[发明专利]叶片以及涡轮转子叶片

说明书

本发明提供一种叶片以及涡轮转子叶片。该叶片包括翼型件，该翼型件由沿前缘和后缘连接的压力侧外壁和吸力侧外壁限定，并且压力侧外壁和吸力侧外壁形成径向延伸室以用于接收冷却剂流。该翼型件还包括肋构造，肋构造可以包括：前缘横向肋，该前缘横向肋连接压力侧外壁和吸力侧外壁并且将径向延伸室分隔成位于翼型件前缘内的前缘通道和与前缘通道相邻的中心通道。一个或两个中弧线肋在位于前缘横向肋后部的点处连接到相应的压力侧外壁和/或吸力侧外壁，使得中心通道朝向压力侧外壁和吸力侧外壁中的一个或两个延伸，从而形成前缘后部的扩口中心通道。

技术领域

本发明涉及涡轮机翼型件，并且更具体地涉及具有用于使诸如空气之类的流体通过一对翼型件进行冷却的内部通道的中空涡轮翼型件、例如转子和/或定子叶片。

背景技术

燃烧或燃气涡轮发动机(combustion turbine engine；在下文中称为“燃气涡轮机”)包括压缩机、燃烧器和涡轮。如本领域内众所周知的，在压缩机中压缩的空气与燃料混合并且在燃烧器中点燃并且随后膨胀通过涡轮以产生功率。位于涡轮内的部件，特别是周向排列的转子叶片(blade)和定子叶片经受不利环境的影响，其特征在于膨胀通过其中的燃烧产物的极高温度和压力。为了承受该种环境下相应的热循环以及极端温度和机械应力，翼型件必须具有坚固结构并且受到主动冷却。

应当领会，涡轮转子叶片和定子叶片通常容纳内部通路或回路，所述内部通路或回路形成冷却系统，冷却剂(通常是从压缩机放出的空气)循环通过该冷却系统。这样的冷却回路通常由内部肋(internal ribs)形成，所述内部肋为翼型件提供所需的结构支承，并且包括多个流动路径布置以使翼型件保持在可接受的温度分布内。通过这些冷却回路的空气通常通过形成在翼型件(airfoil)的前缘(leading edge)、后缘(trailing edge)、吸力侧和压力侧上的膜冷却开孔排出。

应当领会，燃气涡轮机的效率随着点火温度的升高而提高。因此，始终需要能够使涡轮叶片承受甚至更高温度的技术优点。这些优点有时包括能够承受高温的新的材料，但其同时涉及改进翼型件的内部构造，以便增强叶片结构和冷却能力。然而，由于使用冷却剂使发动机的效率降低，过分依赖增加冷却剂使用等级的新的布置同样造成效率不高。因此，仍然需要提供了改进冷却剂效率的内部翼型件构造和冷却剂循环的新的翼型件布置。

进一步使内冷翼型件的布置复杂的考虑因素在于在翼型件内部和外部结构之间操作期间产生的温度差。即，由于其暴露于热气体路径，翼型件的外壁通常在操作期间处于比许多内部肋高得多的温度下，例如可以使冷却剂流过限定于内部肋每一侧的通路。实际上，常见的翼型件构造包括“四壁”布置，其中长形内部肋与压力侧和吸力侧外壁平行地延伸。众所周知，能够通过形成在四壁布置中的近壁流动通道来实现高冷却效率。近壁流动通道所面临的挑战在于外壁经历的热膨胀水平比内壁高得多。该不平衡的增长造成连接内肋的位置(或点)处产生应力，从而可能造成低周疲劳，所述低周疲劳可能缩短叶片寿命。

发明内容

本发明的第一方面提供一种叶片，该叶片包括翼型件，该翼型件由沿前缘和后缘连接的凹形压力侧外壁(concave pressure side outer wall)和凸形吸力侧外壁(convexsuction side outer wall)限定，并且凹形压力侧外壁和凸形吸力侧外壁在其间形成径向延伸室以用于接收冷却剂流。该叶片还包括肋构造，该肋构造包括：前缘横向肋(leadingedge transverse rib)，该前缘横向肋连接压力侧外壁和吸力侧外壁并且将径向延伸室分隔成位于翼型件前缘内的前缘通道和与前缘通道相邻的中心通道(central passage)；和中弧线肋(camber line rib)，该中弧线肋在位于前缘横向肋后部的点处连接到压力侧外壁和吸力侧外壁中选定的至少一个，从而使中心通道朝向压力侧外壁和吸力侧外壁中选定的至少一个延伸。