[发明专利]平台冷却通道以及在涡轮机转子叶片中产生该通道的方法

说明书

技术领域

本申请总体涉及燃烧涡轮发动机，其如这里使用且除非另外特别规定的，包括所有类型的燃烧涡轮发动机，例如在发电和航空发动机中使用的那些燃烧涡轮发动机。更具体地，但并非作为限制，本申请涉及用于冷却涡轮机转子叶片的平台区域的设备、系统和/或方法。

背景技术

燃气轮机发动机典型地包括压缩机、燃烧器以及涡轮机。压缩机和涡轮机通常包括分级轴向堆叠的成排的翼型件或叶片。每级典型地包括一排周向间隔的固定的定子叶片，以及一组周向间隔的绕中心轴线或轴旋转的转子叶片。运行期间，压缩机中的转子叶片绕轴旋转，以压缩空气流。然后压缩空气被使用在燃烧器中以燃烧提供的燃料。由压缩过程导致的热气流被通过涡轮机膨胀，这引起转子叶片旋转它们附着的轴。如此，燃料中包含的能量转换为旋转轴的机械能，其然后，例如，可以用于旋转发电机的线圈用于发电。

参考图1和2，涡轮机转子叶片100通常包括翼型件部分或者翼型件102以及根部分或者根部104。翼型件102可以被描述为具有凸起的吸力面105和凹入的压力面106。翼型件102还可以被描述为具有为前边的前缘107、以及为后边的后缘108。根部104可以被描述为具有用于附着叶片100到转子轴的结构(如图所示，典型地包括燕尾榫109)、从其延伸翼型件102的平台110、以及柄部112，其包括在燕尾榫109和平台110之间的结构。

如图所示，平台110可以大体是平的。更具体地，平台110可以具有平的顶面113，如图1所示，顶面113可以包括轴向和周向延伸的平坦表面。如图2所示，平台110可以具有平的底面114，其也可以包括轴向和周向延伸的平坦表面。平台110的顶面113和底面114可以形成为使得每个大体平行于彼此。如所述，将意识到平台110典型地具有薄的径向剖面，即在平台110的顶面113和底面114之间具有相对短的径向距离。

通常，平台110用在涡轮机转子叶片100上以形成燃气轮机的热气路径部分的内部流动路径边界。平台110还提供用于翼型件102的结构支撑。在运行期间，涡轮机的旋转速度引发机械负载，其产生沿着平台110的高应力区域，当结合高温时，最终引起形成运行缺陷，例如氧化、蠕变、低循环疲劳裂缝等等。当然，这些缺陷负面地影响了转子叶片100的使用寿命。将意识到这些苛刻的运行条件，即热气路径暴露于极端温度下以及与旋转叶片相关的机械负荷，产生了在设计不仅运行良好且生产节省成本的耐用的、长久持续的转子叶片平台110方面的相当大的挑战。

使得平台区域110更耐用的一个通常的方案是，使用运行期间的压缩空气或者其它冷却剂的流来冷却，许多这些类型的平台设计都是公知的。然而，一个本领域普通技术人员将意识到，平台区域110存在某些设计难题，使其很难以这种方式冷却。很大部分上，这是由于这个区域的不便的几何形状，由于，如所述，平台110是外围部件，其位于远离转子叶片的中心部分的位置，且典型地设计为具有结构上合理但是薄的径向厚度。

为了循环冷却剂，转子叶片100典型地包括一个或多个空的内部冷却通道116(参见图3、4、5和9)，该通道116最小化地径向延伸通过叶片100的核心，包括通过根部104和翼型件102。如下面将更详细地描述的那样，为了增加热交换，这种内部冷却通道116可以形成为具有蜿蜒路径，其缠绕通过叶片100的中心区域，但其它结构是可能的。在运行期间，冷却剂可以通过形成在根部104的内侧部分中的一个或者多个入口117进入中间内部冷却通道。冷却剂可以通过叶片100循环，并且通过形成在翼型件中的出口(未示出)和/或通过形成在根部104中的一个或者多个出口(未示出)离开。冷却剂可以被加压，并且例如可以包括增压空气，混合有水、蒸汽的增压空气等。在许多情况下，冷却剂是压缩空气，其从发动机的压缩机转向，尽管其它源也是可能的。如下面更详细讨论的那样，这些内部冷却通道典型地包括高压冷却剂区域和低压冷却剂区域。高压冷却剂区域典型地对应于具有较高冷却剂压力的内部冷却通道的上游部分，而低压冷却剂区域对应于具有相对较低的冷却剂压力的下游部分。