專(zhuān)利名稱(chēng)：：渦輪葉片葉冠的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及用于渦輪機(jī)的葉片，例如航空發(fā)動(dòng)機(jī)、燃?xì)鉁u輪機(jī)、5蒸汽渦輪機(jī)等。更具體地，本發(fā)明涉及空腔葉冠和通過(guò)使用穿過(guò)空腔的循環(huán)冷卻劑對(duì)渦輪葉片葉冠的冷卻。作為非限制性示例，本發(fā)明及其
背景技術(shù)：
通過(guò)關(guān)于燃?xì)鉁u輪機(jī)而進(jìn)行描述。
背景技術(shù)：
：10工業(yè)燃?xì)鉁u輪機(jī)和航空發(fā)動(dòng)機(jī)的渦輪葉片在極端溫度環(huán)境下運(yùn)行。與此環(huán)境相關(guān)的熱應(yīng)力和金屬溫度可降低渦輪葉片的有效使用壽命。在運(yùn)行期間對(duì)渦輪葉片及其部件進(jìn)行冷卻，可延長(zhǎng)它們的有效使用壽命。許多渦輪葉片包括翼型件(airfoil)和連接到翼型件末端的葉冠。連15接到翼型件外邊緣的葉冠提供大體上垂直于翼型件表面延伸的表面區(qū)域。葉冠的表面區(qū)域有助于將渦輪排氣保持在翼型件上(即不允許排氣滑過(guò)翼型件葉片的末端)，使得來(lái)自渦輪排氣更大百分比的能量可通過(guò)渦輪葉片轉(zhuǎn)換成機(jī)械能。因而，葉冠改善了燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的性能。此外，需要由葉冠覆蓋翼型件的整個(gè)外表面。然而，由于通過(guò)渦輪轉(zhuǎn)20速所施加的機(jī)械力，葉冠和葉冠到翼型件的連接在運(yùn)行期間變得高度受壓。當(dāng)這些機(jī)械應(yīng)力與渦輪機(jī)的極高溫度環(huán)境相關(guān)的熱應(yīng)力以及金屬溫度結(jié)合時(shí)，就成為設(shè)計(jì)能在翼型件整個(gè)使用壽命期間執(zhí)行預(yù)定功能的葉冠的一種^%戰(zhàn)。解決此問(wèn)題的兩種可能的方法為l)通過(guò)降低葉冠的重量來(lái)減輕25施加在葉冠上的機(jī)械應(yīng)力；或2)降低葉冠所經(jīng)受的金屬溫度。關(guān)于第一種方法，用來(lái)降低葉冠重量的一種通用方法是使外伸的葉冠"成扇形"(scallop)(即移除凹槽或一部分)。葉冠材料的減少導(dǎo)致運(yùn)行期間施加在葉冠和翼型件之間形成的連接上的栽荷減少。然而，通過(guò)成扇形減少葉冠的表面積的代價(jià)是其降低了渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)的性能，因?yàn)榫哂休^少表面積的葉冠具有較低的將渦輪機(jī)排氣保持在渦輪機(jī)翼型件上的能力(即更多的排氣滑過(guò)翼型件的頂部，該翼型件具有減少的表面積5的葉冠)。關(guān)于第二種備選方法，通過(guò)降低燃?xì)鉁u輪機(jī)的運(yùn)行溫度而降低葉冠所經(jīng)受的金屬溫度也是不理想的解決辦法。作為本領(lǐng)域的技術(shù)人員將會(huì)理解，渦輪機(jī)運(yùn)行溫度的降低導(dǎo)致渦輪機(jī)效率的降低。然而，在運(yùn)行期間通過(guò)冷卻來(lái)降低葉冠所經(jīng)受的金屬溫度可延長(zhǎng)部件的使用壽命。10因而，需要用于冷卻渦輪葉片葉冠的改進(jìn)的系統(tǒng)，使得與高溫渦輪環(huán)境相關(guān)的金屬溫度降低。然后，金屬溫度的降低將允許部件更好地經(jīng)受住與具有更大表面積的葉冠(即未成扇形的葉冠)相關(guān)的增加的機(jī)械應(yīng)力。這樣的系統(tǒng)將允許沒(méi)有扇形或具有最小扇形的葉冠在渦輪機(jī)的高溫環(huán)境里更好地運(yùn)行成為可能。而且，如果這樣的系統(tǒng)能冷卻15葉冠并同時(shí)減少葉冠的重量，則可進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)效率的改進(jìn)。
發(fā)明內(nèi)容因而，本發(fā)明申請(qǐng)描述一種渦輪葉片，該葉片包括翼型件和在鄰接該翼型件的渦輪葉片的一個(gè)末端處限定的葉冠，該葉冠具有一個(gè)或20多個(gè)限定在其內(nèi)的空腔。限定在葉冠內(nèi)的所有空腔可彼此成流體連通并限定冷卻腔。翼型件可包括限定在其內(nèi)的冷卻通道;.而該冷卻通道可延伸通過(guò)該翼型件，使得該冷卻通道與冷卻腔成流體連通。在一些實(shí)施例中，冷卻腔可包括多個(gè)形成在其內(nèi)的肋。這些肋可包括將冷卻腔的基底連接到冷卻腔的頂板上的延長(zhǎng)結(jié)構(gòu)。這些肋可配置成使得在25冷卻腔內(nèi)形成迷宮式冷卻回路。在一些實(shí)施例中，所述冷卻腔可包括多個(gè)形成在其內(nèi)的肋。這些肋可尺寸設(shè)置成并配置成使得其中一些肋部分地延伸通過(guò)橫跨冷卻腔的距離。這些肋也可尺寸設(shè)置成并配置成使得其中一些肋部分地延伸通過(guò)橫跨冷卻腔的距離，并且延伸通過(guò)橫跨冷卻腔的距離的至少大部分。該冷卻腔可包括壓力側(cè)冷卻腔、吸入側(cè)冷卻腔和冷卻劑室，該冷卻劑室包括大體上位于壓力側(cè)冷卻腔和吸入側(cè)冷卻腔之間的室。該冷卻劑室可與冷卻劑通道成流體連通，并且該冷卻劑室可通過(guò)多個(gè)冷5卻劑室孔與壓力側(cè)冷卻腔和^及入側(cè)冷卻腔成流體連通。在一些實(shí)施例中，冷卻劑室孔可尺寸^:置成并定位成4吏得在運(yùn)行中，冷卻劑室與壓力側(cè)冷卻腔以及吸入側(cè)冷卻腔之間的冷卻劑的流受到控制，從而實(shí)現(xiàn)通過(guò)該冷卻腔的冷卻劑的預(yù)期分布。肋可包括多個(gè)分隔肋，并且分隔肋可尺寸設(shè)置成并配置成^f吏得部分分隔肋延伸通過(guò)104黃;夸冷卻腔的距離的至少大部分。分隔肋可包括多個(gè)外延分隔肋和多個(gè)內(nèi)延分隔肋。至少部分外延分隔肋可起源于限定冷卻劑室的壁，并向外延伸至達(dá)不到冷卻腔的外壁的位置處，^Mv而在外延分隔肋和冷卻腔的外壁之間限定第一間隙。同樣，至少部分內(nèi)延分隔肋可起源于冷卻腔的外壁，并向內(nèi)延伸至達(dá)不到限定冷卻劑室的壁的位置處，從而15在內(nèi)延分隔肋和限定冷卻劑室的壁之間限定第二間隙。在一些實(shí)施例中，冷卻腔的外壁可由一個(gè)或多個(gè)截平肋部分地限定，截平肋大體上比分隔肋短。外延分隔肋可起源于限定冷卻劑室的壁，并可延伸至達(dá)不到限定所述冷卻腔的外壁的截平肋的位置處，從而在外延分隔肋和截平肋之間限定間隙。當(dāng)結(jié)合附圖和所附權(quán)利要求20查看下文優(yōu)選實(shí)施例的詳細(xì)描述后，本申請(qǐng)的這些和其它特征將變得顯而易見(jiàn)。通過(guò)仔細(xì)地研究結(jié)合附圖的當(dāng)前本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的以下更詳25細(xì)描述，將會(huì)對(duì)本發(fā)明的這些和其它目的以及優(yōu)點(diǎn)有更完整的理解和掌握，其中圖1為具有葉冠的傳統(tǒng)渦輪葉片的示意性透視圖2為傳統(tǒng)葉冠的示意性平面圖，其圖示了葉冠的扇形邊；圖3為根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的具有冷卻腔的葉冠的局部剖視圖4為根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)備選實(shí)施例的具有冷卻腔的葉冠的局部剖S見(jiàn)5圖5為根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)備選實(shí)施例的具有冷卻腔的葉冠的局部剖-f見(jiàn)圖6為根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)備選實(shí)施例的具有冷卻腔的葉冠的局部剖-現(xiàn)圖7為根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)備選實(shí)施例的具有冷卻腔的葉冠的局部10剖-f見(jiàn)圖8為根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)備選實(shí)施例的具有冷卻腔的葉冠的局部剖4見(jiàn)圖；以及圖9為根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)備選實(shí)施例的具有冷卻腔的葉冠的局部剖碎見(jiàn)圖。部件列表:10渦輪葉片12翼型件14葉根16葉柄18楔形榫20葉冠22,24支K表面26密封軌道28空氣排出孔130冷卻腔132壓力側(cè)冷卻腔134吸入側(cè)冷卻腔7<table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table>具體實(shí)施例方式現(xiàn)在參考附圖，在全部的若干^f見(jiàn)圖中，不同的數(shù)字代表相似的部件，圖1圖示了具有冷卻劑通道的典型葉片，該冷卻劑通道在葉梢處5有出口以流過(guò)葉冠。如其中示意性示出的那樣，各渦輪葉片10包括翼型件12和葉根14。翼型件12具有前緣和后緣。通常凹入的壓力面和通常凸出的吸入面在翼型件12的相對(duì)側(cè)上的前緣和后緣之間延伸。在圖示的示例中，葉根14包括葉柄16和楔形榫18，該楔形榫18與轉(zhuǎn)子上的相應(yīng)楔形槽接合以將渦輪葉片10緊固到轉(zhuǎn)子上。10如圖1和圖2所示，葉冠20形成在翼型件12的末端處且從翼型件12的表面垂直地向外延伸。葉冠20具有徑向向內(nèi)和徑向向外的相對(duì)面，且暴露于流過(guò)渦輪段的熱壓縮氣體。各葉冠20具有支承面22、24，在支承面之上各葉冠與相鄰葉片的葉冠接觸從而抑制葉片振動(dòng)。此外，密封軌道26典型地從葉冠20的徑向向外的相對(duì)面徑向向外地5延伸，以防止相應(yīng)葉柵周?chē)臒釟獾男孤?。在某些傳統(tǒng)的渦輪葉片結(jié)構(gòu)中，多個(gè)冷卻空氣通道徑向向外地延伸穿過(guò)葉片進(jìn)入葉梢。在其它傳統(tǒng)的渦輪葉片結(jié)構(gòu)中，冷卻劑通道可限定在翼型件內(nèi)。如圖2所示，冷卻劑通道通常終止于空氣排出孔28，該空氣排出孔28允許在葉冠20的徑向向外的表面處"^出冷卻空氣。10圖3圖示了本發(fā)明的一個(gè)示例性實(shí)施例。如圖所示，葉冠20可包括限定在其內(nèi)的空腔(可包括室、腔、孔和/或通道)。所有限定在葉冠20內(nèi)的空腔;f皮此可成流體連通，以致空腔形成連續(xù)的冷卻腔(以下稱(chēng)"冷卻腔130")。(應(yīng)注意本文所^^開(kāi)的示例性實(shí)施例通常通過(guò)使冷卻劑穿過(guò)葉冠來(lái)描述關(guān)于冷卻葉冠的功能。此功能<叉<又是示例性的而15不意味著限制性。本文所描述的所有實(shí)施例通?？捎糜诶鋮s之外的原因。例如，所有的空腔和結(jié)構(gòu)性支撐件配置可用來(lái)產(chǎn)生輕質(zhì)的結(jié)構(gòu)上合理的葉冠。為了簡(jiǎn)潔，本文僅就其"冷卻"功能描述了與在葉冠上形成空腔相關(guān)的結(jié)構(gòu)元件。然而，如本文所定義的，所有這種引用也應(yīng)解釋成包括為了不同于冷卻功能的其它優(yōu)點(diǎn)而使用空腔和/或其任20意結(jié)構(gòu)元件的可能性。因此，例如，"冷卻腔"和/或任意其所描述的結(jié)構(gòu)元件可用于制造輕質(zhì)的結(jié)構(gòu)上合理的中空葉冠的功能，而并非為了冷卻葉冠的目的。在具體實(shí)施方式或權(quán)利要求或本申請(qǐng)的任何其它部分中，不管是否涉及冷卻功能這都是正確的)。在一些實(shí)施例中，冷卻腔130可包4舌壓力側(cè)冷卻腔132和吸入側(cè)冷卻腔134,它們分別與25翼型件12的壓力側(cè)和吸入側(cè)重合。如圖所示，壓力側(cè)冷卻腔132和吸入側(cè)冷卻腔134可沿翼型件112的后緣或尾緣136彼此成流體連通。按照傳統(tǒng)方式，空氣可在楔形榫18或葉柄16區(qū)域附近吸入渦輪葉片10,并通過(guò)翼型件12流向葉冠20。在所圖示的示例中，冷卻劑室138可在葉冠20的近似中心處(大體上將壓力側(cè)冷卻腔132和吸入側(cè)冷卻腔134隔開(kāi))限定為冷卻劑(通常為壓縮空氣)貯存器，用來(lái)經(jīng)由壓力側(cè)冷卻腔132和吸入側(cè)冷卻腔134將冷卻劑分配到葉冠20。作為備選，冷卻劑室138可限定在翼型件12的末梢中(該實(shí)施例未示出)。5作為另一個(gè)備選，延伸通過(guò)翼型件12的多個(gè)冷卻劑通道可直接聯(lián)接到壓力側(cè)冷卻腔132和吸入側(cè)冷卻腔134，使得冷卻劑室138不存在(參看下面與圖4的實(shí)施例相關(guān)的論述)。冷卻劑然后可,人冷卻劑室138或相應(yīng)的冷卻劑通道流向并流過(guò)冷卻腔132、134。在圖示的示例中，在冷卻劑室138和冷卻腔132、13410之間限定了多個(gè)冷卻劑室孔140。因而，冷卻劑室138、壓力側(cè)冷卻腔132以及吸入側(cè)冷卻腔134彼此均成流體連通。同樣地，如本文所限定和所使用的，冷卻劑室138、壓力側(cè)冷卻腔132以及吸入側(cè)冷卻腔134在葉冠20內(nèi)形成單一的冷卻腔或連續(xù)的冷卻腔(即，由于在葉冠20內(nèi)限定的所有腔/室/孔通道;f皮此均成流體連通)。將冷卻腔132、15134連接到冷卻劑室138的冷卻劑室孔140不僅可用來(lái)簡(jiǎn)單地將冷卻腔132、134連接到冷卻劑室138,而且可適于測(cè)量或控制進(jìn)入冷卻腔132、134的流，從而在整個(gè)葉冠20內(nèi)實(shí)現(xiàn)冷卻劑的期望分布。在備選示例中，冷卻劑室138可通向冷卻腔132、134，如稍后的論述。冷卻腔130可具有限定在其內(nèi)的多個(gè)支撐肋142、144。一般而言，20肋142、144為將冷卻腔130的基底(或輻射狀基底)連接到冷卻腔130的頂板(或輻射狀頂板)上的延長(zhǎng)結(jié)構(gòu)，如若干附圖所示出的那樣。(如本文所使用的，冷卻腔130的基底在若干附圖中示出為圍繞肋的區(qū)域。冷卻腔130的頂板為從葉冠20上移除的部分，以便可提供冷卻腔130的內(nèi)部的視圖。)肋142、144的功能之一是有利地限定冷卻腔130的25形狀。同樣，肋142、144維持中空葉冠20的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，以便渦輪葉片IO的有效壽命不被負(fù)面地影響。肋142、144支撐冷卻腔130的中空區(qū)域，該中空區(qū)域允許葉冠20為輕質(zhì)葉冠。輕質(zhì)葉冠在降低葉冠20和翼型件12在運(yùn)行期間的機(jī)械應(yīng)力方面是有利的。通常而言，如下文更加詳細(xì)的描述那樣，肋142、144部分地延伸通過(guò)穿過(guò)其位于其中的冷卻腔130。在一些實(shí)施例中，多個(gè)肋142、144可延伸通過(guò)沖黃跨冷卻腔130的距離的大部分。在一些實(shí)施例中，肋142、144《皮此大致平4亍。5如圖所示，肋142、144可包括多個(gè)截平肋142。截平肋142通常為更短的肋，其在某些實(shí)施例中(也如圖所示)限定出口孔147。另夕卜，肋142、144可包括大體上比截平肋142長(zhǎng)的多個(gè)分隔肋144。(注意某些實(shí)施例可僅包括多個(gè)分隔肋144。在此類(lèi)實(shí)施例中，在葉冠20的邊緣所鉆的洞可限定出口孔147。)一般而言并如圖所示，分隔肋14410具有長(zhǎng)度以便延伸通過(guò)橫跨相應(yīng)冷卻腔132、134的距離的至少大部分，但是不延伸通過(guò)整個(gè)距離。在一些實(shí)施例中，分隔肋144可延伸通過(guò)橫跨冷卻腔130的寬度的至少75%。因而，分隔肋144不產(chǎn)生隔離腔。換句話說(shuō)，在分隔肋144的任一側(cè)的空腔圍繞分隔肋144的至少一個(gè)末端保持流體連通。15如圖3所示，分隔肋144可包括外延分隔肋145。該外延分隔肋145通常可從限定冷卻劑室138的壁向外延伸至達(dá)不到冷卻腔130的外壁的位置，從而在外延分隔肋145和冷卻腔130的外壁之間限定間隔或間隙。在一些實(shí)施例中，冷卻腔130的外壁可由其中一個(gè)截平肋142限定。在此類(lèi)實(shí)施例中，外延分隔肋145可從限定冷卻劑室13820的壁向達(dá)不到截平肋142的位置延伸，該截平肋142在此位置限定冷卻腔130的外壁，從而在外延分隔肋145和截平肋142之間限定間隙。分隔肋144還可包括內(nèi)延分隔肋146,該內(nèi)延分隔肋146通常從冷卻腔130的外壁向內(nèi)延伸至達(dá)不到限定冷卻劑室138的壁的位置，從而在內(nèi)延分隔肋146和限定冷卻劑室138的壁之間限定間隙。在一些實(shí)25施例中，由.'l)外延分隔肋145和冷卻腔130的外壁；2)內(nèi)延分隔肋146和限定冷卻劑室138的壁所限定的兩個(gè)間隙均可為約0.10英寸至0.25英寸。在其它實(shí)施例中，由l)外延分隔肋145和冷卻腔130的外壁；2)內(nèi)延分隔肋146和限定冷卻劑室138的壁所限定的兩個(gè)間隙均可為至少0.10英寸。如圖所示，各冷卻腔132、134可包含多個(gè)分隔肋144。在一些實(shí)施例中(也如圖所示)，各冷卻腔132、134可包含4-7個(gè)分隔肋144。此外，如圖所示，分隔肋144可以交替排列中。在交替排列中，外延5分隔肋145的布置通常與內(nèi)延分隔肋146的布置交替。如本文所使用的，"交替排列"應(yīng)當(dāng)廣義地解釋為包括若干不同的交替排列，并不意p未著限于嚴(yán)格的"一對(duì)一"式交替(即這種排列需要各個(gè)外延分隔肋145僅與內(nèi)延分隔肋146相鄰)。如本文所使用的，"交替排列，，還應(yīng)解釋為描述了例如如下的分隔肋序列外延分隔肋145—外延分隔肋10145—內(nèi)延分隔肋146—外延分隔肋145—外延分隔肋145—內(nèi)延分隔肋146。在另一種情況下，"交替排列"可例如用來(lái)描述此序列內(nèi)延分隔肋146—外延分隔助145—外延分隔肋145—內(nèi)延分隔肋146—內(nèi)延分隔肋146—外延分隔肋145—外延分隔肋145。"交替排列"可用來(lái)描述其它類(lèi)似的序列。交替排列策略可有效地限定通過(guò)冷卻腔15132、134的曲折或迷宮式冷卻回路，其在通過(guò)穿過(guò)其中的冷卻劑的循環(huán)來(lái)冷卻葉冠20方面是有利的。如本文所使用的，迷宮式回路一般限定成用來(lái)描述阻礙流動(dòng)的蜿蜒或迂回通道，如下文更詳細(xì)的描述一樣，其可有利地用來(lái)在運(yùn)行期間在整個(gè)葉冠20上有效地分布冷卻劑。如上文所提及的，可在相鄰的截平肋142之間限定出口孔14以20使冷卻劑流出渦輪葉片10。如圖所示，冷卻腔132、134主要置于葉冠20的平面內(nèi)。圖4圖示了本申請(qǐng)的備選實(shí)施例，該實(shí)施例不包括上文所述實(shí)施例的冷卻劑室138。圖4中的實(shí)施例通?？砂ǘ鄠€(gè)截平肋142和分隔肋144,肋142、144成上文關(guān)于圖3所述的相似的排列。然而，圖254中的實(shí)施例沒(méi)有限定冷卻劑室138的壁，而是具有內(nèi)中心壁152。該內(nèi)中心壁152通常4巴冷卻腔130—分為二，乂人而在冷卻腔130的兩側(cè)產(chǎn)生(如圖3的實(shí)施例中冷卻劑室138所^:的)壓力側(cè)冷卻腔132和吸入側(cè)冷卻腔134。由于沒(méi)有冷卻劑室138，延伸通過(guò)翼型件12的冷卻劑通道可通過(guò)多個(gè)入口孔154直接聯(lián)接到壓力側(cè)冷卻腔132和吸入側(cè)冷卻腔134上。如圖所示，入口孔154可沿內(nèi)中心壁152的壁而定位。其它位置也是可能的，例如在冷卻腔132、134的基底處。此外，在圖4的實(shí)施例中，外延分隔肋145通常從內(nèi)中心壁1525向外延伸至達(dá)不到冷卻腔130的外壁的位置。在一些實(shí)施例中并如圖所示，冷卻腔130的外壁可由其中一個(gè)截平肋142限定。在此類(lèi)實(shí)施例中，圖4的外延分隔壁145可從內(nèi)中心壁152向達(dá)不到截平肋142的位置延伸，該截平肋142在此位置處限定冷卻腔130的外壁，A^而在外延分隔肋145和截平肋142之間限定間隙。同樣，在圖4的實(shí)施10例中，內(nèi)延分隔肋146通常從冷卻腔130的外壁向內(nèi)延伸至達(dá)不到內(nèi)中心壁152的位置，/人而在內(nèi)延分隔肋146和內(nèi)中心壁152之間限定間隙。最后，類(lèi)似于圖3的實(shí)施例，分隔肋144可排列成使得外延分隔肋145的布置與內(nèi)延分隔肋146的布置交替。圖5至圖9示出了備選實(shí)施例。這些實(shí)施例示出了上文所討論的15—些特征在具有不同結(jié)構(gòu)的冷卻腔130中的應(yīng)用，以及如下詳細(xì)討始r的新元件的^吏用。圖3和圖4示出的實(shí)施例均在葉冠20的近似中心處具有分隔特征(即，在圖3中該分隔特征為冷卻劑室138，在圖4中該分隔特征為內(nèi)中心壁152)。在某些實(shí)施例中，如圖5至圖8，分隔特征可能不存在。20圖5圖示了具有多個(gè)分隔肋144的葉冠20中具有單一的或連續(xù)的冷卻腔130的備選實(shí)施例。也可存在多個(gè)截平肋142。截平肋142可限定出口孔147，該出口孔147沿葉冠20的壓力側(cè)和吸入側(cè)集中。由于沒(méi)有冷卻劑室138，延伸通過(guò)翼型件12的冷卻劑通道可通過(guò)多個(gè)入口孔154直接耳關(guān)4妄到冷卻腔130上。如圖所示，入口孔154可定位25成在葉冠20的大約中心線的任意一側(cè)朝向葉冠20的中心，如果畫(huà)出開(kāi)，而其它位置也是可能的。此外，在圖5的實(shí)施例中，對(duì)分隔肋144進(jìn)行配置，^吏得它們沿冷卻腔130的外壁(即笫一內(nèi)壁)開(kāi)始，并延伸通過(guò)葉冠20朝向冷卻腔130的相對(duì)外壁(即第二內(nèi)壁)。分隔肋144可具有長(zhǎng)度，使得它們?cè)谶_(dá)不到冷卻腔130的相對(duì)外壁的位置處終止。因此在分隔肋144的末端出可在分隔肋144和冷卻腔130的相對(duì)外壁之間限定有狹窄空間或間5隙。在某些實(shí)施例中并如圖所示，冷卻腔130的外壁可由其中一個(gè)截平肋142限定。在此類(lèi)實(shí)施例中，分隔肋144可朝冷卻腔130的相對(duì)外壁的截平肋142延伸到達(dá)不到限定冷卻腔130的外壁的截平肋142的位置，如圖5所示。從而，可在分隔肋144的末端處在分隔肋144和相對(duì)截平肋142之間限定狹窄間隔或間隙。而且，如圖5所示，分10隔肋144可以交替排列進(jìn)行配置。在此排列中，從冷卻腔130的外壁之一延伸的分隔肋144的布置與從冷卻腔130的相對(duì)外壁開(kāi)始的分隔肋144的布置交替。也可參見(jiàn)上文所一是供的用于"交替排列"的定義。如之前所述，通過(guò)冷卻腔130的交替排列策略可有效地限定曲折或迷宮式冷卻回路，其在通過(guò)穿過(guò)其中的冷卻劑的循環(huán)對(duì)葉冠20的冷卻15中是有利的。注意在備選實(shí)施例中，交替的分隔肋144可定向成使得它們通常以垂直于如圖5所示的分隔肋144的方位的方式排列。作為本領(lǐng)域技術(shù)人員將會(huì)理解其它排列也是可能的。圖6-8示出了若干示例性實(shí)施例，其包括葉冠冷卻腔130內(nèi)的離散的結(jié)構(gòu)元件。如本文所使用的，離散的結(jié)構(gòu)元件為在結(jié)構(gòu)上將冷卻20腔130的基底連接到冷卻腔130的頂板上的元件，其不起源于、不終止于或不連接到冷卻腔130的內(nèi)壁或葉冠20的外緣或外圍。出于此定義的目的，冷卻腔130的內(nèi)壁可包括l)限定冷卻劑室138的壁；2)冷卻腔130的外壁；3)內(nèi)中心壁152;或者4)可限定在冷卻腔130內(nèi)的其它類(lèi)似的壁。同樣，如本文所使用以及先前所描述的那樣，冷25卻腔130的頂板為已在圖3-9中移除的元件，以便能觀察到冷卻腔130的內(nèi)部。換句話說(shuō)，離散的結(jié)構(gòu)元件通常為這樣的結(jié)構(gòu)元件，除該結(jié)構(gòu)元件與冷卻腔130的基底和頂板所形成的連接外，這些結(jié)構(gòu)元件3皮冷卻腔130的中空區(qū)域所包圍。14圖6示出了具有多個(gè)離散的分隔肋202的單一的或連續(xù)的冷卻腔130。離散的分隔肋202為離散的結(jié)構(gòu)元件，因?yàn)樗鼈儗⒗鋮s腔130的基底連接到冷卻腔130的頂板上，并且不起源于、不終止于或不連接到冷卻腔130的內(nèi)壁或葉冠—20的外緣。在一些實(shí)施例中并如圖所5示，也可存在多個(gè)截平肋142。截平肋142可限定出口孔147,該出口孔147沿葉冠20的壓力側(cè)和吸入側(cè)集中。由于圖6的實(shí)施例沒(méi)有冷卻劑室138,延伸通過(guò)翼型件12的冷卻劑通道可通過(guò)多個(gè)入口孔154直接Jf關(guān)接到冷卻腔130上。如圖所示，入口孔154可沿葉冠20的近似中心線而定位，如果畫(huà)出該中心線的話，該中心線可大約將葉冠1020的吸入側(cè)和葉冠20的壓力側(cè)分開(kāi)。此外，在圖6的實(shí)施例中，離散的分隔肋202可配置成使得各分隔肋在冷卻腔130的近似中心處開(kāi)始，并向外朝冷卻腔130的相對(duì)外壁延伸。離散的分隔肋202可延伸通過(guò)橫跨冷卻腔130的距離的至少大部分。在一些實(shí)施例中，離散的分隔肋202可延伸通過(guò)冷卻腔13015寬度的至少75%。在其它實(shí)施例中，離散的分隔肋202可定向成使得它們通常正交于圖6所示的離散的分隔肋202而排列。作為本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解其它排列也是可能的。離散的分隔肋202可具有長(zhǎng)度，以便它們?cè)谝粋€(gè)末端在達(dá)不到冷卻腔130的外壁的位置處終止，而在另一個(gè)末端在達(dá)不到冷卻腔130的相對(duì)外壁的位置處終止。因而，在20各個(gè)離散的分隔肋202的末端可限定兩個(gè)間隙(即由離散的分隔肋202的末端和冷卻腔130的外壁限定的第一間隙；由離散的分隔肋202的另一端和冷卻腔130的相對(duì)外壁限定的第二間隙)。在一些實(shí)施例中，第一間隙和第二間隙中的各間隙約為0.10英寸至0.75英寸。在其它實(shí)施例中，第一間隙和第二間隙可各至少為O.IO英寸。在一些實(shí)施例25中并如圖所示，冷卻腔130的外壁由其中一個(gè)截平肋142限定。在此類(lèi)實(shí)施例中，離散的分隔肋202可向冷卻腔130的相對(duì)外壁延伸至正好達(dá)不到截平肋142的位置，該截平肋142在此位置限定冷卻腔130的外壁，如圖6所示。圖7示出了具有多個(gè)離散的分隔肋206的單一的或連續(xù)的冷卻腔130。如上文所定義的，離散的分隔肋206為離散的結(jié)構(gòu)元件，因?yàn)樗鼈儗⒗鋮s腔130的基底連接到冷卻腔130的頂板上，并且不起源于、不終止于或不連接到冷卻腔130的內(nèi)壁或葉冠20的外緣。在一些實(shí)5施例中(盡管未在圖7中示出)，還可存在限定出口孔147的多個(gè)截平肋。如本文所定義的，限定出口孔147的截平肋142(如先前實(shí)施例所示)不看作是離散的結(jié)構(gòu)元件，因?yàn)樗鼈兺ǔ＝K止于葉冠20的外緣或外圍。由于圖7的實(shí)施例中沒(méi)有冷卻劑室138,延伸通過(guò)翼型件12的冷卻劑通道可通過(guò)多個(gè)入口孔154直接聯(lián):接到冷卻腔130上。如圖所10示，入口孑L154可沿葉冠20的近似中心線定位，要是畫(huà)出該中心線如圖7所示，可在整個(gè)冷卻腔130內(nèi)隔開(kāi)多個(gè)離散的分隔肋206,以便在各分隔肋之間維持最小間隙。維持在各離散的截平肋206之間的間隙可為至少0.05英寸。離散的截平肋206本質(zhì)上可為矩形(在一15些實(shí)施例中具有圓角)，如圖7所示。在一些實(shí)施例中，離散的截平肋206可為約0.10英寸至0.75英寸長(zhǎng)，0.05英寸至0.25英寸寬。在一些實(shí)施例中并如圖7所示，在冷卻腔130內(nèi)可限定15至25個(gè)離散的截平肋206。圖8圖示了具有多個(gè)離散柱208的單一的或連續(xù)的冷卻腔130。20如上文所定義的，離散柱208為離散的結(jié)構(gòu)元件，因?yàn)樗鼈儗⒗鋮s腔130的基底連接到冷卻腔130的頂板上，并且不起源于、不終止于或不連接到冷卻腔130的內(nèi)壁或葉冠20的外緣。由于圖8所示的實(shí)施例沒(méi)有冷卻劑室138，延伸通過(guò)翼型件12的冷卻劑通道可通過(guò)多個(gè)入口孔154直接聯(lián):接到冷卻腔130上。如圖所示，入口孔154可沿葉冠2520的近似中心線定位，要是畫(huà)出該中心線的話，其可大約將葉冠20的吸入側(cè)和葉冠20的壓力側(cè)分開(kāi)。如圖8所圖示，可在整個(gè)冷卻腔130內(nèi)隔開(kāi)多個(gè)離散柱208,以便在各離散柱之間維持最小間隙。維持在各離散柱208之間的最小間隙可為至少0.05英寸。如圖所示，離散柱208可具有圓形截面。在此類(lèi)實(shí)施例中，圓形截面的直徑可為大約0.05英寸至0.25英寸。在其它實(shí)施例中，離散柱208可具有正方形截面。在此類(lèi)實(shí)施例中，正方形截面的各邊可為大約0.05英寸至0.25英寸。在一些實(shí)施例—中并如5圖8所示，在冷卻腔130內(nèi)可限定5至50個(gè)離散柱208。圖9示出了示例性實(shí)施例，其示范了在葉冠冷卻腔130上圓形出口孔212和非圓形出口孔214的使用。如先前所描述的，在相鄰截平肋142之間或穿過(guò)冷卻腔130的外壁，可限定多個(gè)出口孔212、214,以便加壓的冷卻劑逸出冷卻腔130。如圖9的示例性實(shí)施例所示，可10限定非圓形出口孔214。這些非圓形出口孔214可為矩形形狀(某些實(shí)施例可具有圓角)，如圖所示。雖然未示出，但非圓形出口孔214也可為橢圓形或卵圓形形狀。非圓形出口孔214相對(duì)與圓形出口孔可提供傳熱方面的好處。如圖9所示，也可限定一個(gè)或多個(gè)圓形出口孔212。可提供附加的圓形出口孔212和非圓形出口孔214。作為本領(lǐng)域技術(shù)15人員將會(huì)理解，圓形出口孔212和非圓形出口孔214的不同布置也是可能的。注意圖3至圖9所描述的實(shí)施例均4是供了具有單一的或連續(xù)的冷卻腔的葉冠的示例。然而，本文所討論的某些特征并不限于用于單一的或連續(xù)的冷卻腔(即，可成功地用在具有多個(gè)隔開(kāi)的冷卻腔的葉冠20上，這些冷卻腔4皮此不成流體連通)。這些特征包括l)部分地延伸通過(guò)冷卻腔的肋，以便它們?cè)诶叩哪┒撕拖鄬?duì)結(jié)構(gòu)之間產(chǎn)生通道；2)部分地延伸通過(guò)冷卻腔的肋的交替排列；3)離散的結(jié)構(gòu)元件；以及4)使用非圓形出口孔和圓形出口孔。有關(guān)單一的或連續(xù)的冷卻腔的這些特征的描述僅是示例性的，并不意味著限制性。25在使用中，冷卻劑(通常為壓縮空氣)可分布到渦輪葉片10。冷卻劑可通過(guò)冷卻劑通道到達(dá)冷卻劑室138。然后冷卻劑通過(guò)冷卻劑室孔140^f皮輸送到冷卻腔130。(注意在圖4至圖8所描述的實(shí)施例中，通過(guò)入口孔154直接將冷卻劑輸送到冷卻腔130)。一旦在冷卻腔130中，冷卻劑按需要圍繞肋142、144流向出口孔147,然后通過(guò)出口孔147離開(kāi)葉冠20，該出口孔147通常沿冷卻腔130的外壁定位。通過(guò)冷卻腔130的冷卻劑流對(duì)流地冷卻葉冠20。作為本領(lǐng)域技術(shù)人員將會(huì)理解，葉冠20邊緣處存在的壓力條件—5在渦輪才腿行期間變化很大。葉冠20的前緣(在圖3和圖4中示出為170)處的外部壓力高，葉冠20的后緣(在圖3和圖4中示出為180)處的外部壓力低，而在前緣和后緣之間的葉冠20的邊緣處(在圖3和圖4中示出為190)的外部壓力適中。葉冠20的冷卻腔130具有比外部壓力更高的壓力，然而在沒(méi)有干涉的情況下，多數(shù)冷卻劑會(huì)從外部壓力10最低的葉冠20的后緣180附近流出。這種趨勢(shì)可導(dǎo)致不足量的冷卻劑流出葉冠20的前緣170,這會(huì)在那些區(qū)域引起過(guò)高的溫度，并可負(fù)面地影響渦輪葉片10的使用壽命。因而，希望使冷卻劑在流出渦輪葉片10時(shí)優(yōu)選地分布在整個(gè)葉冠20上。如上述實(shí)施例中所描述的，肋142、144的排列通常產(chǎn)生曲折的15或迷宮式冷卻回路，進(jìn)入葉冠20的冷卻劑在流出之前必須通過(guò)該回路使。例如，在前緣170附近進(jìn)入葉冠20的冷卻劑必須通過(guò)迷宮式冷卻回路以在較低壓力的后緣180處流出。通過(guò)這種方式，曲折路徑或迷宮式冷卻回路產(chǎn)生阻礙，從而阻礙不均衡量的冷卻劑在低壓后緣180處流出。結(jié)果是，冷卻劑沿葉冠20的所有不同的壓力區(qū)域流出葉20冠20,這就在運(yùn)行期間在整個(gè)葉冠20上產(chǎn)生優(yōu)選的冷卻劑分布。無(wú)需在葉冠20內(nèi)必然需要多個(gè)獨(dú)立的或斷開(kāi)的(即，冷卻腔彼此之間不成流體連通)冷卻腔，就可獲得這種有益的結(jié)果。作為本領(lǐng)域技術(shù)人員將會(huì)理解，具有中空冷卻腔的的渦輪葉片通常通過(guò)熔模鑄造工藝制造。具有單一的或連續(xù)的冷卻腔而不是多個(gè)斷開(kāi)的腔，考慮到了在熔25模禱造工藝中實(shí)現(xiàn)的某些優(yōu)點(diǎn)。分隔肋144的交替排列的進(jìn)一步的好處在于各分隔肋144的自由端194由其各側(cè)的分隔肋144保護(hù)，增加了葉冠20的結(jié)構(gòu)整體性。分隔肋144的自由端194指終止在冷卻腔130內(nèi)的敞開(kāi)區(qū)域處的末端(參見(jiàn)圖3、圖4和圖5中所標(biāo)記的自由端194)。換句話說(shuō)，自由端194為與起源于連續(xù)的冷卻腔130的內(nèi)壁或外壁(連續(xù)冷卻腔130的內(nèi)壁或外壁可包括，例如1)冷卻腔130的外壁；2)冷卻劑室138的壁；或者3)內(nèi)中心壁152)的末端相對(duì)的分隔肋144的末端。作為本領(lǐng)域技術(shù)5人員將會(huì)理解，在連續(xù)冷卻腔130內(nèi)的敞開(kāi)區(qū)域內(nèi)終止分隔肋144產(chǎn)生了具有增加的應(yīng)力的區(qū)域。然而，導(dǎo)致該應(yīng)力的載荷可#1相鄰的分隔肋144處理，由于分隔肋144的交替排列，相鄰的分隔肋144可能不會(huì)終止于冷卻腔內(nèi)的相同區(qū)域。這用來(lái)降低否則將在其中一個(gè)分隔肋144的末端處形成的應(yīng)力局部集中。10盡管已經(jīng)結(jié)合當(dāng)前認(rèn)為是最實(shí)用和優(yōu)選的實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了描述，但應(yīng)理解的是，本發(fā)明不限于所公開(kāi)的實(shí)施例，而是相反，本發(fā)明旨在覆蓋包括在所附權(quán)利要求的精神和范圍內(nèi)的不同修改和等效裝置。例如，盡管尤其參考了葉冠的冷卻，但本文所公開(kāi)的技術(shù)可用在不位于葉片的末端處的葉冠上。在這點(diǎn)上，某些葉片在翼型件15的中間長(zhǎng)度附近具有將其連接到鄰近葉片的葉冠，并且可將本文上文所描述的冷卻劑通道結(jié)合到其中。權(quán)利要求1.一種渦輪葉片(10)，包括翼型件(12)；以及在鄰接所述翼型件(12)的渦輪葉片(10)的一個(gè)末端處限定的葉冠(20)，所述葉冠(20)具有限定在其內(nèi)的一個(gè)或多個(gè)空腔；其中，限定在所述葉冠(20)內(nèi)的所有空腔彼此成流體連通并限定冷卻腔(130)。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的渦輪葉片(IO),其特征在于10所述翼型件(12)包括限定在其內(nèi)的冷卻通道；以及所述冷卻通道延伸通過(guò)所述翼型件(12)，使得所述冷卻通道與所述冷卻腔(130)成流體連通。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的渦輪葉片(IO)，其特征在于所述冷卻腔(130)包括形成在其內(nèi)的多個(gè)肋(142，144);15所述肋(142,144)包括將所述冷卻腔(130)的基底連接到所述冷卻腔的頂板上的延長(zhǎng)結(jié)構(gòu)；以及所述肋(142，144)配置成使得在所述冷卻腔(130)內(nèi)形成迷宮式冷卻回^各。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的渦輪葉片(IO)，其特征在于，所述冷卻20腔130包括形成在其內(nèi)的多個(gè)肋(142，144),所述肋(142,144)尺寸設(shè)置成并配置成使得其中一些所述肋部分地延伸通過(guò)橫跨所述冷卻腔(130)的距離。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的渦輪葉片(IO)，其特征在于，所述肋(142,144)尺寸設(shè)置成并配置成使得其中一些所述肋(142，144)部分地延25伸通過(guò)橫跨冷卻腔(130)的距離，并且延伸通過(guò)橫跨冷卻腔(130)的距離的至少大部分。6.-根據(jù)權(quán)利要求4所述的渦輪葉片(10)，其特征在于所述冷卻腔(130)包括壓力側(cè)冷卻腔(132)、吸入側(cè)冷卻腔(134)和冷卻劑室(138),所述冷卻劑室(138)包括大體上位于所述壓力側(cè)冷卻腔(132)和所述吸入側(cè)冷卻腔(134)之間的室；所述冷卻劑室(138)與所述冷卻通道成流體連通；以及所述冷卻劑室(138)通過(guò)多個(gè)冷卻劑室孔(140)與所述壓力側(cè)冷卻腔(132)以及所述吸入側(cè)冷卻腔(134)成流體連通。7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的渦輪葉片(10)，其特征在于，所述冷卻劑室孔(140)尺寸設(shè)置成并定位成使得在運(yùn)行中，所述冷卻劑室(138)與所述壓力側(cè)冷卻腔(132)以及所述吸入側(cè)冷卻腔(134)之間的冷卻劑的流受到控制，從而實(shí)現(xiàn)通過(guò)所述冷卻腔(132)的該冷卻劑的預(yù)期分布。8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的渦輪葉片(10)，其特征在于所述肋(142,144)包括多個(gè)分隔肋(144);以及所述分隔肋(144)尺寸設(shè)置成并配置成使得部分所述分隔肋(144)延伸通過(guò)^黃跨所述冷卻腔(130)的距離的至少大部分。9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的渦輪葉片(10)，其特征在于所述分隔肋(144)包括多個(gè)外延分隔肋(145)和多個(gè)內(nèi)延分隔肋(146);,|;乂，術(shù)壬乂口一己義、，、，、J,,、壁，并向外延伸至達(dá)不到所述冷卻腔(130)的外壁的位置處，從而在所述外延分隔肋(145)和所述冷卻腔(130)的外壁之間限定第一間隙；以及20至少部分所述內(nèi)延分隔肋(146)起源于所述冷卻腔(130)的外壁，并向內(nèi)延伸至達(dá)不到限定所述冷卻劑室(138)的壁的位置處，從而在所述內(nèi)延分隔肋(146)和限定所述冷卻劑室(138)的壁之間限定第二間隙。10.4艮據(jù)權(quán)利要求9所述的渦輪葉片(10),其特征在于所述冷卻腔(130)的外壁由一個(gè)或多個(gè)截平肋(142)部分地限定，所述截平肋(142)大體上比所述分隔肋(144)短；以及所述外延分隔肋(145)起源于限定所述冷卻劑室(138)的壁，并延伸至達(dá)不到限定所述冷卻腔(130)的外壁的所述截平肋(142)的位置處，全文摘要本發(fā)明涉及渦輪葉片葉冠，具體而言，公開(kāi)了一種渦輪葉片(10)，其包括翼型件(12)和在鄰接該翼型件(12)的渦輪葉片(10)的一個(gè)末端處限定的葉冠(20)，該葉冠(20)具有限定在其內(nèi)的一個(gè)或多個(gè)空腔。在葉冠(20)內(nèi)限定的所有空腔可彼此成流體連通并限定冷卻腔(130)。該翼型件(12)可包括限定在其內(nèi)的冷卻通道。冷卻通道可延伸通過(guò)該翼型件(12)，使得該冷卻通道與該冷卻腔(130)成流體連通。文檔編號(hào)F01D5/18GK101482030SQ20091000350公開(kāi)日2009年7月15日申請(qǐng)日期2009年1月6日優(yōu)先權(quán)日2008年1月10日發(fā)明者R·A·布里廷厄姆申請(qǐng)人:通用電氣公司