相关申请的交叉引用
本申请涉及共同未决的us申请号:________，全部在_________提交的ge案卷号282168-1,282169-1,282171-1,282174-1,283467-1,283463-1,283462-1，以及284160-1。
本公开大体上涉及涡轮系统，并且更具体而言，涉及用于多壁叶片的冷却回路。
背景技术：
燃气涡轮系统为在如发电的领域中广泛利用的涡轮机的一个实例。常规燃气涡轮系统包括压缩机区段、燃烧器区段以及涡轮区段。在燃气涡轮系统的操作期间，系统中的各种构件(如涡轮叶片)经受可引起构件故障的高温流。由于较高温度流大体上导致燃气涡轮系统的提高的性能、效率以及功率输出，故有利的是冷却经受高温流的构件，以允许燃气涡轮系统在增加的温度下操作。
涡轮叶片典型地包含内部冷却通道的错综迷宫。由例如燃气涡轮系统的压缩机提供的冷却空气可穿过内部冷却通道以冷却涡轮叶片。
多壁涡轮叶片冷却系统可包括内部近壁冷却回路。此类近壁冷却回路可包括例如邻近多壁叶片的外壁的近壁冷却通道。近壁冷却通道典型地为小的，需要较少的冷却流，同时仍保持足够速度用于有效冷却发生。多壁叶片的其它的典型地较大的低冷却效力中心通道可用作冷却空气源，并且可在一个或更多个再使用回路中使用以收集和重新发送“用过的”冷却流，用于对多壁叶片的较低热负载区域重新分配。
技术实现要素：
本公开的第一方面提供一种用于多壁叶片的冷却系统，其包括：用于提供冷却空气的主冷却空气供给部；以及供给分流器，其联接于主冷却空气供给部，用于在压力侧冷却回路与吸入侧冷却回路之间将由主冷却空气供给部提供的冷却空气分流。
本公开的第二方面提供一种用于多壁叶片的冷却系统，其包括：用于提供冷却空气的主冷却空气供给部；以及供给分流器，其联接于主冷却空气供给部，用于在压力侧冷却回路与吸入侧冷却回路之间将由主冷却空气供给部提供的冷却空气分流，其中供给分流器包括用于将冷却空气引导至压力侧冷却回路的压力侧空气供给部、用于将冷却空气引导至吸入侧冷却回路的吸入侧空气供给部，以及设置在压力侧空气供给部与吸入侧空气供给部之间的肋；其中供给分流器沿着大致垂直于多壁叶片的旋转方向的线将主冷却空气供给部分成压力侧空气供给部和吸入侧空气供给部。
本公开的第三方面提供一种用于涡轮的多壁叶片，其包括：压力侧冷却回路；吸入侧冷却回路；用于提供冷却空气的主冷却空气供给部；以及供给分流器，其联接于主冷却空气供给部，用于在压力侧冷却回路与吸入侧冷却回路之间将由主冷却空气供给部提供的冷却空气分流。
技术方案1.一种用于多壁叶片的冷却系统，其包括：
主冷却空气供给部，其用于提供冷却空气；以及
供给分流器，其联接于所述主冷却空气供给部，用于在压力侧冷却回路与吸入侧冷却回路之间将由所述主冷却空气供给部提供的所述冷却空气分流。
技术方案2.根据技术方案1所述的冷却系统，其特征在于，所述供给分流器包括用于将冷却空气引导至所述压力侧冷却回路的压力侧空气供给部，并且其中所述供给分流器包括用于将冷却空气引导至所述吸入侧冷却回路的吸入侧空气供给部。
技术方案3.根据技术方案2所述的冷却系统，其特征在于，所述供给分流器沿着大致垂直于所述多壁叶片的旋转方向的线将所述主冷却空气供给部分成所述压力侧空气供给部和所述吸入侧空气供给部。
技术方案4.根据技术方案2所述的冷却系统，其特征在于，大致相等的压力梯度在所述压力侧空气供给部和所述吸入侧空气供给部中生成。
技术方案5.根据技术方案2所述的冷却系统，其特征在于，所述供给分流器包括设置在所述压力侧空气供给部和所述吸入侧空气供给部之间的肋。
技术方案6.根据技术方案5所述的冷却系统，其特征在于，所述肋大小确定成在所述冷却空气从所述主空气供给部流动到所述第一和第二空气供给部中时最小化压力流损失。
技术方案7.根据技术方案6所述的冷却系统，其特征在于，所述肋具有大约0.04英寸到大约0.01英寸的宽度。
技术方案8.根据技术方案1所述的冷却系统，其特征在于，所述主冷却空气供给部和所述供给分流器设置在所述多壁叶片的柄部内。
技术方案9.根据技术方案1所述的冷却系统，其特征在于，所述主冷却空气供给部和所述供给分流器沿径向设置在所述多壁叶片的根部区域内侧。
技术方案10.根据技术方案1所述的冷却系统，其特征在于，所述供给分流器定位在所述主冷却空气供给部的低马赫数区段处。
技术方案11.一种用于多壁叶片的冷却系统，其包括：
主冷却空气供给部，其用于提供冷却空气；以及
供给分流器，其联接于所述主冷却空气供给部，用于在压力侧冷却回路与吸入侧冷却回路之间将由所述主冷却空气供给部提供的所述冷却空气分流，其中所述供给分流器包括用于将冷却空气引导至所述压力侧冷却回路的压力侧空气供给部、用于将冷却空气引导至所述吸入侧冷却回路的吸入侧空气供给部，以及设置在所述压力侧空气供给部与所述吸入侧空气供给部之间的肋；
其中所述供给分流器沿着大致垂直于所述多壁叶片的旋转方向的线将所述主冷却空气供给部分成所述压力侧空气供给部和所述吸入侧空气供给部。
技术方案12.根据技术方案11所述的冷却系统，其特征在于，大致相等的压力梯度在所述压力侧空气供给部和所述吸入侧空气供给部中生成。
技术方案13.根据技术方案11所述的冷却系统，其特征在于，所述肋具有大约0.04英寸到大约0.01英寸的宽度。
技术方案14.根据技术方案11所述的冷却系统，其特征在于，所述供给分流器定位在所述主冷却空气供给部的低马赫数区段处。
技术方案15.一种用于涡轮的多壁叶片，其包括：
压力侧冷却回路；
吸入侧冷却回路；
主冷却空气供给部，其用于提供冷却空气；以及
供给分流器，其联接于所述主冷却空气供给部，用于在所述压力侧冷却回路与所述吸入侧冷却回路之间将由所述主冷却空气供给部提供的所述冷却空气分流。
技术方案16.根据技术方案15所述的多壁叶片，其特征在于，所述供给分流器包括用于将冷却空气引导至所述压力侧冷却回路的压力侧空气供给部，并且其中所述供给分流器包括用于将冷却空气引导至所述吸入侧冷却回路的吸入侧空气供给部。
技术方案17.根据技术方案16所述的多壁叶片，其特征在于，所述供给分流器沿着大致垂直于所述多壁叶片的旋转方向的线将所述主冷却空气供给部分成所述压力侧空气供给部和所述吸入侧空气供给部。
技术方案18.根据技术方案16所述的多壁叶片，其特征在于，大致相等的压力梯度在所述压力侧空气供给部和所述吸入侧空气供给部中生成。
技术方案19.根据技术方案16所述的多壁叶片，其特征在于，所述供给分流器包括设置在所述压力侧空气供给部与所述吸入侧空气供给部之间的肋。
技术方案20.根据技术方案19所述的多壁叶片，其特征在于，所述肋具有大约0.04英寸到大约0.01英寸的宽度。
本公开的说明性方面解决本文中描述的问题和/或未论述的其它问题。
附图说明
本公开的这些及其它的特征将从连同附图进行的本公开的各种方面的以下详细描述更容易理解，该附图绘出了本公开的各种实施例。
图1示出根据各种实施例的包括多壁叶片的涡轮轮叶的透视图。
图2为沿着图1中的线x-x截取的、根据各种实施例的图1的多壁叶片的截面图。
图3描绘示出根据各种实施例的前缘冷却回路的图2的截面图的一部分。
图4为根据各种实施例的前缘冷却回路的透视图。
图5为根据各种实施例的用于将冷却空气流分成压力侧空气供给部和吸入侧空气供给部的供给分流器的正视图。
图6为根据各种实施例的用于将冷却空气流分成压力侧进料和吸入侧空气供给部的供给分流器的侧视图。
图7为沿着图5中的线y-y截取的、根据各种实施例的图5的供给分流器的截面图。
图8为沿着图6中的线z-z截取的、根据各种实施例的图6的供给分流器的截面图。
图9为根据各种实施例的燃气涡轮系统的示意图。
注意的是，本公开的附图不按比例。附图旨在仅绘出本公开的典型方面，并且因此不应当认作是限制本公开的范围。在附图中，相似的标记在附图之间表示相似的元件。
部件列表
2涡轮轮叶
4柄部
5压力侧平台
6多壁叶片
7吸入侧平台
8压力侧
10吸入侧
14前缘
16后缘
18前缘腔
20,22,24,26腔
20a-20e压力侧(近壁)腔
22a-22f吸入侧(近壁)腔
24a-24c后缘腔
26a-26b中心腔
30前缘冷却回路
32冷却空气
34主冷却空气供给部
36压力侧空气供给部
38吸入侧空气供给部
40冷却空气的第一部分
42基部
44冷却空气的第二部分
46末端区域
48转向部
50基部
52通路
54转向部
56基部
58通路
60冷却空气
62冷却空气的第一部分
64末端膜通道
66末端
68末端膜
70冷却空气的第二部分
72冲击孔
74膜孔
80供给分流器
82根部区域
84划分线
86旋转方向
88肋
102燃气涡轮机
102压缩机
104空气流
106压缩空气
108燃烧器
110加压燃料流
112燃烧气体流
114涡轮
116轴
120外部负载。
具体实施方式
如以上指示的，本公开大体上涉及涡轮系统，并且更具体而言，涉及用于冷却多壁叶片的冷却回路。
在附图(见例如图9)中，“a”轴线表示轴向定向。如本文中使用的，用语“轴向”和/或“轴向地”是指沿着轴线a的物体的相对位置/方向，该轴线a与涡轮机(具体而言，转子区段)的旋转轴线大致平行。如本文中进一步使用的，用语“径向”和/或“径向地”是指沿着轴线“r”(见例如图1)的物体的相对位置/方向，该轴线“r”与轴线a大致垂直并且仅在一个地点处与轴线a相交。
转向图1，示出涡轮轮叶2的透视图。涡轮轮叶2包括柄部4和多壁叶片6，多壁叶片6联接于柄部4并且从柄部4沿径向向外延伸。多壁叶片6包括压力侧8、相对的吸入侧10，以及末端区域38。多壁叶片6还包括压力侧8与吸入侧10之间的前缘14，以及在压力侧8与吸入侧10之间的、在与前缘14相对的一侧上的后缘16。多壁叶片6远离压力侧平台5和吸入侧平台7沿径向延伸。
柄部4和多壁叶片6可均由一种或更多种金属(例如，钢、钢合金等)形成，并且可根据常规途径形成(例如，铸造、锻造或以其它方式机加工)。柄部4和多壁叶片6可集成地形成(例如，铸造、锻造、三维印刷等)，或者可形成为单独构件，其随后连结(例如，经由焊接、硬钎焊、粘结或其它联接机构)。
图2描绘沿着图1的线x-x截取的多壁叶片6的截面图。如所示，多壁叶片6可包括多个内部腔。在实施例中，多壁叶片6包括前缘腔18、多个压力侧(近壁)腔20a-20e、多个吸入侧(近壁)腔22a-22f、多个后缘腔24a-24c，以及多个中心腔26a,26b。当然，多壁叶片6内的腔18,20,22,24,26的数量可取决于例如多壁叶片6的特定构造、大小、预期用途等而变化。在该程度上，本文中公开的实施例中示出的腔18,20,22,24,26的数量不意味着为限制性的。根据实施例，各种冷却回路可使用腔18,20,22,24,26的不同组合来提供。
包括前缘冷却回路30的实施例在图3和4中描绘。如名称指示的，前缘冷却回路30在多壁叶片6的压力侧8与吸入侧10之间定位成邻近多壁叶片6的前缘14。
同时参照图3和4，例如由燃气涡轮系统102(图9)的压缩机104生成的冷却空气32的供应经由主冷却空气供给部34供给穿过柄部4(图1)至前缘冷却回路30。根据实施例，主冷却空气供给部34包括供给分流器80，其构造成在至少两个空气供给部之间划分冷却空气32，以将冷却空气引导至前缘冷却回路30内的多个不同的冷却回路。
如图4中示意性地描绘的，主冷却空气供给部34可经由供给分流器80分成压力侧空气供给部36和吸入侧空气供给部38。压力侧空气供给部36将冷却空气32的第一部分40引导至压力侧腔20a的基部42。压力侧腔20a形成邻近多壁叶片6的压力侧8的向后流动的双程蛇形冷却回路的第一腿部。吸入侧空气供给部38将冷却空气32的第二部分44引导至吸入侧腔22a的基部(未示出)。吸入侧腔22a形成邻近多壁叶片6的吸入侧10的向后流动的双程蛇形冷却回路的第一腿部。此类分流供给构造可例如在其中在涡轮轮叶2的构件内不存在足够空间用于多个主冷却空气供给部的情况下使用。
如图3和4连同图1中描绘的，冷却空气32的第一部分40朝着多壁叶片6的末端区域46沿径向向外流动穿过压力侧腔20a。转向部48将来自压力侧腔20a的冷却空气32的第一部分40再引导到压力侧腔20b中。压力侧腔20b形成邻近多壁叶片6的压力侧8的双程蛇形冷却回路的第二腿部。冷却空气32的第一部分40朝着压力侧腔20b的基部50沿径向向内流动穿过压力侧腔20b，并且接着流动穿过通路52到中心腔26a中。
以对应的方式，冷却空气32的第二部分44朝着多壁叶片6的末端区域46沿径向向外流动穿过吸入侧腔22a。转向部54将来自吸入侧腔22a的冷却空气32的第二部分44再引导到吸入侧腔22b中。吸入侧腔22b形成邻近多壁叶片6的吸入侧10的双程蛇形冷却回路的第二腿部。冷却空气32的第二部分44朝着吸入侧腔22b的基部56沿径向向内流动穿过吸入侧腔22b，并且接着流动穿过通路58到中心腔26a中。
在进入中心腔26a之后，冷却空气32的第一部分40和第二部分44组合成单个冷却空气流60，其朝着多壁叶片6的末端区域46沿径向向外流动穿过中心腔26a。冷却空气60的第一部分62从中心腔26a由至少一个末端膜通道64引导至多壁叶片6的末端66(图1)。冷却空气50的第一部分62作为末端膜68从多壁叶片6的末端66排出，以提供末端膜冷却。
冷却空气60的第二部分70从中心腔26a由至少一个冲击孔72引导至前缘腔18。冷却空气60的第二部分70从前缘腔18经由至少一个膜孔74流出至多壁叶片6的前缘14，以提供前缘14的冲击冷却。
用于在压力侧空气供给部36与吸入侧空气供给部38之间划分流动穿过主冷却空气供给部34的冷却空气32的供给分流器80的正视图在图5中描绘。正视图在朝着中心腔26a从多壁叶片6的前缘14观看时得到。从多壁叶片6的压力侧8得到的供给分流器80的侧视图在图6中描绘。如所示，供给分流器80可在多壁叶片6的根部区域82下方设置在柄部4内。根据实施例，供给分流器80可定位在具有低马赫数的主冷却空气供给部34的区段(例如，相对宽或最宽的区段)处或附近以最小化流场的收缩。
根据实施例，供给分流器80将主冷却空气供给部34分成压力侧空气供给部36和吸入侧空气供给部38。供给分流器80构造成补偿在多壁叶片6的旋转期间生成的科里奥利力，并且构造成确保适当量的冷却空气在多壁叶片6的旋转期间引导到压力侧空气供给部36和吸入侧空气供给部38两者中。例如，如可在图6-8中最容易看见的，供给分流器80沿着大致垂直于多壁叶片6的旋转方向86的线84划分主冷却空气供给部34。以该方式，如图7和8中描绘的，科里奥利力沿多壁叶片6的旋转方向86在压力侧空气供给部36和吸入侧空气供给部38两者中生成大致相等的压力梯度。
如图6-8中示出的，肋88可位于压力侧空气供给部36与吸入侧空气供给部38之间。在实施例中，肋88制成尽可能薄，以在冷却空气32围绕肋88的侧部从主空气供给部34流动到压力侧空气供给部36和吸入侧空气供给部38中时减少压力流损失。例如，肋88可具有大约0.04英寸到大约0.1英寸的宽度w(图6)。
供给分流器80在本文中连同多壁叶片6的前缘冷却回路30描述。然而，这不意味着限制。供给分流器80可连同多壁叶片中的任何类型的冷却回路使用，其中空气供给部分流成多个子供给部。因此，供给分流器80可用于除多壁叶片之外的旋转结构中，以将流体供给部分成多个子供给部。
图9示出如可在本文中使用的燃气涡轮机102的示意图。燃气涡轮机102可包括压缩机104。压缩机104压缩进入的空气流106。压缩机104将压缩的空气流108输送至燃烧器110。燃烧器110将压缩的空气流108与加压的燃料流112混合并且点燃混合物以产生燃烧气体流114。尽管仅示出单个燃烧器110，但燃气涡轮机102可包括任何数量的燃烧器110。燃烧气体流114继而输送至涡轮116，其典型地包括多个涡轮轮叶2(图1)。燃烧气体流114驱动涡轮116产生机械功。在涡轮116中产生的机械功经由轴118驱动压缩机104，并且可用于驱动外部负载120，如发电机和/或类似物。
在各种实施例中，描述为“联接”于彼此的构件可沿着一个或更多个界面连结。在一些实施例中，这些界面可包括不同构件之间的接合部，并且在其它情况中，这些界面可包括坚固地和/或集成地形成的互连。即，在一些情况中，“联接”于彼此的构件可同时形成，以限定单个连续部件。然而，在其它实施例中，这些联接的构件可形成为单独部件，并且随后通过已知过程(例如，紧固、超声波焊接、粘结)连结。
当元件或层被称为在另一元件“上”、“接合于”、“连接于”或“联接于”另一元件时，其可直接地在另一元件上、接合、连接或联接于另一元件，或者可存在插置元件。相反，当元件被称为“直接地在另一元件上”、“直接地接合于”、“直接地连接于”或“直接地联接于”另一元件时，可不存在插置元件或层。用于描述元件之间的关系的其它词应当以类似的方式(例如，“在…之间”对“直接地在…之间”，“邻近”对“直接地邻近”等)解释。如本文中使用的，用语“和/或”包括相关联的列举物件中的一个或更多个的任何和所有组合。
本文中使用的用语出于仅描述特定实施例的目的，并且不旨在限制本公开。如本文中使用的，单数形式"一"、"一个"和"该"旨在也包括复数形式，除非上下文另外清楚地指出。还将理解的是，用语"包括(comprises)"和/或"包含(comprising)"在用于本说明书中时表示叙述的特征、整数、步骤、操作、元件和/或构件的存在，但并未排除存在或添加一个或更多个其它特征、整数、步骤、操作、元件、构件和/或它们的组。
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