[发明专利]涡轮转子叶片的末端中的冷却结构

说明书

技术领域

本申请涉及与本文同时提交的[GE文献252833]和[GE文献252769]，这两份文献全文以引用方式并入本文中并构成其一部分。

本申请大体上涉及用于冷却燃气涡轮转子叶片的末端的设备、方法和/或系统。更具体地但非限制性地，本申请涉及与在涡轮叶片末端中的微通道设计和实现有关的设备、方法和/或系统。

背景技术

在燃气涡轮发动机中，公知的是空气在压缩机中被加压并用来在燃烧器中燃烧燃料以生成热燃烧气体流，这样的气体然后向下游流过一个或多个涡轮，以便能从其中提取能量。根据这样的涡轮，一般来讲，成行的周向间隔开的转子叶片从支撑转子盘径向向外延伸。每个叶片通常包括允许将叶片在转子盘中的对应燕尾件狭槽中组装和拆卸的燕尾件，以及从燕尾件径向向外延伸的翼型件。

翼型件具有在对应的前缘和后缘之间轴向地以及在根部和末端之间径向地延伸的大体凹形的压力侧和大体凸形的吸力侧。应当理解，叶片末端紧靠径向外涡轮护罩(shroud)以便最小化在涡轮叶片之间向下游流动的燃烧气体在两者间的泄漏。发动机的最大效率通过最小化末端间距或间隙以便防止泄漏而获得，但该策略一定程度上受限于在转子叶片和涡轮护罩之间不同的热和机械膨胀与收缩率以及避免在操作期间具有抵靠护罩的过度的末端摩擦的不期望情形的动机。

此外，由于涡轮叶片浸在热燃烧气体中，需要有效的冷却以确保可用部件寿命。通常，叶片翼型件为中空的并且设置成与压缩机流体连通，使得从压缩机流出的一部分加压空气被接纳以用于冷却翼型件。翼型件冷却十分复杂并且可采用各种形式的内部冷却通道和特征以及贯穿翼型件的外壁以用于排放冷却空气的冷却孔。然而，翼型件末端特别难以冷却，因为它们位于紧邻涡轮护罩处并且被流过末端间隙的热燃烧气体加热。因此，在叶片的翼型件内部被导引的一部分空气通常通过末端排放以用于冷却末端。

应当理解，常规的叶片末端设计包括意图防止泄漏和增加冷却效果的若干不同的几何形状和构型。示例性专利包括：授予Butts等人的美国专利No. 5,261,789；授予Bunker的美国专利No. 6,179,556；授予Mayer等人的美国专利No. 6,190,129；以及授予Lee的美国专利No. 6,059,530。然而，常规的叶片末端设计均具有某些缺点，包括对于充分减少泄漏和/或在允许最小化降低效率的压缩机旁路空气使用的有效末端冷却方面的大体失败。此外，如下文更详细讨论地，常规的叶片末端设计(特别是具有“凹槽状(squealer)末端”设计的那些)未能利用或有效地整合微通道冷却的有益效果。因此，非常需要一种增加导向至涡轮叶片末端区域的冷却剂的总体效果的改进的涡轮叶片末端设计。

发明内容

根据本发明的一个方面，本申请描述了一种用于燃气涡轮发动机的涡轮转子叶片，其包括具有在翼型件的外径向端处的末端的翼型件。末端可包括限定末端腔体的横带。横带可包括包围横带的微通道，其可包括围绕横带内表面的至少大部分长度延伸的微通道。

一种用于燃气涡轮发动机的涡轮转子叶片，涡轮转子叶片包括翼型件，翼型件包括在外径向端处的末端；其中，末端包括限定末端腔体的横带；并且其中，横带包括包围横带微通道。

根据一个实施例：翼型件包括在翼型件的前缘和后缘处接合在一起的压力侧壁和吸力侧壁，压力侧壁和吸力侧壁从根部延伸至末端并限定在其中的翼型件室；末端包括末端板，横带设置在末端板附近或周边；并且横带包括向内面朝末端腔体的横带内表面和横带外表面。

根据一个实施例，包围横带微通道包括围绕横带内表面的至少相当大的长度延伸的微通道。

根据一个实施例，包围横带微通道包括围绕横带内表面的至少大部分长度延伸的微通道。

根据一个实施例，包围横带微通道包括围绕横带内表面延伸以包围末端腔体的微通道；并且其中，包围横带微通道包括环状冷却剂路径。

根据一个实施例，压力侧壁包括外径向边缘并且吸力侧壁包括外径向边缘，翼型件构造成使得末端板轴向地且周向地延伸以将吸力侧壁的外径向边缘连接到压力侧壁的外径向边缘；其中，横带包括压力侧横带和吸力侧横带，压力侧横带在翼型件的前缘和后缘处连接到吸力侧横带；其中，压力侧横带从末端板径向向外延伸，从前缘横穿至后缘，使得压力侧横带与压力侧壁的外径向边缘大致对齐；并且其中，吸力侧横带从末端板径向向外延伸，从前缘横穿至后缘，使得吸力侧横带与吸力侧壁的外径向边缘大致对齐。