[发明专利]灰孔圆顶叶片

说明书

技术领域

本发明一般涉及燃气轮机，且更特别地，涉及其中的涡轮机叶片。

背景技术

在燃气轮机中，空气在压缩机中压缩，然后在燃烧室中与燃料混合用于生成热燃气，设置在下游处的涡轮机级从热燃气中提取能量。高压涡轮机(HPT)通过一根驱动轴为压缩机提供动力，低压涡轮机(LPT)在涡轮风扇式发动机应用中为上游的风扇提供动力，或者在航海和工业应用中为外部驱动轴提供动力。

每个涡轮机级包括涡轮喷嘴，其中一排定子叶片引导热燃气朝下游方向通过安装在支承转子盘的周边上的一排转子叶片，来给驱动轴提供动力。涡轮机叶片包括翼面，该翼面从根部到顶部之间跨度径向地延伸，且在相对的前缘和后缘之间轴向地延伸。

每个翼面具有一般凹的压力侧壁和沿圆周相对的一般凸的负压侧壁，该负压侧壁横向地间隔开设置，以此限定一个内冷却循环。该冷却循环通常包括多个由纵向的隔板或肋分隔出的径向通路或通道。

冷却循环供有从压缩机中抽取的压缩空气，该压缩空气通过每个叶片的支承燕尾榫内的入口引入到其中，以此在运行期间来传送冷却空气径向向外通过翼面。

翼面中独立的冷却通道在翼面的径向外侧顶盖处终止，其中通常包括用于排放部分内部冷却空气的出口孔。该翼面通常包括多排通过压力侧和负压侧的膜式冷却孔，同样还包括一排后缘出口或槽，其共同地从翼面排放已用的冷却气体和提供翼面的热防护。

内冷却循环可能具有各种结构，以此在前缘和后缘之间和沿着相对的压力侧和负压侧来不同地冷却不同的翼面部分。专用的冷却通道可以沿着前缘和沿着后缘设置，且不同的冷却通道在它们之间轴向设置。

例如，涡轮机翼面通常包括一个或多个蛇形冷却回路，在一个三弯式蛇行回路中，该冷却回路具有一入口通道向外且延伸到翼面顶端，然后该通道在顶端改变方向，弯流进入径向向内的且延伸到翼面根部的流动通道，然后其通道再次改变方向再一次弯流进入另一个径向向外的流动通道中。

现代的涡轮机叶片通常通过铸造方式来制造，其需要陶瓷芯来限定出在叶片中内部冷却回路的复杂的特征。翼面内部的多个径向通道的铸造过程和结构，通常导致了在每个流动通道上部的顶盖具有基本扁平或者水平的内表面。

如上面所指出的，顶盖可以包括小出口孔用于在运行期间与通过多排膜式冷却孔排放空气一同排放部分已用的内部冷却空气到翼面顶部的外面。

然而，冷却空气可以包括取决于发动机运行的特殊环境的数量的小颗粒灰尘。例如，涡轮风扇式航空发动机可以用于给飞机在飞行过世界各地时提供动力，其中的一些地方易于有相当多的大气灰尘，特别是在陆地区域周围。

灰尘在涡轮机叶片的小通道和孔中积累是公知的问题，一般通过在涡轮机叶片的顶盖中采用相对大的灰孔来改善该问题。灰孔的尺寸通常大约为设置在翼面侧壁中的常规膜式冷却孔尺寸的两倍，相应地提高了流体从中的排放量，但具有从涡轮机翼面中传送和排放相当数量的夹带灰尘的重要特征。

因此，在顶盖区采用折衷的方法，即采用相对少的灰孔来局部地提高流体排放量，有利于在翼面中减少灰尘积累。

然而，这么多年来经验显示，公开地在世界范围内用于商业应用的涡轮机叶片，尽管在叶片顶盖中使用了这种灰孔，灰尘仍然可以在顶盖下积累，且最后阻碍了排放的流体通过灰孔，从而缩短了涡轮机叶片的寿命。

使用的涡轮机叶片的经验和实际观测显示，灰尘积累在内部流动通道的径向外端，包括蛇行和非蛇行两种流动通道。可见最初冷却空气夹带的细小灰尘颗粒在运行期间积累或者积聚在一起形成较大颗粒或者块。

在运行期间，离心力驱使这些颗粒和块径向向外移动，然后被顶盖的内表面所捕获。从而这些颗粒和块可以粘结到顶盖的内表面上。

或者，一些块可以保持松散，然后在发动机停机时这些松散的块可以朝着一些叶片的根部落下，直到发动机接着再次启动，在这种情况下，这些块再次被驱使径向向外移动且它们自身可以完全地阻塞相对大的灰孔。由于单独的灰孔的堵塞，冷却空气夹带的灰尘可能积累在顶盖的下部，而且进一步地增加了流动堵塞，最后完全妨碍了单独的冷却通道的冷却流动。

因而，希望提供一种涡轮机叶片，该叶片具有改进的灰尘排出结构，以此来提高在灰尘环境中叶片的使用寿命。

发明内容

一个空心涡轮机翼面包括顶盖，其在相对的压力侧和负压侧之间限定了一个内冷却回路。顶盖包括围绕灰孔的内圆顶，且该内圆顶在翼面的相对侧壁横向之间，和在翼面的相对前缘和后缘弦向之间，朝着翼面根部向内倾斜。

附图说明