在其中包括前部、中间和尾部冷却腔室的冷却涡轮导叶平台的制作方法

本发明大体涉及涡轮翼型件，并且更具体地涉及处于可用于涡轮发动机中的中空涡轮翼型件的平台中的冷却系统。

背景技术：

通常，燃气涡轮发动机包括用于压缩空气的压缩机、用于混合压缩空气与燃料并点燃混合物的燃烧器和用于生产电力的涡轮叶片组件。燃烧器常常在可能超过2,500华氏度的高温下操作。典型的涡轮燃烧器构造会使涡轮导叶和叶片组件暴露于高温。作为结果，涡轮导叶和叶片必须由能够承受这种高温的材料制成，或者必须包括冷却特征，以允许部件在超过材料承受能力的环境中幸存。涡轮发动机通常包括从壳体沿径向向内延伸的多行静止的涡轮导叶，并且包括附接至转子组件用于转动转子的多行可旋转的涡轮叶片。

通常，涡轮导叶暴露于加热翼型件的高温燃烧器气体。同样地，涡轮导叶的端壁暴露于相同的高温燃烧器气体。已经确定的是，污染负面地影响用以紧临内端壁和外端壁外侧提供冷却空气保护层的膜冷却孔的能力，如图1-7中所示。具体而言，尾部冲击袋已经被确定用于收集碎屑，并将堵塞从尾部冲击袋延伸至外表面的膜冷却孔。被堵塞的膜冷却孔导致在操作期间形成高的热梯度，并缩短端壁的寿命。

技术实现要素：

公开了一种冷却系统，其位于可用于涡轮发动机中的涡轮翼型件内，并具有位于涡轮翼型件的内端壁和外端壁内的膜冷却通道，其中冷却流体除了从尾部冷却腔室之外被供应至膜冷却通道，以防止由通常在涡轮发动机的稳态操作期间通过尾部冷却腔室聚集的碎屑在膜冷却通道内发生阻塞。冷却系统可以包括一个或多个中间冷却通道，其从中间冷却腔室延伸并包括出口，所述出口定位成比形成尾部冷却腔室的上游壁更靠近内端壁的下游边缘。因此，中间冷却通道可以冷却位于尾部冷却腔室径向外侧的内端壁的侧面，而不接收来自尾部冷却腔室的冷却流体，由此消除由尾部冷却腔室中的碎屑造成阻塞的可能性。

在至少一个实施例中，涡轮翼型件可以由大体细长形的中空翼型件形成，所述大体细长形的中空翼型件具有前边缘、后边缘、压力侧、抽吸侧、处于第一端部处的内端壁和处于第二端部处的外端壁、以及由细长形的中空翼型件中的至少一个腔体形成的冷却系统，其中所述第二端部大体位于大体细长形的中空翼型件的与第一端部相对的相对侧。内端壁可以包括一个或多个尾部冷却腔室和位于尾部冷却腔室上游的一个或多个中间冷却腔室。尾部冷却腔室可以位于中间冷却腔室与内端壁的下游边缘之间。冷却系统可以包括中间膜冷却通道，其从所述至少一个中间冷却腔室延伸，其中所述至少一个中间膜冷却通道具有处于所述至少一个中间冷却腔室中的至少一个入口和定位成比形成所述至少一个尾部冷却腔室的上游壁更靠近所述内端壁的下游边缘的至少一个出口，由此将所述至少一个中间膜冷却通道的至少一个出口设置在形成所述至少一个尾部冷却腔室的上游壁的下游。内端壁的与大体细长形的中空翼型件相交的外表面可以是无穿孔的，没有来自从至少一个尾部冷却腔室延伸的通道的任何出口。因此，尾部冷却腔室不包括位于内端壁的外表面中的出口可能容易发生阻塞的膜冷却通道。

冷却系统还可以包括一个或多个尾部膜冷却通道，其从尾部冷却腔室延伸至内端壁的下游边缘处的一个或多个出口。在至少一个实施例中，从尾部冷却腔室延伸至内端壁的下游边缘处的尾部膜冷却通道包括从尾部冷却腔室延伸的多个尾部膜冷却通道，其中每个尾部膜冷却通道具有处于下游边缘中的出口。

中间膜冷却通道的出口可以位于内端壁的与大体细长形的中空翼型件相交的外表面中。中间膜冷却通道的出口可以位于至少一个尾部冷却腔室的径向外侧。一个或多个分支中间膜冷却通道可以从中间膜冷却腔室延伸，并且可以包括处于内端壁的与大体细长形的中空翼型件相交的外表面中的出口。分支中间膜冷却通道的出口可以位于尾部冷却腔室的径向外侧。

在至少一个实施例中，中间膜冷却通道包括定位在内端壁中处于大体细长形的中空翼型件的压力侧外的一个或多个中间膜冷却通道以及定位在内端壁中处于大体细长形的中空翼型件的抽吸侧外的一个或多个中间膜冷却通道。多个膜冷却通道可以具有位于在所述内端壁的上游边缘与下游边缘之间延伸的第一配合面处的出口。

外端壁可以包括多个膜冷却孔，其从一个或多个外端壁冷却腔室中的入口延伸至外端壁的与大体细长形的中空翼型件相交的外表面。外端壁中的多个膜冷却孔可以包括：一行下游边缘膜冷却排出口，其处于外端壁的外表面中，并且可以定位成邻近外端壁的下游边缘并处于外端壁的下游边缘的上游；一行上游边缘膜冷却排出口，其处于外端壁的外表面中，并且定位成邻近外端壁的上游边缘并处于外端壁的上游边缘的下游；和多个前边缘膜冷却排出口，其处于外端壁的外表面中，并且定位成邻近外端壁和大体细长形的中空翼型件的前边缘的交点，并处于所述交点的上游。在至少一个实施例中，所述一行下游边缘膜冷却排出口可以包括少于15个的下游边缘膜冷却排出口，其中所述一行上游边缘膜冷却排出口可以包括少于35个的上游边缘膜冷却排出口，并且其中多个前边缘膜冷却排出口可以包括少于6个的前边缘膜冷却排出口。

使用期间，可以将冷却流体从压缩机或其它冷却流体源供应至内端壁内的中间冷却腔室。然后，冷却流体可以被传送到中间冷却通道的入口中，并流动穿过中间冷却通道，其中冷却流体通过内端壁的外表面中的出口排出。冷却流体也可以通过分支中间冷却通道排出，穿过出口至邻近尾部冷却腔室的内端壁的再一些冷却侧面。来自中间冷却腔室的冷却流体也可以从第一配合面上的出口排出。冷却流体可以被供应至尾部冷却腔室，并以内端壁的下游边缘中的出口通过尾部冷却通道排出。

冷却流体也可以从压缩机或其它冷却流体源供应至外端壁内的外端壁冷却腔室。冷却流体可以通过多个膜冷却孔中的一个或多个排出，所述多个膜冷却孔从一个或多个外端壁冷却腔室中的入口延伸至外端壁的与大体细长形的中空翼型件相交的外表面。具体而言，冷却流体可以流动穿过外端壁的外表面中的所述一行下游边缘膜冷却排出口、外端壁的外表面中的所述一行上游边缘膜冷却排出口和外端壁的外表面中的多个前边缘膜冷却排出口。冷却流体可以从下游边缘膜冷却排出口、上游边缘膜冷却排出口、前边缘膜冷却排出口、压力侧外端壁冷却口和抽吸侧外端壁冷却口排出，以沿着外端壁的外表面形成冷却流体的膜。

本冷却系统的优点是，冷却系统在不使用从尾部冷却腔室延伸的冷却通道的情况下在尾部冷却腔室的径向外侧提供膜冷却空气，由此消除由尾部冷却腔室中的碎屑造成阻塞的可能性。

本冷却系统的另一优点是，内端壁和外端壁中的膜冷却出口的总数(如图10和14中所示)少于大多数的常规系统(如图9和13中所示)，这降低了制造成本。

本冷却系统的再一优点是，内端壁和外端壁中的膜冷却出口的直径大于常规出口，由此降低了由碎屑形成阻塞的可能性，并且允许冷却孔的数量得到减少，同时任然提供相同量或大量的冷却流体，由此降低制造成本并提高冷却流体膜的覆盖范围。

这些和其它实施例在下面详细描述。

附图说明

附图(其并入说明书中并形成说明书的一部分)示出了本文公开的发明的实施例，并且与说明书一起公开了本发明的原理。

图1是常规涡轮翼型件的压力侧的透视图。

图2是两个翼型件的端壁的俯视图，其中标识出了有堵塞膜冷却孔的问题点。

图3是翼型件和端壁的局部透视图，其中标识出了有堵塞膜冷却孔的问题点。

图4是翼型件和端壁的局部透视图，其中标识出了有堵塞膜冷却孔的问题点以及损坏了的配合面。

图5是翼型件和端壁的另一局部透视图，其有堵塞膜冷却孔的问题点。

图6是端壁中的堵塞膜冷却孔的碎屑所在之处的冲击冷却腔室的剖视图。

图7是端壁中的堵塞膜冷却孔的碎屑所在之处的冲击冷却腔室的另一剖视图。

图8是具有冷却系统的特征的涡轮翼型件的压力侧的透视图。

图9是在图1中的剖切线9-9处所取的常规翼型件的内护罩的截面图。

图10是在图8中的剖切线10-10处所取的具有冷却系统的特征的内端壁的截面图。

图11是在图10中的剖切线11-11处所取的具有冷却系统的特征的内端壁的详细截面图。

图12是具有冷却系统的特征的内端壁的另一详细截面图。

图13是在图1中的剖切线13-13处所取的常规翼型件的外护罩的截面图。

图14是在图8中的剖切线14-14处所取的具有冷却系统的特征的外端壁的截面图。

具体实施方式

如图8、10-12和14中所示，公开了一种冷却系统10，其位于可用于涡轮发动机中的涡轮翼型件12内，并具有位于涡轮翼型件12的内端壁18和外端壁20内的膜冷却通道16，其中冷却流体被供应至膜冷却通道16(除了从尾部冷却腔室22之外)，以防止由通常在涡轮发动机的稳态操作期间通过尾部冷却腔室22聚集的碎屑在膜冷却通道16内发生阻塞。冷却系统10可以包括一个或多个中间冷却通道24，其从中间冷却腔室26延伸并包括出口28，所述出口28定位成比形成尾部冷却腔室22的上游壁32更靠近内端壁18的下游边缘30。因此，中间冷却通道24可以冷却位于尾部冷却腔室22径向外侧的内端壁18的侧面，而不接收来自尾部冷却腔室22的冷却流体，由此消除由尾部冷却腔室22中的碎屑造成阻塞的可能性。

在至少一个实施例中，涡轮翼型件12可以由大体细长形的中空翼型件34形成，所述中空翼型件34具有前边缘36、后边缘38、压力侧40、抽吸侧42、处于第一端部44处的内端壁18和处于第二端部46(其大体位于大体细长形的中空翼型件34的与第一端部44相对的相对侧)处的外端壁20、以及由细长形的中空翼型件34中的至少一个腔体48形成的冷却系统10。内端壁18可以包括一个或多个尾部冷却腔室22和位于尾部冷却腔室22上游的一个或多个中间冷却腔室26。尾部冷却腔室22可以位于中间冷却腔室26与内端壁18的下游边缘30之间。中间膜冷却通道24可以从一个或多个中间冷却腔室26延伸。中间膜冷却通道24可以具有处于中间冷却腔室26中的一个或多个入口50和定位成比形成尾部冷却腔室22的上游壁32更靠近内端壁18的下游边缘30的出口28，由此将中间膜冷却通道24的出口28设置在形成尾部冷却腔室22的上游壁32的下游。内端壁18的与大体细长形的中空翼型件34相交的外表面52可以是无穿孔的，没有来自从尾部冷却腔室22延伸的通道的任何出口。具体而言，冷却系统10不包括在尾部冷却腔室22中的入口和外表面52中的出口内的冷却通道。

冷却系统10可以包括一个或多个尾部膜冷却通道54，其从尾部冷却腔室22延伸至内端壁18的下游边缘30处的一个或多个出口56。在至少一个实施例中，冷却系统10可以包括从尾部冷却腔室22延伸的多个尾部膜冷却通道54，其中每个尾部膜冷却通道22可以具有处于下游边缘30中的出口28。中间膜冷却通道24的出口28可以位于内端壁18的与大体细长形的中空翼型件34相交的外表面52中。中间膜冷却通道24的出口28可以位于尾部冷却腔室22的径向外侧。一个或多个分支中间膜冷却通道58可以从中间膜冷却腔室26延伸，并包括处于内端壁18的与大体细长形的中空翼型件34相交的外表面52中的出口60。分支中间膜冷却通道58的出口60可以位于尾部冷却腔室22的径向外侧。

如图10-12中所示，冷却系统10可以包括定位在内端壁18中处于大体细长形的中空翼型件34的压力侧40外的一个或多个中间膜冷却通道24以及定位在内端壁18中处于大体细长形的中空翼型件34的抽吸侧42外的一个或多个中间膜冷却通道24。在另一实施例中，冷却系统10可以包括定位在内端壁18中处于大体细长形的中空翼型件34的压力侧40外的多个中间膜冷却通道24以及定位在内端壁18中处于大体细长形的中空翼型件34的抽吸侧42外的多个中间膜冷却通道24。冷却系统10还可以包括在内端壁18的上游边缘66与下游边缘30之间延伸的第一配合面64处具有出口62的多个膜冷却通道。在至少一个实施例中，第一配合面64可以处于大体细长形的中空翼型件34的抽吸侧42。

如图14中所示，外端壁20可以包括多个部分的冷却系统10。具体而言，外端壁20可以包括多个膜冷却孔68，其从一个或多个外端壁冷却腔室72中的入口70延伸至外端壁20的与大体细长形的中空翼型件34相交的外表面74。外端壁20中的多个膜冷却孔68可以包括：一行76下游边缘膜冷却排出口78，其处于外端壁20的外表面74中，并且定位成邻近外端壁20的下游边缘30并处于外端壁20的下游边缘30的上游；一行80上游边缘膜冷却排出口82，其处于外端壁20的外表面74中，并且定位成邻近外端壁20的上游边缘66并处于外端壁20的上游边缘66的下游；和多个前边缘膜冷却排出口84，其处于外端壁20的外表面74中，并且定位成邻近外端壁20和大体细长形的中空翼型件34的前边缘36的交点86，并处于所述交点86的上游。在至少一个实施例中，所述一行76下游边缘膜冷却排出口78可以包括少于15个的下游边缘膜冷却排出口78。在至少一个实施例中，所述一行76下游边缘膜冷却排出口78可以包括少于十个或更少的下游边缘膜冷却排出口78。下游边缘膜冷却排出口78可以具有大约1毫米到大约1.5毫米的直径。

外端壁20的外表面74中的所述一行80上游边缘膜冷却排出口82可以包括处于外表面74中的少于35个的上游边缘膜冷却排出口82。在另一实施例中，外端壁20的外表面74中的所述一行80上游边缘膜冷却排出口82可以包括处于外表面74中的少于32个的上游边缘膜冷却排出口82。上游边缘膜冷却排出口82可以具有0.5毫米到1.0毫米的直径。

在至少一个实施例中，外端壁20的外表面74中的多个前边缘膜冷却排出口84可以包括10个或更少的前边缘膜冷却排出口84。在另一实施例中，外端壁20的外表面74中的多个前边缘膜冷却排出口84可以包括少于六个的前边缘膜冷却排出口84。前边缘膜冷却排出口84可以具有0.5毫米到1.0毫米的直径。外端壁20的除了所述一行76下游边缘膜冷却排出口78、所述一行80上游边缘膜冷却排出口82和前边缘膜冷却排出口84之外的部分中的膜冷却孔68可以具有大约1.5毫米到大约2.5毫米的直径。外端壁20中的多个膜冷却孔68可以包括多个压力侧外端壁冷却口88和多个抽吸侧外端壁冷却口90。

使用期间，可以将冷却流体从压缩机或其它冷却流体源供应至内端壁18内的中间冷却腔室26。然后，冷却流体可以被传送到中间冷却通道24的入口50中，并流动穿过中间冷却通道24，其中冷却流体通过内端壁18的外表面52中的出口28排出。

冷却流体也可以通过分支中间冷却通道58排出，穿过出口至邻近尾部冷却腔室22的内端壁18的再一些冷却侧面。来自中间冷却腔室26的冷却流体也可以从第一配合面64上的出口62排出。冷却流体可以被供应至尾部冷却腔室22，并以内端壁18的下游边缘30中的出口56通过尾部冷却通道54排出。冷却流体也可以从压缩机或其它冷却流体源供应至外端壁20内的外端壁冷却腔室72。冷却流体可以通过多个膜冷却孔68中的一个或多个排出，所述多个膜冷却孔68从一个或多个外端壁冷却腔室72中的入口70延伸至外端壁20的与大体细长形的中空翼型件34相交的外表面74。具体而言，冷却流体可以流动穿过外端壁20的外表面74中的所述一行76下游边缘膜冷却排出口78、外端壁20的外表面74中的所述一行80上游边缘膜冷却排出口82和外端壁20的外表面74中的多个前边缘膜冷却排出口84。冷却流体可以从下游边缘膜冷却排出口78、上游边缘膜冷却排出口82、前边缘膜冷却排出口84、压力侧外端壁冷却口88和抽吸侧外端壁冷却口90排出，以沿着外端壁20的外表面74形成冷却流体的膜。

前述内容被提供来用于示出、说明和描述本发明的实施例。这些实施例的变型和调整对本领域技术人员来说将是显而易见的，并且可以在不背离本发明的范围或精神的情况下做出。