[发明专利]涡轮叶片及用于延长涡轮叶片寿命的方法

说明书

技术领域

本发明总体上涉及一种燃气涡轮机的涡轮叶片。具体来说，本发明涉及一种具有布置在销组阵列中的销的涡轮叶片以及用于增强所述涡轮叶片的机械性能的方法。

背景技术

燃气涡轮机的涡轮部分通常包括连接到转子轴的多行或多级涡轮叶片。第一行固定轮叶可以设置在第一行涡轮叶片上游的涡轮部分入口处。后续行的定子轮叶在后续行的涡轮叶片之间设置在涡轮部分内。外壳围绕各行固定轮叶和涡轮叶片，以限定穿过所述涡轮部分的高温气体通道。运行中，高温燃烧气体穿过所述第一行固定轮叶以及限定在涡轮部分内的高温气体通道。通过固定轮叶和涡轮叶片提取燃烧气体中的热能和/或动能，致使涡轮叶片移动，从而使得转子轴旋转。

由于高温气体通道内的高温环境，一些涡轮叶片至少部分中空，从而限定其中的内部冷却通道。诸如压缩空气或蒸汽等冷却介质可以穿过冷却通道，从而提高涡轮叶片的热性能。具体来说，在涡轮叶片设计中，多个销或针状翼片通常在涡轮叶片的后缘部分附近延伸在所述冷却通道内位于涡轮叶片的压力侧与吸入侧之间。所述销可提高传热效率并且可以向涡轮叶片提供结构支撑。

多个因素，例如旋转力、吸入侧与压力侧之间的不均匀热增长以及来自前一行固定轮叶的燃烧气体的压力波动所导致的振动力，可能导致涡轮叶片上位于销的第一端与第二端之间以及压力侧与吸入侧之间的连接点处产生峰值稳态应力和峰值振动应力。传统销设计在静止和振动条件下的硬度均匀，而这在任一条件下均不是最佳的。因此，可能需要改进销以及用于增强涡轮叶片的整体机械性能的方法。

发明内容

本发明的各个方面和优点如以下说明中所述，或者可以从说明书中清楚地了解到，或者可以通过实践本发明了解到。

本发明的一个实施例是一种涡轮叶片。所述涡轮叶片包括前缘、后缘、压力侧壁和吸入侧壁。所述压力侧壁和吸入侧壁延伸在所述前缘与后缘之间。冷却通道限定在所述压力侧壁与吸入侧壁之间。销设置在所述冷却通道内。所述销包括连接到所述压力侧壁的第一端以及连接到所述吸入侧壁的第二端。径向定向圆角沿所述第一端或所述第二端中的至少一端的外周设置在峰值稳态应力区域内。所述径向定向圆角具有最大曲率半径值。轴向定向圆角沿所述第一端或所述第二端中的至少一端的外周设置在峰值振动应力区域内。所述轴向定向圆角具有最大曲率半径值，所述最大曲率半径值大于所述径向定向圆角的所述最大曲率半径值。

本发明的另一个实施例是一种燃气涡轮机。所述燃气涡轮机包括压缩机、设置在所述啊压缩机下游的燃烧器以及具有多个可旋转涡轮叶片的涡轮。至少一个所述涡轮叶片包括翼片，所述翼片具有前缘、后缘、压力侧壁和吸入侧壁，所述压力侧壁和吸入侧壁径向延伸在根部与肩部之间以及所述前缘与后缘之间。冷却通道限定在所述后缘附近的所述压力侧壁与吸入侧壁之间。所述涡轮叶片包括销，所述销设置在所述冷却通道内。所述销包括连接到所述压力侧壁的第一端以及连接到所述吸入侧壁的第二端。径向定向圆角沿所述第一端或所述第二端中的至少一端的外周设置在峰值稳态应力区域内。所述径向定向圆角具有最大曲率半径值。轴向定向圆角沿所述第一端或所述第二端中的至少一端的外周设置在峰值振动应力区域内。所述轴向定向圆角具有最大曲率半径值，所述最大曲率半径值大于所述径向定向圆角的所述最大曲率半径值。

本发明还包括一种增强涡轮叶片的机械耐久性的方法，所述涡轮叶片具有压力侧壁、吸入侧壁、限定在两者之间的冷却通道以及设置在所述冷却通道内的至少一个销。所述销包括连接到所述压力侧壁的第一端以及连接到所述吸入侧壁的第二端。所述方法包括：沿所述销的所述第一端和所述第二端中的至少一端的外周确定至少一个峰值稳态应力区域；沿所述峰值稳态区域附近的相应外周限定径向定向圆角，其中所述径向定向圆角具有沿所述相应外周的限定最大曲率半径值的点。所述方法进一步包括沿所述销的所述第一端和所述第二端中的至少一端的外周确定至少一个峰值振动应力区域。所述方法还包括沿所述峰值振动应力区域附近的相应外周限定轴向定向圆角，其中所述轴向定向圆角包括限定最大曲率半径值的点，其中所述轴向定向圆角的所述最大曲率半径值大于所述径向定向圆角的所述最大曲率半径值。

阅读说明书之后，所属领域中的普通技术人员将更好地了解此类实施例的特征和方面以及其他内容。

附图说明

说明书的剩余部分，包括附图参考，向所属领域的技术人员更具体地阐述了本发明的完整和可实施内容，包括其最佳模式，在附图中：

图1是可包括本发明多个实施例的示例性燃气涡轮机的实例；