[发明专利]用于冷却平台区域的装置和方法

说明书

技术领域

本申请总体涉及燃烧涡轮发动机，其如本文所用且除非另外特别说明，包括所有类型的燃烧涡轮发动机，例如用于发电的那些涡轮发动机和航空发动机。更具体地，但不作为限制，本申请涉及用于冷却涡轮转子叶片的平台区域的装置、系统和/或方法。

背景技术

燃气涡轮发动机典型地包括压缩机、燃烧器和涡轮。压缩机和涡轮通常包括多排轴向堆叠成级的翼型件或叶片。各级典型地包括一排周向间隔开的固定的定子叶片和一组围绕中心轴线或轴而旋转的周向间隔开的转子叶片。在操作中，压缩机中的转子叶片围绕轴而旋转，从而压缩空气流。压缩空气然后在燃烧器内用于燃烧燃料供给。由燃烧过程产生的热气体流通过涡轮进行膨胀，其造成转子叶片使叶片连接在其上的轴旋转。通过这种方式，包含在燃料中的能量被转换成旋转轴的机械能，其然后例如可用于使发电机的线圈旋转，从而产生电力。

参看图1和图2，涡轮转子叶片100通常包括翼型件部分或翼型件102和根部部分或根部104。翼型件102可描述为具有凸起的吸力面105和凹入的压力面106。翼型件102可进一步描述为具有前缘107和后缘108，前缘107是前面边缘，后缘108是后面边缘。根部104可被描述为具有用于将叶片100固定在转子轴上的结构(其如图所示典型地包括燕尾榫109)、翼型件102从其伸出的平台110、以及包括位于燕尾榫109和平台110之间的结构的柄部112。

如图所示，平台110可以是基本平坦的。(注意如本文使用的“平坦”意味着大致或基本上是平面的形状。例如，本领域技术人员将会懂得，平台可构造为具有略微弯曲且凸起的外侧表面，且在转子叶片的径向位置，曲率与涡轮的圆周相对应。如本文所用，该类型的平台形状被视为是平坦的，因为曲率半径足够大从而赋予平台平坦的外观。)更具体地说，平台110可具有平坦的顶侧面113，其如图1中所示可包括轴向且周向延伸的平坦表面。如图2中所示，平台110可具有平坦的下侧面114，其也可包括轴向且周向延伸的平坦表面。平台110的顶侧面113和底侧面114可形成为使得各侧面基本上彼此平行。如图所示，将会懂得平台110典型地具有薄的径向剖面，即在平台110的顶侧面113和底侧面114之间具有相对较短的径向距离。

通常，在涡轮转子叶片100上采用平台110，以形成燃气涡轮机的热气道部段的内部流道边界。平台110进一步为翼型件102提供结构支撑。在操作中，涡轮的旋转速度引起了机械负载，其产生了沿着平台110的高应力区域，该高应力区域当与高温结合时最终会造成操作缺陷的形成，例如氧化、蠕变、低循环疲劳开裂以及其它缺陷。这些缺陷当然负面地影响转子叶片100的有效寿命。将会懂得这些苛刻的操作条件，即暴露于热气道的极端温度和与旋转叶片相关的机械负载下，在设计耐用持久的转子叶片平台110方面产生了相当大的挑战，该转子平台110运行良好且制造起来成本合算。

使平台区域110更加耐用的一种常见解决方案是在操作期间利用压缩空气流或其它冷却剂冷却它，并且已知多种这些类型的平台设计。然而，本领域技术人员将会懂得，平台区域110提出了某些设计挑战，其致使难以以此方式冷却。这很大一部分是由于该区域难于使用的几何形状，因为如所述，平台110是一种外围构件，其远离转子叶片的中心核，并且典型地设计为具有结构上合理但薄的径向厚度。

为了使冷却剂循环，转子叶片100典型地包括一个或更多空心的冷却通路116(见图3，4和5)，其至少径向穿过叶片100的核芯，包括穿过根部104和翼型件102。如以下更详细所述，为了增加热交换，此类冷却通路116可形成为具有蜿蜒路径，其绕过叶片100的中心区域，但其它构造也是可行的。在操作中，冷却剂可经由形成于根部104的内侧部分中的一个或更多入口117而进入中心冷却通路。冷却剂可循环穿过叶片100，并通过形成于翼型件上的出口(未显示)和/或经由形成于根部104中的一个或更多出口(未显示)而离开。冷却剂可被加压，并且例如可包括加压空气、与水混合的加压空气、蒸汽等。在许多情况下，冷却剂是压缩空气，其从发动机的压缩机分流出来，但其它来源也是可行的。如以下更详细所述，这些冷却通路典型地包括高压冷却剂区域和低压冷却剂区域。高压冷却剂区域典型地与冷却通路的上游部分相对应，其具有较高的冷却剂压力，而低压冷却剂区域与具有相对较低的冷却剂压力的下游部分相对应。