專利名稱：用于渦輪機系統(tǒng)的葉片組件的制作方法
技術領域：
本說明書中所公開的主題總體涉及渦輪機系統(tǒng)，并且更具體地涉及用于渦輪機系統(tǒng)的葉片組件。
背景技術：
渦輪機系統(tǒng)廣泛用于例如發(fā)電的領域中。例如，傳統(tǒng)的燃氣渦輪機系統(tǒng)包括壓縮機、燃燒器、和渦輪。在燃氣渦輪機系統(tǒng)操作期間，系統(tǒng)中的各種部件經(jīng)受高溫流，從而會造成部件故障。由于溫度較高的流通常使得燃氣渦輪機系統(tǒng)的性能、效率、和功率提高，因此必須對經(jīng)受高溫流的部件進行冷卻，以允許燃氣渦輪機系統(tǒng)在升高的溫度下進行操作。用于對各種燃氣渦輪機系統(tǒng)部件進行冷卻的各種策略是本領域內已知的。例如，冷卻介質可以從壓縮機出發(fā)并且被提供給各種部件。在系統(tǒng)的壓縮機和渦輪部段中，冷卻介質可以用于對各種壓縮機和渦輪部件進行冷卻。葉片是必須進行冷卻的熱氣體路徑的一個示例。例如，葉片的各個部分(例如翼型、平臺、柄、和燕尾榫)布置在熱氣體路徑中并且暴露于相對較高的溫度，并且因此需要進行冷卻。各種冷卻通道和冷卻回路可以被限定在葉片的各部分中，并且冷卻介質可以流過各冷卻通道和冷卻回路，以對葉片進行冷卻。然而，在許多已知的葉片中，盡管使用這種冷卻通道和冷卻回路，但是葉片的各部分在操作期間所達到的溫度可能比期望溫度高。例如，盡管使用已知的葉片的平臺中的這種冷卻通道和冷卻回路，但是葉片的各部分所達到的溫度可能比期望溫度高。所關注的已知的葉片中的一個具體部分是壓力側斜面(slash face)。盡管在平臺中使用已知的冷卻回路(例如，平臺冷卻回路)，但是對壓力側斜面的冷卻可能在目前還不夠充分。因此，改進的用于渦輪機系統(tǒng)的葉片組件是本領域內期望的。具體而言，具有改進的冷卻特征的葉片組件將是有利的。

發(fā)明內容
本發(fā)明的各個方面以及優(yōu)點將會在下文的描述中進行部分闡述，或者是通過說明書可以顯而易見的，或者是可以通過實施本發(fā)明而知悉。在一個實施例中，公開一種用于渦輪機系統(tǒng)的葉片組件。該葉片組件包括:主體，該主體具有外部表面并且限定主冷卻回路；以及平臺，該平臺包繞主體并且至少部分地限定平臺冷卻回路。平臺包括前部和后部，所述前部和后部均在壓力側斜面與吸力側斜面之間延伸。平臺進一步包括前面(forward face)、后面(aft face)、和頂面(top face)。該葉片組件進一步包括通道，該通道大體在平臺冷卻回路與壓力側斜面之間被限定在平臺中，并且與主冷卻回路或平臺冷卻回路中的一個冷卻回路流體連通。參照下文的描述以及所附權利要求，本發(fā)明的這些和其它的特征、方面以及優(yōu)點將變得更好理解。結合在本說明書中并且構成本說明書一部分的附示本發(fā)明的實施例，并且與描述一起用于對本發(fā)明的原理進行解釋。


參照附圖，說明書中闡述面向本領域普通技術人員的本發(fā)明的完整公開，這種公開使得本領域普通技術人員能夠實現(xiàn)本發(fā)明，其包括本發(fā)明的最佳模式，在附圖中:圖1是根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的燃氣渦輪機系統(tǒng)的示意圖；圖2是根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的葉片組件的透視圖；圖3是根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的葉片組件的內部部件的主視圖；圖4是根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的葉片組件的各種內部部件的部分透視圖；以及圖5是根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的葉片組件的各種內部部件的俯視圖。
具體實施例方式現(xiàn)在將詳細地參照本發(fā)明的實施例，其中的一個或多個示例示于附圖中。每個示例都以對發(fā)明進行解釋的方式給出，并不對本發(fā)明構成限制。實際上，對于本領域技術人員而言顯而易見的是，能夠在不偏離本發(fā)明的范圍或者精神的前提下對本發(fā)明進行多種改型和變型。例如，作為一個實施例的一部分圖示或者進行描述的特征能夠用于另一個實施例，從而產(chǎn)生又一個實施例。因此，本發(fā)明旨在覆蓋落入所附權利要求及其等同形式的范圍內的這些改型以及變型。圖1是燃氣渦輪機系統(tǒng)10的示意圖。系統(tǒng)10可以包括壓縮機12、燃燒器14、和渦輪16。壓縮機12和渦輪16可以通過軸18聯(lián)接。軸18可以是單個軸或者聯(lián)接在一起以形成軸18的多個軸段。渦輪16可以包括多個渦輪級。例如，在一個實施例中，渦輪16可以具有三級。第一級渦輪16可以包括多個沿周向間隔開的噴嘴和葉片。噴嘴可以圍繞軸18沿周向布置和固定。葉片可以圍繞軸沿周向布置并且聯(lián)接至軸18。第二級渦輪16可以包括多個沿周向間隔開的噴嘴和葉片。噴嘴可以圍繞軸18沿周向布置和固定。葉片可以圍繞軸18沿周向布置并且聯(lián)接至軸18。第三級渦輪16可以包括多個沿周向間隔開的噴嘴和葉片。噴嘴可以圍繞軸18沿周向布置和固定。葉片可以圍繞軸18沿周向布置并且聯(lián)接至軸18。各級渦輪16可以在熱氣體路徑(未示出)中至少部分地布置在渦輪16中并且可以至少部分地限定熱氣體路徑(未示出)。應當理解，渦輪16并不限于三級，而是屬于本發(fā)明的范圍和精神內的任何級數(shù)。類似地，壓縮機12可以包括多個壓縮機級(未示出)。壓縮機12級中的每一級都可以包括多個沿周向間隔開的噴嘴和葉片。渦輪16和/或壓縮機12中的一個或多個葉片可以包括葉片組件30，如圖2至圖5中所示。葉片組件30可以包括主體32和平臺34。主體32典型地包括翼型36和柄38。翼型36可以從柄38徑向向外定位。柄38可以包括根部40，根部40可以連接至渦輪機系統(tǒng)10中的轉子輪(未示出)，以有利于葉片組件30的旋轉?？傮w而言，主體32具有外部表面。例如，在主體32包括翼型36和柄38的實施例中，限定翼型36的外部表面的部分可以具有大體空氣動力學輪廓。例如，翼型32所具有的外部表面可以限定均在前緣46與后緣48之間延伸的壓力側42和吸力側44。此外，柄38的外部表面的部分可以包括壓力側面52、吸力側面54、前緣面56、和后緣面58。
平臺34可以大體包繞主體32，如圖所示。典型的平臺可以定位在主體32的翼型36與柄38之間的相交處或過渡處，并且沿大體軸向和切向方向向外延伸。然而，應當理解，根據(jù)本發(fā)明的平臺可以相對于葉片組件30的主體32具有任何合適的位置。根據(jù)本發(fā)明的平臺34可以包括前部62和后部64。前部62是定位成接近翼型36的前緣46和柄38的前緣面56的平臺34的部分，而后部64是定位成接近翼型36的后緣48和柄36的后緣58的平臺34的部分。前部62和后部64可以進一步限定平臺34的頂面66，頂面66可以如圖所示地大體包繞翼型36。此外，外周邊緣可以包繞前部62、后部64、和頂面66。外周邊緣可以包括壓力側斜面72和吸力側斜面74，前部62和后部64中的每一個都可以在壓力側斜面72與吸力側斜面74之間延伸。外周邊緣可以進一步包括前面76和后面78，如面76可以限定如部62的外周邊緣，后面78可以限定后部64的外周邊緣。如圖3至圖5中所示，主體32中可以限定一個或多個主冷卻回路。主冷卻回路可以延伸通過主體32的一部分，以對主體32進行冷卻。例如，在如圖所示的一些實施例中，主體32可以限定前主冷卻回路82和后主冷卻回路84。主冷卻回路可以具有任何合適的形狀并且可以沿任何合適的路徑延伸。例如，如圖所示，每個主冷卻回路都可以具有各種支路和彎曲(serpentine)部分，并且可以延伸通過主體32的各部分，例如通過翼型36和柄38。冷卻介質可以流入并且通過各主冷卻回路82，以對主體32進行冷卻。如圖3至圖5中進一步所示，一個或多個平臺冷卻回路90可以被限定在葉片組件30中。總體而言，平臺冷卻回路90可以至少部分地被限定在平臺34中。例如，在示例性實施例中，平臺冷卻回路90的一部分被限定在平臺34中，并且延伸通過平臺34，以對平臺34進行冷卻。平臺冷卻回路90的其它部分可以延伸到主體32中，以使冷卻介質進入平臺冷卻回路90中或者將冷卻介質從平臺冷卻回路90排出。在一個實施例中，如圖3中所示，平臺冷卻回路90可以包括進口部分92、中間部分94、和出口部分96。進口部分92和出口部分96可以從平臺34延伸到主體32中，并且中間部分94可以延伸通過平臺34。冷卻介質可以通過進口部分92流入平臺冷卻回路90中、流過中間部分94、并且通過出口部分96排出。在許多葉片組件30中，平臺冷卻回路90與主冷卻回路流體連通，使得冷卻介質從主冷卻回路流入平臺冷卻回路90中并且/或者從平臺冷卻回路90流向主冷卻回路。例如，在圖3至圖5中所示的實施例中，平臺冷卻回路90的進口部分92可以與前主冷卻回路82流體連通，而出口部分96與后主冷卻回路84流體連通。根據(jù)本發(fā)明的葉片組件30可以進一步有利地包括一個或多個通道100，如圖3至圖5中所示。根據(jù)本發(fā)明的通道100被限定在平臺34中，并且與主冷卻回路以及/或者平臺冷卻回路90中的一個或多個冷卻回路流體連通。此外，通道100大體定位在平臺冷卻回路90與壓力側斜面72之間。包括鄰近平臺34的壓力側斜面72的這種通道100可以有利地對這種面72和接近這種面72的平臺34的部分進行冷卻，從而防止面72和接近部分在渦輪機系統(tǒng)10操作期間達到比期望溫度高的溫度。如圖3至圖5中所示，根據(jù)本發(fā)明的通道100可以進一步延伸通過平臺34的其它部分。例如，通道100可以進一步延伸通過平臺34的前部62和/或后部64。例如，如圖3至圖5中所示，通道100可以鄰近并且任選地平行于后面78以及/或者吸力側斜面74或其任何部分地進一步延伸通過后部64。
根據(jù)本發(fā)明的通道100可以具有任何合適的尺寸、形狀、和/或路徑。例如，在一些實施例中，通道100可以具有大體圓形的橫截面外形。然而，在其它實施例中，通道100可以具有橢圓形、矩形、三角形、或者其它合適的多邊形橫截面形狀。此外，根據(jù)本發(fā)明的通道100可以具有大體直線路徑，或者可以具有大體曲線路徑或其它合適的路徑。例如，如圖所示，通道100可以具有大體彎曲形路徑。此外，應當理解，根據(jù)本發(fā)明的通道100的尺寸、形狀、和/或路徑可以在整個通道100上保持恒定，或者可以在通道100或其任何部分上發(fā)生變化。在如圖所示的一些實施例中，通道100可以與壓力側斜面72大體平行地延伸。然而，備選地，通道100或其任何部分都可以以任何合適的角度延伸至壓力側斜面72。此外，根據(jù)本發(fā)明的通道可以延伸通過平臺34的前部62以及/或者后部64的所有的或任何的部分。如圖所示，在示例性實施例中，根據(jù)本發(fā)明的葉片組件30可以進一步包括一個或多個沖擊通道(impingement passage) 102。每一個沖擊通道102都可以在通道100與主冷卻回路或平臺冷卻回路70中的一個冷卻回路之間延伸。這種沖擊通道102提供主冷卻回路或平臺冷卻回路70中的一個冷卻回路與通道100之間的流體連通。因此，流過沖擊通道102的冷卻介質可以沖擊通道100的表面，從而向壓力側斜面72提供沖擊冷卻。這種沖擊冷卻可以有利于壓力側斜面72和平臺34的接近部分的進一步冷卻。如上文所提到的，根據(jù)本發(fā)明的通道100可以與主冷卻回路以及/或者平臺冷卻回路90中的一個或多個冷卻回路流體連通。在示例性實施例中，通道100可以同時與主冷卻回路和平臺冷卻回路90流體連通。例如，如圖3至圖5中所示，通道100可以包括一個或多個進口 104以及一個或多個出口 106。進口 104和出口 106可以與主冷卻回路和平臺冷卻回路90流體連通。例如，圖3至圖5示出與平臺冷卻回路90流體連通的多個進口 104。進口 104可以直接連接至沖擊通道102 (沖擊通道102如上文所討論地連接至通道100并且提供沖擊冷卻)，或者可以直接連接至通道100本身。出口 106可以直接連接至主冷卻回路，例如連接至后主冷卻回路84。因此，冷卻介質可以通過進口 104從平臺冷卻回路90流入通道100中，例如通過沖擊通道102。冷卻介質可以接著流過通道100，并且可以通過出口 106從冷卻通道100被排出至主冷卻回路中，例如后主冷卻回路84。然而，備選地，根據(jù)本發(fā)明的通道100不必同時與主冷卻回路和平臺冷卻回路90流體連通。例如，在一些實施例中，通道100(例如其進口 104)可以與平臺冷卻回路90流體連通。然而，通道100的出口 106可以被限定在平臺34的表面中(例如頂面66中)、壓力側斜面72中、吸力側斜面74中、前面76中、或者后面78中。因此，流過通道100的冷卻介質可以被排出至葉片30的外部。顯而易見地，在示例性實施例中，冷卻介質從平臺冷卻回路90流入通道100中。這可能是尤其有利的，原因是可以提高冷卻介質的冷卻效率。冷卻介質可以從主冷卻回路流入平臺冷卻回路90中，以對平臺冷卻回路90進行冷卻。接著通過使這種冷卻介質流入通道100中，可以延伸冷卻介質的冷卻性能，從而在將冷卻介質從葉片組件30排出之前提高冷卻介質的效率。在一些實施例中，根據(jù)本發(fā)明的葉片組件30可以進一步包括一個或多個排出通道110。每一個排出管道110都可以被限定在平臺34中(例如，如圖所示的平臺34的后部64中以及/或者平臺34的前部62中)，并且可以與通道100流體連通。因此，流過通道100的冷卻介質可以從通道100流入排出通道110中。每一個排出通道110都可以進一步包括出口 112。出口 112可以被限定在平臺34上任何合適的位置處，例如平臺34的后部64和/或前部62上。例如，出口 112可以如圖所示地被限定在頂面66中，或者如圖所示地被限定在吸力側斜面74中、或者被限定在壓力側斜面72中、前面76中、后面78中、或者平臺34上任何其它合適的位置處(例如平臺34的后部64和/或前部62上)。因此，可以通過排出通道110的出口 112將流過該排出通道110的冷卻介質100排出。此外，在一些實施例中，這種排出的冷卻介質可以進一步有利地用作冷卻膜，以對平臺34的外部進行冷卻。因此，根據(jù)本發(fā)明的通道100可以有利地對葉片組件30的壓力側斜面72和平臺34的接近部分進行冷卻。這種通道100提供對平臺34進行冷卻的新穎方法，該方法能夠防止壓力側斜面72和接近部分達到不期望的高溫。此外，在一些實施例中，根據(jù)本發(fā)明的這種通道100的構造能夠有利地提高流過葉片組件30的冷卻介質的冷卻效率，并且因此需要最少的或不需要額外的冷卻介質來對平臺34的壓力側斜面72進行這種冷卻。本書面描述使用示例對本發(fā)明進行公開(其中包括最佳模式)，并且還使本領域技術人員能夠實施本發(fā)明(其中包括制造和使用任何裝置或系統(tǒng)并且執(zhí)行所包含的任何方法)。本發(fā)明的可專利范圍通過權利要求進行限定，并且可以包括本領域技術人員能夠想到的其它的示例。如果這種其它的示例包括與權利要求的字面語言沒有區(qū)別的結構元件，或者如果這種其它的示例包括與權利要求的字面語言沒有實質區(qū)別的等同結構元件，則這種其它的示例旨在落入權利要求的范圍內。
權利要求
1.一種用于渦輪機系統(tǒng)的葉片組件，所述葉片組件包括: 主體，所述主體具有外部表面并且限定主冷卻回路； 平臺，所述平臺包繞所述主體并且至少部分地限定平臺冷卻回路，所述平臺包括前部和后部，所述前部和所述后部均在壓力側斜面與吸力側斜面之間延伸，并且所述平臺進一步包括前面、后面、和頂面；以及 通道，所述通道大體在所述平臺冷卻回路與所述壓力側斜面之間被限定在所述平臺中，并且與所述主冷卻回路或所述平臺冷卻回路中的一個流體連通。
2.根據(jù)權利要求1所述的葉片組件，其特征在于，所述葉片組件進一步包括沖擊通道，所述沖擊通道在所述通道與所述主冷卻回路或所述平臺冷卻回路中的一個冷卻回路之間延伸并且提供所述通道與所述主冷卻回路或所述平臺冷卻回路中的一個冷卻回路之間的流體連通。
3.根據(jù)權利要求1所述的葉片組件，其特征在于，所述通道與所述平臺冷卻回路和所述主冷卻回路流體連通。
4.根據(jù)權利要求3所述的葉片組件，其特征在于，所述通道的進口與所述平臺冷卻回路流體連通，并且所述通道的出口與所述主冷卻回路流體連通。
5.根據(jù)權利要求1所述的葉片組件，其特征在于，所述通道大體平行于所述壓力側斜面延伸。
6.根據(jù)權利要求1所述的葉片組件，其特征在于，所述葉片組件進一步包括排出通道，所述排出通道被限定在所述平臺中并且與所述通道流體連通。
7.根據(jù)權利要求6所述的葉片組件，其特征在于，所述排出通道的出口被限定在所述平臺的所述頂面中。
8.根據(jù)權利要求6所述的葉片組件，其特征在于，所述排出通道的出口被限定在所述平臺的所述吸力側斜面中。
9.根據(jù)權利要求6所述的葉片組件，其特征在于，所述葉片組件進一步包括多個排出通道。
10.根據(jù)權利要求1所述的葉片組件，其特征在于，所述主體包括翼型和柄，所述翼型從所述柄徑向向外定位。
11.一種渦輪機系統(tǒng)，所述渦輪機系統(tǒng)包括: 壓縮機； 渦輪，所述渦輪聯(lián)接至所述壓縮機；以及 多個葉片組件，所述多個葉片組件布置在所述壓縮機或所述渦輪中的至少一個中，所述葉片組件中的至少一個包括: 主體，所述主體具有外部表面并且限定主冷卻回路； 平臺，所述平臺包繞所述主體并且至少部分地限定平臺冷卻回路，所述平臺包括前部和后部，所述前部和所述后部均在壓力側斜面與吸力側斜面之間延伸，并且所述平臺進一步包括前面、后面、和頂面；以及 通道，所述通道大體在所述平臺冷卻回路與所述壓力側斜面之間被限定在所述平臺中，并且與所述主冷卻回路或所述平臺冷卻回路中的一個流體連通。
12.根據(jù)權利要求11所述的渦輪機系統(tǒng)，其特征在于，所述渦輪機系統(tǒng)進一步包括沖擊通道，所述沖擊通道在所述通道與所述主冷卻回路或所述平臺冷卻回路中的一個冷卻回路之間延伸并且提供所述通道與所述主冷卻回路或所述平臺冷卻回路中的一個冷卻回路之間的流體連通。
13.根據(jù)權利要求11所述的渦輪機系統(tǒng)，其特征在于，所述通道與所述平臺冷卻回路和所述主冷卻回路流體連通。
14.根據(jù)權利要求13所述的渦輪機系統(tǒng)，其特征在于，所述通道的進口與所述平臺冷卻回路流體連通，并且所述通道的出口與所述主冷卻回路流體連通。
15.根據(jù)權利要求11所述的渦輪機系統(tǒng)，其特征在于，所述通道大體平行于所述壓力側斜面延伸。
16.根據(jù)權利要求11所述的渦輪機系統(tǒng)，其特征在于，所述渦輪機系統(tǒng)進一步包括排出通道，所述排出通道被限定在所述平臺中并且與所述通道流體連通。
17.根據(jù)權利要求16所述的渦輪機系統(tǒng)，其特征在于，所述排出通道的出口被限定在所述平臺的所述頂面中。
18.根據(jù)權利要求16所述的渦輪機系統(tǒng)，其特征在于，所述排出通道的出口被限定在所述平臺的所述吸力側斜面中。
19.根據(jù)權利要求16所述的渦輪機系統(tǒng)，其特征在于，所述渦輪機系統(tǒng)進一步包括多個排出通道。
20.根據(jù)權利要求11所述的渦輪機系統(tǒng)，其特征在于，所述主體包括翼型和柄，所述翼型從所述柄徑向向外定位 。
全文摘要
本發(fā)明公開一種用于渦輪機系統(tǒng)的葉片組件。該葉片組件包括主體，該主體具有外部表面并且限定主冷卻回路；以及平臺，該平臺包繞主體并且至少部分地限定平臺冷卻回路。平臺包括前部和后部，所述前部和后部均在壓力側斜面與吸力側斜面之間延伸。平臺進一步包括前面、后面、和頂面。該葉片組件進一步包括通道，該通道大體在平臺冷卻回路與壓力側斜面之間被限定在平臺中，并且與主冷卻回路或平臺冷卻回路中的一個冷卻回路流體連通。
文檔編號F01D5/18GK103089330SQ20121043418
公開日2013年5月8日 申請日期2012年11月2日 優(yōu)先權日2011年11月4日
發(fā)明者J.A.瓦倫, M.S.洪坎普 申請人:通用電氣公司