[发明专利]空气冷却式涡轮叶片和对应的冷却涡轮叶片的方法

说明书

技术领域

目前的实施例大体上涉及燃气涡轮发动机，并且更特别地(但无限制)，涉及用于冷却燃气涡轮发动机转子组件的方法和设备。

背景技术

在燃气涡轮发动机中，空气在压缩机中被加压，并且与燃烧器中的燃料混合用于产生热燃烧气体，该热燃烧气体向下游流过涡轮级。这些涡轮级从燃烧气体抽取能量。高压涡轮包括第一级喷嘴和转子组件，该转子组件具有盘和多个涡轮叶片。高压涡轮首先接收来自燃烧器的热燃烧气体，并且包括第一级定子喷嘴，该第一级定子喷嘴引导燃烧气体向下游穿过一排高压涡轮转子叶片，该排高压涡轮转子叶片从第一转子盘沿径向向外延伸。在两级涡轮中，第二级定子喷嘴定位在第一级叶片的下游，继而后面是从第二转子盘沿径向向外延伸的一排第二级涡轮叶片。定子喷嘴以最大化相邻的下游涡轮叶片处的抽取的方式引导热燃烧气体。

第一转子盘和第二转子盘通过对应的转子轴来连结于压缩机，用于在运行期间对压缩机提供功率。这些典型地被称为高压涡轮。涡轮发动机可包括一定数量的级的静态翼型件，通常被称为导叶，它们沿发动机轴向方向在旋转空气翼型件(通常被称为叶片)之间留有间隙。多级低压涡轮跟随两级高压涡轮，并且典型地通过第二轴连结于风扇，在用于在飞行中对飞行器提供功率的典型涡轮风扇飞行器发动机构造中，该风扇设置在压缩机的上游。

随着燃烧气体向下游流过涡轮级，从涡轮级抽取能量，并且燃烧气体的压力降低。燃烧气体用来对压缩机提供功率，以及对涡轮输出轴提供功率，并且燃烧气体用于航海，或者在航空使用中提供推力。照这样，燃料能量转换成旋转轴的机械能，以对压缩机提供功率，以及供应过程继续所需的压缩空气。

涡轮转子组件典型地包括至少一排沿周向间隔开的转子叶片。各个转子叶片包括翼型件，该翼型件具有在前缘和后缘处连接在一起的压力侧和吸力侧。各个翼型件从转子叶片平台沿径向向外延伸。各个转子叶片还可包括燕尾件，该燕尾件从柄部沿径向向内延伸，该柄部在平台和燕尾件之间延伸。燕尾件用来将转子组件内的转子叶片安装到转子盘或卷轴。已知的叶片是中空的，使得内部冷却腔体至少部分地由翼型件、平台、柄部和燕尾件限定。

为了便于防止翼型件由于暴露于高温燃烧气体而受损，已知的翼型件包括运送冷却流体穿过翼型件的内部冷却回路。至少一些已知的高压涡轮叶片包括内部冷却腔体，该内部冷却腔体为蛇形的，使得冷却气体路径沿径向向外运送到叶片末端，其中，流倒转方向，并且沿径向向内朝叶片根部流回。流可通过根部离开叶片，或者流可引导到后缘中的孔，以容许气体流经后缘的表面用于冷却后缘。特别地，至少一些已知的转子叶片将压缩机放气运送到限定在侧壁之间的腔体中，以对侧壁进行对流冷却。使用冲击冷却可实现额外的冷却，其中，冲击插件相对于翼型件的前缘的内表面通过冲击射流阵列运送冷却流体，以便于沿着前缘冷却翼型件。但是，受到制造约束限制，这些回路为效率低的，因为回路运送冷却流体穿过腔体的中心，其中，从翼型件的壁移除热为效率低的。

如可由前述看出的，应当克服这些和其它缺陷，以改进穿过转子叶片组件的冷却空气流。

发明内容

根据示例性实施例，一种空气冷却式涡轮叶片包括叶片，该叶片具有在前缘和后缘之间延伸的压力侧和吸力侧，叶片具有：中空腔体；沿径向延伸穿过叶片的多个腔室，成组的腔室限定穿过涡轮叶片的多个回路，所述回路中的第一个沿着所述吸力侧向上延伸，所述回路中的所述第一个由所述回路中的第二个与所述压力侧隔开；设置在所述回路中的所述第一个的一部分和所述回路中的所述第二个之间的主干肋。

根据其它示例性实施例，一种冷却涡轮叶片的方法，该涡轮叶片具有前缘、后缘、吸力侧、压力侧、限定回路的多个腔室，该方法包括：引导压缩空气穿过定位成沿着涡轮叶片的吸力侧的腔室中的两个；利用至少一个回路隔开沿着吸力侧的腔室中的两个，至少一个回路包括在压力侧和吸力侧之间延伸的横向腔室；使腔室中的两个在叶片末端附近合并成末端标志腔室；使末端标志腔室沿向后方向朝后缘延伸。

以上略述的所有特征都仅理解为示例性的，并且可从本文的公开发现本发明的许多其它特征和目标。因此，在没有进一步阅读整个说明书、权利要求及其包括的附图的情况下，不以限制性解释来理解该概述。

附图说明

本发明的上面提到的和其它的特征和优点和获得它们的方式将变得更加显而易见，并且通过参照结合附图进行的实施例的以下描述，将更好地理解燃气涡轮转子叶片的冷却，其中：

图1是示例性燃气涡轮发动机的示意图；

图2是可用于图1中显示的燃气涡轮的示例性转子叶片的透视图；