[发明专利]转子叶片

说明书

技术领域

本申请大体涉及用于冷却燃气涡轮转子叶片的末梢的设备和系统。更特别地，但不以限制的方式，本申请涉及提高冷却性能的转子叶片末梢横挡的构造。

背景技术

在燃气涡轮发动机中，众所周知的是空气在压缩机中加压，并且用来在燃烧器中燃烧燃料，以产生热的燃烧气体流，在此之后，这样的气体向下游流过一个或多个涡轮，使得可从中抽取能量。根据这种涡轮，一般而言，成排的沿周向间隔开的转子叶片从支承转子盘沿径向向外延伸。各个叶片典型地包括鸠尾榫和翼型件，鸠尾榫容许将叶片组装在转子盘中的对应的鸠尾榫槽口中和拆卸叶片，翼型件从鸠尾榫沿径向向外延伸。

翼型件具有大体凹形压力侧和大体凸形吸力侧，它们在对应的前缘和后缘之间沿轴向延伸，并且在根部和末梢之间沿径向延伸。将理解的是，叶片末梢与径向外部涡轮护罩紧密地隔开，以最大程度地减少在涡轮叶片之间向下游流动的燃烧气体在叶片末梢和径向外部涡轮护罩之间的泄漏。通过最大程度地减小末梢间距或间隙，使得防止泄漏，来获得发动机的最大效率，但此策略有些由于转子叶片和涡轮护罩之间的热膨胀和收缩速率和机械膨胀和收缩速率不同以及避免末梢在运行期间过度地摩擦护罩的不合需要的情况的动机而受限。

由于涡轮叶片浸在热的燃烧气体中，所以需要有效的冷却，以确保可用的部件寿命。典型地，叶片翼型件是空心的，并且设置成与压缩机处于流连通，使得接收从其中放出的加压空气的一部分，以将其用来冷却翼型件。转子叶片的某些区域中的翼型件冷却非常成熟，而且可通过使用各种形式的内部冷却通道和特征以及通过翼型件的外壁的用于排出冷却空气的冷却出口来利用。尽管如此，翼型件末梢特别难冷却，因为它们直接邻近涡轮护罩，而且被流过末梢间隙的热的燃烧气体加热。因此，典型地通过末梢排出在叶片的翼型件内部引导的空气的一部分，以对其进行冷却。

将理解的是，传统的叶片末梢设计包括若干不同的几何结构和构造，它们意图防止泄漏和提高冷却有效性。示例性专利包括Butts等人的美国专利No. 5,261,789；Bunker的美国专利No.6,179,556；Mayer等人的美国专利No.6,190,129；以及Lee的美国专利No.6,059,530。但是，传统的叶片末梢冷却设计、特别是具有“振鸣(squealer)末梢”设计的那些具有某些缺点，包括无法高效地使用压缩机旁通空气，这会降低装置效率。因此，非常渴望有一种提高被引导到这个区域的冷却剂的整体有效性的改进的涡轮叶片末梢设计。

发明内容

因而本申请描述一种用于燃气涡轮发动机的涡轮的转子叶片。转子叶片可具有翼型件，翼型件包括限定外周边的压力侧壁和吸力侧壁，以及限定外部径向端的末梢部分。末梢部分可包括限定末梢腔体的横挡。翼型件可包括内部冷却通道，内部冷却通道构造成使冷却剂在运行期间循环通过翼型件。转子叶片可进一步包括：横挡的开槽部分；以及设置在翼型件的压力侧壁和吸力侧壁中的至少一个内的至少一个膜冷却出口。膜冷却出口可包括在末梢部分附近且紧邻横挡的开槽部分的位置。

本申请进一步描述一种用于燃气涡轮发动机的涡轮的转子叶片。转子叶片可包括翼型件，翼型件具有限定外周边的压力侧壁和吸力侧壁，以及限定外部径向端的末梢部分。末梢部分可具有限定末梢腔体的横挡，其中，翼型件包括内部冷却通道，内部冷却通道构造成使冷却剂在运行期间循环通过翼型件。转子叶片可包括：横挡的开槽部分，横挡的开槽部分在其上包括间隔开的多个槽口；设置在翼型件的压力侧壁和/或吸力侧壁内的多个膜冷却出口，多个膜冷却出口中的各个可具有在末梢部分附近且紧邻横挡的开槽部分的位置；以及形成于横挡的开槽部分和多个膜冷却出口之间的多个凹槽。多个槽口和多个膜冷却出口和多个凹槽可构造成使得多个凹槽中的各个从多个膜冷却出口中的一个处或其外侧不远处的位置在大致沿径向向外的方向上延伸到多个槽口中的一个的内侧边缘处或其内侧不远处的位置。

在结合附图和权利要求审阅优选实施例的以下详细描述之后，本申请的这些和其它特征将变得显而易见。

附图说明

在说明书的结论部分处的权利要求中特别指出和明确声明了被视为本发明的主题。根据结合附图得到的以下详细描述，本发明的前述和其它特征和优点是显而易见的，其中：

图1是燃气涡轮发动机的示意图；

图2是包括转子、涡轮叶片和固定护罩的示例性转子叶片组件的透视图；

图3是涡轮转子叶片的透视图，涡轮转子叶片具有振鸣末梢，冷却出口沿着翼型件且通过叶片的末梢帽；