本实用新型大体上涉及涡轮系统，且更具体地说，涉及用于翼型的冷却回路。
背景技术：
燃气涡轮系统是广泛用于例如发电等领域的涡轮机的一个实例。常规燃气涡轮系统包括压缩机区段、燃烧室区段和涡轮区段。在燃气涡轮系统操作期间，系统中的涡轮叶片和喷嘴翼型等各种部件会经历可致使所述部件失效的高温流。由于较高的温度流一般会使燃气涡轮系统的性能、效率和功率输出提高，因此有利的是使经历高温流的部件冷却以允许燃气涡轮系统在增加的温度下操作。
叶片通常包括错综复杂的内部冷却通道。通过例如燃气涡轮系统的压缩机提供的冷却剂可以传递通过冷却通道并传递到冷却通道之外以冷却叶片的各部分。由叶片中的一个或多个冷却通道形成的冷却回路可以包括例如内部近壁冷却回路、内部中心冷却回路、尖端冷却回路，以及邻接叶片的前边缘和后边缘的冷却回路。
技术实现要素：
本实用新型的第一方面提供一种用于叶片的后边缘冷却系统，其包括冷却回路，所述冷却回路包括：朝向叶片的后边缘延伸且流体地耦合到冷却剂供给的向外支路(outward leg)；远离叶片的后边缘延伸且流体地耦合到汇集通道(collection passage)的返回支路(return leg)；以及用于耦合向外支路与返回支路的弯曲部(a turn)；其中向外支路沿着叶片的径向轴与返回支路径向偏移。
其中，所述向外支路相对所述返回支路的所述径向偏移是由下列各物组成的群组中选出：从所述返回支路径向朝外和从所述返回支路径向朝内。
其中，所述返回支路的大小与所述向外支路的大小不同。
其中，所述返回支路相对于所述向外支路周向偏移。所述周向偏移是由下列各物组成的群组中选出：所述向外支路沿着所述翼型主体的吸力侧延伸且所述返回支路沿着所述翼型主体的压力侧延伸，以及所述向外支路沿着所述翼型主体的所述压力侧延伸且所述返回支路沿着所述翼型主体的所述吸力侧延伸。
本实用新型的第二方面提供一种多壁涡轮叶片，其包括设设置于所述多壁涡轮叶片内的后边缘冷却系统，所述后边缘冷却系统包括至少部分地沿着叶片的后边缘的径向长度延伸的多个冷却回路，每个冷却回路包括：朝向叶片的后边缘延伸且流体地耦合到冷却剂供给的向外支路；远离叶片的后边缘延伸且流体地耦合到汇集通道的返回支路；以及用于耦合向外支路与返回支路的弯曲部；其中向外支路沿着叶片的径向轴与返回支路径向偏移。
本实用新型的第三方面提供涡轮机，其包括燃气涡轮系统，所述燃气涡轮系统包括压缩机部件、燃烧室部件和涡轮部件，所述涡轮部件包括多个涡轮叶片，所述涡轮叶片中的至少一个包括叶片以及设设置于叶片内的后边缘冷却系统，所述后边缘冷却系统包括至少部分地沿着叶片的后边缘的径向长度延伸的多个冷却回路，每个冷却回路包括：朝向叶片的后边缘延伸且流体地耦合到冷却剂供给的向外支路；远离叶片的后边缘延伸且流体地耦合到汇集通道的返回支路；以及用于耦合向外支路与返回支路的弯曲部；其中向外支路沿着叶片的径向轴与返回支路径向偏移，并且其中向外支路相对于返回支路横向偏移。
本实用新型的第四方面提供一种用于翼型的后边缘试片(trailing edge coupon)，所述试片包括试片主体，所述试片主体包括：冷却剂供给；朝向试片的后边缘延伸且流体地耦合到冷却剂供给的向外支路；远离试片的后边缘延伸且沿着试片的径向轴与向外支路径向偏移的返回支路；用于流体地耦合向外支路与返回支路的弯曲部；流体地耦合到返回支路的汇集通道；以及被配置成与翼型的翼型主体配合的耦合区。
其中，所述向外支路相对所述返回支路的所述径向偏移是由下列各物组成的群组中选出：从所述返回支路径向朝外和从所述返回支路径向朝内。
其中，所述返回支路的大小与所述向外支路的大小不同。
其中，所述返回支路相对于所述向外支路周向偏移。所述周向偏移是由下列各物组成的群组中选出：所述向外支路沿着所述翼型主体的吸力侧延伸且所述返回支路沿着所述翼型主体的压力侧延伸，以及所述向外支路沿着所述翼型主体的所述压力侧延伸且所述返回支路沿着所述翼型主体的所述吸力侧延伸。
本实用新型的第五方面提供一种涡轮机翼型，其包括翼型主体和试片，所述试片具有试片主体，所述试片主体包括：冷却剂供给；朝向试片的后边缘延伸且流体地耦合到冷却剂供给的向外支路；远离试片的后边缘延伸且沿着试片的径向轴与向外支路径向偏移的返回支路；用于流体地耦合向外支路与返回支路的弯曲部；流体地耦合到返回支路的汇集通道；以及被配置成与翼型配合的耦合区。
其中，所述耦合区置于所述试片的前端处，并且耦合到所述翼型主体的后边缘。
其中，所述耦合区置于所述试片的一侧处，并且耦合到所述翼型主体的压力侧和吸力侧中的一个。
其中，所述试片主体包括共同地形成所述试片主体的第一区段和第二区段；并且其中，所述第一区段和第二区段钎焊在一起，并且所述试片钎焊到所述翼型主体。
其中，所述涡轮机翼型进一步包括冷却剂流，其穿过所述冷却剂供给、所述向外支路、所述弯曲部和所述返回通道并流入所述汇集通道，并且从所述汇集通道流到所述翼型的所述翼型主体的至少一个冷却回路。所述至少一个冷却回路提供薄膜冷却、对流冷却或冲击冷却中的至少一种。
本实用新型的第六方面提供一种涡轮系统，其包括燃气涡轮系统，所述燃气涡轮系统包括压缩机部件、燃烧室部件和涡轮部件；所述涡轮部件包括多个涡轮叶片，所述涡轮叶片中的至少一个包括具有翼型主体的叶片以及耦合到所述翼型主体的后边缘的试片，所述试片具有试片主体，所述试片主体包括：冷却剂供给；朝向试片的后边缘延伸且流体地耦合到冷却剂供给的向外支路；远离试片的后边缘延伸且沿着试片的径向轴与向外支路径向偏移的返回支路；用于流体地耦合向外支路与返回支路的弯曲部；流体地耦合到返回支路的汇集通道；以及被配置成与翼型的翼型主体配合的耦合区。
本实用新型的第七方面包括一种用于翼型的边缘试片，所述试片包括试片主体，所述试片主体包括：冷却剂供给；朝向试片的边缘延伸且流体地耦合到冷却剂供给的向外支路；远离试片的边缘延伸且沿着试片的径向轴与向外支路径向偏移的返回支路；用于流体地耦合向外支路与返回支路的弯曲部；流体地耦合到返回支路的汇集通道；以及被配置成与翼型的翼型主体配合的耦合区。
本实用新型的说明性方面解决本说明书描述的问题和/或未讨论的其它问题。
附图说明
根据结合描绘本实用新型各种实施例的附图进行的本实用新型各个方面的以下详细描述，将更容易理解本实用新型的这些和其它特征。
图1是根据各种实施例的叶片的透视图。
图2A是根据各种实施例沿图1中线X--X获取的图1的叶片的横截面视图。
图2B是根据各种替代实施例沿图1中线X--X获取的图1的叶片的横截面视图。
图3是根据各种实施例的后边缘冷却回路的一部分的侧视图。
图4是根据各种实施例的图3的后边缘冷却回路的顶部横截面视图。
图5的透视图描绘根据各种实施例的图1的叶片在图3和4中示出的区段。
图6是根据各种实施例的后边缘冷却回路的一部分的侧视图。
图7是根据各种实施例的图6的后边缘冷却回路的顶部横截面视图。
图8是根据各种实施例的后边缘冷却回路的一部分的侧视图。
图9是根据各种实施例的后边缘冷却回路的一部分的侧视图。
图10是根据各种实施例的燃气涡轮系统的示意图。
图11是根据各种实施例的包括冷却回路的试片的透视图。
图12是根据各种实施例的包括冷却回路的试片的顶视图。
图13是描绘根据各种实施例的试片放置的透视图。
图14是根据各种实施例的包括分段试片的试片的透视图。
图15是根据各种实施例的包括侧面安装试片的试片的透视图。
图16是根据各种实施例的前边缘试片的透视图。
应注意，本实用新型的附图未必按比例绘制。附图旨在仅示出本实用新型的典型方面，因此不应视为是对本实用新型范围的限制。在附图中，相同的数字表示各图之间的相同元件。
具体实施方式
如上文所指示，本实用新型大体上涉及涡轮系统，且更具体地说，涉及用于叶片的翼型的冷却回路，例如用于多壁叶片的翼型的冷却回路。叶片可包括例如涡轮系统的涡轮叶片或喷嘴。另外，本实用新型提供一种用于涡轮机翼型的试片。
根据实施例，本实用新型提供一种具有流复用(flow reuse)功能的用于冷却涡轮系统(例如燃气涡轮系统)的叶片翼型的后边缘冷却回路。冷却剂流在流过后边缘冷却回路之后被再次使用。在冷却剂流穿过后边缘冷却回路之后，可汇集冷却剂流并将之用来冷却叶片的翼型的其它区段。例如，可将冷却剂流引导到叶片的翼型的压力侧或吸力侧中的至少一个进行对流和/或薄膜冷却。此外，可将冷却剂流提供到叶片内的其它冷却回路，包括尖端冷却回路和平台冷却回路。
传统后边缘冷却回路通常在冷却剂流流过后边缘冷却回路之后将其排出叶片的翼型。这并未有效使用冷却剂，因为冷却剂在从叶片排出之前的使用可能未达到其最大热容量。对比而言，根据实施例，冷却剂流在穿过后边缘冷却回路之后用于叶片的进一步冷却。本实用新型的另外实施例提供用于附接到翼型从而提供内部并未提供的类似功能的试片。
在附图中(见例如图10)，“A”轴表示轴向定向。如本说明书所用，术语“轴向”和/或“轴向地”是指物体沿着轴A的相对位置/ 方向，所述轴A与涡轮系统(确切地说，转子区段)的旋转轴大体上平行。如本说明书进一步所用，术语“径向”和/或“径向地”是指物体沿着轴“r”(见例如图1)的相对位置/方向，所述轴“r”与轴A大体上垂直且仅在一个位置处与轴A相交。最后，术语“周向”是指围绕轴A的移动或位置。
转向图1，示出涡轮叶片2的透视图。涡轮叶片2包括柄部4和耦合到柄部4且从其朝外径向延伸的翼型6。翼型6包括翼型主体 9，所述翼型主体包括压力侧8、相对的吸力侧10和尖端区域52。翼型6进一步包括在压力侧8与吸力侧10之间的前边缘14，以及在压力侧8与吸力侧10之间在与前边缘14相对的一侧上的后边缘16。翼型6远离压力侧平台5和吸力侧平台7径向延伸。
柄部4和翼型6各自可由一种或多种金属(例如镍、镍合金等) 形成，并且可以根据常规方法形成(例如铸造、锻造或以其它方式机械加工)。柄部4和翼型6可以一体地形成(例如铸造、锻造、三维打印等)，或可以形成为后续(例如，通过焊接、钎焊、搭接或其它耦合机构)接合的独立部件。
图2A和2B描绘沿图1的线X--X获取的翼型6的两个示意性实施例的横截面视图。如图2A所示，翼型6可以包括作为多壁叶片的一部分的多个内部通道。然而，需要强调的是，本实用新型的教示同样适用于并非多壁且不包括多个内部通道的翼型和叶片，例如图 2B所示。在实施例中，翼型6包括至少一个前边缘通道18、至少一个压力侧(近壁)通道20、至少一个吸力侧(近壁)通道22、至少一个后边缘通道24和至少一个中心通道26。当然，翼型6内的通道 18、20、22、24、26的数目可以取决于例如翼型6的特定配置、大小、预定用途等而改变。为此，本说明书中公开的实施例所示出的通道18、20、22、24、26的数目并不意味着是限制性的。根据实施例，可使用通道18、20、22、24、26的不同组合而提供各种冷却回路。
图3到5中描绘包括后边缘冷却回路30的实施例。顾名思义，后边缘冷却回路30位于在翼型6的压力侧8与吸力侧10之间邻接翼型6的后边缘16。
后边缘冷却回路30包括多个径向隔开的(即，沿着“r”轴(见例如图1))冷却回路32(仅示出两个)，所述冷却回路各自包括向外支路34、弯曲部36和返回支路38。向外支路34朝向翼型6的后边缘16轴向延伸。返回支路38朝向翼型6的前边缘14轴向延伸。在实施例中，后边缘冷却回路30可以沿着翼型6的后边缘16的整个径向长度L(图5)延伸。在其它实施例中，后边缘冷却回路30可以部分地沿着翼型6的后边缘16的一个或多个部分延伸。
在每个冷却回路32中，向外支路34通过弯曲部36相对于返回支路38沿着“r”轴径向偏移。为此，弯曲部36将设设置在第一径向平面P1处的冷却回路32的向外支路34流体地耦合到设设置在不同于第一径向平面P1的第二径向平面P2中的冷却回路32的返回支路 38。在图3所示的非限制性实施例中，例如，在每个冷却回路32 中，向外支路34相对于返回支路36朝外径向放置。在其它实施例中，在冷却回路32中的一个或多个中，可逆转向外支路34相对于返回支路38的径向放置，使得向外支路34相对于返回支路36朝内径向放置。图3所描绘的后边缘冷却回路30的部分在翼型6内的非限制性位置28在图5示出。
如图4所示，除径向偏移(radial offset)之外，向外支路34还可以通过弯曲部36相对于返回支路38成角度α周向偏移。在此配置中，向外支路34沿着翼型6的吸力侧10延伸，而返回支路38沿着翼型6的压力侧8延伸。每个支路34、38可以遵循(follow)其相应邻接侧8或10的外部轮廓。径向和周向偏移可以例如基于后边缘冷却回路30的几何形状和热容量约束和/或其它因素而改变。在其它实施例中，向外支路34可以沿着翼型6的压力侧8延伸，而返回支路 38可以沿着翼型6的吸力侧10延伸。每个支路34、38可以遵循其相应邻接侧8或10的外部轮廓。
冷却剂流40，例如由燃气涡轮系统102(图10)的压缩机104 产生的空气，通过至少一个冷却剂供给42流入后边缘冷却回路30。每个冷却剂供给42可以例如使用图2A所描绘的后边缘通道24中的一个形成，或可以使用翼型6中的任何其它合适的冷却剂源提供。在每个冷却回路32处，冷却剂流40的一部分44进入冷却回路32的向外支路34并流向弯曲部36。冷却剂流44通过冷却回路32的弯曲部 36重新引导(例如逆转)并且流入冷却回路32的返回支路38。对于每个冷却回路32，进入每个向外支路34的冷却剂流40的部分44可以相同。或者，对于不同组(即，一个或多个)冷却回路32，进入每个向外支路34的冷却剂流40的部分44可以不同。
根据实施例，来自后边缘冷却回路30的多个冷却回路32的冷却剂流44流出冷却回路32的返回支路38，并流入汇集通道46中。可提供单个汇集通道46，当然，也可利用多个汇集通道46。汇集通道 46可以例如使用图2A所描绘的后边缘通道24中的一个形成，或可以使用一个或多个其它通道和/或翼型6内的通道提供。虽然在图3 中示出为朝外径向流过汇集通道46，但“使用过的”冷却剂实际上可以朝内径向流过汇集通道46。
流入且通过汇集通道46的冷却剂48或其一部分可以(例如，使用一个或多个通道(例如通道18-24)和/或翼型6内的通道)被引导到翼型和/或叶片的一个或多个额外冷却回路。为此，冷却剂48的至少一些残留热容量(remaining heat capacity)能用于冷却目的，而不是无效地从翼型6的后边缘16排出。
冷却剂48或其一部分可以用于对翼型6的各个区域或叶片的其它部分提供薄膜冷却。例如，如图1和2所描绘，冷却剂48可以用于对翼型6的压力侧8、吸力侧10、压力侧平台5、吸力侧平台7和尖端区域52中的一个或多个提供冷却薄膜50。
冷却剂48或其一部分还可以在翼型6中的多通道(例如螺旋形)冷却回路中使用。例如，冷却剂48可以供给到由多个压力侧通道20、多个吸力侧通道22、多个后边缘通道24或其组合形成的螺旋形冷却回路(serpentine cooling circuit)中。图2A中描绘了使用多个后边缘通道24形成的说明性螺旋形冷却回路54。在螺旋形冷却回路54 中，冷却剂48的至少一部分在第一径向方向(例如离开页面)上流动通过后边缘通道24、在相反的径向方向(例如进入页面)上流动通过另一后边缘通道24，且在第一径向方向上流动通过又另一后边缘通道24。可以使用压力侧通道20、吸力侧通道22、中心通道26 或其组合形成类似的螺旋形冷却回路54。
冷却剂48还可以用于冲击冷却，或连同冷却销或散热片一起使用。例如，在图2A所描绘的非限制性实例中，冷却剂48的至少一部分可以被引导到中心通道26、通过冲击孔56，并被引导到前边缘通道18的前沿表面58上，从而对翼型6的前边缘14提供冲击冷却。还预期冷却剂48用于冲击的其它用途。冷却剂48的至少一部分还可以被引导通过一组冷却销或散热片60(例如在通道(例如后边缘通道24)内)。还可能存在采用冷却剂48的许多其它冷却应用。
在实施例中，后边缘冷却回路30中的一个或多个冷却回路32的支路(legs)可以具有不同大小。例如，如图6和7所描绘，每个冷却回路32中的向外支路34可以比返回支路38更大(例如，以促进热传递)。例如，可以通过增大向外支路34的径向高度或周向宽度中的至少一个来增大向外支路34的大小。在其它实施例中，向外支路 34可以小于返回支路38。
在进一步实施例中，后边缘冷却回路30的冷却回路32中的向外支路34和返回支路38的大小可以例如基于冷却回路32在翼型6的后边缘16内的相对径向位置而改变。例如，如图8所描绘，径向朝外的冷却回路32A的向外支路34A和返回支路38A的大小可以分别比冷却回路32B的向外支路34B和返回支路38B更大(例如，以促进热传递)。
在另外的实施例中，可以在后边缘冷却回路30的至少一个冷却回路32中的向外支路34或返回支路38中的至少一个内设置障碍物。所述障碍物可包括例如金属销、凸块、散热片、插塞和/或类似物。此外，障碍物的密度可以基于冷却回路32在翼型6内的相对径向位置而改变。例如，如图9所描绘，可以在径向朝外的冷却回路 32C的向外支路34C和返回支路38C中以及在冷却回路32D的向外支路34D和返回支路38D中设置一组障碍物62。向外支路34C、 34D中的障碍物62的密度可分别比返回支路38C、38D中的障碍物 62的密度更高(例如，以促进热传递)。此外，相较于冷却回路 32D，径向朝外的冷却回路32C中的障碍物62的相对密度可更高 (例如，以促进热传递)。
图10示出如本说明书可使用的燃气涡轮机102的示意图。燃气涡轮机102可以包括压缩机104。压缩机104压缩进入的空气流 106。压缩机104将压缩空气流108输送到燃烧室110。燃烧室110 将压缩空气流108与加压燃料流112混合并点燃混合物以产生燃烧气体流114。虽然仅示出单个燃烧室110，但燃气涡轮系统102可以包括任何数目的燃烧室110。燃烧气体流114继而被输送到涡轮116，所述涡轮通常包括多个涡轮叶片或喷嘴2(图1)。燃烧气体流114驱动涡轮116以产生机械功。涡轮116中产生的机械功通过轴118驱动压缩机104，且可用来驱动外部负载120，例如发电机和/或类似物。
本说明书中描述的冷却回路32已说明为应用于特定翼型6。将有益的是将冷却回路32的优点提供至尚不包括此类回路的翼型。根据图11-15中示出的本实用新型的另一实施例，提供后边缘试片 170，所述后边缘试片为尚不包括此类冷却回路的涡轮机叶片或喷嘴的翼型提供本说明书所描述的冷却回路。根据图16中示出的本实用新型的又一实施例，提供前边缘试片370，所述前边缘试片为尚不包括此类冷却回路的涡轮机叶片或喷嘴的翼型的前边缘提供本说明书所描述的冷却回路。
图11示出用于翼型172且抵靠其后边缘174放置的后边缘试片 170(在下文中称为“试片170”)的一部分的透视图。试片170提供后边缘冷却回路130，所述回路包括一个或多个径向隔开的冷却回路 132(示出两个)，类似于本说明书中描述的回路30和32(图3)。翼型172的翼型主体173大体类似于本说明书中描述的翼型6(图1) 的翼型主体，区别在于翼型主体173不包括冷却回路30、32(图 3)。此外，如本说明书中将描述，翼型172可以包括到冷却后边缘 174的冷却剂通道或后边缘冷却剂排气孔，并且还被配置成容纳试片 170。
图11示出试片170可以包括试片主体176。试片主体176可以由任何能够与翼型主体173耦合的材料制成。在一个实施例中，试片主体176包括能够钎焊到后边缘174的预烧结预成型材料。类似于后边缘回路30(图3)，试片主体176可以包括冷却剂供给180、向外支路182、返回支路184、弯曲部186和汇集通道188。向外支路182 朝向试片170的后边缘190(其替代后边缘174)延伸并且流体地耦合到冷却剂供给180。返回支路184远离试片170的后边缘190延伸，并且沿着试片170的径向轴“r”与向外支路182径向偏移。弯曲部186流体地耦合向外支路182与返回支路184。汇集通道188流体地耦合到返回支路184。
在每个冷却回路132中，向外支路182通过弯曲部186相对于返回支路184沿着“r”轴径向偏移。为此，弯曲部186将设设置在第一径向平面P3处的冷却回路132的向外支路182流体地耦合到设设置在不同于第一径向平面P3的第二径向平面P4中的冷却回路132的返回支路184。在图11所示的非限制性实施例中，例如，在每个冷却回路132中，向外支路182相对于返回支路184朝外径向放置。在其它实施例中，在冷却回路132中的一个或多个中，可逆转向外支路 182相对于返回支路184的径向放置，使得向外支路182相对于返回支路184朝内径向放置。也就是说，向外支路182与返回支路184的径向偏移可以是以下中的任一种：从返回支路184径向朝外或从返回支路184径向朝内。
如图12所示，除径向偏移之外，向外支路182还可以通过弯曲部186相对于返回支路184成角度β周向偏移。在此配置中，向外支路182沿着与翼型172的吸力侧10一致的试片的吸力侧194延伸，而返回支路184沿着与翼型172的压力侧8一致的试片170的压力侧 196延伸。每个支路182、184可以遵循(follow)试片170的其相应邻接侧194或196的外部轮廓。径向和周向偏移可以例如基于后边缘冷却回路130的几何形状和热容量限制和/或其它因素而改变。在其它实施例中，向外支路182可以沿着试片170的压力侧196延伸，而返回支路186可以沿着试片170的吸力侧194延伸。每个支路182、184可以遵循试片170的其相应邻接侧194或196的外部轮廓。
在进一步实施例中，如本说明书相对于图6到8的翼型6的类似实施例所描述，试片170的后边缘冷却回路130的一个或多个冷却回路132中的向外支路182和返回支路184的大小可以例如基于冷却回路132在试片170和/或翼型172的后边缘190内的相对径向位置而改变。见相对于图6到8的支路34、38的先前描述。在另外的实施例中，如相对于图9所描述，可以在试片170的后边缘冷却回路130 的至少一个冷却回路132中的向外支路182或返回支路184中的至少一个内设置障碍物。所述障碍物可以采用本说明书中描述的任何形式。此外，根据图9的描述，障碍物的密度可以基于冷却回路132在试片170和/或翼型172内的相对径向位置而改变。
图13中示出了试片170(具有图11中描绘的后边缘冷却回路 130)在翼型172内的非限制性位置。如图13所示，在实施例中，试片170A和试片170A中的后边缘冷却回路可以沿着翼型172的后边缘174的整个径向长度L延伸。在其它实施例中，如图13中的虚线所示，试片170B(和试片170B中的后边缘冷却回路130)可以部分地沿着翼型172的后边缘174的一个或多个部分延伸。
返回到图11，试片170还包括耦合区192，所述耦合区被配置成与翼型172的翼型主体173配合，例如，与其后边缘174配合。耦合区192可以包括允许试片170耦合到翼型主体173的任何表面形状、尺寸等。在图11示出的一个非限制性实施例中，耦合区192包括以形状和大小设定为与翼型172的后边缘174配合的方式使得试片170 能钎焊到翼型172的曲面194。也就是说，耦合区192置于试片170 的前端处，并且耦合到翼型172的翼型主体173的后边缘174。在一个替代实施例中，如图14所示，试片270包括具有第一区段278和分开的第二区段280的试片主体276，所述第一区段和第二区段共同地形成所述试片主体。每个区段278、280可以包括相应后边缘冷却回路132的一部分。在示出的实例中，第一区段278包括冷却剂供给180和向外支路182，并且第二区段280包括汇集通道188、返回支路184和弯曲部186。第二部分280中的弯曲部186被配置成与第一区段278中的向外支路182流体地配合。当然，在分段的试片中可能存在各种替代通道配置。任何情况下，第一区段278和第二区段280 均钎焊在一起，并且试片270钎焊到翼型272的翼型主体273。试片 270的耦合区可以包括与翼型272的后边缘274配合的配合曲面 294、296。
在图15中示出的另一非限制性实施例中，试片370可被配置成与翼型372的一侧398配合。在这种情况下，耦合区392置于试片 370的一侧处，并且耦合到翼型主体373的压力侧8(示出)和吸力侧10中的一个的底座393。翼型主体373和试片370具有允许冷却剂流到试片370的配合通道。
现将参考图11的实施例描述根据各种实施例的试片的操作。在操作中，当试片耦合到翼型时，冷却剂供给180被配置成流体地耦合到翼型172的翼型主体173中的冷却剂供给200，并且汇集通道188 被配置成流体地耦合到翼型172的翼型主体173中的冷却剂通道 202。冷却剂供给200可以包括在翼型主体173内的能够将冷却剂输送到冷却剂供给180的任何形式的通道。在一个实施例中，翼型主体 172中的冷却剂供给200可以包括在后边缘174内的一个或多个后边缘出口孔。然而，可能存在各种替代冷却剂供给200。冷却剂供给 180可以包括能够耦合到多个径向隔开的向外支路182的径向延伸的通道204，且必要时可以包括与翼型主体173中的冷却剂供给202流体耦合的任何形式的连接通道206。汇集通道188可以类似地包括能够耦合到多个径向隔开的返回支路184的径向延伸的通道208，且必要时可以包括与翼型主体173中的冷却剂通道202流体耦合的任何形式的连接通道210。冷却剂供给200和冷却剂通道202可以耦合到本说明书中描述的任何冷却剂通道22、24、26(图2A)。在图11中，例如，冷却剂供给180和汇集通道188在同一径向平面内并排地周向放置。如图12中的顶视图所示，在替代实施例中，冷却剂供给180 和汇集通道188可以轴向隔开。
冷却剂流140，例如由燃气涡轮系统102(图10)的压缩机104 产生的空气，通过至少一个冷却剂供给180流入试片170的后边缘冷却回路130。每个冷却剂供给180可以例如使用图2A中描绘的后边缘通道24中的一个流体地耦合到冷却剂源，或可以使用翼型172中的任何其它合适的冷却剂源提供。在每个冷却回路132处，冷却剂流 140的一部分144进入冷却回路132的向外支路182并流向弯曲部 186。冷却剂流144通过冷却回路132的弯曲部186重新引导(例如逆转)并且流入冷却回路132的返回支路184。如本说明书相对于图 3所描述，对于每个冷却回路132，进入每个向外支路182的冷却剂流140的部分144可以相同。或者，对于不同组(即，一个或多个) 冷却回路132，进入每个向外支路182的冷却剂流140的部分144可以不同。
根据实施例，来自后边缘冷却回路130的多个冷却回路132的冷却剂流144流出冷却回路132的返回支路184并流入汇集通道188 中。可提供单个汇集通道188，当然，也可利用多个汇集通道188。汇集通道188可以形成于试片170中，并且可以通过汇集通道210流体地耦合到例如图2A所描绘的后边缘通道24中的一个，或可以使用一个或多个其它通道和/或翼型172(类似于图2A中的翼型6)内的通道提供。虽然在图11中示出为朝外径向流过汇集通道188，但“使用过的”冷却剂实际上可以朝内径向流过汇集通道188。
流入且通过汇集通道188的冷却剂148或其一部分可以(例如，使用一个或多个通道(例如图2A中的通道18到24)和/或翼型172 内的通道)被引导到翼型和/或叶片的一个或多个额外冷却回路，如本说明先前所描述。为此，冷却剂148的至少一些残留热容量能用于冷却目的而不是无效地从翼型172的后边缘174排出，即使翼型172 最初并不包括后边缘冷却回路130。
如本说明书中描述，冷却剂148或其一部分可以用于对翼型172 的各个区域或叶片2的其它部分提供薄膜冷却。例如，如图1和2所描绘，冷却剂148可以用于对翼型172的压力侧8、吸力侧10、压力侧平台5、吸力侧平台7和尖端区域52中的一个或多个提供冷却薄膜50。
也如本说明书中描述，冷却剂148或其一部分还可以在翼型172 中的多通道(例如螺旋形)冷却回路中使用。例如，冷却剂148可以供给到由多个压力侧通道20、多个吸力侧通道22、多个后边缘通道 24或其组合形成的螺旋形冷却回路(serpentine cooling circuit)中。图 2A中描绘了使用多个后边缘通道24形成的说明性螺旋形冷却回路 54。在螺旋形冷却回路54中，冷却剂148的至少一部分在第一径向方向(例如离开页面)上流动通过后边缘通道24，在相反的径向方向(例如进入页面)上流动通过另一后边缘通道24，且在第一径向方向上流动通过又一后边缘通道24。可以使用压力侧通道20、吸力侧通道22、中心通道26或其组合形成类似的螺旋形冷却回路54。
另外，如本说明书中描述，冷却剂148还可以用于冲击冷却，或连同冷却销或散热片一起使用。例如，在图2A所描绘的非限制性实例中，冷却剂148的至少一部分可以被引导到中心通道26、通过冲击孔56，并被引导到前边缘通道18的前沿表面58上，从而对翼型6 的前边缘14提供冲击冷却。还预期冷却剂148用于冲击的其它用途。冷却剂148的至少一部分还可以被引导通过一组冷却销或散热片 60(例如在通道(例如后边缘通道24)内)。还可能存在采用冷却剂 48的许多其它冷却应用。
图16示出用于翼型373且抵靠其前边缘374放置的前边缘试片 370(在下文中称为“试片370”)的一部分的透视图。试片370提供前边缘冷却回路330，所述回路包括一个或多个径向隔开的冷却回路 333(示出三个)，类似于本说明书中描述的回路30和32(图3)以及冷却回路130(图11)。翼型373的翼型主体373大体类似于本说明书中描述的翼型6(图1)的翼型主体，区别在于翼型主体373在其前边缘不包括冷却回路。此外，如本说明书中将描述，翼型372可以包括用于冷却前边缘374的冷却剂通道(例如，至少一个压力侧 (近壁)通道20、或至少一个吸力侧(近壁)通道22(图2A))或前边缘冷却剂排气孔，并且还被配置成容纳试片370。
图16示出试片370可以包括试片主体376。试片主体376可以由任何能够与翼型主体373耦合的材料制成。在一个实施例中，试片主体376包括能够钎焊到后边缘374的预烧结预成型材料。类似于后边缘回路30(图3)和试片170(图11)，试片主体376可以包括冷却剂供给380、向外支路382、返回支路384、弯曲部386和汇集通道388。向外支路382朝向试片370的前边缘390(其替代前边缘 374)延伸并且流体地耦合到冷却剂供给380。返回支路384远离试片370的前边缘390延伸，并且沿着试片370的径向轴“r”与向外支路382径向偏移。弯曲部386流体地耦合向外支路382与返回支路 384。汇集通道388流体地耦合到返回支路384。
在每个冷却回路332中，向外支路382通过弯曲部386相对于返回支路384沿着“r”轴径向偏移。为此，弯曲部386将设置在第一径向平面P5处的冷却回路332的向外支路382流体地耦合到设置在不同于第一径向平面P5的第二径向平面P6中的冷却回路332的返回支路384。在图16所示的非限制性实施例中，例如，在每个冷却回路332中，向外支路382相对于返回支路384朝外径向放置。在其它实施例中，在冷却回路332中的一个或多个中，可逆转向外支路382 相对于返回支路384的径向放置，使得向外支路382相对于返回支路 384朝内径向放置。也就是说，向外支路382与返回支路384的径向偏移可以是以下中的任一种：从返回支路384径向朝外或从返回支路 384径向朝内。
如相对于图12所描述，还可以提供径向偏移，使得向外支路 382可以通过弯曲部386相对于返回支路384成角度地(图12中为β)周向偏移。在此配置中，向外支路382沿着与翼型372的吸力侧 10一致的试片的吸力侧394延伸，而返回支路384沿着与翼型372 的压力侧8一致的试片370的压力侧396延伸。每个支路382、384 可以遵循试片370的其相应邻接侧394或396的外部轮廓。径向和周向偏移可以例如基于后边缘冷却回路330的几何形状和热容量限制和 /或其它因素而改变。在其它实施例中，向外支路382可以沿着试片 370的压力侧396延伸，而返回支路386可以沿着试片370的吸力侧 394延伸。每个支路382、384可以遵循试片370的其相应邻接侧394 或396的外部轮廓。
在进一步实施例中，如本说明书相对于图6到8的翼型6的类似实施例所描述，试片370的后边缘冷却回路330的一个或多个冷却回路332中的向外支路382和返回支路384的大小可以例如基于冷却回路332在试片370和/或翼型372的后边缘390内的相对径向位置而改变。见相对于图6到8的支路34、38的先前描述。在另外的实施例中，如相对于图9所描述，可以在试片370的后边缘冷却回路330 的至少一个冷却回路332中的向外支路382或返回支路384中的至少一个内设置障碍物。所述障碍物可以采用本说明书中描述的任何形式。此外，根据图9的描述，障碍物的密度可以基于冷却回路332在试片370和/或翼型372内的相对径向位置而改变。
如本说明书相对于试片170所描述，试片370可以沿着翼型372 的前边缘374的整个径向长度L延伸，或可以部分地沿着翼型372的前边缘374的一个或多个部分延伸。
返回到图16，试片370还包括耦合区392，所述耦合区被配置成与翼型372的翼型主体373配合，例如，与其前边缘374配合。耦合区392可以包括允许试片370耦合到翼型主体373的任何表面形状、尺寸等。在图16示出的一个非限制性实施例中，耦合区392包括以形状和大小设定为与翼型372的前边缘374配合的方式使得试片370 能钎焊到翼型372的曲面398。也就是说，耦合区392置于试片370 的后端处，并且耦合到翼型372的翼型主体373的前边缘374。试片 370的分段可以类似于试片170。每个区段可以包括相应前边缘冷却回路332的一部分。当然，在分段的试片中可能存在各种替代通道配置。在另一非限制性实施例中，类似于图15所示，试片370可被配置成与翼型372的一侧配合。在这种情况下，耦合区392置于试片 370的一侧处，并且耦合到翼型主体373的压力侧8(示出)和吸力侧10中的一个的底座。翼型主体373和试片370具有允许冷却剂流到试片370的配合通道。
为了提供对多壁翼型/叶片的后边缘的额外冷却和/或将冷却薄膜直接提供到后边缘，排气通道(未示出)可从本说明书所描述的任何冷却回路的任何部分穿过后边缘，且穿出后边缘和/或穿出翼型/叶片的邻近后边缘的一侧。每个排气通道可以设定大小和/或位于后边缘内，以仅接收在特定冷却回路中流动的冷却剂的一部分(例如少于一半)。即使包括排气通道，大部分(例如，超过一半的)冷却剂仍可流动通过冷却回路，并且具体地说，流动通过其返回支路，随后提供到多壁翼型/叶片的不同部分以用于本说明书所描述的其它目的，例如薄膜冷却和/或冲击冷却。
在各种实施例中，描述为彼此“耦合”的部件可沿一个或多个接口接合。在一些实施例中，这些接口可包括不同部件之间的接合点，且在其它情况下，这些接口可包括牢固地和/或一体地形成的互连件。也就是说，在一些情况下，彼此“耦合”的部件可同步形成以限定单个连续构件。然而，在其它实施例中，这些耦合部件可形成为独立构件且后续通过已知工艺(例如，紧固、超声波焊接、搭接)接合。如本说明书中所用，“流体地耦合”或“流体地配合”是指允许流体在其间传递的通道或其它结构。
当元件或层被称为“在另一元件上”、“接合到”、“连接到”或“耦合到”另一元件时，其可以直接在所述另一元件上、直接接合、连接或耦合到所述另一元件，或者可以存在中间元件。相反，当元件被称为“直接在另一元件上”、“直接接合到”、“直接连接到”或“直接耦合到”另一元件时，可不存在中间元件或层。应以类似方式来解释用来描述元件之间的关系的其它词语(例如，“在…之间”对比“直接在…之间”、“邻近于”对比“直接邻近于”等)。如本说明书所用，术语“和/或”包括相关的所列项目中的一个或多个的任何和所有组合。
本说明书所用的技术术语仅用来描述特定实施例，而并非旨在限制本实用新型。如本说明书所用，单数形式“一个”、“一种”和“所述”也旨在包括复数形式，除非上下文明确表示不是这样。进一步应当理解的是，当在本说明书中使用时，术语“包括”指定了所述特征、整体、步骤、操作、元件和/或部件的存在，但并不排除一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元件、部件和/或其组合的存在或增加。
本书面描述使用了实例来揭示本实用新型，包括最佳模式，以使所属领域的技术人员能够实践本实用新型，包括制造并使用任何装置或系统以及实施涵盖本实用新型的任何方法。本实用新型的可专利性范围由权利要求书界定，并且可包括所属领域的技术人员能够得到的其它实例。如果其它此类实例的结构要素与权利要求书的字面意义相同，或如果此类实例的等效结构要素与权利要求书的字面意义无显著差别，则此类实例也属于权利要求书的范围。