專利名稱：用于冷卻燃?xì)廨啓C(jī)轉(zhuǎn)子葉片的方法和設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明主要涉及燃?xì)廨啓C(jī)，更具體而言，涉及用于冷卻燃?xì)廨啓C(jī)轉(zhuǎn)子組件的方法和設(shè)備。
背景技術(shù)：
至少一些已公知的轉(zhuǎn)子組件包括至少一排沿圓向隔開(kāi)的轉(zhuǎn)子葉片。每一個(gè)轉(zhuǎn)子葉片包括一個(gè)翼面，所述翼面包括在前緣和后緣處連接在一起的一個(gè)壓力面和一個(gè)吸力面。每個(gè)翼面從轉(zhuǎn)子葉片平臺(tái)徑向向外延伸。每個(gè)轉(zhuǎn)子葉片還包括從在平臺(tái)和燕尾榫間延伸的柄部徑向向內(nèi)延伸的燕尾榫。燕尾榫被用以在轉(zhuǎn)子組件內(nèi)將轉(zhuǎn)子葉片安裝到轉(zhuǎn)子盤(pán)或軸上。已公知的葉片是中空的，使得至少部分地由翼面、平臺(tái)、柄部和燕尾榫限定出內(nèi)部冷卻腔。
在運(yùn)行過(guò)程中，葉片翼面的一些部分比葉片的其它部分暴露于更高的溫度中。隨著時(shí)間延長(zhǎng)，這種溫度差異和熱應(yīng)變可能在葉片中引起熱應(yīng)力。這種熱應(yīng)變可能引起翼面的熱變形。例如局部蠕變撓曲，并且可能產(chǎn)生其它問(wèn)題，例如可能縮短轉(zhuǎn)子葉片使用壽命的翼面低周疲勞。
為了利于降低高溫對(duì)至少一些已公知的轉(zhuǎn)子葉片的影響，至少其中一些轉(zhuǎn)子葉片翼面包括后緣槽和回切的壓力側(cè)壁，所述槽被分成均勻間隔的通道，所述通道在翼面暴露的背面上排出一薄層的冷卻空氣。但是，由于在沿后緣的不同點(diǎn)處存在溫度差異，因此來(lái)自均勻間隔的槽中的空氣不能使后緣足夠冷卻從而消除在沿翼面后緣的不同點(diǎn)間的溫度差異。

發(fā)明內(nèi)容
一方面，本發(fā)明提供一種燃?xì)廨啓C(jī)的翼面。所述翼面包括前緣、后緣、頂板、在翼面根部和所述頂板之間的徑向范圍內(nèi)延伸的第一側(cè)壁、和與所述第一側(cè)壁在前緣和后緣處連接從而限定出在其中的冷卻空腔的第二側(cè)壁。所述側(cè)壁在所述翼面根部和所述頂板間的徑向范圍內(nèi)延伸。所述翼面還包括多個(gè)縱向分開(kāi)的后緣冷卻槽，所述后緣冷卻槽布置成一列，延伸穿過(guò)所述第一側(cè)壁。所述槽與所述冷卻空腔流動(dòng)連通并沿后緣布置成不均勻的分布，從而使所述后緣的至少一部分上的槽數(shù)量多于所述后緣其它不同部分上的槽數(shù)量。
另一方面，本發(fā)明提供一種渦輪機(jī)葉片。所述渦輪機(jī)葉片包括平臺(tái)、燕尾榫、連接所述平臺(tái)和所述燕尾榫的柄部、以及包括前緣、后緣、壓力側(cè)壁和吸力側(cè)壁的翼面。所述翼面與所述平臺(tái)連接在一起。所述渦輪機(jī)葉片還包括至少一個(gè)在所述壓力側(cè)壁和吸力側(cè)壁之間的冷卻空腔，和多個(gè)縱向分開(kāi)的沿后緣延伸的后緣冷卻槽。所述后緣冷卻槽與所述冷卻空腔流動(dòng)連通，并且沿后緣布置成不均勻的分布，從而使所述后緣的至少一部分上的后緣冷卻槽數(shù)量多于所述后緣其它不同部分上的槽數(shù)量。
另一方面，本發(fā)明提供一種燃?xì)廨啓C(jī)的轉(zhuǎn)子組件，所述轉(zhuǎn)子組件包括轉(zhuǎn)子軸和多個(gè)連接到轉(zhuǎn)子軸上的沿周向隔開(kāi)的轉(zhuǎn)子葉片。每個(gè)轉(zhuǎn)子葉片包括平臺(tái)、燕尾榫、連接所述平臺(tái)和所述燕尾榫的柄部、以及包括前緣、后緣、壓力側(cè)壁和吸力側(cè)壁的翼面。所述翼面與所述平臺(tái)連接在一起。所述渦輪機(jī)葉片還包括至少一個(gè)在所述壓力側(cè)壁和吸力側(cè)壁之間的冷卻空腔，和多個(gè)縱向分開(kāi)的沿后緣延伸的后緣冷卻槽。所述后緣冷卻槽與所述冷卻空腔流動(dòng)連通，并且沿后緣布置成不均勻的分布，從而使所述后緣的至少一部分上的后緣冷卻槽數(shù)量多于所述后緣其它不同部分上的槽數(shù)量。
另一方面，本發(fā)明提供了一種冷卻轉(zhuǎn)子葉片翼面后緣的方法。所述翼面包括前緣、后緣、壓力側(cè)壁和吸力側(cè)壁、至少一個(gè)在所述壓力側(cè)壁和吸力側(cè)壁之間的冷卻空腔、和多個(gè)縱向分開(kāi)的沿后緣延伸的后緣冷卻槽。所述后緣冷卻槽與所述冷卻空腔流動(dòng)連通，并且沿后緣布置成不均勻的分布，從而使所述后緣的至少一部分上的后緣冷卻槽數(shù)量多于所述后緣其它不同部分上的槽數(shù)量。所述方法包括向冷卻空腔提供冷卻空氣，并引導(dǎo)一部分冷卻空氣通過(guò)多個(gè)冷卻槽。


圖1是包括燃?xì)廨啓C(jī)的燃?xì)廨啓C(jī)系統(tǒng)的側(cè)剖視圖；圖2是在圖1所示的轉(zhuǎn)子葉片的透視示意圖；和圖3是圖2所示的轉(zhuǎn)子葉片的內(nèi)部示意圖。
具體實(shí)施例方式
在下文中將對(duì)燃?xì)廨啓C(jī)轉(zhuǎn)子葉片的翼面進(jìn)行詳細(xì)描述，所述燃?xì)廨啓C(jī)轉(zhuǎn)子葉片包括多個(gè)縱向分開(kāi)的布置成一列的后緣冷卻槽。所述冷卻槽沿后緣布置成不均勻的分布，從而使所述后緣的至少一部分上的槽數(shù)量多于所述后緣其它不同部分上的槽數(shù)量。所述不均勻的冷卻槽分布允許冷卻空氣被引導(dǎo)至后緣上那些暴露于最高外部溫度的部分，用以改善這些區(qū)域的冷卻。改進(jìn)的后緣冷卻減少了翼面可能發(fā)生的局部蠕變、可能發(fā)生的氧化和可能發(fā)生的低周疲勞。
參見(jiàn)附圖，圖1是包括燃?xì)廨啓C(jī)20的燃?xì)廨啓C(jī)系統(tǒng)10的側(cè)剖視圖。燃?xì)廨啓C(jī)20包括壓縮機(jī)部分22、包括多個(gè)燃燒器罐26的燃燒器部分24、和通過(guò)軸29與壓縮機(jī)部分22連接的渦輪機(jī)部分28。多個(gè)渦輪機(jī)葉片30連接到渦輪軸29上。在渦輪機(jī)葉片30之間設(shè)置多個(gè)不旋轉(zhuǎn)的渦輪機(jī)噴嘴臺(tái)31，所述不旋轉(zhuǎn)的渦輪機(jī)噴嘴臺(tái)包括多個(gè)渦輪噴嘴32。渦輪噴嘴32與環(huán)繞著渦輪機(jī)葉片30和噴嘴32的殼體或外殼34相連接。熱氣體被引導(dǎo)通過(guò)噴嘴32以沖擊葉片30，致使葉片30與渦輪軸29一起轉(zhuǎn)動(dòng)。
在運(yùn)行中，環(huán)境空氣被引入壓縮機(jī)部分22內(nèi)，在壓縮機(jī)部分22中，環(huán)境空氣被壓縮至比環(huán)境空氣大的壓力值。所述壓縮空氣然后被引入燃燒器部分24，在燃燒器部分24中，所述壓縮空氣和燃料混合從而產(chǎn)生相對(duì)高壓、高速的氣體。渦輪機(jī)部分28被構(gòu)造用以提取從燃燒器部分24中流出的所述高壓高速氣體中的能量。燃?xì)廨啓C(jī)系統(tǒng)10一般通過(guò)來(lái)自自動(dòng)和/或電子控制系統(tǒng)(未示出)的多種控制參數(shù)受到控制，所述自動(dòng)和/或電子控制系統(tǒng)被附接到燃?xì)廨啓C(jī)系統(tǒng)10上。
圖2是可與燃?xì)廨啓C(jī)20(在圖1中示出)一起使用的轉(zhuǎn)子葉片40的透視示意圖。圖3是轉(zhuǎn)子葉片40的內(nèi)部示意圖。參見(jiàn)圖2和圖3，在典型實(shí)施方式中，多個(gè)轉(zhuǎn)子葉片40形成燃?xì)廨啓C(jī)20的高壓渦輪機(jī)轉(zhuǎn)子葉片臺(tái)(未示出)。每個(gè)轉(zhuǎn)子葉片40包括中空的翼面42和一體的燕尾榫43，所述燕尾榫43用于按照已公知的方式將翼面42安裝到轉(zhuǎn)子盤(pán)(未示出)上。
翼面42包括第一側(cè)壁44和第二側(cè)壁46。第一側(cè)壁44是中凸的并且限定出翼面42的吸力側(cè)面，第二側(cè)壁46是中凹的并且限定出翼面42的壓力側(cè)面。側(cè)壁44和46在翼面42的前緣48處和軸向隔開(kāi)的后緣50處相連接，所述后緣50位于前緣48的下游。
第一側(cè)壁44和第二側(cè)壁46分別沿縱向或徑向向外在鄰近燕尾榫43的葉片根部52和限定出內(nèi)部冷卻室56的徑向外邊界的頂板54的范圍內(nèi)延伸。冷卻室56被限定在翼面42內(nèi)側(cè)壁44和46之間。翼面42的內(nèi)部冷卻在該技術(shù)領(lǐng)域已公知。在該典型實(shí)施方式中，冷卻室56包括一條用壓縮機(jī)排出空氣進(jìn)行冷卻的蛇形通道58。
冷卻空腔56與沿后緣50縱向(軸向)延伸的多個(gè)后緣槽70流動(dòng)連通。特別是，后緣槽70沿壓力側(cè)壁46延伸至后緣50。每個(gè)后緣槽70包括凹壁72，所述凹壁72通過(guò)第一側(cè)壁74和第二側(cè)壁76與壓力側(cè)壁46隔開(kāi)。冷卻空腔出口78從冷卻空腔56延伸至鄰近凹壁72的每個(gè)后緣槽70。每一個(gè)凹壁72從后緣50延伸至冷卻空腔出口78。多個(gè)脊部80將每一個(gè)后緣槽70與相鄰的后緣槽70隔開(kāi)。側(cè)壁74和76從脊部80開(kāi)始延伸。
后緣槽70沿后緣50布置成不均勻的分布，從而使所述后緣50的第一部分82上的槽70的數(shù)量多于所述后緣50第二部分84上的槽數(shù)量。特別是，位于后緣50的第一部分82上的后緣冷卻槽70之間的距離不同于位于后緣50的第二部分84上的后緣冷卻槽70之間的距離。具體而言，每英寸后緣50的第一部分82上的后緣冷卻槽70的數(shù)量比每英寸后緣50的第二部分84上的后緣冷卻槽70的數(shù)量多。同時(shí)，后緣50的第一部分82上的后緣冷卻槽70的數(shù)量比后緣50的第三部分86上的后緣冷卻槽70的數(shù)量多。圖2和圖3所示的翼面42的典型實(shí)施方式包括三部分具有不同數(shù)量冷卻槽70的后緣50。在其它可選實(shí)施方式中，翼面42可包括具有沿后緣50呈不均勻分布的冷卻槽的兩個(gè)或更多部分的后緣50。
冷卻槽的所述不均勻分布允許冷卻空氣被引導(dǎo)至后緣50上暴露于最高外部溫度的那些部分，用以改善這些區(qū)域的冷卻。改進(jìn)的后緣50的冷卻減少了翼面可能發(fā)生的局部蠕變、可能發(fā)生的氧化和可能發(fā)生的低周疲勞。
雖然已通過(guò)不同的具體實(shí)施方式
對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了描述，但是本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)意識(shí)到可使用在技術(shù)方案的精神和范圍內(nèi)的變型實(shí)踐本發(fā)明。
部件列表燃?xì)廨啓C(jī)系統(tǒng)10燃?xì)廨啓C(jī)20壓縮機(jī)部分22燃燒器部分24燃燒器罐26渦輪機(jī)部分28軸29渦輪機(jī)葉片30噴嘴臺(tái)31渦輪噴嘴32外殼34轉(zhuǎn)子葉片40中空翼面42燕尾榫43第一側(cè)壁44第二側(cè)壁46前緣48后緣50葉片根部52頂板54內(nèi)部冷卻室56蛇形通道58后緣槽70凹壁72第一側(cè)壁74第二側(cè)壁76開(kāi)口78脊部80后緣第一部分82后緣第二部分84后緣第三部分8權(quán)利要求
1.一種燃?xì)廨啓C(jī)(20)的翼面(42)，所述翼面包括前緣(48)；后緣(50)；頂板(54)；在翼面根部(52)和所述頂板之間的徑向范圍內(nèi)延伸的第一側(cè)壁(44)；與所述第一側(cè)壁在所述前緣和所述后緣處連接從而限定出在其中的冷卻空腔(56)的第二側(cè)壁(46)，所述第二側(cè)壁在所述翼面根部和所述頂板間的徑向范圍內(nèi)延伸；多個(gè)縱向分開(kāi)的后緣冷卻槽(70)，所述后緣冷卻槽布置成一列，延伸穿過(guò)所述第一側(cè)壁，所述槽與所述冷卻空腔流動(dòng)連通并沿所述后緣布置成不均勻的分布，從而使所述后緣的至少一部分(82)，(84)，(86)上的槽數(shù)量多于所述后緣其它不同部分上的槽數(shù)量。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的翼面(42)，進(jìn)一步包括位于所述后緣(50)的第一部分(82)上的所述后緣冷卻槽(70)之間的第一距離；位于所述后緣的第二部分(84)上的所述后緣冷卻槽之間的第二距離，所述第一距離不同于所述第二距離。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的翼面(42)，其中所述后緣(50)包括多個(gè)部分(82)，(84)，(86)，每個(gè)所述部分上每英寸中包括多個(gè)后緣冷卻槽(70)，在選定部分上每英寸中的后緣冷卻槽的數(shù)量與相鄰部分上每英寸中的后緣冷卻槽數(shù)量不同。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的翼面(42)，其中所述后緣(50)包括第一部分(82)，其上每英寸中包括第一數(shù)量的后緣冷卻槽(70)；第二部分(84)，其上每英寸中包括第二數(shù)量的后緣冷卻槽；和第三部分(86)，其上每英寸中包括第三數(shù)量的后緣冷卻槽；所述第一部分從所述翼面根部(52)延伸至所述第二部分，所述第二部分從所述第一部分延伸至所述第三部分，所述第三部分從所述第二部分延伸至所述頂板(54)；每英寸中后緣冷卻槽的所述第二數(shù)量比每英寸中后緣冷卻槽的所述第一和所述第三數(shù)量多。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的翼面(42)，其中所述后緣包括第一后緣冷卻槽(70)；第二后緣冷卻槽；第三后緣冷卻槽；在所述第一和第二后緣冷卻槽之間的第一距離；在所述第二和第三后緣冷卻槽之間的第二距離，所述第一距離與所述第二距離不同。
6.一種渦輪機(jī)葉片(30)，包括平臺(tái)；燕尾榫(43)；連接至所述平臺(tái)和所述燕尾榫的柄部；翼面(42)，所述翼面包括前緣(48)、后緣(50)、壓力側(cè)壁(46)和吸力側(cè)壁(44)，所述翼面與所述平臺(tái)相連接；至少一個(gè)在所述壓力側(cè)壁和所述吸力側(cè)壁之間的冷卻空腔(56)；和多個(gè)縱向分開(kāi)的沿所述后緣延伸的后緣冷卻槽(70)，所述后緣冷卻槽與所述冷卻空腔流動(dòng)連通并沿所述后緣布置成不均勻的分布，從而使所述后緣的至少一部分上的后緣冷卻槽數(shù)量多于所述后緣其它不同部分上的槽數(shù)量。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的渦輪機(jī)葉片(30)，其中所述翼面(42)進(jìn)一步包括位于所述后緣(50)的第一部分(82)上的所述后緣冷卻槽(70)之間的第一距離；位于所述后緣的第二部分(84)上的所述后緣冷卻槽之間的第二距離，所述第一距離不同于所述第二距離。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的渦輪機(jī)葉片(30)，其中所述翼面后緣(50)包括多個(gè)部分(82)，(84)，(86)，每個(gè)所述部分上每英寸中包括多個(gè)后緣冷卻槽(70)，在選定部分上每英寸中的后緣冷卻槽的數(shù)量與相鄰部分上每英寸中的后緣冷卻槽數(shù)量不同。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的渦輪機(jī)葉片(30)，其中所述翼面后緣(50)包括第一部分(82)，其上每英寸中包括第一數(shù)量的后緣冷卻槽(70)；第二部分(84)，其上每英寸中包括第二數(shù)量的后緣冷卻槽；和第三部分(86)，其上每英寸中包括第三數(shù)量的后緣冷卻槽；所述第一部分從所述翼面根部(52)延伸至所述第二部分，所述第二部分從所述第一部分延伸至所述第三部分，所述第三部分從所述第二部分延伸至所述頂板(54)；每英寸中后緣冷卻槽的所述第二數(shù)量比每英寸中后緣冷卻槽的所述第一和所述第三數(shù)量多。
10.根據(jù)權(quán)利要求6所述的渦輪機(jī)葉片(30)，其中所述翼面后緣(50)包括第一后緣冷卻槽(70)；第二后緣冷卻槽；第三后緣冷卻槽；在所述第一和第二后緣冷卻槽之間的第一距離；在所述第二和第三后緣冷卻槽之間的第二距離，所述第一距離與所述第二距離不同。
全文摘要
一種燃?xì)廨啓C(jī)(20)的翼面(42)包括前緣(48)、后緣(50)、頂板(54)、在翼面根部(52)和所述頂板之間的徑向范圍內(nèi)延伸的第一側(cè)壁(44)、以及與所述第一側(cè)壁在所述前緣和所述后緣處連接從而限定出在其中的冷卻空腔(56)的第二側(cè)壁(46)。所述側(cè)壁在所述翼面根部和所述頂板間的徑向范圍內(nèi)延伸。所述翼面還包括多個(gè)縱向分開(kāi)的后緣冷卻槽(70)，所述后緣冷卻槽布置成一列，延伸穿過(guò)所述第一側(cè)壁。所述槽與所述冷卻空腔流動(dòng)連通并沿所述后緣布置成不均勻的分布，從而使所述后緣的至少一部分上的槽數(shù)量多于所述后緣其它不同部分上的槽數(shù)量。
文檔編號(hào)B63H1/14GK1707069SQ20051007655
公開(kāi)日2005年12月14日 申請(qǐng)日期2005年6月10日 優(yōu)先權(quán)日2004年6月10日
發(fā)明者E·L·麥格拉思, B·A·拉格蘭格 申請(qǐng)人:通用電氣公司