[发明专利]用于冷却转子叶片天使翼的方法和系统

说明书

技术领域

本发明总体涉及涡轮机，并且更具体地，涉及用于燃气涡轮发动机内的天使翼(angelwing)结构的冷却。

背景技术

至少一些已知的燃气涡轮发动机包括热燃烧气体通过其中的外部转子/定子腔、以及内部轮空间(inner wheelspace)，该内部轮空间包括由这样的材料制成的部件：所述材料具有比存在于外部转子/定子腔中的温度低的耐温性。此外，至少一些已知的燃气涡轮发动机包括转子叶片。转子叶片包括柄以及联接到柄的连接结构(例如燕尾榫)，该连接结构用于将转子叶片联接到转子轮(rotor wheel)。翼型件也联接到柄。在至少一些已知的转子叶片构造中，柄包括相对于燃气涡轮发动机的旋转轴线横切地(transversely)延伸的前壁和/或后壁。此外，在至少一些已知的燃气涡轮发动机中，至少一个盖板联接到转子叶片和转子轮，以有利于阻止转子叶片与转子轮之间的气体泄漏。

在至少一些已知的转子叶片构造中，通常被称为“天使翼”的结构从柄向前和/或向后地轴向延伸。在至少一些已知的燃气涡轮发动机中，提供从转子叶片的面向上游的柄壁和/或面向下游的柄壁延伸的至少两个天使翼，使得第一天使翼(在下文被称为“下部”天使翼)定位在第二天使翼(在下文被称为“上部”天使翼)的径向向内处。当存在两个天使翼并且该两个天使翼面向相同方向(例如，从柄的前面延伸出)时，上部或最外部天使翼有利于防止热燃烧气体被吸入限定于上部天使翼与下部天使翼之间的缓冲腔中，并且上部天使翼和下部天使翼二者有利于防止热燃烧气体被吸入内部轮空间中。期望防止热燃烧气体被吸入，以有利于防止由于暴露于热燃烧气体而对内部轮空间部件造成损坏。

在至少一些已知的燃气涡轮发动机中，冷却空气在压力下被引导至内部轮空间中，以有利于防止热燃烧气体被吸入内部轮空间中。然而，将冷却空气引导至内部轮空间中可能具有降低发动机效率的作用。因此，燃气涡轮发动机设计发展成使得被引导至内部轮空间中的冷却空气的量减少。此外，在至少一些已知的燃气涡轮发动机中，燃烧点火温度升高。因此，在内部轮空间内的特定部件中为燃气涡轮发动机部件提供冷却以及防止吸入热燃烧气体对燃气涡轮发动机的设计者提出挑战。

在至少一些已知的燃气涡轮发动机中，如果提供上部天使翼和下部天使翼二者的话，则天使翼的上表面直接暴露于热燃烧气体，特别是上部天使翼。因此，期望为天使翼的上表面提供冷却，以有利于降低天使翼的上表面的温度并且有利于防止天使翼的潜在的与蠕变相关的失效。还期望提供对下部天使翼的上表面的冷却(如果存在的话)，以有利于从缓冲空间吹扫热气体，从而有利于防止将热燃烧气体被吸入缓冲空间中。

发明内容

在一个方面中，提供一种用于冷却燃气涡轮发动机中的天使翼的方法。该方法包括将天使翼联接到燃气涡轮发动机的转子叶片的柄，联接转子叶片以用于围绕旋转轴线沿第一方向旋转。该方法还包括限定至少一个冷却通道，该至少一个冷却通道穿过柄和天使翼从定位在柄上的至少一个进口开口延伸至定位在天使翼的上表面上的至少一个出口开口，使得至少一个进口开口与燃气涡轮发动机的内部轮空间流体连通地联接并且至少一个出口开口与燃气涡轮发动机的外部转子/定子腔流体连通地联接。该方法还包括将加压冷却空气供给至内部轮空间，使得加压冷却空气被引导至至少一个进口开口中并且从至少一个出口开口被排出。

其中，所述方法包括将所述至少一个出口开口定向成使得所述加压冷却空气沿相对于旋转轴线的径向方向、朝向所述第一方向、和朝向离开所述第一方向的第二方向中的一个方向被排出。

其中，燃烧气体流被引导穿过所述外部转子/定子腔，所述方法包括将所述至少一个出口开口定向成使得所述加压冷却空气沿相对于所述燃烧气体流的上游方向和相对于所述燃烧气体流的下游方向中的一个方向被排出。

其中，限定所述至少一个冷却通道包括：限定多个分离的冷却通道；以及联接每一个分离的冷却通道的进口开口和出口开口。

其中，限定所述至少一个冷却通道包括：限定至少一个冷却通道；联接多个分支通道到所述至少一个冷却通道；以及联接进口开口和出口开口中的至少一个到每一个分支通道。

其中，进一步将天使翼联接到转子叶片的柄包括联接所述天使翼到所述柄的柄壁部分，将所述柄壁部分定向成朝向被引导穿过所述燃气涡轮发动机的燃烧气体流和离开被引导穿过所述燃气涡轮发动机的燃烧气体流中的一种。

其中，所述转子叶片包括联接到所述柄的翼型件，所述方法包括将所述至少一个进口开口和冷却通道流体连通地联接，所述冷却通道穿过所述柄延伸至所述翼型件。