专利名称：用于冷却涡轮转子叶片的平台区域的设备和方法
技术领域：
本申请大体涉及燃气轮机发动机，如在本文中所用且除非特别作出其它规定，这些燃气轮机发动机包括所有类型的燃气轮机发动机，例如在功率发生中使用的那些和航空发动机。更具体而言但不以限制的方式，本申请涉及用于冷却涡轮转子叶片的平台区域的设备、系统和/或方法。
背景技术：
燃气轮机发动机典型地包括压缩机、燃烧器和涡轮。压缩机和涡轮一般包括沿轴向堆迭成级的数排翼型件或叶片。各个级典型地包括被固定的一排沿周向隔开的定子叶片，以及绕着中心轴线或轴旋转的一组沿周向隔开的转子叶片。在运行中，压缩机中的转子叶片绕着轴旋转，以压缩空气流。压缩空气然后在燃烧器内用来燃烧燃料供应。由于燃烧过程而产生的热气流在涡轮中膨胀，这导致转子叶片使它们所附连的轴旋转。这样，包含在燃料中的能量转化成旋转轴的机械能，然后例如可使用该机械能来旋转发电机的线圈而产生电力。参照图1和2，涡轮转子叶片100 —般包括翼型部分或翼型件102和根部部分或根部104。翼型件102可被描述为具有凸形吸力面105和凹形压力面106。翼型件102可进一步描述为具有为前部边缘的前缘107，以及为后部边缘的后缘108。根部104可描述为具有用于将叶片100固定到转子轴上的结构(如所显示的那样，其典型地包括鸠尾榫109)、平台110(翼型件102从平台110延伸)，以及包括鸠尾榫109和平台110之间的结构的柄部 112。如所示出的那样，平台110可基本为平面的。更具体而言，平台110可具有平面的顶侧113，如图1中所示，顶侧113可包括沿轴向且沿周向延伸的平的表面。如图2中所示， 平台110可具有平面的下侧114，下侧114也可包括沿轴向且沿周向延伸的平的表面。平台110的顶侧113和底侧114可形成为使得各自基本平行于另一个。如所描绘的那样，将理解，平台110典型地具有薄的径向轮廓，即在平台110的顶侧113和底侧114之间存在较短的径向距离。一般而言，在涡轮转子叶片100上采用平台110来形成燃气轮机的热气路径区段的内部流径边界。平台110进一步为翼型件102提供了结构性支承。在运行中，涡轮的旋转速度会引起机械负荷，该机械负荷会沿着平台110产生高应力区域，当与高温结合时，这会最终导致形成运行缺陷，例如氧化、蠕变、低周(low-cycle)疲劳裂纹等。这些缺陷当然会对转子叶片100的使用寿命有负面影响。将理解，这些苛刻的运行状况(即暴露于热气路径的极端温度和与旋转叶片相关联的机械负荷)会在设计既性能良好且制造起来又成本有效的耐用持久的转子叶片平台110中产生非常大的挑战。使平台区域110更耐用的一种常用解决方案是在运行期间用压缩气体流或其它冷却剂来冷却它，并且各种各样的这些类型的平台设计是已知的。但是，如本领域普通技术人员将理解的那样，平台区域110存在某些设计挑战，这使得它难以以这个方式冷却。这很大部分是由于此区域的棘手的几何结构的原因，因为如所描述的那样，平台110为远离转子叶片的中心芯体而驻留且典型地设计成具有结构牢固但薄的径向厚度的周缘构件。为了使冷却剂循环，转子叶片100典型地包括一个或多个空心内部冷却通道 116(见图3、4、5和9)，该一个或多个空心内部冷却通道116至少沿径向延伸通过叶片100 的芯体，包括通过根部104和翼型件102。如下面更详细地描述的那样，为了增加热交换，这样的内部冷却通道116可形成为具有蜿蜒通过叶片100的中心区域的曲折的路径，但是其它构造是可行的。在运行中，冷却剂可通过形成于根部104的内侧部分中的一个或多个入口 117进入中心内部冷却通道。冷却剂可循环通过叶片100且通过形成于翼型件上的出口 (未显示)和/或通过形成于根部104中的一个或多个出口(未显示)而离开。冷却剂可被加压，并且例如可包括加压空气、混合了水的加压空气、蒸汽等。在许多情况下，冷却剂为从发动机的压缩机中转移的压缩空气，但是其它源是可行的。如下面更详细地论述的那样， 这些内部冷却通道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对应于内部冷却通道的具有较高冷却剂压力的上游部分，而低压冷却剂区域对应于具有相对较低的冷却剂压力的下游部分。在一些情况下，可将冷却剂从内部冷却通道116引导到形成于邻近的转子叶片 100的柄部112和平台110之间的腔体119中。由此，冷却剂可用来冷却叶片的平台区域 110，在图3中提供了平台区域110的传统设计。此类型的设计典型地从内部冷却通道116 中的一个抽取空气且使用该空气来对形成于柄部112/平台110之间的腔体119加压。一旦被加压，此腔体119则会将冷却剂供应给延伸通过平台110的冷却通路。在穿过平台110 之后，冷却空气可通过形成于平台110的顶侧113中的薄膜冷却孔而离开腔体。但是将理解，此类型的传统设计具有若干个缺点。第一，冷却回路并非在一个部件中是独立的，因为冷却回路仅形成于组装两个邻近的转子叶片100之后。这会给安装和预安装流测试增加很大的困难度和复杂度。第二个缺点在于，形成于邻近的转子叶片100之间的腔体119的完整性依赖于腔体119的周边被密封得多好。不充分的密封可导致不充分的平台冷却和/或浪费的冷却空气。第三个缺点是固有的风险热气路径气体可被吸入腔体119或平台110本身中。如果腔体119在运行期间未保持在足够高的压力处，则这可发生。如果腔体119的压力落在热气路径内的压力以下，则热气将被吸入柄部腔体119或平台110本身中，这典型地会损害这些构件，因为它们未设计成承受对热气路径状况的暴露。图4和5示出了用于平台冷却的另一种类型的传统设计。在此情况下，冷却回路包含在转子叶片100内，而不涉及柄部腔体119，如所描绘的那样。冷却空气被抽取自延伸通过叶片110的芯体的内部冷却通道116中的一个，并且向后被引导通过形成于平台110 内的冷却通路120(即“平台冷却通路120”)。如若干个箭头所显示的那样，冷却空气流过平台冷却通路120且通过平台110的后部边缘121中的出口离开或从沿着吸力侧边缘122 设置的出口离开。(注意，在描述或参照长方形平台UO的边缘或面时，其各自可基于其相对于翼型件102的吸力面105和压力面106和/或发动机的向前方向和向后方向(一旦安装了叶片100)的位置来描绘。因而，如本领域普通技术人员将理解的那样，平台可包括后部边缘121、吸力侧边缘122、前部边缘IM和压力侧边缘126，如图3和4中所指示。另外， 吸力侧边缘122和压力侧边缘1 也通常被称为“抽打面(slashface) ”，并且形成于它们之间的狭窄腔体(一旦安装了邻近的转子叶片100)可称为“抽打面腔体”。)
将理解，图4和5的传统设计具有优于图3的设计的优点，因为它们不受组装或安装状况的变化的影响。但是，这个性质的传统设计具有若干个限制或缺点。第一，如所示出的那样，在翼型件102的各个侧上仅提供了单个回路，并且因而存在的缺点为对用于平台 110中的不同位置处的冷却空气的量的控制有限。第二，此类型的传统设计具有一般有限的覆盖区。虽然图5的曲折的路径在覆盖方面是优于图4的改进，但是仍然在平台110内存在仍未被冷却的死区。第三，为了用错综复杂地形成的平台冷却通路120来获得更好的覆盖，制造成本会急剧增加，特别是在冷却通路具有需要铸造过程来形成的形状的情况下。第四，这些传统设计典型地在使用之后且在冷却剂被完全消耗之前将冷却剂卸放到热气路径中，这会对发动机的效率有负面影响。第五，这个性质的传统设计一般具有很小的柔性。也就是说，通路120形成为平台110的组成部分，并且在运行状况改变时提供很少的机会或不提供机会来改变它们的功能或构造。另外，这些类型的传统设计难以维修或整修。因此，传统的平台冷却设计在一个或多个重要方面有所缺憾。仍然存在对有效地且高效地冷却涡轮转子叶片的平台区域、同时还构建起来成本有效、在应用中有柔性且耐用的改进的设备、系统和方法的需要。
发明内容
本申请因而描述了一种在翼型件和根部之间的交接部处具有平台的涡轮转子叶片中的平台冷却装置，其中，转子叶片包括形成于其中的内部冷却通道，该内部冷却通道从在根部处的与冷却剂源的连接部至少延伸到平台的大约径向高度，其中，在运行中，内部冷却通道至少包括高压冷却剂区域和低压冷却剂区域，并且其中，平台沿着内侧表面包括平台下侧。该平台冷却装置可包括包括板顶侧的板，板顶侧可脱开地连接到平台下侧上；形成于板顶侧上的通路，该通路包括上游端和下游端，并且通过板顶侧而开口，使得在将板附连到平台上之后，平台下侧包括通路顶面；将通路的上游端连接到内部冷却通道的高压冷却剂区域上的高压连接器；以及将通路的下游端连接到内部冷却通道的低压冷却剂区域上的低压连接器。本申请进一步描述了一种产生用于在翼型件和根部之间的交接部处具有平台的涡轮转子叶片的平台冷却装置的方法，其中，转子叶片包括形成于其中的内部冷却通道，该内部冷却通道从在根部处的与冷却剂源的连接部至少延伸到平台的大约径向高度，其中， 在运行中，内部冷却通道至少包括高压冷却剂区域和低压冷却剂区域，并且其中，平台沿着内侧表面包括平台下侧。该方法可包括以下步骤加工将出口连接到内部冷却通道的高压冷却剂区域上的高压连接器，出口定位在平台的内侧的第一预定位置上；加工将入口连接到内部冷却通道的低压冷却剂区域上的低压连接器，入口定位在平台的内侧的第二预定位置上；将板的顶侧固定到平台下侧上，板包括形成于板顶侧上的、包括上游端和下游端的通路，该通路通过板顶侧而开口，使得在将板附连到平台上之后，平台下侧包括通路顶面；其中，板构造成使得通路的上游端连接到高压连接器的出口上，而通路的下游端连接到低压连接器的入口上；以及其中，通路包括曲折的通路。在结合附图和所附权利要求审阅优选实施例的以下详细描述之后，本申请的这些和其它特征将变得显而易见。
通过仔细地研究结合附图得到的本发明的示例性实施例的以下更详细的描述，将更完整地明白和理解本发明的这些和其它特征，其中图1示出了其中可采用本发明的实施例的示例性涡轮转子叶片的透视图；图2示出了其中可使用本发明的实施例的涡轮转子叶片的仰视图；图3示出了具有根据传统设计的冷却系统的邻近的涡轮转子叶片的截面图；图4示出了具有带有根据传统设计的内部冷却通道的平台的涡轮转子叶片的俯视图；图5示出了具有带有根据备选的传统设计的内部冷却通道的平台的涡轮转子叶片的俯视图；图6为涡轮转子叶片和根据本申请的一个实施例的具有曲折的冷却通路的板的透视图；图7为根据本申请的一个实施例的平台冷却装置的截面俯视图；图8为根据本申请的一个实施例的具有曲折的冷却通路的板的透视图；图9为其中可实践本申请的实施例的未经修改的传统平台的截面侧视图；图10为图9的平台的截面侧视图，其示出了可怎样修改平台以接受本申请的一个示例性板实施例；图11为图9的平台的截面侧视图，其将板示出为其可根据本申请的一个示例性实施例来附连到图10的经修改的板上；图12为根据本申请的一个备选实施例的具有曲折的冷却通路的板的透视图；图13为平台的截面侧视图，其将图12的板示出为其可根据本申请的一个备选实施例来附连；以及图14为产生根据本申请的一个实施例的平台冷却装置的示例性方法。
具体实施例方式将理解，通过冷却剂的内部循环来冷却的涡轮叶片典型地包括内部冷却通道116， 内部冷却通道116沿径向从根部向外延伸，通过平台区域，并且进入翼型件，如上面关于若干个传统冷却设计所描述的那样。将理解，本发明的某些实施例可结合传统冷却剂通道来使用，以增强或实现高效的主动平台冷却，并且结合这样的普通设计来论述本发明具有蜿蜒的或曲折的构造的内部冷却通道116。如图6、8和9中所描绘的那样，该曲折的路径典型地构造成允许有单向冷却剂流，并且包括促进冷却剂和包围着的转子叶片100之间的热交换的特征。在运行中，典型地为从压缩机放出的压缩空气(但是其它类型的冷却剂(例如蒸汽)也可用于本发明的实施例)的加压冷却剂通过形成为通过根部104的连接部而供应给内部冷却通道116。压力会驱动冷却剂通过内部冷却通道116，并且冷却剂会使来自包围着的壁的热对流。在冷却剂运动通过内部冷却通道116时，将理解，它会损失压力，内部冷却通道 116的上游部分中的冷却剂比下游部分中的冷却剂具有更高的压力。如下面更详细地论述的那样，此压差可用来驱动冷却剂穿过或通过形成于平台中的内部冷却通道。将理解，本发明可用于具有不同的构造的内侧的内部冷却通道的转子叶片100中，而不限于具有曲折的形式的内部冷却通道。因此，如本文中所用，用语“内部冷却通道”或“内侧冷却通道”意图包括冷却剂可通过其中而在转子叶片中循环的任何通道或空心通路。如本文中所提供，本发明的内部冷却通道116至少延伸至平台116的大约径向高度，并且可包括相对较高的冷却剂压力的至少一个区域(在下文其称为“高压区域”，并且在一些情况下，可为曲折的通道内的上游区段)和相对较低的冷却剂压力的至少一个区域(在下文其称为“低压区域”， 并且相对于高压区域，可为曲折的通道内的下游区段)。大体上，传统的内侧的内部冷却通道116的各种设计对于对转子叶片100内的某些区域提供主动冷却是有效的。但是，如本领域普通技术人员将理解的那样，平台区域被证明是更具挑战性的。这至少部分是由于平台的棘手的几何结构的原因-即，它的狭窄的径向高度和它远离转子叶片100的芯体或主体而伸出的方式。但是，由于它会暴露于热气路径的极端高温和高的机械负荷，所以平台的冷却需要是值得考虑的。如上面所描述，传统的平台冷却设计是无效果的，因为它们不能处理区域的特定挑战，在它们的冷却剂的使用方面是低效率的，以及/或者制作成本高昂。现在参照图6至14，提供了本发明的示例性实施例的若干个视图。图6提供了涡轮转子叶片100和根据本申请的一个实施例的具有曲折的冷却通路133的板132的透视图。如所显示的那样，板132可附连到平台110上。更具体而言，板132可附连到平台下侧 114上。类似于平台110的顶侧113，平台下侧114可包括沿轴向且沿周向延伸的平面的表面。(注意，如本文中所用，“平面的”的意思是大致或基本呈平面的形状。例如，本领域普通技术人员将理解，平台可构造成具有为略微弯曲和凸形的外侧表面，曲率对应于涡轮的在转子叶片的径向位置处的周边。如本文中所用，此类型的平台形状被看作平面的，因为曲率半径足够大来给予平台平的外表。)在本申请的一个实施例中，平的穴131可位于平台下侧114中，这显示在图9至11中。平的穴131可通过一个或多个制造方法形成，例如但不限于(机械)加工、铸造等。例如，现有的转子叶片可加工成使得形成适当的平的穴131。 在本申请的一个实施例中，平的穴131可位于平台下侧114的基本对应于叶片100的翼型件102的压力侧的区域上。平的穴131可构造成接受根据本发明的板132。如图8和12中所示出的那样，板132可包括具有平面的顶侧134的沿径向较薄的结构，通路133形成于平面的顶侧134上。一旦安装在平台下侧114上，平面的顶侧134就可沿轴向方向和周向方向延伸。在一个实施例中，通路133包括曲折的路径或蜿蜒路径，但是其它构造是可行的。如所显示的那样，通路133形成于板132的表面上，即不完全包含在板132内。通路133因而可描述为通过板顶侧134而保持开口。将理解，在将板132附连到平台下侧114上之后，平台下侧114然后会封闭通路133。也就是说，一旦两个表面被联结，平台下侧114可对通路133提供顶面140。通路133可具有上游端138和下游端139。高压连接器148可将通路133的上游端138连接到内部冷却通道116的高压冷却剂区域上。低压连接器149可将通路133的下游端139连接到内部冷却通道116的低压冷却剂区域上。相对于转子叶片100的向前方向和向后方向，通路133的上游端138可具有较前部的位置，而通路133的下游端139可具有后部位置。如所叙述的那样，翼型件102可描述为具有压力侧106和吸力侧105，并且压力侧抽打面1 可包括对应于翼型件102的压力侧106的平台边缘。在一个实施例中，板132位于平台下侧114的对应于翼型件的压力侧的区域上，如图7中所示。另外，如图7、8和12 中所示，在轮廓方面(即，从图7的优势点看)，板132可包括弯曲边缘151和直边缘152。 将理解，弯曲边缘151在形状方面可大致对应于翼型件102的压力侧106连接到平台110 处的翼型件102的弯曲轮廓。然而，直边缘151在形状方面可大致对应于压力侧抽打面1 的直线轮廓。更具体而言，在一些实施例中，板132的弯曲边缘151和直边缘152的位置对应于翼型件102的弯曲轮廓和压力侧抽打面126的直线轮廓的位置。在一些实施例中，通路133形成为包括抽打面区段155。抽打面区段155可包括通路的驻留在板132的直边缘152的附近且平行于直边缘152(并且因此，一旦被安装，就驻留在压力侧抽打面126的附近，如图7中所示出)的区段。抽打面区段155的上游端138 可驻留在通路133的上游端138的附近。抽打面区段155沿着板132的直边缘152延伸的长度可称为“抽打面区段通路长度”。在优选实施例中，抽打面区段通路长度可为抽打面 126的长度的至少0. 5(倍)。更优选地，抽打面区段通路长度可大于抽打面126的长度的 0.75(倍)。将理解，使通路的此区段以这个方式定位提供了某些性能优点。例如，因为抽打面区段巧5位于通路133的上游端138的附近，所以冷却剂供应必须首先流过此区域，这导致其比通路133的下游区段接收具有更低的温度的冷却剂。因为这是经历最高运行温度中的一些的平台区域和因为其从转子叶片100的中心区移开而在传统上冷却起来较麻烦的区，所以以这个方式来把这个区作为目标被证明是期望的冷却策略。从抽打面区段起，通路133包括回转部158 (即约180°的急转)，并且在回转部 158之后，延伸到板132的中心区中，该中心区可称为通路133的内部区段159。内部区段 159可包括第一回转部158的下游的直线区段，并且在其下游，包括第二回转部158，它们的组合有效地对板132的中心区提供了覆盖。第二回转部158可驻留在通路133的下游端 139的附近。在一些实施例中，通路133的上游端138包括上游气室。大体上，上游气室138包括具有增加的通路宽度的区。如所显示的那样，在轮廓方面，上游气室138在本质上可为圆形的。在运行中，上游气室138提供了较大的体积，多种冷却剂进料(如果存在的话)可收集在其中且然后被引导到通路133中。而且，上游气室138提供了较大的目标轮廓，借此， 可进行与高压连接器148的连接。类似地，在一些实施例中，通路133的下游端139包括下游气室。大体上，下游气室139也包括具有增加的通路宽度的区，并且如所显示的那样，下游气室139可具有圆形轮廓。下游气室139提供了较大的目标轮廓，借此，可进行与低压连接器149的连接。如所叙述的那样，高压连接器148连接到通路133的上游端138上，而低压连接器 149连接到通路133的下游端139上。此连接可使用若干种构造来进行。例如，在一个优选实施例中(如图8中所示)，板132包括不中断地在板132的周缘的周围延伸的外侧壁 144。在此情况下，如图9至11中所描绘，连接器148、149可包括处于叶片100的内部的区段和形成于平台110上的下侧通路161。更具体而言，下侧通路161包括形成于平台下侧 114的表面上的通路。将理解，类似于通路133，下侧通路161通过其所定位的表面(在此情况下，其为平台下侧114)而保持开口。下侧通路161仅在板132附连到平台110上之后变得被封闭。将理解，一旦附连了板132，板顶侧134就可被描述为如下侧通路161的底面 162那样起作用。如所叙述的那样，此构造可用于高压连接器148和低压连接器149两者上。在高压连接器148的情况下，下侧通路161的下游端在位置方面对应于通路133的上游端138，但是各自沿径向方向偏移。在低压连接器149的情况下，下侧通路161的上游端在位置方面对应于通路133的下游端139，但是各自沿径向方向偏移。在另一个实施例中，外侧壁144可包括形成为通过该外侧壁144的侧壁入口 165 和侧壁出口 166，如图12中所示。在此情况下，侧壁入口 165可通过外侧壁144而将通路 133的上游端138直接连接到高压连接器148上。而且，侧壁出口 166可通过外侧壁144而将通路133的下游端139直接连接到低压连接器149上。板132可使用各种技术来附连到平台下侧114上。在一些实施例中，板132可脱开地附连到平台110上。如本文中所用，此类型的附连意图包括可合理地反转操作(reverse) 使得可重复使用板132和/或叶片100的任何附连。这可包括例如某些类型的焊接、铜焊、 粘合剂、机械保持等。作为附连板的一部分，可进行传统的步骤来密封所形成的通路133，并且其与连接器148、149进行的连接可基本导致在高压连接器148和低压连接器149之间有闭环冷却剂回路。因而，从高压连接器148流到通路133中的基本所有的冷却剂均通过低压连接器149返回到内部冷却通道116，以进行进一步的使用。本领域普通技术人员将理解，可在板132和平台下侧114之间使用任何密封手段。例如，可使用机械衬垫、化学密封剂等。本领域普通技术人员将理解，平台冷却装置130可用来高效地对现有的涡轮转子叶片进行改型，因为板132和平台110是非一体地形成的构件。另外，平台冷却装置130可使用涡轮转子叶片110的现有的内部冷却通道116，从而提供柔性来在现有的叶片或新的叶片中采用本发明的实施例。还可通过铸造后的改变来调节板132。可改变板132和通路 133的各种方面，以优化对平台110的冷却。因而，平台冷却装置130可定制(tailor-made) 成适合各种涡轮转子叶片构造。也可成本有效地且高效地制造平台冷却装置130，因为板 132可与涡轮转子叶片的各种构件分开来制造。此外，板132可预先制作且然后现场组装。图14示出了描绘根据本申请的一个实施例的产生平台冷却装置130的示例性方法的流程图200。流程图200可在步骤202处开始，在此处，如果必要的话，在平台下侧114 中将平的穴131加工在预定位置上。在一些实施例中，优选的位置对应于翼型件102的压力侧126。在图9至11中示出了此加工过程。图9呈现了形成穴131之前的平台110的截面。如所显示的那样，许多现有的平台110包括平面的下侧114，但是可能需要一些加工来为具有用以提供期望的冷却覆盖区的大小的板132提供足够的间隙。图10示出了可为移除的目标的区。平的穴131可具有基本对应于翼型件102的压力侧106的轮廓的轮廓形状，压力侧106的轮廓还可对应于形成的板132的轮廓。将理解，在一些情况下，平的穴131 可作于铸入特征已经存在于叶片100中。在步骤204处，可形成高压连接器148和低压连接器149。高压连接器148可具有预定构造和位置，使得无论可能是什么情况，其会将内部冷却通道116的高压冷却剂区域连接到板通路133的上游端138或板132的侧壁入口 165的最终位置上。在不存在侧壁入口 165的情况下，形成高压连接器148可包括形成下侧通路161，如上面所描述。同样地，低压连接器149可具有预定构造和位置，使得无论可能是什么情况，其会将内部冷却通道116的低压冷却剂区域连接到板通路133的下游端139或侧壁出口 166的最终位置上。 在不存在侧壁出口 166的情况下，形成低压连接器149可包括形成下侧通路161，如上面所描述。将理解，可使用相对不那么昂贵的加工过程来完成连接器148、149的形成，特别是在只要完成平的穴131的形成且在附连板132之前就可获得对叶片100的相关区的接近的情况下。在步骤206处，板132可根据所期望的规格来制作。将理解，分开来制作板132简化了制造过程。例如，可使用简单的加工或铸造过程来将通路133形成于板132上。同时， 将同一通路形成于一体地形成的平台内典型地将需要更复杂和昂贵的铸造过程。在步骤208处，板132可附连到平台下侧114上，使得板132驻留在平台下侧114 的内侧，从而封闭板132和平台下侧114之间的通路133。板132可附连到平台下侧114 上，使得板132驻留在平的穴131中。最后，在步骤210处，可进行额外的步骤来密封通路 133。如所叙述的那样，密封通路133以及其与连接器148、149进行的连接可基本导致在高压连接器148和低压连接器149之间有闭环冷却剂回路。将理解，本发明利用了在运行期间发生的离心负荷来增强在板132和平台下侧114之间产生的密封，特别是在使用一个或多个下侧通路161来将通路133连接到冷却剂供应上时。如本领域普通技术人员将理解的那样，上面关于若干个示例性实施例描述的许多不同的特征和构造可进一步选择性地应用来形成本发明的其它可行实施例。为了简短以及考虑到本领域普通技术人员的能力，未提供或详细地描述所有的可行迭代，但是由所附若干个权利要求或以别的方式包含的所有组合和可行实施例意图为本申请的一部分。另外， 根据本发明的若干个示例性实施例的上面的描述，本领域技术人员将意识到改进、改变和修改。在本领域技术内的这样的改进、改变和修改也意图由所附权利要求所覆盖。另外，应当显而易见的是，前述内容仅涉及本申请的所描述的实施例，并且可在本文中作出许多改变和修改，而不脱离所附权利要求及其等效方案所限定的本申请的精神和范围。
权利要求
1.一种在翼型件(102)和根部(104)之间的交接部处具有平台(110)的涡轮转子叶片(100)中的平台冷却装置(130)，其中，所述转子叶片(100)包括形成于其中的内部冷却通道(116)，所述内部冷却通道(116)从在所述根部(104)处的与冷却剂源的连接部至少延伸到所述平台(110)的大约径向高度，其中，在运行中，所述内部冷却通道(116)至少包括高压冷却剂区域和低压冷却剂区域，并且其中，所述平台(110)沿着内侧表面包括平台下侧(114)，所述平台冷却装置(130)包括包括板顶侧(134)的板(132)，所述板顶侧(134)可脱开地连接到所述平台下侧(114)上，形成于所述板顶侧(134)上的通路(133)，所述通路(13 包括上游端(138)和下游端 (139)，并且通过所述板顶侧(134)而开口，使得在将所述板(132)附连到所述平台(110) 上之后，所述平台下侧(114)包括通路顶面(140)；将所述通路(13 的所述上游端(138)连接到所述内部冷却通道(116)的所述高压冷却剂区域上的高压连接器(148)；以及将所述通路(133)的所述下游端(139)连接到所述内部冷却通道(116)的所述低压冷却剂区域上的低压连接器(149)。
2.根据权利要求1所述的平台冷却装置(130)，其特征在于 所述板(13 和所述平台(110)包括非一体地形成的构件； 所述平台(110)包括平面的顶侧和平面的下侧；所述内部冷却通道(116)包括曲折的内部冷却通道；以及在使用中，所述内部冷却通道(116)构造成具有冷却剂流向，并且相对于所述冷却剂流向，所述高压冷却剂区域包括所述内部冷却通道(116)的上游部分，而所述低压冷却剂区域包括所述内部冷却通道(116)的下游部分。
3.根据权利要求1所述的平台冷却装置(130)，其特征在于 所述平台下侧(114)包括沿轴向且沿周向延伸的平面的表面； 所述板顶侧(134)包括沿轴向且沿周向延伸的平面的表面； 形成于所述板顶侧(134)中的所述通路(13 包括曲折的通路； 所述翼型件(102)包括压力侧(106)和吸力侧(105)；压力侧抽打面(126)包括对应于所述翼型件(10 的所述压力侧的所述平台(110)的边缘；所述板(132)位于所述平台下侧(114)的对应于所述翼型件(102)的所述压力侧的区域上；以及相对于所述转子叶片(100)的向前方向和向后方向，所述通路(133)的所述上游端 (138)包括前部位置，而所述通路(133)的所述下游端(139)包括后部位置。
4.根据权利要求3所述的平台冷却装置(130)，其特征在于，在轮廓方面，所述板(132) 包括弯曲边缘(151)和直边缘(152)，所述弯曲边缘(151)在形状方面大致对应于所述翼型件(102)的在该翼型件(102)连接到所述平台(110)处的弯曲轮廓，而所述直边缘(152) 在形状方面大致对应于所述压力侧抽打面(126)的直线轮廓；其中，所述板(13 的所述弯曲边缘(151)和所述直边缘(152)的位置相对于所述翼型件(10 的弯曲轮廓和所述压力侧抽打面(1 )的直线轮廓的位置而偏移；以及其中，所述通路(13 包括抽打面区段(155)，所述抽打面区段(15 包括所述通路 (133)的驻留在所述板(132)的所述直边缘(152)的附近且平行于所述直边缘(152)的区段。
5.根据权利要求4所述的平台冷却装置(130)，其特征在于，所述抽打面区段(155)的所述上游端驻留在所述通路(13 的所述上游端(138)的附近；其中，所述抽打面区段(15 驻留在所述板(132)的所述直边缘(15 的附近且平行于所述直边缘(15 的长度包括抽打面区段通路长度；其中，所述抽打面区段通路长度包括大于所述压力侧抽打面(126)的长度的0.75; 其中，从所述抽打面区段(15 起，所述通路(13 包括第一回转部(158)，并且在所述第一回转部(158)的下游包括驻留在所述板(132)的中心区域中的内部区段(159)；其中，所述内部区段(159)包括直接在所述第一回转部(158)的下游的直线区段和在所述直线区段的下游的第二回转部(158)；以及其中，所述第二回转部(158)驻留在所述通路(133)的所述下游端(139)的附近。
6.根据权利要求5所述的平台冷却装置(130)，其特征在于所述通路(133)的所述上游端(138)包括具有增加的通路宽度的上游气室(138)； 所述通路(133)的所述下游端(139)包括具有增加的通路宽度的下游气室(139)；以及所述高压连接器(148)连接到所述上游气室上，而所述低压连接器(149)连接到所述下游气室上。
7.根据权利要求1所述的平台冷却装置(130)，其特征在于，所述板(13 包括外侧壁 (144)，所述外侧壁(144)包括不中断地在所述板(132)的周缘的周围延伸的固体壁；其中，所述高压连接器(148)包括形成于所述平台下侧(114)上的第一下侧通路 (161)，所述第一下侧通路(161)通过所述平台下侧(114)而开口，使得在将所述板(132) 附连到所述平台下侧(114)上之后，所述板顶侧(134)包括用于所述第一下侧通路(161) 的至少一部分的下侧通路底面(16 ；以及其中，所述低压连接器(149)包括形成于所述平台下侧(114)上的第二下侧通路 (161)，所述第二下侧通路(161)通过所述平台下侧(114)而开口，使得在将所述板(132) 附连到所述平台(110)上之后，所述板顶侧(134)包括用于所述第二下侧通路(161)的至少一部分的下侧通路底面(162)。
8.根据权利要求7所述的平台冷却装置(130)，其特征在于，所述第一下侧通路(161) 的所述下游端沿轴向且沿周向至少部分地与所述通路(13 的所述上游端(138)交迭，同时各自沿径向方向相对于另一个而偏移；以及其中，所述第二下侧通路(161)的所述上游端沿轴向且沿周向至少部分地与所述通路 (133)的所述下游端(139)交迭，同时各自沿径向方向相对于另一个而偏移。
9.根据权利要求1所述的平台冷却装置(130)，其特征在于，所述板(13 包括外侧壁 (144)，所述外侧壁(144)包括从中延伸通过的侧壁入口 (165)和侧壁出口 (166)；其中，所述侧壁入口(16 构造成将所述通路(133)的所述上游端(138)连接到所述高压连接器(148)上；以及其中，所述侧壁出口(166)构造成将所述通路(13 的所述下游端(139)连接到所述低压连接器(149)上。
10.一种为在翼型件(102)和根部(104)之间的交接部处具有平台(110)的涡轮转子叶片(100)产生平台冷却装置(130)的方法，其中，所述转子叶片(100)包括形成于其中的内部冷却通道(116)，所述内部冷却通道(116)从在所述根部(104)处的与冷却剂源的连接部至少延伸到所述平台(110)的大约径向高度，其中，在运行中，所述内部冷却通道(116) 至少包括高压冷却剂区域和低压冷却剂区域，并且其中，所述平台(110)沿着内侧表面包括平台下侧(114)，所述方法包括以下步骤加工将出口连接到所述内部冷却通道(116)的高压冷却剂区域上的高压连接器(148)，所述出口定位在所述平台(110)的内侧的第一预定位置上；加工将入口连接到所述内部冷却通道(116)的所述低压冷却剂区域上的低压连接器(149)，所述入口定位在所述平台(110)的内侧的第二预定位置上；将板(132)的顶侧(134)固定到所述平台下侧(114)上，所述板(13 包括形成于所述板顶侧(134)上的、包括上游端(138)和下游端(139)的通路(133)，所述通路(133)通过所述板顶侧(134)而开口，使得在将所述板(13 附连到所述平台(110)上之后，所述平台下侧(114)包括通路顶面(140)；其中，所述板(13 构造成使得所述通路(13 的所述上游端(13 连接到所述高压连接器(148)的所述出口上，而所述通路(13 的所述下游端(139)连接到所述低压连接器(149)的所述入口上；以及其中，所述通路(13 包括曲折的通路。
11.根据权利要求10所述的产生平台冷却装置(130)的方法，其特征在于，在轮廓方面，所述板(13 包括弯曲边缘(151)和直边缘(152)，所述弯曲边缘(151)在形状方面大致符合所述翼型件(102)的在该翼型件(10 连接到所述平台(110)处的弯曲轮廓；所述方法进一步包括以下步骤在所述平台下侧(114)中将平的穴(131)加工在大致对应于所述翼型件(10 的所述压力侧(106)的位置上，所述平的穴(131)具有对应于所述板(13 的轮廓的轮廓形状；以及密封所述通路(133)，使得在运行中，流过所述通路(133)的基本所有冷却剂均返回到所述内部冷却通道(116)，其中，所述板(132)附连到所述平台下侧(114)上，使得所述板(13 驻留在所述平的穴(131)中。
12.根据权利要求11所述的产生平台冷却装置(130)的方法，其特征在于，所述通路 (133)包括抽打面区段(155)，所述抽打面区段(15 包括所述通路(13 的驻留在所述板 (132)的所述直边缘(152)的附近且平行于所述直边缘(15 的区段；以及其中，所述抽打面区段(155)的所述上游端驻留在所述通路(133)的所述上游端(138)的附近。
全文摘要
本发明涉及用于冷却涡轮转子叶片的平台区域的设备和方法。一种在翼型件和根部之间的交接部处具有平台的涡轮转子叶片中的平台冷却装置，其中，转子叶片包括在运行中至少包括高压冷却剂区域和低压冷却剂区域的内部冷却通道，并且其中，平台包括平台下侧。该平台冷却装置可包括包括板顶侧的板；形成于板顶侧上的通路，该通路包括上游端和下游端，并且通过板顶侧而开口，使得在将板附连到平台上之后，平台下侧包括通路顶面；将通路的上游端连接到内部冷却通道的高压冷却剂区域上的高压连接器；以及将通路的下游端连接到内部冷却通道的低压冷却剂区域上的低压连接器。
文档编号F01D5/18GK102444429SQ201110305898
公开日2012年5月9日 申请日期2011年9月28日 优先权日2010年9月30日
发明者A·L·斯科特, J·W·小哈里斯, S·E·艾利斯 申请人:通用电气公司