[发明专利]降低涡轮叶尖温度的方法和装置

说明书

发明背景

本发明总的涉及燃气轮机转子叶片，尤其涉及降低转子叶尖温度的方法和装置。

燃气轮机转子叶片通常包含具有前缘、后缘、压力侧和负压侧的翼面。该压力侧和负压侧在翼面前、后缘处连接。并径向跨越在翼面根部和顶部之间。为有利于减少翼面顶部和静止定子部件之间的燃烧气体的泄漏，该翼面包含一个自该翼面顶部径向向外伸出的端区。

该翼面端区包含一个自翼面前缘伸展到后缘的第一端壁和一个也自翼面前缘伸展而在翼面后缘处跟该第一端壁连接的第二端壁。该端区防止若转子叶片擦刮定子部件时对翼面造成的损害。

在运转期间，冲击转动着的转子叶片的燃烧气体将热量传入叶片翼面和端区。在高温中超时间的连续运转会使翼面端区热疲劳。为便于降低翼面端区的运转温度，至少一些已知的转子叶片包含在端壁内的一些槽，以允许燃烧气体以低温流过该端区。

为使转子叶尖的热疲劳减至最轻，至少一些已知的转子叶片包含一个靠近该端区的端台，以便于降低这些端区的运转温度。该端台被界定在翼面的压力侧内，当转子叶片旋转时它破坏燃烧气体流，从而能形成一冷却空气膜层，贴紧在翼面的压力侧。该膜层将叶片跟高温燃烧气体隔热。

本发明概述

在一个示例性实施例中，燃气轮机的转子叶片包含一个有利于降低转子叶片运转温度而不牺牲涡轮机空气动力效率的端区。该端区包含从一翼面端板径向向外伸展的一个第一端壁和一个第二端壁。第一端壁自翼面前缘邻近伸展到翼面的后缘。第二端壁也自该翼面前缘邻近伸展，并在该翼面后缘处跟该第一端壁连接，以界定一个顶部敞口的端腔。第二端壁的至少一部分凹下，界定一端台。一凹口自该端板延伸，在该翼面前缘处被界定在第一和第二端壁之间。

在运转期间，当转子叶片旋转时，在各转子叶片前缘附近的高温燃烧气体移动到该翼面端区。由于这些端壁自该翼面伸展，因此在转子叶片和静止结构部件之间界定一密封间隙，这有利于减少燃烧气体的泄漏。若在静止结构部件和转子叶片之间出现擦刮，则这些端壁接触这些静止部件，而翼面则未受损伤。当转子叶片转动时，在前缘附近的低温燃烧气体流经该凹口，将较低的燃气温度导入该端腔内。转子叶片压力侧的燃烧气体也流过该端区台阶，并与薄膜冷却空气混合。结果，该凹口和台阶有利于降低端区内转子叶片的工作温度，而不消耗额外的冷却空气，从而改善了涡轮机的效率。

附图简述

图1是燃气轮机的简图；

图2是可用于图1中所示的燃气轮机的转子叶片的局部透视图；

图3是图2中所示转子叶片的另一实施例的横剖视图；

图4是可用于图1中所示的燃气轮机的转子叶片的又一实施例的局部透视图。

本发明详述

图1是燃气轮机10的简图，该机包括一螺旋桨组件12，一高压压气机14和一燃烧室。发动机还包括一高压涡轮18，一低压涡轮20和一助力器22。螺旋桨组件12包括一排螺旋桨叶片24，自转子盘26径向向外伸展。发动机10有一进气侧28和一排气侧30。

在运转时，空气流经螺旋桨组件12，而被压缩的空气供给高压压气机14。高压压缩空气供给燃烧室16。来自燃烧室16的空气流(在图1中未示)驱动涡轮18和20，而涡轮20驱动螺旋桨12。

图2是可用于一燃气轮机，如燃气轮机10的转子叶片40的局部透视图。在一个实施例中，若干转子叶片40构成燃气轮机10的一个高压涡轮转子叶片级(未示)。每一转子叶片40包括一个空心翼面42和一个用以以已知方式将翼面42安装到一转子盘上的整体燕尾(未示)。

翼面42包含一个第一侧壁44和一第二侧壁46。第一侧壁44是中凸的，限定翼面42的负压侧，而第二侧壁46是中凹，限定翼面42的压力侧。侧壁44和46在前缘48处在前缘48下游的翼面42的轴向间隔的后缘50处彼此连接。

第一和第二侧壁44和46分别纵向或径向向外伸展，自邻近燕尾槽的叶根(未示)横跨到限定一内冷却腔(未示)的径向外边界的一端板54。该冷却腔被界定在侧壁44和46之间的翼面42内。翼面42的内部冷却作用在该技术领域内是已知的。在一个实施例中，该冷却腔包含一条以压气机放气冷却的螺旋形通道。在另一实施例中，侧壁44和46包含若干穿过这些壁的气膜冷却孔口，以有利用该冷却腔的额外冷却。在又一个实施例中，翼面42包含若干后缘孔口(未示)，用来自该冷却腔排出冷却空气。