具有平臺(tái)冷卻布置的渦輪轉(zhuǎn)子葉片的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本申請(qǐng)大體涉及燃燒渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)，如在本文中所使用的并且除非另外具體地聲明，其包括所有類型的燃燒渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)，例如在功率生成和航空器發(fā)動(dòng)機(jī)中使用的那些。更具體地，但卻不作為限制，本應(yīng)用涉及用于冷卻渦輪轉(zhuǎn)子葉片的平臺(tái)區(qū)域的設(shè)備、系統(tǒng)和/或方法。
【背景技術(shù)】
[0002]燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)典型地包括壓縮機(jī)、燃燒器和渦輪。壓縮機(jī)和渦輪通常包括在級(jí)中軸向地堆疊的翼形件或葉片的排。各級(jí)典型地包括固定的一排周向地間隔開的定子葉片，和繞中央軸線或軸旋轉(zhuǎn)的一組周向地間隔開的轉(zhuǎn)子葉片。在操作時(shí)，壓縮機(jī)中的轉(zhuǎn)子葉片繞軸旋轉(zhuǎn)來壓縮空氣流。然后在燃燒器中使用該壓縮空氣來燃燒燃料的供應(yīng)。來自燃燒工序的所得的熱氣流穿過渦輪膨脹，這導(dǎo)致轉(zhuǎn)子葉片使它們附接至的軸旋轉(zhuǎn)。以此方式，將燃料中包含的能量轉(zhuǎn)換成旋轉(zhuǎn)軸的機(jī)械能，該機(jī)械能然后例如可用來使發(fā)電機(jī)的線圈旋轉(zhuǎn)以生成電流。
[0003]參照?qǐng)D1和2，渦輪轉(zhuǎn)子葉片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可描述為具有凸起吸力面105和凹入壓力面106。翼形件102還可描述為具有為前邊緣的導(dǎo)緣107，和作為后邊緣的尾緣108。根部104可描述為具有用于將葉片100固連至轉(zhuǎn)子軸的結(jié)構(gòu)(如所示，其典型地包括燕尾件109)、平臺(tái)110(翼形件102從其延伸)、和柄部112，柄部112包括燕尾件109與平臺(tái)110之間的結(jié)構(gòu)。
[0004]平臺(tái)110可包括多種構(gòu)造，例如平面(如在圖4中示出的)，其為波狀(contoured)或任何其他適當(dāng)?shù)淖冃汀?注意本文中使用的“平面”指近似或基本為平面的形狀。例如，本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解，平臺(tái)可構(gòu)造為具有稍微彎曲或凸起的向舷外表面，具有與轉(zhuǎn)子葉片的徑向位置處的渦輪的環(huán)境對(duì)應(yīng)的曲率。如在本文中所使用的，該類型的平臺(tái)形狀被認(rèn)為是平面的，因?yàn)榍拾霃匠浞执髞硎蛊脚_(tái)呈現(xiàn)平直外觀。)例如，具體參照?qǐng)D4，平臺(tái)110可具有頂側(cè)113，如圖1所示，其可包括軸向且周向地延伸的平直表面。如圖2所示，平臺(tái)110可具有下側(cè)114，其也可包括軸向且周向地延伸的平直表面。平臺(tái)110的頂側(cè)113和底側(cè)114可形成為使得各自基本平行于彼此。如所繪出的，應(yīng)當(dāng)理解的是，平臺(tái)110通常具有薄徑向輪廓，即，在平臺(tái)110的頂側(cè)113與底側(cè)114之間存在相對(duì)短的徑向距離。
[0005]通常，平臺(tái)110可用在渦輪轉(zhuǎn)子葉片110上來形成燃?xì)鉁u輪的熱氣體路徑區(qū)段的內(nèi)部流路邊界。平臺(tái)I1還為翼形件102提供結(jié)構(gòu)支撐。在操作中，渦輪的旋轉(zhuǎn)速度包括可產(chǎn)生沿著平臺(tái)110的相對(duì)受壓區(qū)的機(jī)械負(fù)載，該區(qū)可進(jìn)一步經(jīng)受升高的溫度。
[0006]使平臺(tái)區(qū)域110更耐用的一個(gè)方法是在操作期間用壓縮空氣或其他冷卻劑的流冷卻其。但是，如本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解的，平臺(tái)區(qū)域110提出了某些設(shè)計(jì)難題。在重要部分中，這是因?yàn)樵搮^(qū)域的幾何形狀，因?yàn)槿缢枋龅模脚_(tái)110是遠(yuǎn)離轉(zhuǎn)子葉片的中央芯存在且典型地設(shè)計(jì)為具有結(jié)構(gòu)合理但較薄徑向厚度的外圍構(gòu)件。
[0007]為了使冷卻劑循環(huán)，轉(zhuǎn)子葉片100典型地包括一個(gè)或更多個(gè)內(nèi)部冷卻通路116 (見圖3和圖4)，其至少?gòu)较虻匮由齑┻^葉片100的芯，包括穿過根部104和翼形件102。如在下面更詳細(xì)地所描述的，為了增加熱交換，這種內(nèi)部冷卻通路可形成為具有曲折路徑，該曲折路徑蜿蜒穿過葉片100的中央?yún)^(qū)，但也可為其他構(gòu)造。在操作中，冷卻劑180可經(jīng)由在根部104的舷內(nèi)部分中形成的一個(gè)或更多個(gè)入口 117進(jìn)入內(nèi)部冷卻通路116。冷卻劑180可循環(huán)穿過葉片100并且通過在翼形件上形成的出口(未顯示)并且/或者經(jīng)由在根部104中形成的一個(gè)或更多個(gè)出口(未顯示)離開。冷卻劑180可被壓縮，并且例如可包括壓縮空氣、與水、蒸汽等混合的壓縮空氣。在許多情況下，冷卻劑180是從發(fā)動(dòng)機(jī)的壓縮機(jī)轉(zhuǎn)移的壓縮空氣，但也可能是其他來源。
[0008]在一些情況下，內(nèi)部冷卻通路116還可包括腔119，腔119形成在相鄰轉(zhuǎn)子葉片100的柄部112與平臺(tái)110之間。從那里，可通過將平臺(tái)中的冷卻通路連接至渦輪轉(zhuǎn)子葉片的內(nèi)部冷卻通路116的一個(gè)或更多個(gè)部分(例如，腔119)，而將冷卻劑180用于冷卻葉片的平臺(tái)區(qū)110。例如，冷卻劑可從內(nèi)部冷卻通路116中的一個(gè)抽取(例如進(jìn)入在柄部112/平臺(tái)I1之間形成的腔119)，并且供應(yīng)至延伸穿過平臺(tái)110的冷卻通道。在橫越平臺(tái)110之后，冷卻空氣可通過在平臺(tái)的頂側(cè)113中形成的膜冷卻孔離開腔。
[0009]但是，應(yīng)當(dāng)理解的是，該類型的冷卻回路在一個(gè)部分中不是獨(dú)立的，因?yàn)橐蕾嚽?19的冷卻回路僅在兩個(gè)鄰近轉(zhuǎn)子葉片100裝配后形成。這可對(duì)安裝和測(cè)試產(chǎn)生較大的復(fù)雜性。用于平臺(tái)冷卻的備選設(shè)計(jì)可包括一種冷卻回路，如圖3所繪出的，其包含在轉(zhuǎn)子葉片100內(nèi)并且不包括柄部腔119。冷卻空氣從延伸穿過葉片110的芯的內(nèi)部冷卻通路116中的一個(gè)中抽取，并且被向后引導(dǎo)穿過在平臺(tái)110內(nèi)形成的冷卻通道。冷卻劑180流動(dòng)穿過平臺(tái)冷卻通道來幫助冷卻構(gòu)件。但是，在平臺(tái)110中放置冷卻通道通常是在相對(duì)最熱的區(qū)域(例如在翼形件102的凹入壓力面106側(cè)上)實(shí)施的。而且，冷卻通道布置可為復(fù)雜的(例如，彎曲的或曲折的)以用于分布冷卻劑180，因而要求防止或限制在之前存在的部分中進(jìn)行這種修改。
[0010]因此，備選平臺(tái)冷卻布置在本領(lǐng)域中將受歡迎。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0011]在一個(gè)實(shí)施例中，公開了一種渦輪轉(zhuǎn)子葉片中的平臺(tái)冷卻布置。渦輪轉(zhuǎn)子葉片包括翼形件與根部之間的界面處的平臺(tái)，其中，渦輪轉(zhuǎn)子葉片包括形成于其中的內(nèi)部冷卻通路，所述內(nèi)部冷卻通路從在根部處的與冷卻劑源的連接延伸至平臺(tái)的近似徑向高度，并且其中，平臺(tái)的吸力側(cè)包括頂側(cè)，該頂側(cè)從翼形件周向地延伸至吸力側(cè)斜面。平臺(tái)冷卻布置包括:給送孔，其從吸力側(cè)斜面延伸到內(nèi)部冷卻通路；和一個(gè)或更多個(gè)分支孔，它們各自從給送孔延伸至吸力側(cè)斜面。在操作中，來自冷卻劑源的冷卻劑從內(nèi)部冷卻通路穿過給送孔流到一個(gè)或更多個(gè)分支孔并且沿吸力側(cè)斜面離開平臺(tái)。
[0012]在一個(gè)實(shí)施例中，公開了一種渦輪轉(zhuǎn)子葉片中的平臺(tái)冷卻布置。渦輪轉(zhuǎn)子葉片包括翼形件與根部之間的界面處的平臺(tái)，其中，渦輪轉(zhuǎn)子葉片包括形成于其中的內(nèi)部冷卻通路，該內(nèi)部冷卻通路從在根部處的與冷卻劑源的連接延伸至平臺(tái)的近似徑向高度，并且其中，平臺(tái)的吸力側(cè)包括頂側(cè)，該頂側(cè)從翼形件周向地延伸到吸力側(cè)斜面。平臺(tái)冷卻布置包括:給送孔，其從平臺(tái)的前緣延伸至內(nèi)部冷卻通路；和一個(gè)或更多個(gè)分支孔，它們各自從給送孔延伸至吸力側(cè)斜面。在操作中，來自冷卻劑源的冷卻劑從內(nèi)部冷卻通路穿過給送孔流到一個(gè)或更多個(gè)分支孔并且沿吸力側(cè)斜面離開平臺(tái)。
[0013]在另一實(shí)施例中，公開了一種方法以用于在渦輪轉(zhuǎn)子葉片中形成平臺(tái)冷卻布置。該方法包括提供一種渦輪轉(zhuǎn)子葉片，該渦輪轉(zhuǎn)子葉片具有翼形件與根部之間的界面處的平臺(tái)，其中，渦輪轉(zhuǎn)子葉片包括形成于其中的內(nèi)部冷卻通路，該內(nèi)部冷卻通路從在根部處的與冷卻劑源的連接延伸至平臺(tái)的近似徑向高度，并且其中，平臺(tái)的吸力側(cè)包括頂側(cè)，該頂側(cè)從翼形件周向地延伸到吸力側(cè)斜面。該方法還包括:形成給送孔，其從吸力側(cè)斜面延伸到內(nèi)部冷卻通路；和形成一個(gè)或更多個(gè)分支孔，它們各自從給送孔延伸至吸力側(cè)斜面。在操作中，來自冷卻劑源的冷卻劑從內(nèi)部冷卻通路穿過給送孔流到一個(gè)或更多個(gè)分支孔并且沿吸力側(cè)斜面離開平臺(tái)。
[0014]技術(shù)方案1:一種渦輪轉(zhuǎn)子葉片中的平臺(tái)冷卻布置，所述渦輪轉(zhuǎn)子葉片包括翼形件與根部之間的界面處的平臺(tái)，其中，所述渦輪轉(zhuǎn)子葉片包括形成于其中的內(nèi)部冷卻通路，所述內(nèi)部冷卻通路從所述根部處的與冷卻劑源的連接延伸至所述平臺(tái)的近似徑向高度，其中，所述平臺(tái)的吸力側(cè)包括頂側(cè)，所述頂側(cè)從所述翼形件周向地延伸到吸力側(cè)斜面，所述平臺(tái)冷卻布置包括:
給送孔，其從所述吸力側(cè)斜面延伸至所述內(nèi)部冷卻通路；和
一個(gè)或更多個(gè)分支孔，所述分支孔各自從所述給送孔延伸至所述吸力側(cè)斜面，其中，冷卻劑從所述內(nèi)部冷卻通路通過所述給送孔流到所述一個(gè)或更多個(gè)分支孔并且沿所述吸力側(cè)斜面離開所述平臺(tái)。
[0015]技術(shù)方案2:根據(jù)技術(shù)方案I所述的平臺(tái)冷卻布置，其特征在于，所述給送孔是直線的。
[0016]技術(shù)方案3:根據(jù)技術(shù)方案2所述的平臺(tái)冷卻布置，其特征在于，所述一個(gè)或更多個(gè)分支孔中的各個(gè)是直線的。
[0017]技術(shù)方案4:根據(jù)技術(shù)方案I所述的平臺(tái)冷卻布置，其特征在于，所述給送