[发明专利]用于冷却涡轮叶片的系统和方法

说明书

技术领域

本文公开的主题涉及涡轮机，并且更具体而言，涉及冷却涡轮叶片。

背景技术

一般而言，燃气涡轮发动机燃烧压缩空气和燃料的混合物，以产生热的燃烧气体。燃烧气体可流过一个或多个涡轮级，以产生用于负载和/或压缩机的功率。各个涡轮级包括多个涡轮叶片，涡轮叶片被燃烧气体驱动而旋转。可使用多种冷却技术来冷却这些涡轮叶片。可惜的是，现有的冷却技术不能充分地冷却叶片的前缘或后缘。此外，现有的冷却技术可在涡轮叶片中产生铸造问题。

发明内容

下面对在范围方面与原本声明的发明相当的某些实施例进行概述。这些实施例不意图限制声明的发明的范围，而是相反，这些实施例仅意图提供本发明的可能形式的简要概述。实际上，本发明可包括可能类似于或异于下面所论述的实施例的各种形式。

在第一实施例中，一种系统包括涡轮叶片，涡轮叶片包括至少一个冷却槽，该至少一个冷却槽构造成沿流动方向将冷却剂从涡轮叶片的内部传输到外部。冷却槽包括联接到内部的入口，以及在入口的下游的会聚区段。会聚区段包括沿流动方向减小的第一横截面积。冷却槽还包括沿着涡轮叶片的后缘而设置的出口。

在第二实施例中，一种系统包括旋转叶片。旋转叶片包括前缘、后缘、压力侧壁、吸力侧壁、设置在压力侧壁和吸力侧壁之间的冷却腔体，以及联接到冷却腔体的多个冷却槽。多个冷却槽构造成沿流动方向将冷却剂传送通过后缘。多个冷却槽中的各个包括会聚区段、联接到会聚区段上的限流(metering)区段，以及沿着后缘而设置的出口。会聚区段包括沿流动方向减小的第一横截面积。限流区段包括沿流动方向基本恒定的第二横截面积。

在第三实施例中，一种方法包括：形成陶瓷涡轮叶片芯体；将芯体插入模具中；以及在芯体和模具之间铸造涡轮叶片，其中压力侧壁和吸力侧壁在前缘和后缘处联接在一起。涡轮叶片包括多个冷却槽，该多个冷却槽构造成沿流动方向将冷却剂传送通过后缘。多个冷却槽中的各个包括会聚区段、联接到会聚区段上的限流区段，以及沿着后缘而设置的出口。会聚区段包括沿流动方向减小的第一横截面积。限流区段包括沿流动方向基本恒定的第二横截面积。

附图说明

当参照附图来阅读以下详细描述时，本发明的这些和其它特征、方面与优点将变得更好理解，在附图中，相同符号在所有图中表示相同部件，其中：

图1是包括涡轮的燃气涡轮系统的实施例的示意图，该涡轮具有带有冷却槽的涡轮叶片；

图2是具有冷却槽的涡轮叶片的实施例的透视图；

图3是具有冷却槽的涡轮叶片的实施例的沿着图2的线3-3得到的横截轴向图；

图4是具有冷却槽的涡轮叶片的实施例的沿着图2的线4-4得到的横截径向图；

图5是冷却槽的实施例的沿着图3的线5-5得到的透视图；以及

图6是用来制造具有冷却槽的涡轮叶片的芯体的实施例的横截径向图。

部件列表：

10燃气涡轮系统

12压缩机

14燃烧器

16燃料喷嘴

18涡轮

20燃烧气体

22涡轮叶片

24转子

25旋转轴线

26排气出口

28压缩机叶片

30加压空气

31负载

32轴向轴线

34径向轴线

36周向轴线

50叶片末端

52叶片根部

54叶片末端表面

58前缘

60后缘

62气体

64压力侧壁

66吸力侧壁

67弦线

68冷却槽出口

70内部冷却腔体

76纵向轴线

78横向轴线

80冷却槽

82表示流动方向的箭头

84中线

88会聚区段

90限流区段

92扩张区段

93上游侧

94上游宽度

95下游侧

96下游宽度

98限流区段宽度

100张开区段宽度

102冷却槽开口宽度

104会聚区段长度

106限流区段长度

108张开区段长度

120上游高度

122下游高度

124限流区段高度