本公開涉及根據(jù)權(quán)利要求1的用于冷卻渦輪發(fā)動機轉(zhuǎn)子的方法。它還涉及如在其他獨立權(quán)利要求中所描述的一種渦輪發(fā)動機轉(zhuǎn)子和用于所述渦輪發(fā)動機轉(zhuǎn)子的蓋板。還公開了一種包括根據(jù)本公開的轉(zhuǎn)子和/或蓋板的燃氣渦輪。

背景技術(shù)：

在渦輪發(fā)動機(比如燃氣渦輪)的轉(zhuǎn)子中，通常存在葉柄空腔(blade shank cavity)，且其例如由兩個周向相鄰葉片的柄部、相應的葉根、相應的葉片平臺、以及轉(zhuǎn)子軸來界定。這些葉柄空腔通常也位于承載葉片-軸接合部附近。

具體地，在燃氣渦輪發(fā)動機中，且更具體地在燃氣渦輪發(fā)動機的膨脹渦輪機的第一級中，在葉柄空腔內(nèi)可能需要冷卻劑以便冷卻承受大量熱負荷的葉片平臺，并將高溫工作氣體從空腔中掃出。冷卻劑或吹掃流例如可以由來自燃氣渦輪壓縮機的壓縮空氣提供。因此，冷卻劑或吹掃流是高成本的，因為它通過提供有用功的工作流體的損失而導致對發(fā)動機效率不利的影響。

US2005/0201857提出將冷卻空氣從在葉根的底部與形成在轉(zhuǎn)子軸上的接收槽的底部之間形成的冷卻空氣增壓室引入葉柄空腔，從而對葉柄空腔增壓并冷卻平臺。該文獻還提出將該空氣沿著轉(zhuǎn)子軸柱(rotor shaft post)的前端面引導，以便產(chǎn)生沿平臺引導冷卻劑的空氣簾幕以及防止或至少抑制來自上游空間的相對較熱的未被使用的(pre-used)空氣的進入。但是，該文獻的教導導致必須要在葉柄空腔內(nèi)利用昂貴的新鮮冷卻空氣。

US2009/0175732相反地提出將回熱冷卻空氣流與輪緣吹掃流混合，以便吹掃葉柄空腔以防止熱氣體吸入并還冷卻平臺。一個可能與US2009/0175732的教導相關(guān)的問題可在該空氣能進入葉根和轉(zhuǎn)子柱之間的接合部的事實中看到。盡管葉片部件(包括平臺、柄部、和葉根)的材料能輕易地承受高溫，但轉(zhuǎn)子軸可能由具有較低的高溫耐性的材料制成。因此，高溫流體到葉根和轉(zhuǎn)子軸之間的接合部的泄漏可能在轉(zhuǎn)子軸側(cè)上損害承載軸-葉片接合部的壽命和超速極限。

US2014/0193272提出給葉片-柄部空腔提供兩種不同的冷卻劑流，其中兩種冷卻劑流可以表現(xiàn)出不同的溫度。所述冷卻劑流的相對較熱的一個可以通過蓋板上的孔來引導和計量。所述冷卻劑流的相對較冷的第二個將意圖沿著形成在葉根與轉(zhuǎn)子軸柱之間的接合部處的間隙流動，然后在葉根的下游端處排出。因此，昂貴的較冷的冷卻空氣不參與冷卻平臺。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本公開的目標是提供一種用于冷卻渦輪發(fā)動機轉(zhuǎn)子的改進的方法和裝置。本公開的另一個目標是提供一種用于冷卻渦輪發(fā)動機轉(zhuǎn)子的方法和裝置，它防止具有過高溫度的流體接觸轉(zhuǎn)子軸而保護高度機械承載的葉片-軸接合部的完整性。在另一個方面中，本公開的目標是提供一種改善冷卻劑的使用的用于冷卻渦輪發(fā)動機轉(zhuǎn)子的方法和裝置。在另一個方面中，本公開的目標是提供一種用于冷卻渦輪發(fā)動機轉(zhuǎn)子的方法和裝置，它減少了冷卻劑的消耗。本公開的另一個目標是提供一種用于冷卻渦輪發(fā)動機轉(zhuǎn)子的方法和裝置，它避免了某些承受高溫的構(gòu)件(比如葉片平臺)的過度冷卻，同時給由相對較低的高溫強度的材料所制成的構(gòu)件(比如軸)提供不充分的冷卻。本公開主題的另一個目標可在它允許將由高溫強度完全不同的材料制成的構(gòu)件連結(jié)的事實中看到。

所述目標通過權(quán)利要求1中所述的發(fā)明主題，以及還通過獨立權(quán)利要求中所描述的主題來實現(xiàn)。

本公開主題的其他作用和優(yōu)點，無論是否明確地提及，都將鑒于下面提供的公開而變得顯而易見。

因此，公開的是一種用于冷卻渦輪發(fā)動機轉(zhuǎn)子的方法，轉(zhuǎn)子包括轉(zhuǎn)子軸和至少一個葉片部件。葉片部件包括平臺，其中平臺包括熱氣體側(cè)和冷卻劑側(cè)。翼型設(shè)置在平臺熱氣體側(cè)上，且葉腳區(qū)段設(shè)置在平臺冷卻劑側(cè)上，其中葉腳區(qū)段包括葉柄和葉根。葉柄從平臺冷卻劑側(cè)延伸并插入在葉根和平臺冷卻劑側(cè)之間，葉根包括設(shè)置在葉根上且由轉(zhuǎn)子軸的固定特征接收的根固定特征。應當理解的是，葉根和轉(zhuǎn)子軸的固定特征作為將葉根和轉(zhuǎn)子軸至少沿轉(zhuǎn)子的徑向方向互鎖的特征而提供。因此，葉根和轉(zhuǎn)子軸的固定特征形成對應的匹配固定特征。轉(zhuǎn)子軸的固定特征具體地可以是一種陰性固定特征，且葉根的固定特征可以被容納在設(shè)置于轉(zhuǎn)子軸上的固定特征內(nèi)。就此而言，葉根包括在其橫向側(cè)上的根固定特征，在葉片部件和轉(zhuǎn)子軸組裝成轉(zhuǎn)子時，所述橫向側(cè)是指向圓周(但不必然僅指圓周)方向的側(cè)面。還應當理解，葉根上的固定特征可以成形為形成所謂的樅樹根(fir tree root)，且因此設(shè)置于轉(zhuǎn)子軸上的固定特征可以是所謂的樅樹槽。樅樹固定在現(xiàn)有技術(shù)中是已知的。轉(zhuǎn)子軸固定特征從轉(zhuǎn)子前端面延伸，并設(shè)置在形成于轉(zhuǎn)子軸上的柱上。就轉(zhuǎn)子軸固定特征是一種陰性固定特征來說，可以說轉(zhuǎn)子軸固定特征設(shè)置在形成于轉(zhuǎn)子軸上的柱之間。在其他實施例中，轉(zhuǎn)子軸固定特征可以由轉(zhuǎn)子軸柱提供。還應當理解，轉(zhuǎn)子前端面可以是圍繞軸核心設(shè)置且提供到由轉(zhuǎn)子軸提供的固定特征的軸向路徑的環(huán)形前端面。柱沿轉(zhuǎn)子軸的軸向方向從前端面開始延伸，并且同樣地也可以說的是設(shè)置在柱之間的槽沿軸的軸向方向延伸。在這方面，應當理解的是，沿軸向方向延伸不限于僅沿軸向方向，盡管所述的定向是被包含的，但是柱或槽的廣度分別包括軸向分量?；ミB接合部(尤其是可沿軸向延伸的)因此形成在設(shè)置于葉根和轉(zhuǎn)子軸上的相應的固定特征之間并延伸到轉(zhuǎn)子前端面，并在轉(zhuǎn)子前端面上形成接縫。在葉根被容納在轉(zhuǎn)子軸的陰性固定特征內(nèi)的情況下，側(cè)向接合部形成在葉根的每個側(cè)面與柱之間，并延伸到轉(zhuǎn)子前端面且在轉(zhuǎn)子前端面上形成接縫。另外，葉柄空腔設(shè)置在平臺冷卻劑側(cè)附近。方法包括沿轉(zhuǎn)子前端面引導第一流體流且進入葉柄空腔，借此第二流體流能夠進入葉柄空腔。方法還包括選擇第一流體流的源，使得第一流體流表現(xiàn)出相對較低的溫度，或者比第二流體流相對更冷，且在葉柄空腔內(nèi)將第二流體流與第一流體流混合，從而形成組合的葉柄空腔流體流。應當明白，第二流體流在一些實施例中可以被有目的地提供給葉柄空腔，如將在下面更詳細地描述那樣。在其他實施例中，第二流體流可以是泄漏流。在這方面，應當明白，作為本文中所公開的主題的優(yōu)點，將有可能允許該泄漏流進入葉柄空腔，以及有可能接受比現(xiàn)有技術(shù)中更多的泄漏質(zhì)量流，并且在本文所公開的主題的某些實施例中，用于提供密封以避免或減少泄漏流的成本可因此明顯降低。

還將明白的是，多個葉片可以被提供，它們具有固定在圍繞轉(zhuǎn)子軸的圓周設(shè)置的對應的多個固定特征中的相應葉根。如將理解到的，方法相比現(xiàn)有技術(shù)具備多種優(yōu)勢。它提供節(jié)省并非為目標所需要的昂貴的處于低溫水平的冷卻劑的可能性。這通過將可能對于目標而言太熱的較熱冷卻劑流與比所需要的較冷的冷卻劑流混合而實現(xiàn)。因此，所需的冷卻劑溫度可以通過巧妙地調(diào)節(jié)第一和第二流體流的質(zhì)量流量比而調(diào)節(jié)。這用于明顯地減少昂貴的低溫冷卻劑的第一流體質(zhì)量流。同樣，在相應的葉片列的上游的用于空腔的被預熱的吹掃空氣流可以至少部分地被重復使用，而不是浪費地使其泄漏到主工作流體流中，即，為了產(chǎn)生有用功而沿著葉片翼型引導的發(fā)動機的流體流。工作流體溫度的降低所引起的損失以及混合損失和對主工作流動區(qū)域的不利影響所引起的損失可以被降低(即使沒有被避免)。同樣地，處于高溫的其它未被使用的冷卻劑可以在將其與較冷的流體流混合中被重復使用，在葉柄空腔中的整體冷卻劑溫度被降低到低于未被使用的冷卻劑的溫度的水平。發(fā)動機的整體冷卻劑質(zhì)量流需求的降低被實現(xiàn)，從而獲得性能收益。在其他實施例中，在應用所述方法中，可以容忍進入葉柄空腔中的更大的泄漏流，因此降低了恰當?shù)拿芊庀到y(tǒng)的費用，也可能節(jié)省昂貴的低溫冷卻劑。

在具體的實施例中，冷卻劑可以是冷卻空氣。例如，它可以從燃氣渦輪壓縮機中放出，然后為了冷卻目的而供應給燃氣渦輪膨脹渦輪機。

在另一個方面中，方法可包括第一流體流在進入葉柄空腔之前選擇性地在存在于轉(zhuǎn)子前端面的接縫上方被引導。因此，具體地，轉(zhuǎn)子軸的機械高承載構(gòu)件(其可如之前所述由與葉片部件的材料相比具有較低的高溫強度的材料制成)被保護不暴露給組合的流體流和/或第二流體流，這兩者都處于比第一流體流相對更高的溫度下。所以，這些零件被保持在降低的溫度水平下，這導致延長的壽命和被提高的超速極限。

在另一個方面中，所述方法可以包括從冷卻劑增壓室中取出第一流體流，該增壓室設(shè)置在相鄰轉(zhuǎn)子軸柱之間的槽(例如陰性固定特征)的底部和葉根之間。因此，使用可容易地到達的冷卻劑儲藏器。這此外可有助于沿著上述的接縫引導第一流體流。具體地，所述冷卻劑增壓室還可與設(shè)置在葉片翼型內(nèi)的冷卻通道流體連通，例如通過形成在葉腳區(qū)段中的通道。這方面，冷卻劑增壓室可以構(gòu)成還用于翼型的冷卻劑源，且可以被稱為葉片冷卻劑供應增壓室。此外，將明白的是，在轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時第一流體流在從徑向內(nèi)側(cè)的葉片冷卻劑供應增壓室流到徑向外側(cè)的葉柄空腔的同時，通過徑向泵送效應而獲益，從而提高了流體的總壓力。

在另一個方面中，所述方法包括沿葉根和轉(zhuǎn)子軸柱中的一個的前端面從在葉柄空腔的徑向內(nèi)側(cè)的位置引導第二流體流并進入葉柄空腔。需要被理解的是，第二流體流的流動路徑被嚴格限制于相應的前端面，且將不被允許與接縫接觸。接縫通過被沿著接縫引導的較冷的第一流體流而與較暖的第二流體流隔開。因此，避免了從第二流體流到形成在轉(zhuǎn)子軸柱與葉根之間的承載接合部的熱吸入。由于當發(fā)動機被操作時作用在被從徑向內(nèi)側(cè)位置指引至徑向外側(cè)位置的第二流體流上的離心力，第二流體流以一種類似于徑流式壓縮機的方式被增壓，并沿著葉根的前端面流動。高溫的第二流體流沿著葉根的前端面被選擇性地引導，同時避免與轉(zhuǎn)子軸的接觸。因此，高溫的流體流(在它與第一流體流混合并因此冷卻之前)只與由具有足夠的機械高溫強度的材料所制成的構(gòu)件接觸。

在所述方法的另一個實施例中，第二流體流是未被使用的冷卻劑流。因此，未被使用的冷卻劑由于其他目的而成為使用的，而不是將其浪費地排入發(fā)動機主流，如之前所述那樣。如已經(jīng)描述那樣，未被使用的冷卻劑的再使用在將其與較冷介質(zhì)的第一流體流混合是可能的，因此提供具有適合于平臺冷卻的溫度的組合的冷卻劑流。另外，第二流體流可以來源于設(shè)置在轉(zhuǎn)子前端面附近的空腔，尤其是輪空腔。

還將明白的是，根據(jù)本公開的某些方面，第一和第二流體流彼此分離地進入空腔內(nèi)。將流體流混合以便形成組合的葉柄空腔流體流發(fā)生在葉柄空腔內(nèi)。

被公開的還有一種渦輪發(fā)動機轉(zhuǎn)子，它尤其適合之前所描述的方法的實施方式。

在第一方面中，一種渦輪發(fā)動機轉(zhuǎn)子被公開，其中轉(zhuǎn)子包括轉(zhuǎn)子軸和至少一個葉片部件。葉片部件包括平臺，其中平臺包括熱氣體側(cè)和冷卻劑側(cè)，翼型設(shè)置在平臺熱氣體側(cè)上，葉腳區(qū)段設(shè)置在平臺冷卻劑側(cè)上。葉腳區(qū)段包括葉柄和葉根，其中葉柄從平臺冷卻劑側(cè)延伸并插入在葉根和平臺冷卻劑側(cè)之間。葉根包括設(shè)置在葉根上且由轉(zhuǎn)子軸的固定特征所容納的根固定特征，其中轉(zhuǎn)子軸固定特征從轉(zhuǎn)子前端面延伸并由轉(zhuǎn)子軸上形成的柱提供?；ミB接合部形成在由葉根和轉(zhuǎn)子軸所提供的互連特征之間，并延伸到轉(zhuǎn)子前端面，在那里它形成了在轉(zhuǎn)子前端面上的接縫。葉柄空腔設(shè)置在平臺冷卻劑側(cè)附近。第一葉柄空腔供應通道沿著接縫設(shè)置在轉(zhuǎn)子前端面上，并與葉柄空腔流體連通。具體地，第一葉柄空腔供應通道沿著形成在轉(zhuǎn)子前端面上的每個接縫而設(shè)置在轉(zhuǎn)子前端面上。容易理解的是，上面關(guān)于分別涉及轉(zhuǎn)子或轉(zhuǎn)子的部件的特征做出的全部標記和解釋全面地應用于公開的渦輪發(fā)動機轉(zhuǎn)子。

在渦輪發(fā)動機轉(zhuǎn)子的具體實施例中，葉片冷卻劑供應增壓室設(shè)置在轉(zhuǎn)子固定特征的底部和葉根之間，且具體地與翼型的冷卻通道流體連通。第一葉柄空腔供應通道在下游端與葉柄空腔流體連通，并在上游端與所述葉片冷卻劑供應增壓室流體連通。在更具體的實施例中，計量孔設(shè)置在葉片冷卻劑供應增壓室和葉柄空腔之間的流動路徑上，且具體地在葉片冷卻劑供應增壓室和第一葉柄空腔供應通道之間。所述計量孔可以通過從葉根的底部延伸并部分地將葉片冷卻劑供應增壓室鎖定在轉(zhuǎn)子的前端面，同時保持所述計量孔開放的凸耳來設(shè)置。

在渦輪發(fā)動機轉(zhuǎn)子的另一個實施例中，第二葉柄空腔供應通道被設(shè)置，并在下游端與葉柄空腔流體連通。所述第二葉柄空腔供應通道沿著葉根和轉(zhuǎn)子軸柱中的至少一個的前端面設(shè)置。需要明白的是，第二葉柄空腔供應通道的位置被嚴格限制為被布置在相應的前端面附近，而不是在接縫處。接縫通過在第一葉柄空腔供應通道中流動的較冷流體與在第二葉柄空腔供應通道中流動的較暖流體隔開。因此，避免了從第二葉柄空腔供應通道中流動的流體到形成在轉(zhuǎn)子軸柱和葉根之間的承載接合部的熱吸入。第二葉柄空腔供應通道的上游端設(shè)置在下游端的徑向內(nèi)側(cè)。這表示，在所述第二葉柄空腔供應通道內(nèi)的流體具有指向徑向外側(cè)的流動方向。因此，如之前已經(jīng)描述的，在轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)期間，流體在從通道的上游端流到通道的下游端的同時，將由于類似徑流式壓縮機的徑向泵送作用而增壓。然而，應當注意到，第二葉柄空腔供應通道被設(shè)置以便嚴格地與葉根的承載結(jié)構(gòu)且因此與轉(zhuǎn)子軸的承載結(jié)構(gòu)分離。因此，沿著葉根的前端面在第二葉柄空腔供應通道內(nèi)流動的流體不會接觸轉(zhuǎn)子軸，至少在接縫處不會。因此，該供應通道尤其適合于引導之前所描述的第二流體流，其特別地表現(xiàn)出高溫，進一步尤其在與第一流體流比較時。

在更特別的實施例中，蓋板被設(shè)置以覆蓋轉(zhuǎn)子前端面的至少一部分。第一和第二葉柄空腔供應通道設(shè)置在轉(zhuǎn)子前端面和蓋板之間。通道中的每一個可以例如通過設(shè)置在蓋板朝向轉(zhuǎn)子前端面的端面上或在轉(zhuǎn)子前端面上的槽來提供，或者通過它們的組合。

此外，第二葉柄空腔供應通道的上游端可以作為蓋板上的孔來提供。

蓋板還可以意圖和用于沿軸向方向鎖定葉片部件和轉(zhuǎn)子軸。它可以鎖定到轉(zhuǎn)子，其中轉(zhuǎn)子在其徑向內(nèi)側(cè)和/或外側(cè)被容納在設(shè)置在轉(zhuǎn)子軸上和/或在平臺內(nèi)徑上的周向延伸的槽內(nèi)。

還公開了一種用于前述類型的渦輪發(fā)動機轉(zhuǎn)子的蓋板，其中蓋板包括第一端面和第二端面，并具有徑向和周向廣度。如將認識到的是，蓋板意圖用于渦輪發(fā)動機轉(zhuǎn)子上，具有預定位置和定向。因此，蓋板的徑向和周向廣度據(jù)此由這樣的蓋板來明確。第一端面配置和布置成面朝轉(zhuǎn)子前端面而安裝，其中至少一個槽設(shè)置在蓋板的第一端面上。所述槽布置和配置成當蓋板被安裝在轉(zhuǎn)子前端面上時形成葉柄空腔供應通道。至少一個槽從徑向內(nèi)側(cè)位置延伸到徑向外側(cè)位置。

在包括第一端面和第二端面并具有徑向和周向廣度的蓋板的一些實施例中，第一端面配置和布置成面朝轉(zhuǎn)子前端面安裝，其中孔設(shè)置在第一和第二端面之間，孔設(shè)置在蓋板的徑向內(nèi)側(cè)半體上。在更具體的實施例中，至少一個槽設(shè)置在蓋板的第一端面上，所述槽布置和配置成當蓋板安裝在轉(zhuǎn)子前端面上時形成葉柄空腔供應通道，且所述至少一個槽從孔延伸且到位于比孔更大半徑之外的位置。本領(lǐng)域技術(shù)人員將明白，設(shè)置在蓋板上且與孔流體連通的槽意圖形成第二葉柄空腔供應通道并意圖用于引導第二流體流，或葉柄空腔供應流。

在本公開的其他方面中，公開了包括之前所描述的轉(zhuǎn)子和/或蓋板的渦輪發(fā)動機，尤其是燃氣渦輪發(fā)動機。

應當理解的是，之前所公開的特征和實施例可以彼此組合。將進一步認識到的是，其他實施例在對本領(lǐng)域技術(shù)人員顯而易見的本公開和所要求保護的主題的范圍內(nèi)是可以想象的。

附圖說明

本公開的主題現(xiàn)在通過在附圖中示出的選定的示范實施例來詳細地描述。附圖示出了：

圖1是示范膨脹渦輪級的視圖；

圖2是圖1的渦輪級的轉(zhuǎn)子的前視圖；

圖3是可以在圖1和2的實施例中使用的示范葉片部件的腳區(qū)段的局部視圖；

圖4是可以在圖1和2的實施例中使用的蓋板的示范實施例；

圖5是渦輪級的另一個示范實施例；

圖6是可以在圖5的實施例中使用的蓋板的示范實施例；

圖7是可以在圖1的實施例中使用的蓋板的示范實施例。

應當理解的是，附圖是高度示意性的，且為了易于理解和描述，與說明無關(guān)的細節(jié)可能被省略。還應當理解的是，附圖僅示出了選定的示意實施例，且未示出的實施例仍可能落入本文所要求保護的主題的范圍內(nèi)。

參考標號

50 工作流體主流

100 轉(zhuǎn)子

110 葉片部件

111 平臺

112 翼型

113 柄部

114 葉根

115 凹陷區(qū)段

116 突起

117 流動計量凸耳

118 鎖定凹槽

119 轉(zhuǎn)子熱屏障

120 轉(zhuǎn)子軸

121 轉(zhuǎn)子軸核心

122 轉(zhuǎn)子前端面，轉(zhuǎn)子輪緣

123 轉(zhuǎn)子軸柱

130 蓋板

131 孔

132 槽

133 槽，槽的分支

134 槽，槽的分支

135 槽

138 鎖定特征

140 下游蓋板

200 定子

210 靜止導葉

215 靜止導葉

220 定子節(jié)段

300 冷卻劑通道

301 轉(zhuǎn)子主冷卻劑流

302 冷卻劑流的一部分

303 冷卻劑流的一部分，輪緣空腔流

304 輪緣空腔吹掃流

305 第二流體流，第二葉柄空腔供應流

306 第一流體流，第一葉柄空腔供應流

307 組合的葉柄空腔流體流

308 泄漏流

310 輪緣空腔

320 葉片冷卻劑供應增壓室

330 葉柄空腔，柄部空腔

340 輪空腔

350 密封件

360 迷宮式密封件

370 葉片冷卻劑供應通道

1310 第一蓋板

1311 凹槽，孔

1312 槽

1313 槽

1320 第二蓋板

1323 槽。

具體實施方式

應用方法和標明根據(jù)本公開的裝置的第一實施例在圖1中示出。燃氣渦輪發(fā)動機包括轉(zhuǎn)子100和定子200。示出的是膨脹渦輪機的第一級，其中第一級將被理解為燃燒器下游的第一級。在這方面，它也可以是布置在具有連續(xù)燃燒的燃氣渦輪發(fā)動機的第二燃燒器下游的渦輪級。工作流體主流50從燃燒器流到靜止的第一導葉210，然后將分別朝著第一排葉片部件110或其翼型112進一步流動。轉(zhuǎn)子包括轉(zhuǎn)子軸120。葉片部件110以現(xiàn)有技術(shù)中已知的方式由轉(zhuǎn)子軸120的固定特征容納，例如在本實施例中，樅樹根可以被容納在設(shè)于轉(zhuǎn)子軸中的樅樹槽中。葉片部件110包括平臺111。平臺111包括熱氣體側(cè)，其面朝工作流體主流，且葉片部件110的翼型112設(shè)置在該側(cè)上。它還包括冷卻劑側(cè)，其朝著轉(zhuǎn)子的中心或者朝著當前圖中的底部來定向。葉腳區(qū)段設(shè)置在平臺的冷卻劑側(cè)上，包括樅樹葉根114和插入在葉根與平臺冷卻劑側(cè)之間的柄部113。葉柄空腔330形成在平臺的冷卻劑側(cè)附近。翼型112的尖端面朝定子節(jié)段220。環(huán)形輪緣形成在轉(zhuǎn)子上，轉(zhuǎn)子軸的樅樹容納槽從環(huán)形輪緣延伸。這提供了一個環(huán)形轉(zhuǎn)子前端面，其基本上由蓋板130覆蓋。為了給轉(zhuǎn)子的高熱負荷構(gòu)件提供冷卻，冷卻劑通道300設(shè)置在轉(zhuǎn)子100和定子200之間。轉(zhuǎn)子主冷卻劑流301被引導通過通道300。要明白的是，冷卻劑例如可以是從燃氣渦輪壓縮機放出的增壓空氣。主冷卻劑流的第一部分302流過所述通道和轉(zhuǎn)子且進入葉片冷卻劑供應增壓室320，該增壓室設(shè)置在葉根和基本上設(shè)置在兩個相鄰轉(zhuǎn)子柱的根部之間的固定特征接收槽的底部之間，轉(zhuǎn)子柱繼而提供了用于固定葉根的轉(zhuǎn)子軸固定特征。轉(zhuǎn)子主冷卻劑流的第二部分303被引導通過形成在轉(zhuǎn)子和定子之間的迷宮式密封件360，然后進入形成在環(huán)形轉(zhuǎn)子前端面的上游并在其上游側(cè)由部分定子200界定的輪緣空腔310。冷卻劑流302和303還可以來自于不同的源，諸如壓縮機的兩個放氣點。所述冷卻劑流可然后具有不同的壓力且因此不同的流體溫度。具有不同溫度的冷卻劑流體流還可以通過例如在壓縮機的一個放氣點抽出共同流體流，然后將其一部分流引導通過換熱器來提供。輪緣空腔流303的一部分通過另一個密封件350離開，作為輪緣空腔吹掃流304進入工作流體主流。輪緣空腔吹掃流304防止來自工作流體流50的熱氣體進入輪緣空腔310。為了給葉片平臺111提供冷卻，第一流體流306從葉片冷卻劑供應增壓室320引入葉柄空腔330。另外，第二流體流305被允許從輪緣空腔310流入葉柄空腔330。將認識到的是，流體流303可能已經(jīng)在輪緣空腔內(nèi)明顯地加熱。因此，提供給葉柄空腔的第二流體流305通常比從葉片冷卻劑供應增壓室320提供給葉柄空腔330的第一流體流306更熱。在葉柄空腔內(nèi)，流體流305和306混合以形成組合的流體流307，其具有在第一和第二流體的溫度之間的溫度，并被用于冷卻葉片平臺111以及吹掃葉柄空腔330。組合的葉柄空腔流體流可隨后在例如下游蓋板140的區(qū)域從葉柄空腔排出，如307處箭頭示意性地指示的。

圖2描繪了圖1中所示的轉(zhuǎn)子的環(huán)形前端面122或輪緣的前視圖。轉(zhuǎn)子前端面122圍繞轉(zhuǎn)子軸核心121環(huán)形地布置。轉(zhuǎn)子軸柱123為葉片部件提供固定結(jié)構(gòu)。在相鄰的轉(zhuǎn)子軸柱123之間，形成從環(huán)形轉(zhuǎn)子前端面延伸的樅樹槽形式的陰性固定結(jié)構(gòu)，并接收葉片部件的樅樹根114。葉柄空腔330形成在相鄰的葉柄、平臺、以及轉(zhuǎn)子軸柱123的外徑之間。對于每個葉片部件而言，葉片冷卻劑供應增壓室320形成在葉根114和相應的接收樅樹槽的底部之間?；ミB接合部形成在葉根114和轉(zhuǎn)子柱123的配對固定特征之間。所述互連接合部延伸到轉(zhuǎn)子前端面122并在其上形成接縫，它由轉(zhuǎn)子軸柱和葉根之間的分界線表示。在圖的左側(cè)部分，示出了沒有蓋板130的視圖。第一流體流306從葉片冷卻劑供應增壓室320沿著接縫被引入葉柄空腔330。第二流體流305沿著基本上由葉柄113和葉根114構(gòu)成的葉片部件腳區(qū)段的前端面選擇性地引導，且到葉柄空腔中。如之前所述，在葉柄空腔內(nèi)，兩個流混合以提供用于冷卻平臺并吹掃葉柄空腔的組合的葉柄空腔流體流。在圖的右側(cè)，蓋板130的示范實施例被示出附接于轉(zhuǎn)子前端面。非強制性的，而是可能的是，蓋板的周向廣度與葉片部件平臺的周向廣度一致。另外，非強制性的，而是可能的是，蓋板與葉片部件配準地布置。蓋板130設(shè)有布置在半徑上的孔131，該半徑通過虛線指示，分別小于葉柄空腔330的內(nèi)半徑，或者轉(zhuǎn)子軸柱123的外半徑?？?31允許第二流體305進入形成在葉根區(qū)段的前端面和蓋板130之間的通道，并被引入葉柄空腔330。同樣地，通道被設(shè)置以沿著接縫引導第一流體流306。這些通道可以分別設(shè)置在轉(zhuǎn)子柱上和/或葉根與葉柄上，或者在蓋板130的面朝轉(zhuǎn)子前端面的端面上，或者它們的組合。變得清楚的是，大體上呈現(xiàn)出高于第一流體流306的溫度的第二流體流305(如之前所述)僅與葉片部件接觸。相對較冷的第一流體流306吹掃接縫以防止攝入較熱的流體，使得轉(zhuǎn)子軸柱123的承載結(jié)構(gòu)被保護不與較熱的流體接觸。因此，轉(zhuǎn)子軸(尤其是轉(zhuǎn)子軸柱的承載結(jié)構(gòu))與葉片部件的結(jié)構(gòu)保持在通常較低的溫度下。另外，當兩種流體流305和306在葉柄空腔中混合時，轉(zhuǎn)子軸柱123的徑向外側(cè)邊界也被很好地保護不直接接觸高溫第二流體流305。本領(lǐng)域技術(shù)人員還將明白，兩個流體流305和306被徑向向外地引導。因此，在轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)后，流體流，以及繼而葉柄空腔330的吹掃，從流體流305和306上的徑向泵送效應獲益。葉片冷卻劑供應增壓室320的前側(cè)可以設(shè)有計量孔，以便限制從葉片冷卻劑供應增壓室到葉柄空腔的流體流306。這樣的計量孔可以例如通過設(shè)置在葉根上的凸耳來提供?？?31或比如在組裝狀態(tài)下由下面結(jié)合圖4描述的槽132,133，134形成的其他通道可以確定尺寸和配置成提供用于第二流體流的計量裝置。

可以結(jié)合圖1和2中所示的實施例使用的示范葉片部件的葉腳區(qū)段的示范局部視圖在圖3中示出。在葉片平臺111的冷卻劑側(cè)上設(shè)置葉柄113和葉根114。在葉腳區(qū)段的前端面上，分別設(shè)置有V形凹陷區(qū)段115，和/或設(shè)置楔形突起116。當蓋板附接于葉腳區(qū)段的前端面且穩(wěn)固地放置在突起116上時，用于從葉根下方被抽出并被引導到葉柄空腔的第一流體流的第一葉柄空腔供應通道設(shè)置在凹陷區(qū)段115和蓋板之間。另外，用于匹配設(shè)在蓋板上的鎖定特征的鎖定凹槽118布置在葉腳區(qū)段的前端面上。變得立即清楚的是，第一流體流沿著轉(zhuǎn)子軸前端面上形成的接縫流動，并維持承載結(jié)構(gòu)的低溫度。流動計量凸耳117布置在葉根的底部，且在葉根的前端，并用于部分地阻擋葉片冷卻劑供應增壓室320，如圖1和2中所示，且因此分別限制或確定第一葉柄空腔供應流體流305的質(zhì)量流。

參見圖4，示出可以結(jié)合圖1和2中所示的渦輪發(fā)動機轉(zhuǎn)子中的圖3的葉片部件使用的蓋板130。該圖示出了意圖面朝轉(zhuǎn)子前端面的蓋板的端面上的視圖?？?31特別地設(shè)置在蓋板的徑向內(nèi)側(cè)一半處。所述孔穿過蓋板130，諸如以提供蓋板的兩個端面之間的流體連接。槽132設(shè)置在蓋板130的端面上。槽132與孔131流體連通。應當注意的是(雖然對本領(lǐng)域技術(shù)人員是明顯的)，槽132不穿過蓋板。槽132從孔131徑向向外延伸并分成兩個分支133和134。當蓋板130安裝在轉(zhuǎn)子端面上時，此時圖中所示的面朝向轉(zhuǎn)子前端面，孔131可布置在葉根的徑向區(qū)域中。槽132的徑向延伸的部分可例如通過圖3中所示的葉腳區(qū)段的突出端面116覆蓋。因此，形成通道。分支133和134將被布置，以便沿著葉腳區(qū)段的前端面行進并沿側(cè)向延續(xù)，以便提供在孔131和葉柄空腔之間的流體連通。因此，當轉(zhuǎn)子組裝時，包括例如如圖3中所繪的葉腳區(qū)段和圖4中所繪的蓋板的葉片，具有兩個分支133和134的槽132提供上游端設(shè)置在孔131處而下游端設(shè)置在相應的葉柄空腔內(nèi)的第二葉柄空腔供應通道。蓋板130還包括意圖例如與圖3中所繪的鎖定凹槽118匹配的匹配鎖定特征138。

應用根據(jù)本公開的方法和裝置的另一個實施例在圖5中示出。示出的是下游渦輪級的葉片110。主工作流體流50從上游靜止渦輪導葉215流到葉片部件110的翼型112。在轉(zhuǎn)子100上，轉(zhuǎn)子熱屏障119以恰當?shù)姆绞礁浇?，并省略了其他細?jié)。本領(lǐng)域技術(shù)人員能明白，高溫下的未被使用的冷卻劑存在于形成在轉(zhuǎn)子軸120和轉(zhuǎn)子熱屏障119之間且在葉片部件110上游的輪空腔340中。葉片部件110還包括包含了葉柄113和葉根114，以及插在腳區(qū)段和翼型112之間的葉片平臺111的葉腳區(qū)段。設(shè)在葉根114上的固定特征通過由轉(zhuǎn)子軸柱提供的固定特征來容納，例如以之前結(jié)合圖1和2描述的方式。所以，葉根114可以是樅樹根，且相對應的樅樹槽可以設(shè)在轉(zhuǎn)子軸中并朝轉(zhuǎn)子的前端面敞開。轉(zhuǎn)子前端面也可以是環(huán)形輪緣，圍繞轉(zhuǎn)子軸核心121布置。轉(zhuǎn)子前端面朝向輪空腔340。以結(jié)合圖1和2標明的方式，葉柄空腔330形成在葉片平臺111以下，且葉片冷卻劑供應增壓室320設(shè)置在葉根114和形成在轉(zhuǎn)子軸柱之間的槽的底部之間。葉片冷卻劑供應增壓室320與設(shè)置在轉(zhuǎn)子軸上的葉片冷卻劑供應通道370流體連通。葉片冷卻劑流307通過葉片冷卻劑供應通道370進入葉片冷卻劑供應增壓室320。葉片冷卻劑供應增壓室320具體地可以通過形成在葉腳區(qū)段上的通道與設(shè)置在葉片翼型112上的冷卻通道流體連通。蓋板130設(shè)置在環(huán)形轉(zhuǎn)子前端面上，以密封空腔320和330防止來自輪空腔340的熱流體的吸入，此外還沿軸向方向?qū)⑷~片固定在轉(zhuǎn)子軸上。蓋板130可以在徑向內(nèi)側(cè)上被容納在設(shè)置于轉(zhuǎn)子軸上的槽中，且在它的徑向外側(cè)上被容納在平臺所提供的槽中。鎖定板的周向鎖定可以被實現(xiàn)，通過可以被容納在轉(zhuǎn)子前端面的配對鎖定凹槽中的鎖定結(jié)構(gòu)138。配對鎖定凹槽可以例如設(shè)置在葉腳區(qū)段的前端面上，如結(jié)合圖3更詳細地標明的。雖然有可能在鎖定板的所述徑向內(nèi)側(cè)和外側(cè)之一上實現(xiàn)幾乎無泄漏的密封效果，但由于例如制造容差、不同的熱膨脹、以及其他影響參數(shù)，某些游隙可能需要設(shè)置在其他側(cè)上。盡管例如可以在徑向內(nèi)側(cè)上且此外通過壓力側(cè)葉片冷卻劑供應增壓室320設(shè)置恰當?shù)呐c轉(zhuǎn)子軸的密封，但一些游隙可能需要設(shè)置在平臺槽與鎖定板之間。所以，來自輪空腔340并進入葉柄空腔330的某些泄漏流308可能是不可避免的，且密封效果的任何提高可能花費很大。根據(jù)本公開，流體流306從葉片冷卻劑供應增壓室320引導并進入葉柄空腔330，在那里它與泄漏流308混合以形成組合的平臺冷卻劑和/或空腔吹掃流。將明白的是，組合的平臺冷卻劑流的溫度低于泄漏流308的溫度，假設(shè)供應給葉片冷卻劑供應增壓室320的流體比輪空腔340中未被使用的冷卻劑更冷。組合的流體流比泄漏流308冷的程度將取決于泄漏流308和葉柄空腔供應流306之間的溫度差和質(zhì)量流量比。此外，如之前所述，來自葉片冷卻劑供應增壓室320的第一葉柄空腔供應流306沿著在轉(zhuǎn)子前端面上形成在葉根與轉(zhuǎn)子軸之間的接縫引導。因此，承載轉(zhuǎn)子軸結(jié)構(gòu)也被保護與熱泄漏流308以及組合的平臺冷卻劑流隔開。因此，接縫暴露給在該位置最冷的可用流體流。提供葉片冷卻劑供應增壓室320與葉柄空腔330之間的流體連通的葉柄空腔供應通道(如之前所述)設(shè)置在轉(zhuǎn)子前端面和蓋板130之間。設(shè)置葉柄空腔供應通道的合適手段可以是設(shè)置在轉(zhuǎn)子前端面上、在蓋板上、或它們的組合。節(jié)流和/或計量裝置可以設(shè)置在葉片冷卻劑供應增壓室和葉柄空腔之間，以便限制和/或確定從葉片冷卻劑供應增壓室流到葉柄空腔的流體的質(zhì)量流。根據(jù)本文中所公開的方法，以及本文中所公開的裝置，有可能的是節(jié)省大量的密封費用，尤其是在本發(fā)明實施例的蓋板的徑向外側(cè)上，從而容忍更多的來自上游輪空腔的泄漏流，并且還回收輪空間340中的一部分未被利用的冷卻劑并節(jié)約專用的葉柄空腔供應流體。

可以結(jié)合圖5的實施例使用的鎖定板的示范實施例在圖6中示出。描繪的是在蓋板的意圖面朝轉(zhuǎn)子端面的端面上的視圖。U形槽135存在于所述端面上。注意到，槽135不穿過蓋板130；蓋板130不提供它的兩個端面之間的任何流體連通。當蓋板130安裝在轉(zhuǎn)子前端面上時，如圖5中所示，槽135的徑向內(nèi)側(cè)部分朝葉片冷卻劑供應增壓室320敞開。槽135的徑向分支的徑向外側(cè)端朝著葉柄空腔敞開。槽135的徑向分支沿著形成在轉(zhuǎn)子前端面上的接縫延伸。蓋板130的端面至少基本上與轉(zhuǎn)子前端面齊平。因此，槽135在葉片冷卻劑供應增壓室320和葉柄空腔330之間提供流體連通，通過該流體連通流體流306可以從葉片冷卻劑供應增壓室320流到葉柄空腔330，同時吹掃形成在轉(zhuǎn)子前端面上在葉根與轉(zhuǎn)子柱之間的接縫。另外，用于將蓋板130鎖定到轉(zhuǎn)子前端面并將其沿周向方向固定的鎖定特征138被示出。

可以結(jié)合圖1中所示的發(fā)動機實施例使用的蓋板布置的另一個實施例在圖7中描繪。蓋板1310和1320圍繞轉(zhuǎn)子前端面的圓周而交替地布置。每個第一蓋板1310包括設(shè)置在其徑向內(nèi)側(cè)邊緣處的凹槽1311。當安裝在轉(zhuǎn)子前端面上并與第二蓋板1320連接時，所述凹槽形成類似于圖4中的孔131的孔，它與槽1312流體連通，槽1312繼而設(shè)置在蓋板1310的意圖面朝轉(zhuǎn)子前端面的前端面上。因此，當安裝在轉(zhuǎn)子前端面上時，凹槽1311和槽1312構(gòu)成用于從圖1中的輪緣空腔310流過凹槽1311和槽1313進入葉柄空腔的第二流體流的通道。此外，槽1313設(shè)置在蓋板1310上，且用作用于從葉片冷卻劑供應增壓室流入葉柄空腔的第一流體流的通道。此外，槽1323設(shè)置在第二蓋板1320上，且提供用于從葉片冷卻劑供應增壓室流入葉柄空腔的第一流體流的通道。蓋板1310和1320可以沿周向方向布置，使得槽1312與轉(zhuǎn)子軸柱的前端面成直線地布置。在其他可預期的實施例中，槽1312可以具有沿周向方向延伸的分支，類似于圖4中所示那樣，且可以與葉根的前端面成直線地布置。但是，強制的是，將蓋板沿周向方向布置，使得槽1323和1313一直與形成在葉根和轉(zhuǎn)子軸柱之間的接縫成直線，比如在所述高負載接合部結(jié)構(gòu)的上方一直提供較冷的第一流體流，且因此保護它們免受在槽1312中流動的明顯更熱的流體。

盡管本公開的主題已經(jīng)通過示范實施例的方式解釋，但應當明白這些絕不意圖限制本發(fā)明要求保護的范圍。應認識到的是，權(quán)利要求覆蓋未在本文中明確示出或公開的實施例，以及在執(zhí)行本公開的教導的示范模式中所公開的內(nèi)容以外的實施例將仍由權(quán)利要求所覆蓋。