轉子葉片的制作方法
【技術領域】
[0001]本申請大體涉及用于冷卻燃氣渦輪轉子葉片的末梢的設備和系統(tǒng)。更特別地，但不以限制的方式，本申請涉及提高冷卻性能的轉子葉片末梢橫擋的構造。
【背景技術】
[0002]在燃氣渦輪發(fā)動機中，眾所周知的是空氣在壓縮機中加壓，并且用來在燃燒器中燃燒燃料，以產生熱的燃燒氣體流，在此之后，這樣的氣體向下游流過一個或多個渦輪，使得可從中抽取能量。根據這種渦輪，一般而言，成排的沿周向間隔開的轉子葉片從支承轉子盤沿徑向向外延伸。各個葉片典型地包括鳩尾榫和翼型件，鳩尾榫容許將葉片組裝在轉子盤中的對應的鳩尾榫槽口中和拆卸葉片，翼型件從鳩尾榫沿徑向向外延伸。
[0003]翼型件具有大體凹形壓力側和大體凸形吸力側，它們在對應的前緣和后緣之間沿軸向延伸，并且在根部和末梢之間沿徑向延伸。將理解的是，葉片末梢與徑向外部渦輪護罩緊密地隔開，以最大程度地減少在渦輪葉片之間向下游流動的燃燒氣體在葉片末梢和徑向外部渦輪護罩之間的泄漏。通過最大程度地減小末梢間距或間隙，使得防止泄漏，來獲得發(fā)動機的最大效率，但此策略有些由于轉子葉片和渦輪護罩之間的熱膨脹和收縮速率和機械膨脹和收縮速率不同以及避免末梢在運行期間過度地摩擦護罩的不合需要的情況的動機而受限。
[0004]由于渦輪葉片浸在熱的燃燒氣體中，所以需要有效的冷卻，以確保可用的部件壽命。典型地，葉片翼型件是空心的，并且設置成與壓縮機處于流連通，使得接收從其中放出的加壓空氣的一部分，以將其用來冷卻翼型件。轉子葉片的某些區(qū)域中的翼型件冷卻非常成熟，而且可通過使用各種形式的內部冷卻通道和特征以及通過翼型件的外壁的用于排出冷卻空氣的冷卻出口來利用。盡管如此，翼型件末梢特別難冷卻，因為它們直接鄰近渦輪護罩，而且被流過末梢間隙的熱的燃燒氣體加熱。因此，典型地通過末梢排出在葉片的翼型件內部引導的空氣的一部分，以對其進行冷卻。
[0005]將理解的是，傳統(tǒng)的葉片末梢設計包括若干不同的幾何結構和構造，它們意圖防止泄漏和提高冷卻有效性。示例性專利包括Butts等人的美國專利N0.5，261，789 ；Bunker的美國專利N0.6，179，556 ;Mayer等人的美國專利N0.6，190，129 ;以及Lee的美國專利N0.6，059，530。但是，傳統(tǒng)的葉片末梢冷卻設計、特別是具有“振鳴(squealer)末梢”設計的那些具有某些缺點，包括無法高效地使用壓縮機旁通空氣，這會降低裝置效率。因此，非?？释幸环N提高被引導到這個區(qū)域的冷卻劑的整體有效性的改進的渦輪葉片末梢設計。

【發(fā)明內容】

[0006]因而本申請描述一種用于燃氣渦輪發(fā)動機的渦輪的轉子葉片。轉子葉片可具有翼型件，翼型件包括限定外周邊的壓力側壁和吸力側壁，以及限定外部徑向端的末梢部分。末梢部分可包括限定末梢腔體的橫擋。翼型件可包括內部冷卻通道，內部冷卻通道構造成使冷卻劑在運行期間循環(huán)通過翼型件。轉子葉片可進一步包括:橫擋的開槽部分；以及設置在翼型件的壓力側壁和吸力側壁中的至少一個內的至少一個膜冷卻出口。膜冷卻出口可包括在末梢部分附近且緊鄰橫擋的開槽部分的位置。
[0007]本申請進一步描述一種用于燃氣渦輪發(fā)動機的渦輪的轉子葉片。轉子葉片可包括翼型件，翼型件具有限定外周邊的壓力側壁和吸力側壁，以及限定外部徑向端的末梢部分。末梢部分可具有限定末梢腔體的橫擋，其中，翼型件包括內部冷卻通道，內部冷卻通道構造成使冷卻劑在運行期間循環(huán)通過翼型件。轉子葉片可包括:橫擋的開槽部分，橫擋的開槽部分在其上包括間隔開的多個槽口 ；設置在翼型件的壓力側壁和/或吸力側壁內的多個膜冷卻出口，多個膜冷卻出口中的各個可具有在末梢部分附近且緊鄰橫擋的開槽部分的位置；以及形成于橫擋的開槽部分和多個膜冷卻出口之間的多個凹槽。多個槽口和多個膜冷卻出口和多個凹槽可構造成使得多個凹槽中的各個從多個膜冷卻出口中的一個處或其外側不遠處的位置在大致沿徑向向外的方向上延伸到多個槽口中的一個的內側邊緣處或其內側不遠處的位置。
[0008]在結合附圖和權利要求審閱優(yōu)選實施例的以下詳細描述之后，本申請的這些和其它特征將變得顯而易見。
【附圖說明】
[0009]在說明書的結論部分處的權利要求中特別指出和明確聲明了被視為本發(fā)明的主題。根據結合附圖得到的以下詳細描述，本發(fā)明的前述和其它特征和優(yōu)點是顯而易見的，其中:
圖1是燃氣渦輪發(fā)動機的示意圖；
圖2是包括轉子、渦輪葉片和固定護罩的示例性轉子葉片組件的透視圖；
圖3是渦輪轉子葉片的透視圖，渦輪轉子葉片具有振鳴末梢，冷卻出口沿著翼型件且通過葉片的末梢帽；
圖4是渦輪轉子葉片的透視圖，渦輪轉子葉片具有振鳴末梢，并且結合了根據本發(fā)明的冷卻組件；
圖5是沿著圖4的振鳴末梢的5-5的橫截面圖；
圖6是渦輪轉子葉片的透視圖，渦輪轉子葉片具有振鳴末梢，并且結合了根據本發(fā)明的備選冷卻組件；
圖7是結合了根據本發(fā)明的備選冷卻組件的振鳴末梢橫擋的透視圖；
圖8是結合了根據本發(fā)明的備選冷卻組件的振鳴末梢橫擋的透視圖；
圖9是結合了根據本發(fā)明的備選冷卻組件的振鳴末梢橫擋的透視圖；
圖10是結合了根據本發(fā)明的備選冷卻組件的振鳴末梢橫擋的透視圖；
圖11是結合了根據本發(fā)明的備選冷卻組件的振鳴末梢橫擋的透視圖；
圖12是結合了根據本發(fā)明的備選冷卻組件的振鳴末梢橫擋的透視圖；以及圖13是結合了根據本發(fā)明的備選冷卻組件的振鳴末梢橫擋的透視圖。
[0010]詳細描述參照附圖以示例的方式闡明了本發(fā)明的實施例，以及優(yōu)點和特征。
【具體實施方式】
[0011]圖1是諸如燃氣渦輪系統(tǒng)100的渦輪機系統(tǒng)的實施例的示意圖。系統(tǒng)100包括壓縮機102、燃燒器104、渦輪106、軸108和燃料噴嘴110。在實施例中，系統(tǒng)100可包括多個壓縮機102、燃燒器104、渦輪106、軸108和燃料噴嘴110。壓縮機102和渦輪106通過軸108聯(lián)接。軸108可為單個軸或聯(lián)接在一起形成軸108的多個軸節(jié)段。
[0012]一方面，燃燒器104使用液體和/或氣體燃料(諸如天然氣或富氫合成氣體)來運行發(fā)動機。例如，燃料噴嘴110與空氣供應和燃料供應112處于流體連通。燃料噴嘴110產生空氣-燃料混合物，并且將空氣-燃料混合物排到燃燒器104中，從而引起燃燒，燃燒會產生熱的加壓排氣。燃燒器100將熱的加壓氣體引導通過過渡件，進入渦輪噴嘴(或“一級噴嘴”)和其它級輪葉和噴嘴中，從而使渦輪106旋轉。渦輪106旋轉會使軸108旋轉，從而在空氣流到壓縮機102中時壓縮空氣。在實施例中，熱氣路徑構件(包括(但不限于)護罩、隔板、噴嘴、輪葉和過渡件)位于渦輪106中，在那里，流過構件的熱氣導致渦輪部件蠕變、氧化、磨損和熱疲勞。控制熱氣路徑構件的溫度可減少構件中的損壞模式。燃氣渦輪的效率隨渦輪系統(tǒng)100中的燃燒溫度升高而提高。在燃燒溫度升高時，需要恰當?shù)乩鋮s熱氣路徑構件，以滿足使用壽命。在下面參照圖2至12更詳細地論述具有用于冷卻熱氣路徑附近的區(qū)域的改進組件的構件和制造這樣的構件的方法。雖然以下論述主要集中在燃氣渦輪上，但所論述的概念不限于燃氣渦輪。
[0013]在進一步繼續(xù)之前要注意，為了清楚地傳達本申請的發(fā)明，可能需要選擇參照和描述渦輪發(fā)動機的某些機器構件或部件的術語。在可行的情況下，將選擇在行業(yè)中使用的術語，并且以與其被接受的含義一致的方式采用。但意圖對此術語賦予寬泛含義，而不應狹隘地解釋，使得本文所意圖的含義和所附權利要求的范圍受約束。本領域普通技術人員將理解，通常某些構件用幾個不同的名稱來表示。另外，可在本文描述成單個部件的項目可包括或在另一個語境中稱為若干構件部件，或者，可在本文描述成包括多個構件部件的項目可被塑造成單個部件，或者在一些情況下，被稱為單個部件。因而，在理解本文描述的本發(fā)明的范圍時，不僅應當注意所提供的術語和描述，而且還應當注意構件的結構、構造、功能和/或用途。
[0014]另外，可在本文使用若干描述性用語。這些