[发明专利]具有与冲击平台冷却相集成的翼型部冷却的涡轮机转子叶片

说明书

本发明涉及用于涡轮机转子叶片（10）的集成式翼型部和平台冷却系统（30），其包括多个蜿蜒的冷却支腿（32a、32c、42a、42c），冷却支腿（32a、32c、42a、42c）流体连接到入口（38、48）并且被构造成用于沿径向方向引导冷却剂（K）。冷却支腿（32a、32c、42a、42c）由叶片翼型部（12）内的展向地延伸的内腔（26）至少部分地限定。冷却支腿（32a、32c、42a、42c）的进入部包括向径向外侧延伸并侧向地延伸到叶片平台（50）中的流动通路（92、102），以便在将向径向外侧流动的冷却剂（K）引入冷却支腿（32a、32c、42a、42c）中之前导引冷却剂（K）冲击到叶片平台（50）的径向外表面（52）的内侧（60）上。冲击区域（60）可包括湍流器（70）以便增强热传递。

技术领域

本发明涉及涡轮机转子叶片，并且特别地，涉及具有集成式翼型部和平台冷却的涡轮机转子叶片。

背景技术

通常，燃气涡轮发动机包括：压缩机部段，其用于压缩空气；燃烧器部段，其用于将压缩的空气与燃料混合并且点燃混合物以形成热工作流体；以及涡轮机部段，其用于从热工作流体产生动力。涡轮机部段通常设置有多排或多级的涡轮机转子叶片，所述涡轮机转子叶片使热工作流体膨胀以产生机械动力。可以通过将较高温度的气流传递到涡轮机部段中来提高燃气涡轮发动机的效率。结果，涡轮机转子叶片必须由能够承受此类高温的材料制成。另外，涡轮机转子叶片常常包含冷却系统，以延长叶片的寿命并减少由于温度过高而发生故障的可能性。

通常，涡轮机转子叶片由在一个端部处具有平台的根部部分和形成叶片的长形部分形成，该叶片从联接到根部部分的平台向外延伸。叶片通常由与根部部段相对的尖端（tip）、前缘和后缘组成。大多数涡轮机转子叶片的内部方面通常包含形成冷却系统的错综复杂的冷却通道迷宫。叶片中的冷却通道从涡轮发动机的压缩机接收空气并且将空气传递通过叶片。冷却通道常常包括多个流动路径，所述多个流动路径设计成将涡轮机转子叶片的所有方面保持在相对均匀的温度。然而，边界层处的离心力和空气流常常阻止涡轮机转子叶片的一些区域被充分冷却，这导致局部热点的形成。局部热点取决于它们的位置会缩短涡轮机转子叶片的使用寿命，并且会将涡轮机转子叶片损坏到需要更换叶片的程度。

叶片平台常常包括从平台下方的腔抽吸冷却空气的冷却通路。这些冷却通路通常互连以提供冷却覆盖。然而，前转子冷却腔会经受热气体的摄取（ingestion），这导致了叶片平台下方的温热得多的空气并且不利地影响了平台冷却。因此，存在对具有改进的冷却系统的涡轮机转子叶片的需求，所述改进的冷却系统克服了这些缺点。

发明内容

简言之，本发明的方面涉及一种具有与冲击平台冷却集成的翼型部冷却的涡轮机转子叶片。

根据本发明的第一方面，提供了一种涡轮机转子叶片。所述叶片包括：平台；翼型部，其从平台展向地径向向外延伸；以及根部，其从平台径向向内延伸以用于将涡轮机转子叶片安装到盘。该叶片还包括集成式翼型部和平台冷却系统。冷却系统包括：入口，其位于根部处以用于接收冷却剂的供应；以及至少一个冷却支腿，其流体地连接到入口并且被构造成用于沿径向外侧方向引导冷却剂。冷却支腿由翼型部内的展向地延伸的内腔至少部分地限定。所述冷却支腿的进入部包括向径向外侧延伸和侧向地延伸到平台中的流动通路，以便在将向径向外侧流动的冷却剂引入所述冷却支腿中之前导引该冷却剂冲击到平台的径向外表面的内侧上。