具有蜿蜒冷却的平台的燃气涡轮机轮叶及相关方法.pdf

《具有蜿蜒冷却的平台的燃气涡轮机轮叶及相关方法.pdf》由会员分享，可在线阅读，更多相关《具有蜿蜒冷却的平台的燃气涡轮机轮叶及相关方法.pdf（11页完整版）》请在专利查询网上搜索。

1、(10)申请公布号 CN 102200032 A (43)申请公布日 2011.09.28 CN 102200032 A *CN102200032A* (21)申请号 201110082146.1 (22)申请日 2011.03.25 12/732610 2010.03.26 US F01D 5/18(2006.01) F01D 5/08(2006.01) (71)申请人 通用电气公司 地址 美国纽约州 (72)发明人 MA西利 (74)专利代理机构 中国专利代理(香港)有限公 司 72001 代理人 严志军 谭祐祥 (54) 发明名称 具有蜿蜒冷却的平台的燃气涡轮机轮叶及相 关方法 (57)。

2、 摘要 本发明涉及具有蜿蜒冷却的平台的燃气涡轮 机轮叶及相关方法， 具体而言， 涉及一种用于涡轮 机轮叶(10)的冷却回路， 该涡轮机轮叶(10)具有 柄部(14)、 平台 (18) 和翼型件(12)。 该冷却回路 包括从位于柄部 (14) 的径向内端处的入口 (20) 延伸并适于与涡轮机叶轮空间连通的第一冷却通 道(38)， 该第一冷却通道(38)在使用中将冷却空 气供应至在该平台 (18) 的至少一个区域内延伸 并横跨该至少一个区域的蜿蜒的冷却回路 (24)。 该蜿蜒的冷却回路 (24) 与翼型件 (12) 中的单独 的内部冷却通道连接， 使得用来冷却平台 (18) 的 冷却空气在翼型件冷。

3、却回路中被重复使用。 (30)优先权数据 (51)Int.Cl. (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书 2 页 说明书 3 页 附图 5 页 CN 102200037 A1/2 页 2 1. 一种用于涡轮机轮叶 (10) 的冷却回路， 所述涡轮机轮叶 (10) 具有柄部 (14)、 平台 (18) 和翼型件 (12)， 所述冷却回路包括 ： 从位于所述柄部(14)的径向内端的入口(20)处延伸并适于与涡轮机叶轮空间连通的 第一冷却通道 (38)， 所述第一冷却通道 (38) 在使用中将冷却空气供应给在所述平台 (18) 的至少一个区域内延伸并横跨该至少一个区域。

4、的蜿蜒的冷却回路 (24)， 所述蜿蜒的冷却回 路 (24) 与所述翼型件 (12) 中单独的内部冷却回路连接， 使得用来冷却所述平台 (18) 的所 述冷却空气在所述翼型件冷却回路中被重复使用。 2. 根据权利要求 1 所述的冷却回路， 其特征在于， 所述平台 (18) 包括所述翼型件部分 的压力侧 (32) 上的第一区域和所述翼型件部分的吸力侧 (30) 上的第二区域， 所述至少一 个区域包括所述翼型件 (12) 的所述压力侧 (32) 上的所述第一区域。 3. 根据权利要求 1 所述的冷却回路， 其特征在于， 所述冷却空气入口 (20) 靠近所述翼 型件 (12) 的前缘 (34) 定位。

5、。 4. 根据权利要求 1 所述的冷却回路， 其特征在于， 所述蜿蜒的冷却回路 (24) 包括至少 三个大致平行的冷却回路区段。 5. 根据权利要求 1 所述的冷却回路， 其特征在于， 所述蜿蜒的冷却回路 (24) 连接到靠 近所述翼型件 (12) 的后缘定位的所述翼型件 (12) 中的所述内部冷却回路中的径向通道 上。 6. 根据权利要求 1 所述的冷却回路， 其特征在于， 所述蜿蜒的冷却回路连接到位于所 述翼型件 (12) 的前缘 (34) 和后缘 (36) 之间大致中间的所述翼型件 (12) 中的所述内部冷 却回路中的径向通道 (48) 上。 7. 根据权利要求 1 所述的冷却回路， 其。

6、特征在于， 所述蜿蜒的冷却回路 (24) 通过延伸 的冷却通道区段 (72) 连接到所述内部翼型件冷却回路上， 所述延伸的冷却通道区段 (72) 超出所述翼型件 (12) 并沿着所述平台 (18) 的所述吸力侧 (30) 延伸至所述平台 (18) 的周 边边缘。 8. 一种用于涡轮机轮叶 (10) 的冷却回路， 所述涡轮机轮叶 (10) 具有柄部 (14)、 平台 (18) 和翼型件 (12)， 所述冷却回路包括 ： 从位于所述柄部 (14) 的径向内端的入口处延伸并适于与涡轮机叶轮空间连通的第一 冷却通道 (38)， 所述第一冷却通道 (38) 在使用中将冷却空气供应给在所述平台 (18) 。

7、的至 少一个区域内延伸并横跨该至少一个区域的蜿蜒的冷却回路， 所述蜿蜒的冷却回路与靠近 所述翼型件的后缘的单独的内部冷却回路连接， 使得用来冷却所述平台 (18) 的所述冷却 空气在所述翼型件冷却回路中被重复使用 ； 其中所述平台 (18) 包括所述翼型件部分的压力侧上的第一区域和所述翼型件部分的 吸力侧上的第二区域， 所述至少一个区域包括所述翼型件 (12) 的所述压力侧上的所述第 一区域。 9. 根据权利要求 8 所述的冷却回路， 其特征在于， 所述冷却空气入口靠近所述翼型件 (12) 的前缘 (34) 定位。 10. 一种冷却燃气涡轮机轮叶 (10) 平台 (18) 的方法， 包括 ： 。

8、(a) 从安装在涡轮机转子上的叶片叶轮之间的叶轮空间区域抽取压缩机冷却空气 ； (b)从沿所述轮叶(10)的柄部(14)部分的前缘径向定向的通道(20)将抽取的压缩机 权 利 要 求 书 CN 102200032 A CN 102200037 A2/2 页 3 冷却空气供给至形成在所述平台 (18) 中的蜿蜒的冷却通道 (24) ； (c) 将抽取的压缩机冷却空气倾入所述轮叶翼型件 (12) 中的内部冷却回路 ； 以及 (d) 沿所述轮叶翼型件 (12) 的后缘 (36) 排放所述抽取的压缩机冷却空气。 权 利 要 求 书 CN 102200032 A CN 102200037 A1/3 页 。

9、4 具有蜿蜒冷却的平台的燃气涡轮机轮叶及相关方法 技术领域 0001 本发明一般地涉及燃气涡轮机轮叶或叶片， 且特别地涉及冷却插入轮叶翼型件和 轮叶柄部之间的所谓平台部分。 背景技术 0002 多年来， 燃气涡轮机趋向于升高的入口点火温度以改善输出和发动机效率。 然而， 随着热气路径温度升高， 轮叶平台持续地展示出包括氧化、 蠕变以及低循环疲劳破裂、 碎裂 以及某些情况下平台脱落 (liberation) 等的危险。随着例如工业燃气涡轮机的前两级中 的轮叶和喷嘴中封闭回路蒸汽冷却的出现， 入口轮廓已经变得使得轮叶平台暴露于接近对 于叶片列的峰值入口温度的温度下。该问题在前缘圆角处尤其尖锐， 此。

10、处翼型件在翼型件 的压力侧的前部接合平台。 0003 因此， 如果可以设计更有效的冷却装置来冷却尤其用在涡轮机的第一和第二级中 的轮叶的平台区域， 这将会是有益的。 发明内容 0004 在第一示例性但非限制性实施例中， 本发明涉及用于涡轮机轮叶的冷却回路， 该 涡轮机轮叶具有柄部部分、 平台部分和翼型件部分， 该冷却回路包括从位于所述柄部部分 的径向内端处的冷却空气入口延伸的第一冷却通道， 以便在使用时与涡轮机叶轮空间连 通， 所述第一冷却通道连接到在所述平台的至少一个区域内延伸并横跨该至少一个区域的 第二冷却通道上， 所述第二冷却通道与在所述翼型件部分中径向向外延伸的第三冷却通道 连接， 所。

11、述第三冷却通道终止于位于所述翼型件部分的径向外端处的一个或多个冷却空气 出口处。 0005 在另一个示例性但非限制性实施例中， 本发明涉及用于涡轮机轮叶的冷却回路， 该涡轮机轮叶具有柄部、 平台和翼型件， 该冷却回路包括 ： 从位于该柄部的径向内端处的入 口延伸并适于与涡轮机叶轮空间连通的第一冷却通道， 该第一冷却通道在使用中向在平台 的至少一个区域内延伸并横跨该至少一个区域的蜿蜒的冷却回路供应冷却空气， 所述蜿蜒 的冷却回路与靠近该翼型件的后缘的单独的内部冷却回路通道连接， 使得用于冷却平台的 冷却空气在该翼型件冷却回路中被重用 ； 其中该平台包括在翼型件部分的压力侧上的第一 区域， 以及在。

12、翼型件部分的吸力侧上的第二区域， 该至少一个区域包括在翼型件的压力侧 上的第一区域。 0006 在又另一个示例性但非限制性实施例中， 本发明提供了冷却燃气涡轮机轮叶平台 的方法， 包括 ： 从安装在涡轮机转子上的叶片叶轮之间的叶轮空间区域抽取压缩机冷却空 气 ； 从沿该轮叶的柄部部分的前缘径向定向的通道向形成在平台中的蜿蜒的冷却通道供给 抽取的压缩机冷却空气 ； 将抽取的压缩机冷却空气倾入轮叶翼型件中的内部冷却回路 ； 以 及沿着轮叶翼型件的后缘排出该抽取的压缩机冷却空气。 0007 现在将联系以下标识的图形详细地描述本发明。 说 明 书 CN 102200032 A CN 102200037。

13、 A2/3 页 5 附图说明 0008 图 1 是部分以剖面显示的根据本发明的第一示例性但非限制性实施例的涡轮机 轮叶的侧立面图 ； 0009 图 2 是部分以剖面显示的示出备选冷却空气入口构造的侧立面图 ； 0010 图 3 是以示意性图表显示根据本发明的第一示例性实施例的蜿蜒的平台冷却回 路的顶部俯视图 ； 0011 图 4 是以示意性图表图示根据本发明的另一示例性但非限制性实施例的备选的 蜿蜒的冷却回路的顶部俯视图 ； 以及 0012 图 5 是以示意性图表图示根据本发明的另一示例性但非限制性实施例的蜿蜒的 冷却回路的顶部俯视图。 具体实施方式 0013 总体而言， 本发明涉及涡轮机轮叶。

14、平台冷却装置， 此处用于冷却转子叶轮之间的 叶轮空间区域的压缩机抽取空气的一部分被通过轮叶柄部部分的下出口侧上的通道供给 至轮叶平台。此通道将把抽取的空气径向向外地供给至平台， 此处其将转向大致 90 度并跟 随沿着并环绕平台的 “内部部分” ( 即， 在轮叶翼型件的压力侧上的部分 ) 的蜿蜒的通道。 抽取的冷却空气然后将倾入要用于翼型件冷却的轮叶翼型件的其中一个径向延伸的内部 核心冷却通道。 0014 更具体地， 且参考图 1， 涡轮机轮叶 10 包括翼型件 12 和柄部 14， 典型地形成有所 谓的天使翼 (angel-wing) 密封件 16。相对平坦的平台 18 径向地位于翼型件 12。

15、 和柄部 14 之间。 根据一个示例性但非限制性实施例， 冷却空气入口通道20形成(例如， 钻削或铸造) 在轮叶柄部 14 的前部面或前面 22 中。该入口通道 20 径向向外地延伸至平台 18， 在此处其 转向大约 90 度进入总体标示为 24 的平台冷却回路。到径向通道 20 的入口 26 与通道 20 径向地对齐。 0015 图 2 图示了备选装置， 其中到通道 20 的入口 28 对通道形成锐角， 图示了备选的制 造权宜之计。建造在其他方面大致与图 1 中所示的相同， 并且任一种入口装置均可与每一 种以下所述的蜿蜒的冷却回路一起使用。 0016 现在转向图 3， 显示了根据一个示例性但。

16、非限制性实施例的用于冷却该平台 18 的 蜿蜒的冷却回路24。 首先注意轮叶翼型件12具有吸力侧30、 压力侧32、 前缘34和后缘36。 入口通道 20 沿柄部 14 的前缘定位， 邻近翼型件的前缘 34。蜿蜒的冷却回路 24 形成在平台 18 内 ( 例如通过铸造 )， 以便提供用于冷却靠近翼型件的压力侧 32 并包括圆角区域的区域 的第一冷却通道区段 38， 翼型件 12 在圆角区域处连接到平台 18 上。冷却流然后反转通过 在平台中间地带的冷却通道区段 40， 且然后在靠近平台的边缘 44 延伸的冷却通道区段 42 中再次反转。 该回路在冷却通道区段46中转向大致90， 且然后将冷却空。

17、气倾入最靠近翼 型件后缘 36 的径向延伸的内部翼型件冷却通道 48。径向冷却通道 48 是翼型件 12 中的内 部蜿蜒的冷却回路的一部分， 该冷却回路包括多个径向连接的通道 50， 52， 54， 56， 58 和 48。 典型地， 冷却剂沿从前缘到后缘的方向流过回路， 通过从径向通道48向后缘36延伸的多个 通道 60 离开翼型件。 0017 图 4 显示了用于冷却平台 18 的备选的蜿蜒的冷却回路 124。此处， 入口通道 20 保 说 明 书 CN 102200032 A CN 102200037 A3/3 页 6 持靠近翼型件 12 的前缘 34。冷却回路 124 的第一冷却通道区段。

18、 62 沿平台 18 的边缘 44 延 伸， 且然后在较靠近轮叶翼型件的吸力侧 32 的冷却通道区段 66 中再次反转之前在沿平台 的中间地带的冷却通道区段 64 中反转。冷却回路然后通过冷却通道区段 68 反转， 并经由 冷却通道区段 70 转入翼型件的中间部分， 在该中间部分处其倾入径向延伸的内部翼型件 冷却通道 56。内部翼型件冷却回路保持如以上关于图 3 中所述。为了便于制造过程， 冷却 通道区段 70 通过从平台 18 的相对边缘 76 开始钻削操作而更易于形成， 从而形成了延伸的 冷却通道区段 72。为了保持冷却通道的完整性， 延伸的冷却通道区段 72 在 74 处被塞住。 另外相。

19、对短的冷却通道区段 72 可给平台提供一些尽管小但是附加的冷却。 0018 图 5 图示了合适的蜿蜒的冷却回路的第三示例性但非限制性实施例。此冷却回路 224 包含如图 4 中所示的相同的冷却通道区段 62， 64 和 66。然而， 在此实施例中， 如在第 一描述的实施例中一样， 冷却回路 224 再次经由冷却通道区段 78 倾入后缘翼型件空腔 48。 通过穿过该平台在翼型件 12 的吸力侧 30 上钻削延伸的通道 80 而便于冷却通道区段 78 的 制造， 该冷却通道区段 78 在 82 处以图 4 中通道区段 72 在 74 处被塞住相同的方式被塞住。 由于延伸的通道区段 80 的长度， 。

20、提供了平台 18 的吸力侧的有意义的冷却。 0019 在各个上述实施例中， 形成在轮叶平台 18 中的蜿蜒的冷却回路 24， 124 和 224 被 供给压缩机抽取空气， 该压缩机抽取空气取自轮叶柄部的较低的前侧。冷却空气然后在被 倾入内部翼型件冷却回路前沿蜿蜒的平台冷却回路导引， 此处该平台冷却空气被重复用于 冷却翼型件。冷却空气然后通过轮叶的后缘与翼型件冷却回路空气一起排出。此布置有效 地薄膜冷却柄部的前面以及平台， 同时给翼型件提供附加的冷却空气。 此外， 直接将压缩机 抽取空气吸入轮叶在较高的压力下将空气提供给有问题的平台区域， 这帮助降低了平台温 度， 并延长了轮叶的寿命。这又导致在。

21、轮叶的使用寿命期间降低的维修成本。 0020 尽管已经联系当前认为最可行以及优选的实施例描述了本发明， 但应该理解的 是， 本发明不限于所公开的实施例， 而是相反， 本发明意图覆盖包括在所附权利要求书范围 内的各种改型和等价装置。 说 明 书 CN 102200032 A CN 102200037 A1/5 页 7 图 1 说 明 书 附 图 CN 102200032 A CN 102200037 A2/5 页 8 图 2 说 明 书 附 图 CN 102200032 A CN 102200037 A3/5 页 9 图 3 说 明 书 附 图 CN 102200032 A CN 102200037 A4/5 页 10 图 4 说 明 书 附 图 CN 102200032 A CN 102200037 A5/5 页 11 图 5 说 明 书 附 图 CN 102200032 A 。