161外的通路。在这种实施例中，计量孔截面面积(即，孔的尺寸)可小于给送孔截面面积，以限制或控制行进穿过其的冷却剂180的量。这种实施例可允许行进穿过一个或更多个分支孔170的冷却剂180的量的调整或节流，例如，当来自内部冷却通路的冷却剂180的压力高于要求时，或当在其他情况下寻求使冷却剂180离开到给送孔160外时。
[0045]给送孔160可包括任何尺寸(例如长度和截面面积)来充分地促进冷却剂180的从内部冷却通路116到一个或更多个分支孔170的流。在一些实施例中，可调整给送孔160的尺寸和位置，使得控制其从平台110的顶侧113开始的深度，以更好地允许其间的对流冷却。在一些实施例中，可基于穿过内部冷却通路116的冷却剂180的初始流速和穿过一个或更多个分支孔170的冷却剂180的目标流速来选择给送孔160的尺寸和位置。
[0046]在一些实施例中，例如在图4-8中示出的那些，平台冷却布置150可包括单个给送孔160。但是，在一些实施例中，平台冷却布置可包括多个给送孔，其中的各个从吸力侧斜面122延伸至涡轮转子叶片100的内部冷却通路116。如应当在本文中理解的，在这种实施例中，多个给送孔160中的一个或更多个可包括由其延伸的分支孔170。
[0047]在又一些实施例中，平台冷却布置150可包括从内部冷却通路116延伸至平台110前缘124的给送孔160。可提供这种实施例以用于(多个)给送孔160和/或延伸穿过其的(多个)分支孔170的备选构造。
[0048]继续参照图4，平台冷却布置150还包括一个或更多个分支孔170，其各自从给送孔160延伸至吸力侧斜面122，使得在操作中，冷却剂180可从冷却剂源从内部冷却通路116流动穿过给送孔160并穿过一个或更多个分支孔170，从而沿吸力侧斜面116离开平台HO。
[0049]与给送孔160相似，一个或更多个分支孔170可通过多种方法形成，使得其可在涡轮转子叶片100已铸造或以其他方式制造之后形成。例如，一个或更多个分支孔170可为直线的，使得其可被加工(例如钻孔)到之前存在的平台110中。具体地，可使钻孔机或其他材料开凿装置沿吸力侧斜面122插入并且朝给送孔160前进。通过避免弯曲、曲折或其他复杂设计，一个或更多个分支孔170可更易于附加至之前存在的涡轮转子叶片100，而不必改变原有的制造(例如铸造)工序。这种实施例可因而允许平台冷却布置150并入到中新生产和使用过的涡轮转子叶片100 二者中。
[0050]一个或更多个分支孔170可包括任意的数量和尺寸(例如长度和截面面积)来充分地促进冷却剂180的从内部冷却通路116穿过给送孔160并到一个或更多个分支孔170中的流。在一些实施例中，平台冷却布置150可包括从给送孔160分支的单个分支孔170。
[0051]在其他实施例中，例如在图4-8中示出的那些，平台冷却布置150可包括从给送孔160延伸的多个分支孔170。在这种实施例中，分支孔170中的各个可从给送孔160以基本相同的角度延伸，并且在基本平行的方向上行进(例如在图4中示出的)，分支孔170中的各个可从给送孔160以不同角度延伸并且在基本非平行的方向上行进(例如在图5中所示出的)，或它们的结合。
[0052]在一些实施例中，可调整一个或更多个分支孔170的尺寸和位置，使得控制它们的从平台110的顶侧113开始的深度，以更好地允许其间的对流冷却。在一些实施例中，可基于穿过内部冷却通路116 (和给送孔160)的冷却剂180的初始流速和穿过一个或更多个分支孔170的冷却剂180的目标流速选择一个或更多个分支孔170的尺寸和位置。
[0053]在一些实施例中，用于一个或更多个分支孔170中的各个的分支孔截面面积可小于给送孔160的给送孔截面面积。这种实施例可有助于促进冷却剂180的穿过整个平台冷却布置的更均匀的分配。在一些实施例中，分支孔170中的各个可包括相同或基本相似的截面面积。在其他实施例中，分支孔170可包括多种不同截面面积，以便有助于促进冷却剂180的分配。应当理解的是，虽然在本文中已经呈现的具体实施例涉及一个或更多个分支孔170的数量、尺寸和位置，但这些布置用于示范目的，并且可进一步实现备选和附加实施例。
[0054]现参照图4-7，平台冷却布置150可具有包括给送孔160和一个或更多个分支孔170的多种构造。例如，在一些实施例中，例如在图4中示出的，平台冷却布置150可包括如在本文中所讨论的从吸力侧斜面122延伸至内部冷却通路116的给送孔160。平台冷却布置150还可包括多个分支孔170，分支孔170各自从给送孔160延伸至吸力侧斜面122，其中，分支孔170中的各个在给送孔160的后缘121侧(与给送孔160的前缘124侧相反)上从给送孔160分支。
[0055]相反地，在一些实施例中，例如在图5中示出的，平台冷却布置150可包括如在本文中所讨论的从吸力侧斜面122延伸至内部冷却通路116的给送孔160。但是，平台冷却布置150还可包括多个分支孔170，分支孔170各自从给送孔160延伸至吸力侧斜面122，其中，分支孔170中的各个在给送孔160的前缘124侧(与给送孔160的后缘121侧相反)上从给送孔160分支。
[0056]在一些实施例中，例如在图6中示出的，平台冷却布置150可包括在给送孔160的两侧上的分支孔170。例如，平台冷却布置150可包括如在本文中所讨论的从吸力侧斜面122延伸至内部冷却通路116的给送孔160。然后，平台冷却布置150还可包括多个分支孔170，分支孔170各自从给送孔160延伸至吸力侧斜面122，其中，分支孔170中的一些在给送孔160的前缘124侧上从给送孔160分支，而剩余的分支孔170在给送孔160的后缘121侧上从给送孔160分支。
[0057]在一些实施例中，例如在图7中示出的，一个或更多个附加分支孔171可从给送孔160延伸至前缘124或平台110的压力侧斜面126。具体地，平台冷却布置150可包括如在本文中所讨论的从吸力侧斜面122延伸至内部冷却通路116的给送孔160。然后，平台冷却布置150还可包括各自从给送孔160延伸至吸力侧斜面122的多个分支孔170。而且，平台冷却布置150还可包括多个附加分支孔171，如图7所示，它们从给送孔160延伸至前缘124或压力侧斜面126。这种实施例可通过扩大冷却剂180行进穿过平台冷却布置150时流过的区域来允许平台11 0的附加冷却。
[0058]在又一些实施例中，压力侧斜面126可包括一个或更多个表面特征(未示出)，其扰乱(例如，干扰或改变)从相邻涡轮转子叶片100离开平台冷却布置150的冲击冷却剂180。该一个或更多个表面特征可包括在平直表面几何形状中的任何改变，例如突块(bump)、扰流器、表面粗糙度增强或改变冷却剂180在表面上方的原始流的任何其他特征、或它们的结合。这种实施例可经由冷却剂180来帮助促进平台110的一个或更多个部分的冷却。
[0059]应当理解的是，虽然在本文中描述和示出了特定平台冷却布置150，但是这些布置用于示范目的，并且可进一步实现备选和附加实施例。
[0060]现参照图8，邻近的涡轮转子叶片100示出为各自具有平台110，平台带有平台冷却布置150。在操作中，冷却剂180将从冷却剂源流动穿过涡轮转子叶片100中的内部冷却通路116。然后，冷却剂180的一部分将流动穿过给送孔160，并然后穿过一个或更多个分支孔170，其中的至少一些沿着吸力侧斜面122离开。离开在给送孔160与吸力侧斜面122之间延伸的分支孔170的冷却剂180将因而冲击邻近涡轮转子叶片100的平台110的压力侧斜面126。
[0061]平台冷却布置150可因而在多种机构中使用冷却剂180的流来促进涡轮转子叶片100的冷却。首先，流动穿过平台冷却布置150的冷却剂180可通过对流来冷却平台的至少一部分(例如平台110的在翼形件102的吸力侧上的相对“冷”部分)。其次，沿着吸力侦U斜面122离开一个或更多个分支孔170的冷却剂180可通过其表面的冲击来冷却相邻的动叶(例如平台110的在翼形件102的压力侧上的相对“热”部分)。第三，沿吸力侧斜面122离开一个或更多个分支孔170的冷却剂180还可吹扫来自涡轮转子叶片100之间的沟槽190的热气体，从而进一步有助于对平台110进行冷却。
[0062]现首先参照图9，并且作为背景参照图1-8，例示方法200以用于形成如在本文中公开和描述的平台冷却平台150。
[0063]方法200首先包括在步骤210中提供涡轮转子叶片100。如上面所讨论的，涡轮转子叶片100可大体包括翼形件102与根部104之间的界面处的平台110，其中，涡轮转子叶片100包括形成于其中的内部冷却通路116，该内部冷却通路116从根部104处的与冷却剂源(未示出)的连接延伸至平台110的近似径向高度，并且其中，平台110的吸力侧包括顶侧113，顶侧113从翼形件102周向地延伸到吸力侧斜面122。在步骤210中提供的涡轮转子叶片100可包括已铸造但尚未在操作中使用的新制造部分，或已在涡轮操作中利用并且预备经历修改(例如，维护、修复、增强等)的已使用部分。
[0064]方法200还包括:在步骤220中形成给送孔160，给送孔160从吸力侧斜面122延伸到内部冷却通路116 ;和在步骤230中形成一个或更多个分支孔170，分支孔170各自从给送孔160延伸至吸力侧斜面122。在步骤220中形成给送孔160和在步骤230中形成一个或更多个分支孔170可以以任何相对顺序(或同时地)发生，只要它们最终连接来为冷却剂180提供流体路径。而且，如在上面所讨论的，可使用任何适当装置(例如钻孔机或类似机械)分别在步骤220和230中形成给送孔160和一个或更多个分支孔170。
[0065]如上面所讨论的，示范地参照图4-8，组成平台冷却布置150的给送孔160和一个或更多个分支孔170可包括多种尺寸、形状和相对构造。例如，给送孔160和一个或更多个分支孔170可为直线的，使得它们可易于加工(例如钻孔)到之前存在的涡轮转子叶片100中。在一些实施例中，该方法还可包括在步骤221中塞住给送孔160的外端161。在又一些实施例中，插塞161可包括计量孔，以允许冷却剂180的至少一部分到外端161外的通路，其中，计量孔截面面积小于给送孔截面面积。而且，一个或更多个分支孔170可从给送孔160的后端侧和/或前缘侧延伸。
[0066]在又一些实施例中，该方法可包括在步骤231中形成一个或更多个附加分支孔171，其从给送孔160延伸至前缘124和/或平台110的压力侧斜面126。在一些实施例中，一个或更多个分支孔170中的至少一个的分支孔截面面积可小于给送孔160的给送孔截面面积。在一些实施例中，冷却剂180可因而离开分支孔170中的至少一个来冲击邻近涡轮转子叶片100的压力侧斜面126。在又一些实施例中，涡轮转子叶片100还可包括在压力侧斜面126上的一个或更多个表面特征(未示出)，其可扰乱从相邻涡轮转子叶片100的平台冷却布置150离开的冲击冷却剂180。
[0067]应当理解的是，在本文中公开和描述的平台冷却布置可容易地提供到之前存在的涡轮转子叶片的平台中以用于附加冷却机构。平台冷却布置的单独构件(即，给送孔和一个或更多个分支孔)的直线结构允许通过钻孔或其他类似加工操作的简单成形，而不干扰涡轮转子叶片自身的原有铸造或其他制造。而且，平台冷却布置的位置和构造可提供平台自身的通过对流的冷却、邻近涡轮转子叶片的通过冲击的冷却，和来自涡轮转子叶片之间的沟槽的热气体的吹扫。
[0068]虽然已结合仅有限数量的实施例详细地说明了本发明，但应该容易地明白，本发明不限于此种公开实施例。相反，本发明可被修改以并入至今未说明但与本发明的精神和范围相称的任何数量的变更、改造、置换或等同配置。此外，虽然已经说明了本发明的各种实施例，但是应该理解本发明的方面可能包括已说明实施例中的仅某些。因此，本发明不被看作由前述说明所限制，而是仅由所附权利要求的范围限制。
【主权项】
1.一种涡轮转子叶片中的平台冷却布置，所述涡轮转子叶片包括翼形件与根部之间的界面处的平台，其中，所述涡轮转子叶片包括形成于其中的内部冷却通路，所述内部冷却通路从所述根部处的与冷却剂源的连接延伸至所述平台的近似径向高度，其中，所述平台的吸力侧包括顶侧，所述顶侧从所述翼形件周向地延伸到吸力侧斜面，所述平台冷却布置包括: 给送孔，其从所述吸力侧斜面延伸至所述内部冷却通路；和 一个或更多个分支孔，所述分支孔各自从所述给送孔延伸至所述吸力侧斜面，其中，冷却剂从所述内部冷却通路通过所述给送孔流到所述一个或更多个分支孔并且沿所述吸力侧斜面离开所述平台。2.根据权利要求1所述的平台冷却布置，其特征在于，所述给送孔是直线的。3.根据权利要求2所述的平台冷却布置，其特征在于，所述一个或更多个分支孔中的各个是直线的。4.根据权利要求1所述的平台冷却布置，其特征在于，所述给送孔包括插塞，所述插塞布置为接近在所述内部冷却通路远侧的外端。5.根据权利要求4所述的平台冷却布置，其特征在于，所述插塞包括计量孔，以允许冷却剂的至少一部分到所述给送孔的外端外的通路，其中，计量孔截面面积小于给送孔截面面积。6.根据权利要求1所述的平台冷却布置，其特征在于，至少一个分支孔从所述给送孔的后缘侧延伸，并且至少一个分支孔从所述给送孔的前缘侧延伸。7.根据权利要求1所述的平台冷却布置，其特征在于，还包括附加分支孔，其从所述给送孔延伸至所述平台的前缘。8.根据权利要求1所述的平台冷却布置，其特征在于，还包括附加分支孔，其从所述给送孔延伸至所述平台的压力侧斜面。9.根据权利要求1所述的平台冷却布置，其特征在于，离开所述分支孔中的至少一个的冷却剂冲击邻近涡轮转子叶片的压力侧斜面。10.根据权利要求11所述的平台冷却布置，其特征在于，还包括所述压力侧斜面上的一个或更多个表面特征，所述表面特征扰乱从相邻涡轮转子叶片的平台冷却布置离开的冲击冷却剂。
【专利摘要】本发明涉及具有平台冷却布置的涡轮转子叶片。具体而言，涡轮转子叶片中的平台冷却布置包括：给送孔，其从吸力侧斜面延伸至内部冷却通路；和一个或更多个分支孔，它们各自从给送孔延伸至吸力侧斜面，使得冷却剂从内部冷却通路通过给送孔流到一个或更多个分支孔并且沿吸力侧斜面离开平台。
【IPC分类】F01D5/18
【公开号】CN104895619
【申请号】CN201510100246
【发明人】B.W.万塔塞尔, J.R.康诺尔, B.D.路易斯, A.O.本森
【申请人】通用电气公司
【公开日】2015年9月9日
【申请日】2015年3月6日
【公告号】EP2915954A1, US20150252673
【技术领域】
[0001]本申请大体涉及燃烧涡轮发动机，如在本文中所使用的并且除非另外具体地声明，其包括所有类型的燃烧涡轮发动机，例如在功率生成和航空器发动机中使用的那些。更具体地，但却不作为限制，本应用涉及用于冷却涡轮转子叶片的平台区域的设备、系统和/或方法。
【背景技术】
[0002]燃气涡轮发动机典型地包括压缩机、燃烧器和涡轮。压缩机和涡轮通常包括在级中轴向地堆叠的翼形件或叶片的排。各级典型地包括固定的一排周向地间隔开的定子叶片，和绕中央轴线或轴旋转的一组周向地间隔开的转子叶片。在操作时，压缩机中的转子叶片绕轴旋转来压缩空气流。然后在燃烧器中使用该压缩空气来燃烧燃料的供应。来自燃烧工序的所得的热气流穿过涡轮膨胀，这导致转子叶片使它们附接至的轴旋转。以此方式，将燃料中包含的能量转换成旋转轴的机械能，该机械能然后例如可用来使发电机的线圈旋转以生成电流。
[0003]参照图1和2，涡轮转子叶片100通常包括翼形件部分或翼形件102和根部部分或根部104。翼形件102可描述为具有凸起吸力面105和凹入压力面106。翼形件102还可描述为具有为前边缘的导缘107，和作为后边缘的尾缘108。根部104可描述为具有用于将叶片100固连至转子轴的结构(如所示，其典型地包括燕尾件109)、平台110(翼形件102从其延伸)、和柄部112，柄部112包括燕尾件109与平台110之间的结构。
[0004]平台110可包括多种构造，例如平面(如在图4中示出的)，其为波状(contoured)或任何其他适当的变型。(注意本文中使用的“平面”指近似或基本为平面的形状。例如，本领域技术人员将理解，平台可构造为具有稍微弯曲或凸起的向舷外表面，具有与转子叶片的径向位置处的涡轮的环境对应的曲率。如在本文中所使用的，该类型的平台形状被认为是平面的，因为曲率半径充分大来使平台呈现平直外观。)例如，具体参照图4，平台110可具有顶侧113，如图1所示，其可包括轴向且周向地延伸的平直表面。如图2所示，平台110可具有下侧114，其也可包括轴向且周向地延伸的平直表面。平台110的顶侧113和底侧114可形成为使得各自基本平行于彼此。如所绘出的，应当理解的是，平台110通常具有薄径向轮廓，即，在平台110的顶侧113与底侧114之间存在相对短的径向距离。
[0005]通常，平台110可用在涡轮转子叶片110上来形成燃气涡轮的热气体路径区段的内部流路边界。平台I1还为翼形件102提供结构支撑。在操作中，涡轮的旋转速度包括可产生沿着平台110的相对受压区的机械负载，该区可进一步经受升高的温度。
[0006]使平台区域110更耐用的一个方法是在操作期间用压缩空气或其他冷却剂的流冷却其。但是，如本领域技术人员将理解的，平台区域110提出了某些设计难题。在重要部分中，这是因为该区域的几何形状，因为如所描述的，平台110是远离转子叶片的中央芯存在且典型地设计为具有结构合理但较薄径向厚度的外围构件。
[0007]为了使冷却剂循环，转子叶片100典型地包括一个或更多个内部冷却通路116 (见图3和图4)，其至少径向地延伸穿过叶片100的芯，包括穿过根部104和翼形件102。如在下面更详细地所描述的，为了增加热交换，这种内部冷却通路可形成为具有曲折路径，该曲折路径蜿蜒穿过叶片100的中央区，但也可为其他构造。在操作中，冷却剂180可经由在根部104的舷内部分中形成的一个或更多个入口 117进入内部冷却通路116。冷却剂180可循环穿过叶片100并且通过在翼形件上形成的出口(未显示)并且/或者经由在根部104中形成的一个或更多个出口(未显示)离开。冷却剂180可被压缩，并且例如可包括压缩空气、与水、蒸汽等混合的压缩空气。在许多情况下，冷却剂180是从发动机的压缩机转移的压缩空气，但也可能是其他来源。
[0008]在一些情况下，内部冷却通路116还可包括腔119，腔119形成在相邻转子叶片100的柄部112与平台110之间。从那里，可通过将平台中的冷却通路连接至涡轮转子叶片的内部冷却通路116的一个或更多个部分(例如，腔119)，而将冷却剂180用于冷却叶片的平台区110。例如，冷却剂可从内部冷却通路116中的一个抽取(例如进入在柄部112/平台I1之间形成的腔119)，并且供应至延伸穿过平台110的冷却通道。在横越平台110之后，冷却空气可通过在平台的顶侧113中形成的膜冷却孔离开腔。
[0009]但是，应当理解的是，该类型的冷却回路在一个部分中不是独立的，因为依赖腔119的冷却回路仅在两个邻近转子叶片100装配后形成。这可对安装和测试产生较大的复杂性。用于平台冷却的备选设计可包括一种冷却回路，如图3所绘出的，其包含在转子叶片100内并且不包括柄部腔119。冷却空气从延伸穿过叶片110的芯的内部冷却通路116中的一个中抽取，并且被向后引导穿过在平台110内形成的冷却通道。冷却剂180流动穿过平台冷却通道来帮助冷却构件。但是，在平台110中放置冷却通道通常是在相对最热的区域(例如在翼形件102的凹入压力面106侧上)实施的。而且，冷却通道布置可为复杂的(例如，弯曲的或曲折的)以用于分布冷却剂180，因而要求防止或限制在之前存在的部分中进行这种修改。
[0010]因此，备选平台冷却布置在本领域中将受欢迎。
【发明内容】
[0011]在一个实施例中，公开了一种涡轮转子叶片中的平台冷却布置。涡轮转子叶片包括翼形件与根部之间的界面处的平台，其中，涡轮转子叶片包括形成于其中的内部冷却通路，所述内部冷却通路从在根部处的与冷却剂源的连接延伸至平台的近似径向高度，并且其中，平台的吸力侧包括顶侧，该顶侧从翼形件周向地延伸至吸力侧斜面。平台冷却布置包括:给送孔，其从吸力侧斜面延伸到内部冷却通路；和一个或更多个分支孔，它们各自从给送孔延伸至吸力侧斜面。在操作中，来自冷却剂源的冷却剂从内部冷却通路穿过给送孔流到一个或更多个分支孔并且沿吸力侧斜面离开平台。
[0012]在一个实施例中，公开了一种涡轮转子叶片中的平台冷却布置。涡轮转子叶片包括翼形件与根部之间的界面处的平台，其中，涡轮转子叶片包括形成于其中的内部冷却通路，该内部冷却通路从在根部处的与冷却剂源的连接延伸至平台的近似径向高度，并且其中，平台的吸力侧包括顶侧，该顶侧从翼形件周向地延伸到吸力侧斜面。平台冷却布置包括:给送孔，其从平台的前缘延伸至内部冷却通路；和一个或更多个分支孔，它们各自从给送孔延伸至吸力侧斜面。在操作中，来自冷却剂源的冷却剂从内部冷却通路穿过给送孔流到一个或更多个分支孔并且沿吸力侧斜面离开平台。
[0013]在另一实施例中，公开了一种方法以用于在涡轮转子叶片中形成平台冷却布置。该方法包括提供一种涡轮转子叶片，该涡轮转子叶片具有翼形件与根部之间的界面处的平台，其中，涡轮转子叶片包括形成于其中的内部冷却通路，该内部冷却通路从在根部处的与冷却剂源的连接延伸至平台的近似径向高度，并且其中，平台的吸力侧包括顶侧，该顶侧从翼形件周向地延伸到吸力侧斜面。该方法还包括:形成给送孔，其从吸力侧斜面延伸到内部冷却通路；和形成一个或更多个分支孔，它们各自从给送孔延伸至吸力侧斜面。在操作中，来自冷却剂源的冷却剂从内部冷却通路穿过给送孔流到一个或更多个分支孔并且沿吸力侧斜面离开平台。
[0014]技术方案1:一种涡轮转子叶片中的平台冷却布置，所述涡轮转子叶片包括翼形件与根部之间的界面处的平台，其中，所述涡轮转子叶片包括形成于其中的内部冷却通路，所述内部冷却通路从所述根部处的与冷却剂源的连接延伸至所述平台的近似径向高度，其中，所述平台的吸力侧包括顶侧，所述顶侧从所述翼形件周向地延伸到吸力侧斜面，所述平台冷却布置包括:
给送孔，其从所述吸力侧斜面延伸至所述内部冷却通路；和
一个或更多个分支孔，所述分支孔各自从所述给送孔延伸至所述吸力侧斜面，其中，冷却剂从所述内部冷却通路通过所述给送孔流到所述一个或更多个分支孔并且沿所述吸力侧斜面离开所述平台。
[0015]技术方案2:根据技术方案I所述的平台冷却布置，其特征在于，所述给送孔是直线的。
[0016]技术方案3:根据技术方案2所述的平台冷却布置，其特征在于，所述一个或更多个分支孔中的各个是直线的。
[0017]技术方案4:根据技术方案I所述的平台冷却布置，其特征在于，所述给送 孔包括插塞，所述插塞布置为接近在所述内部冷却通路远侧的外端。
[0018]技术方案5:根据技术方案4所述的平台冷却布置，其特征在于，所述插塞包括计量孔，以允许冷却剂的至少一部分到所述给送孔的外端外的通路，其中，计量孔截面面积小于给送孔截面面积。
[0019]技术方案6:根据技术方案I所述的平台冷却布置，其特征在于，至少一个分支孔从所述给送孔的后缘侧延伸，并且至少一个分支孔从所述给送孔的前缘侧延伸。
[0020]技术方案7:根据技术方案I所述的平台冷却布置，其特征在于，还包括附加分支孔，其从所述给送孔延伸至所述平台的前缘。
[0021]技术方案8:根据技术方案I所述的平台冷却布置，其特征在于，还包括附加分支孔，其从所述给送孔延伸至所述平台的压力侧斜面。
[0022]技术方案9:根据技术方案I所述的平台冷却布置，其特征在于，离开所述分支孔中的至少一个的冷却剂冲击邻近涡轮转子叶片的压力侧斜面。
[0023]技术方案10:根据技术方案11所述的平台冷却布置，其特征在于，还包括所述压力侧斜面上的一个或更多个表面特征，所述表面特征扰乱从相邻涡轮转子叶片的平台冷却布置离开的冲击冷却剂。
[0024]技术方案11: 一种涡轮转子叶片中的平台冷却布置，所述涡轮转子叶片包括翼形件与根部之间的界面处的平台，其中，所述涡轮转子叶片包括形成于其中的内部冷却通路，所述内部冷却通路从所述根部处的与冷却剂源的连接延伸至所述平台的近似径向高度，其中，所述平台的吸力侧包括顶侧，所述顶侧从所述翼形件周向地延伸到吸力侧斜面，所述平台冷却布置包括:
给送孔，其从所述平台的前缘延伸至所述内部冷却通路；和
一个或更多个分支孔，所述分支孔各自从所述给送孔延伸至所述吸力侧斜面，其中，冷却剂从所述内部冷却通路通过所述给送孔流到所述一个或更多个分支孔并且沿所述吸力侧斜面离开所述平台。
[0025]技术方案12:—种用于在涡轮转子叶片中形成平台冷却布置的方法，所述方法包括:
提供涡轮转子叶片，所述涡轮转子叶片包括翼形件与根部之间的界面处的平台，其中，所述涡轮转子叶片包括形成于其中的内部冷却通路，所述内部冷却通路从所述根部处的与冷却剂源的连接延伸至所述平台的近似径向高度，其中，所述平台的吸力侧包括顶侧，所述顶侧从所述翼形件周向地延伸到吸力侧斜面。
[0026]形成给送孔，所述给送孔从所述吸力侧斜面延伸至所述内部冷却通路；和形成一个或更多个分支孔，所述分支孔各自从所述给送孔延伸至所述吸力侧斜面，其中，冷却剂从所述内部冷却通路通过所述给送孔流到所述一个或更多个分支孔并且沿所述吸力侧斜面离开所述平台。
[0027]技术方案13:根据技术方案12所述的方法，其特征在于，所述给送孔是直线的。
[0028]技术方案14:根据技术方案13所述的方法，其特征在于，所述一个或更多个分支孔中的各个是直线的。
[0029]技术方案15:根据技术方案12所述的方法，其特征在于，还包括将插塞插入所述给送孔的在所述内部冷却通路远侧的外端中。
[0030]技术方案16:根据技术方案15所述的方法，其特征在于，所述插塞包括计量孔，以允许所述冷却剂的至少一部分到所述给送孔的外端外的通路，其中，计量孔截面面积小于给送孔截面面积。
[0031]技术方案17:根据技术方案12所述的方法，其特征在于，还包括形成附加分支孔，所述附加分支孔从所述给送孔延伸至所述平台的前缘。
[0032]技术方案18:根据技术方案12所述的方法，其特征在于，所述一个或更多个分支孔中的至少一个的分支孔截面面积小于所述给送孔的给送孔截面面积。
[0033]技术方案19:根据技术方案12所述的方法，其特征在于，离开所述分支孔中的至少一个的冷却剂冲击邻近涡轮转子叶片的压力侧斜面。
[0034]技术方案20:根据技术方案19所述的方法，其特征在于，所述涡轮转子叶片的压力侧斜面包括一个或更多个表面特征，所述表面特征扰乱从相邻涡轮转子叶片的平台冷却布置离开的冲击冷却剂。
[0035]通过下列详细说明，结合附图，将更充分地理解由本文中讨论的实施例提供的这些和附加特性。
【附图说明】
[0036]附图中所示的实施例本质上为说明性的和示范性的，并且不意图限制由权利要求限定的本发明。当结合下列附图而阅读时，可理解说明性实施例的下列详细说明，其中类似结构使用类似参考数字指示，并且其中:
图1例示示范涡轮转子叶片的透视图，其中可使用本公开的一个或更多个实施例；
图2例示涡轮转子叶片的下侧视图，其中可使用本公开的一个或更多个实施例；
图3例示邻近涡轮转子叶片的剖视图，其中可使用本公开的一个或更多个实施例；
图4例示根据本文中显示或者描述的一个或更多个实施例的具有平台的涡轮转子叶片的俯视图，该平台具有平台冷却布置；
图5例示根据本文中显示或者描述的一个或更多个实施例的具有平台的涡轮转子叶片的俯视图，该平台具有另一平台冷却布置；
图6例示根据本文中显示或者描述的一个或更多个实施例的具有平台的涡轮转子叶片的俯视图，该平台具有另一平台冷却布置；
图7例示根据本文中显示或者描述的一个或更多个实施例的具有平台的涡轮转子叶片的俯视图，该平台具有另一平台冷却布置；
图8例示根据本文中显示或者描述的一个或更多个实施例的具有平台的邻近涡轮转子叶片的俯视图，该平台具有平台冷却布置；
图9例示根据本文中显示或者描述的一个或更多个实施例的在涡轮转子叶片中形成平台冷却布置的方法。
[0037]附图标记 100涡轮转子叶片 102翼形件
104根部部分
105凸起吸力面
106凹入压力面
107前缘
108后缘
109燕尾件
110平台
112柄部
113平面顶侧
114平面下侧
116内部冷却通路
117 入口
119腔
121后缘
122吸力侧斜面
124前缘
126压力侧斜面
150平台冷却布置 160给送孔 161外端 165插塞
170分支孔(一个或更多个)
171附加分支孔(一个或更多个)
180冷却剂 190沟槽 200方法 210步骤(提供)
220步骤(给送孔)
221步骤(插塞)
230步骤(分支孔)
231步骤(附加)。
【具体实施方式】
[0038]下面将描述本发明的一个或更多个具体实施例。为了提供这些实施例的简明描述，可不在说明书中描述实际实现方式的所有特征。应当理解的是，在任何这种实际实现方式的开放中，如在任何工程或设计项目中一样，必须进行许多实现方式特定的决定来实现开发者的具体目标，例如符合系统相关和商业相关的约束，其可从一个实现方式到另一个实现方式而变化。而且，应当理解的是，这种开发努力可能是复杂并且耗费时间的，但对于从本公开受益的本领域技术人员将只是设计、制造和加工的例行工作。
[0039]当介绍本发明的各种实施例的元件时，冠词“一”、“一个”、“该”和“所述”意图指存在一个或更多个元件。术语“包括”、“包含”和“具有”意图包含并且指可存在列出元件之外的附加元件。
[0040]现参照图4，平台冷却布置150示出为配置在涡轮转子叶片100的平台110中。如上面所讨论的(并且额外参照图1)，平台110通常包括翼形件102大体从其延伸的结构。平台110从吸力侧斜面122延伸至压力侧斜面126，并且从后缘121延伸至前缘124。如本领域技术人员应当理解的，平台110在操作期间将经历升高的温度范围。具体地，平台110的在翼形件102的压力侧上的相对“热”部分可经历比平台110的在翼形件102的吸力侧上的相对“冷”部分高的升高温度。可利用在本文中公开和描述的平台冷却布置150，尤其通过在平台110的相对“冷”部分中配置的平台冷却布置150来帮助控制平台110的一个或更多个这些区域的温度。
[0041]如在图4-8中 所示出的，平台冷却布置150通常包括一种冷却通道的布置，其在翼形件102的凸起吸力面105侧附近分配来自涡轮转子叶片100的一个或更多个内部冷却通路116的冷却剂180。具体地，平台冷却布置150通常包括给送孔160和一个或更多个分支孔170，以遍及平台110的至少一部分分配来自一个或更多个内部冷却通路116并且至少部分地离开吸力侧斜面122的冷却剂180。
[0042]给送孔160通常包括冷却通道，该冷却通道从吸力侧斜面122延伸至涡轮转子叶片100的内部冷却通路116。给送孔160定位成使得其捕获来自内部冷却通路116中的一个或更多个的冷却剂180，使得其可经由在本文中应当理解的一个或更多个分支孔170穿过平台冷却布置150进行分配。
[0043]给送孔160可通过多种方法形成，使得其可在涡轮转子叶片100已经铸造或以其他方式制造之后形成。例如，给送孔160可为直线的，使得其可被加工(例如钻孔)到之前存在的平台110中。具体地，可使钻孔机或其他材料开凿装置沿吸力侧斜面122插入且朝内部冷却通路116前进。通过避免弯曲、曲折或其他复杂设计，给送孔160可更易于添加至之前存在的涡轮转子叶片100，而不必须改变原有的制造(例如铸造)工序。这种实施例可因而允许平台冷却布置150并入到新生产和使用过的涡轮转子叶片100 二者中。
[0044]在一些实施例中，可使用插塞165覆盖给送孔160的外端161 ( S卩，在内部冷却通路116远侧的端部)。可在将给送孔160加工到平台110中之后将插塞165插入给送孔160中，以迫使来自内部冷却通路116的冷却剂180经由一个或更多个分支孔180与逃逸出给送孔160的外端161相反地离开。插塞可包括可耐受相关周围操作温度和流动穿过给送孔160的冷却剂180的压力的任何结构。在又一些实施例中，插塞161可包括计量孔(未示出)来允许冷却剂180的至少一部分到给送孔160的外端161外的通路。在这种实施例中，计量孔截面面积(即，孔的尺寸)可小于给送孔截面面积，以限制或控制行进穿过其的冷却剂180的量。这种实施例可允许行进穿过一个或更多个分支孔170的冷却剂180的量的调整或节流，例如，当来自内部冷却通路的冷却剂180的压力高于要求时，或当在其他情况下寻求使冷却剂180离开到给送孔160外时。
[0045]给送孔160可包括任何尺寸(例如长度和截面面积)来充分地促进冷却剂180的从内部冷却通路116到一个或更多个分支孔170的流。在一些实施例中，可调整给送孔160的尺寸和位置，使得控制其从平台110的顶侧113开始的深度，以更好地允许其间的对流冷却。在一些实施例中，可基于穿过内部冷却通路116的冷却剂180的初始流速和穿过一个或更多个分支孔170的冷却剂180的目标流速来选择给送孔160的尺寸和位置。
[0046]在一些实施例中，例如在图4-8中示出的那些，平台冷却布置150可包括单个给送孔160。但是，在一些实施例中，平台冷却布置可包括多个给送孔，其中的各个从吸力侧斜面122延伸至涡轮转子叶片100的内部冷却通路116。如应当在本文中理解的，在这种实施例中，多个给送孔160中的一个或更多个可包括由其延伸的分支孔170。
[0047]在又一些实施例中，平台冷却布置150可包括从内部冷却通路116延伸至平台110前缘124的给送孔160。可提供这种实施例以用于(多个)给送孔160和/或延伸穿过其的(多个)分支孔170的备选构造。
[0048]继续参照图4，平台冷却布置150还包括一个或更多个分支孔170，其各自从给送孔160延伸至吸力侧斜面122，使得在操作中，冷却剂180可从冷却剂源从内部冷却通路116流动穿过给送孔160并穿过一个或更多个分支孔170，从而沿吸力侧斜面116离开平台HO。
[0049]与给送孔160相似，一个或更多个分支孔170可通过多种方法形成，使得其可在涡轮转子叶片100已铸造或以其他方式制造之后形成。例如，一个或更多个分支孔170可为直线的，使得其可被加工(例如钻孔)到之前存在的平台110中。具体地，可使钻孔机或其他材料开凿装置沿吸力侧斜面122插入并且朝给送孔160前进。通过避免弯曲、曲折或其他复杂设计，一个或更多个分支孔170可更易于附加至之前存在的涡轮转子叶片100，而不必改变原有的制造(例如铸造)工序。这种实施例可因而允许平台冷却布置150并入到中新生产和使用过的涡轮转子叶片100 二者中。
[0050]一个或更多个分支孔170可包括任意的数量和尺寸(例如长度和截面面积)来充分地促进冷却剂180的从内部冷却通路116穿过给送孔160并到一个或更多个分支孔170中的流。在一些实施例中，平台冷却布置150可包括从给送孔160分支的单个分支孔170。
[0051]在其他实施例中，例如在图4-8中示出的那些，平台冷却布置150可包括从给送孔160延伸的多个分支孔170。在这种实施例中，分支孔170中的各个可从给送孔160以基本相同的角度延伸，并且在基本平行的方向上行进(例如在图4中示出的)，分支孔170中的各个可从给送孔160以不同角度延伸并且在基本非平行的方向上行进(例如在图5中所示出的)，或它们的结合。
[0052]在一些实施例中，可调整一个或更多个分支孔170的尺寸和位置，使得控制它们的从平台110的顶侧113开始的深度，以更好地允许其间的对流冷却。在一些实施例中，可基于穿过内部冷却通路116 (和给送孔160)的冷却剂180的初始流速和穿过一个或更多个分支孔170的冷却剂180的目标流速选择一个或更多个分支孔170的尺寸和位置。
[0053]在一些实施例中，用于一个或更多个分支孔170中的各个的分支孔截面面积可小于给送孔160的给送孔截面面积。这种实施例可有助于促进冷却剂180的穿过整个平台冷却布置的更均匀的分配。在一些实施例中，分支孔170中的各个可包括相同或基本相似的截面面积。在其他实施例中，分支孔170可包括多种不同截面面积，以便有助于促进冷却剂180的分配。应当理解的是，虽然在本文中已经呈现的具体实施例涉及一个或更多个分支孔170的数量、尺寸和位置，但这些布置用于示范目的，并且可进一步实现备选和附加实施例。
[0054]现参照图4-7，平台冷却布置150可具有包括给送孔160和一个或更多个分支孔170的多种构造。例如，在一些实施例中，例如在图4中示出的，平台冷却布置150可包括如在本文中所讨论的从吸力侧斜面122延伸至内部冷却通路116的给送孔160。平台冷却布置150还可包括多个分支孔170，分支孔170各自从给送孔160延伸至吸力侧斜面122，其中，分支孔170中的各个在给送孔160的后缘121侧(与给送孔160的前缘124侧相反)上从给送孔160分支。
[0055]相反地，在一些实施例中，例如在图5中示出的，平台冷却布置150可包括如在本文中所讨论的从吸力侧斜面122延伸至内部冷却通路116的给送孔160。但是，平台冷却布置150还可包括多个分支孔170，分支孔170各自从给送孔160延伸至吸力侧斜面122，其中，分支孔170中的各个在给送孔160的前缘124侧(与给送孔160的后缘121侧相反)上从给送孔160分支。
[0056]在一些实施例中，例如在图6中示出的，平台冷却布置150可包括在给送孔160的两侧上的分支孔170。例如，平台冷却布置150可包括如在本文中所讨论的从吸力侧斜面122延伸至内部冷却通路116的给送孔160。然后，平台冷却布置150还可包括多个分支孔170，分支孔170各自从给送孔160延伸至吸力侧斜面122，其中，分支孔170中的一些在给送孔160的前缘124侧上从给送孔160分支，而剩余的分支孔170在给送孔160的后缘121侧上从给送孔160分支。
[0057]在一些实施例中，例如在图7中示出的，一个或更多个附加分支孔171可从给送孔160延伸至前缘124或平台110的压力侧斜面126。具体地，平台冷却布置150可包括如在本文中所讨论的从吸力侧斜面122延伸至内部冷却通路116的给送孔160。然后，平台冷却布置150还可包括各自从给送孔160延伸至吸力侧斜面122的多个分支孔170。而且，平台冷却布置150还可包括多个附加分支孔171，如图7所示，它们从给送孔160延伸至前缘124或压力侧斜面126。这种实施例可通过扩大冷却剂180行进穿过平台冷却布置150时流过的区域来允许平台11 0的附加冷却。
[0058]在又一些实施例中，压力侧斜面126可包括一个或更多个表面特征(未示出)，其扰乱(例如，干扰或改变)从相邻涡轮转子叶片100离开平台冷却布置150的冲击冷却剂180。该一个或更多个表面特征可包括在平直表面几何形状中的任何改变，例如突块(bump)、扰流器、表面粗糙度增强或改变冷却剂180在表面上方的原始流的任何其他特征、或它们的结合。这种实施例可经由冷却剂180来帮助促进平台110的一个或更多个部分的冷却。
[0059]应当理解的是，虽然在本文中描述和示出了特定平台冷却布置150，但是这些布置用于示范目的，并且可进一步实现备选和附加实施例。
[0060]现参照图8，邻近的涡轮转子叶片100示出为各自具有平台110，平台带有平台冷却布置150。在操作中，冷却剂180将从冷却剂源流动穿过涡轮转子叶片100中的内部冷却通路116。然后，冷却剂180的一部分将流动穿过给送孔160，并然后穿过一个或更多个分支孔170，其中的至少一些沿着吸力侧斜面122离开。离开在给送孔160与吸力侧斜面122之间延伸的分支孔170的冷却剂180将因而冲击邻近涡轮转子叶片100的平台110的压力侧斜面126。
[0061]平台冷却布置150可因而在多种机构中使用冷却剂180的流来促进涡轮转子叶片100的冷却。首先，流动穿过平台冷却布置150的冷却剂180可通过对流来冷却平台的至少一部分(例如平台110的在翼形件102的吸力侧上的相对“冷”部分)。其次，沿着吸力侦U斜面122离开一个或更多个分支孔170的冷却剂180可通过其表面的冲击来冷却相邻的动叶(例如平台110的在翼形件102的压力侧上的相对“热”部分)。第三，沿吸力侧斜面122离开一个或更多个分支孔170的冷却剂180还可吹扫来自涡轮转子叶片100之间的沟槽190的热气体，从而进一步有助于对平台110进行冷却。
[0062]现首先参照图9，并且作为背景参照图1-8，例示方法200以用于形成如在本文中公开和描述的平台冷却平台150。
[0063]方法200首先包括在步骤210中提供涡轮转子叶片100。如上面所讨论的，涡轮转子叶片100可大体包括翼形件102与根部104之间的界面处的平台110，其中，涡轮转子叶片100包括形成于其中的内部冷却通路116，该内部冷却通路116从根部104处的与冷却剂源(未示出)的连接延伸至平台110的近似径向高度，并且其中，平台110的吸力侧包括顶侧113，顶侧113从翼形件102周向地延伸到吸力侧斜面122。在步骤210中提供的涡轮转子叶片100可包括已铸造但尚未在操作中使用的新制造部分，或已在涡轮操作中利用并且预备经历修改(例如，维护、修复、增强等)的已使用部分。
[0064]方法200还包括:在步骤220中形成给送孔160，给送孔160从吸力侧斜面122延伸到内部冷却通路116 ;和在步骤230中形成一个或更多个分支孔170，分支孔170各自从给送孔160延伸至吸力侧斜面122。在步骤220中形成给送孔160和在步骤230中形成一个或更多个分支孔170可以以任何相对顺序(或同时地)发生，只要它们最终连接来为冷却剂180提供流体路径。而且，如在上面所讨论的，可使用任何适当装置(例如钻孔机或类似机械)分别在步骤220和230中形成给送孔160和一个或更多个分支孔170。
[0065]如上面所讨论的，示范地参照图4-8，组成平台冷却布置150的给送孔160和一个或更多个分支孔170可包括多种尺寸、形状和相对构造。例如，给送孔160和一个或更多个分支孔170可为直线的，使得它们可易于加工(例如钻孔)到之前存在的涡轮转子叶片100中。在一些实施例中，该方法还可包括在步骤221中塞住给送孔160的外端161。在又一些实施例中，插塞161可包括计量孔，以允许冷却剂180的至少一部分到外端161外的通路，其中，计量孔截面面积小于给送孔截面面积。而且，一个或更多个分支孔170可从给送孔160的后端侧和/或前缘侧延伸。
[0066]在又一些实施例中，该方法可包括在步骤231中形成一个或更多个附加分支孔171，其从给送孔160延伸至前缘124和/或平台110的压力侧斜面126。在一些实施例中，一个或更多个分支孔170中的至少一个的分支孔截面面积可小于给送孔160的给送孔截面面积。在一些实施例中，冷却剂180可因而离开分支孔170中的至少一个来冲击邻近涡轮转子叶片100的压力侧斜面126。在又一些实施例中，涡轮转子叶片100还可包括在压力侧斜面126上的一个或更多个表面特征(未示出)，其可扰乱从相邻涡轮转子叶片100的平台冷却布置150离开的冲击冷却剂180。
[0067]应当理解的是，在本文中公开和描述的平台冷却布置可容易地提供到之前存在的涡轮转子叶片的平台中以用于附加冷却机构。平台冷却布置的单独构件(即，给送孔和一个或更多个分支孔)的直线结构允许通过钻孔或其他类似加工操作的简单成形，而不干扰涡轮转子叶片自身的原有铸造或其他制造。而且，平台冷却布置的位置和构造可提供平台自身的通过对流的冷却、邻近涡轮转子叶片的通过冲击的冷却，和来自涡轮转子叶片之间的沟槽的热气体的吹扫。
[0068]虽然已结合仅有限数量的实施例详细地说明了本发明，但应该容易地明白，本发明不限于此种公开实施例。相反，本发明可被修改以并入至今未说明但与本发明的精神和范围相称的任何数量的变更、改造、置换或等同配置。此外，虽然已经说明了本发明的各种实施例，但是应该理解本发明的方面可能包括已说明实施例中的仅某些。因此，本发明不被看作由前述说明所限制，而是仅由所附权利要求的范围限制。
【主权项】
1.一种涡轮转子叶片中的平台冷却布置，所述涡轮转子叶片包括翼形件与根部之间的界面处的平台，其中，所述涡轮转子叶片包括形成于其中的内部冷却通路，所述内部冷却通路从所述根部处的与冷却剂源的连接延伸至所述平台的近似径向高度，其中，所述平台的吸力侧包括顶侧，所述顶侧从所述翼形件周向地延伸到吸力侧斜面，所述平台冷却布置包括: 给送孔，其从所述吸力侧斜面延伸至所述内部冷却通路；和 一个或更多个分支孔，所述分支孔各自从所述给送孔延伸至所述吸力侧斜面，其中，冷却剂从所述内部冷却通路通过所述给送孔流到所述一个或更多个分支孔并且沿所述吸力侧斜面离开所述平台。2.根据权利要求1所述的平台冷却布置，其特征在于，所述给送孔是直线的。3.根据权利要求2所述的平台冷却布置，其特征在于，所述一个或更多个分支孔中的各个是直线的。4.根据权利要求1所述的平台冷却布置，其特征在于，所述给送孔包括插塞，所述插塞布置为接近在所述内部冷却通路远侧的外端。5.根据权利要求4所述的平台冷却布置，其特征在于，所述插塞包括计量孔，以允许冷却剂的至少一部分到所述给送孔的外端外的通路，其中，计量孔截面面积小于给送孔截面面积。6.根据权利要求1所述的平台冷却布置，其特征在于，至少一个分支孔从所述给送孔的后缘侧延伸，并且至少一个分支孔从所述给送孔的前缘侧延伸。7.根据权利要求1所述的平台冷却布置，其特征在于，还包括附加分支孔，其从所述给送孔延伸至所述平台的前缘。8.根据权利要求1所述的平台冷却布置，其特征在于，还包括附加分支孔，其从所述给送孔延伸至所述平台的压力侧斜面。9.根据权利要求1所述的平台冷却布置，其特征在于，离开所述分支孔中的至少一个的冷却剂冲击邻近涡轮转子叶片的压力侧斜面。10.根据权利要求11所述的平台冷却布置，其特征在于，还包括所述压力侧斜面上的一个或更多个表面特征，所述表面特征扰乱从相邻涡轮转子叶片的平台冷却布置离开的冲击冷却剂。
【专利摘要】本发明涉及具有平台冷却布置的涡轮转子叶片。具体而言，涡轮转子叶片中的平台冷却布置包括：给送孔，其从吸力侧斜面延伸至内部冷却通路；和一个或更多个分支孔，它们各自从给送孔延伸至吸力侧斜面，使得冷却剂从内部冷却通路通过给送孔流到一个或更多个分支孔并且沿吸力侧斜面离开平台。
【IPC分类】F01D5/18
【公开号】CN104895619
【申请号】CN201510100246
【发明人】B.W.万塔塞尔, J.R.康诺尔, B.D.路易斯, A.O.本森
【申请人】通用电气公司
【公开日】2015年9月9日
【申请日】2015年3月6日
【公告号】EP2915954A1, US20150252673
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