用于多壁叶片的平台核心供给的制作方法

相关申请的交叉引用

本申请相关于共同待决的美国申请号：ge卷号282168-1(ussn:14/977,078)、282169-1(ussn:14/977,078)、282171-1(ussn:14/977,124)、282174-1(ussn:14/977,152)、283464-1(ussn:14/977,175)、283463-1(ussn:14/977,228)、283462-1(ussn:14/977,247)和284160-1(ussn:14/977,270)，所有提交于2015年12月21日。

本公开内容大体涉及涡轮系统，并且更具体地涉及一种用于多壁叶片的平台核心进给。

背景技术：

燃气涡轮系统是在例如发电领域中广泛利用的涡轮机的一个示例。传统的燃气涡轮系统包括压缩机部段、燃烧器部段和涡轮部段。在燃气涡轮系统运行期间，系统中的各种部件例如涡轮叶片遭受高温流，其可引起部件失效。因为较高温度的流通常引起燃气涡轮系统的增加的性能、效率和功率输出，冷却遭受高温流的部件以允许燃气涡轮系统在增加的温度下运行是有利的。

涡轮叶片典型地包含内部冷却通道的复杂曲径。可使由例如燃气涡轮系统的压缩机提供的冷却空气经过内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。这样的近壁冷却回路例如可包括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较小，需要较少的冷却流，而仍然保持用于进行有效冷却的足够的速度。另外，多壁叶片的典型地较大的、低冷却效率中央通道可被用作冷却空气源并且可被用在一个或多个再利用回路中以收集和使“用过的”冷却流改道用于再分配至多壁叶片的低热负荷区域。

技术实现要素：

本公开的第一方面提供用于包括多壁叶片和平台的涡轮轮叶的冷却系统。用于多壁叶片的冷却回路包括：外腔回路和用于收集来自外腔回路的冷却空气的中央腔；用于接收来自中央腔的冷却空气的平台核心空气供给；和用于将平台核心空气进给流体地连接至平台的平台核心的空气通路。

本公开的第二方面提供一种形成用于涡轮轮叶的冷却回路的方法，该涡轮轮叶包括多壁叶片和平台，该方法包括：形成从涡轮轮叶的外部、穿过平台核心空气供给并且延伸进入平台的平台核心中的孔，平台核心空气供给连接至多壁叶片的中央腔；并且插塞邻近涡轮轮叶的外部的孔的部分，其中，孔的未插塞的部分形成在平台核心空气供给与平台核心之间的空气通路。

本公开的第三方面提供一种涡轮机，其包括：燃气涡轮系统，其包括压缩机部件、燃烧器部件和涡轮部件，该涡轮部件包括多个涡轮轮叶，其中，涡轮轮叶中的至少一个包括多壁叶片和平台；和置于多壁叶片内的冷却回路，冷却回路包括：外腔回路和用于收集来自外腔回路的冷却空气的中央腔；用于接收来自中央腔的冷却空气的平台核心空气供给；和用于将平台核心空气供给流体地连接至平台的平台核心的空气通路。

实施方案1：一种用于包括多壁叶片和平台的涡轮轮叶的冷却系统，其包含：

用于多壁叶片的冷却回路，冷却回路包括外腔回路和用于收集来自外腔回路的冷却空气的中央腔；

用于接收来自中央腔的冷却空气的平台核心空气供给；和

用于将平台核心空气供给流体地连接至平台的平台核心的空气通路。

实施方案2：根据实施方案1所述的冷却系统，其中，空气通路包括孔的部分，其中，孔从涡轮轮叶的外部、穿过平台核心空气供给的部分且延伸进入平台核心中。

实施方案3：根据实施方案2所述的冷却系统，其中，平台核心空气供给的部分包括端部接片。

实施方案4：根据实施方案2所述的冷却系统，其此外包括用于从涡轮轮叶的外部至平台核心空气供给的部分密封孔的插塞。

实施方案5：根据实施方案2所述的冷却系统，其中，平台核心空气供给从多壁叶片的中央腔向涡轮轮叶的外部延伸。

实施方案6：根据实施方案2所述的冷却系统，其中，涡轮轮叶的外部包含涡轮轮叶的柄或平台的斜面。

实施方案7：根据实施方案1所述的冷却系统，其中，外腔回路包含压力侧外腔回路或吸入侧外腔回路。

实施方案8：根据实施方案7所述的冷却系统，其中，外腔回路包含三通路压力侧蛇形回路。

实施方案9：根据实施方案1所述的冷却系统，其此外包含用于从平台核心作为冷却膜排出冷却空气的多个孔隙。

实施方案10：一种形成用于涡轮轮叶的冷却回路的方法，涡轮轮叶包括多壁叶片和平台，该方法包含：

形成从涡轮轮叶的外部、穿过平台核心空气供给且延伸进入平台的平台核心中的孔，平台核心空气供给连接至多壁叶片的中央腔；

并且

插塞邻近涡轮轮叶的外部的孔的部分；

其中，孔的未插塞的部分形成在平台核心空气供给与所平台核心之间的空气通路。

实施方案11：根据实施方案10所述的方法，其中，孔延伸穿过平台核心空气供给的端部接片。

实施方案12：根据实施方案10所述的方法，其中，平台核心空气供给从多壁叶片的中央腔向涡轮轮叶的外部延伸。

实施方案13：根据实施方案10所述的方法，其中，涡轮轮叶的外部包含涡轮轮叶的柄的外部或平台的斜面的外部。

实施方案14：根据实施方案10所述的方法，其中，中央腔流体地连接至外腔回路。

实施方案15：根据实施方案10所述的方法，其此外包含在平台中形成多个膜孔隙。

实施方案16：一种涡轮机，其包含：

燃气涡轮系统，其包括压缩机部件、燃烧器部件和涡轮部件，涡轮部件包括多个涡轮轮叶，并且其中，涡轮轮叶中的至少一个包括多壁叶片和平台；以及

置于多壁叶片内的冷却回路，冷却回路包括：

外腔回路和用于收集来自外腔回路的冷却空气的中央腔；

用于接收来自中央腔的冷却空气的平台核心空气供给；和

用于将平台核心空气供给流体地连接至平台的平台核心的空气通路。

实施方案17：根据实施方案16所述的涡轮机，其中，空气通路包括孔的部分，其中，孔从所述涡轮轮叶的外部、穿过平台核心空气供给的部分并且延伸进入平台核心中。

实施方案18：根据实施方案17所述的涡轮机，其此外包括用于从涡轮轮叶的外部至平台核心空气供给的部分密封孔的插塞。

实施方案19：根据实施方案17所述的涡轮机，其中，平台核心空气供给从多壁叶片的中央腔向涡轮轮叶的外部延伸。

实施方案20：根据实施方案17所述的涡轮机，其中，涡轮轮叶的外部包括涡轮轮叶的柄或平台的斜面。

本公开的说明性方面解决了本文中所描述的问题和/或未讨论的其他问题。

附图说明

从本公开的各个方面的以下详细的说明结合描绘了本公开的各个实施例的附图将更容易理解本公开的这些和其他特征。

图1示出了根据实施例的包括多壁叶片的涡轮轮叶的透视图。

图2是根据各个实施例沿着图1中的线x-x的图1的多壁叶片的横截面视图。

图3描绘了根据各个实施例显示了中间叶片压力侧冷却回路的图2的横截面视图的一部分。

图4是根据各个实施例的中间叶片压力侧冷却回路的透视图。

图5是根据各个实施例的中间叶片压力侧冷却回路的侧视图。

图6和7描绘了根据各个实施例用于将平台核心供给连接至平台核心的方法。

图8是根据各个实施例的燃气涡轮系统的示意图。

图9是根据各个实施例的冷却回路的侧视图。

注意到本公开的附图未按比例。附图意图仅描绘本公开的典型方面并且因此不应被视为限制了本公开的范围。在附图中，相似的编号代表在附图之间相似的元件。

附图标记清单

2涡轮轮叶

3平台

4柄

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

18,20,22,24,26腔

18前缘腔

20a-20e压力侧(近壁)腔

22a-22f吸入侧(近壁)腔

24a-24c后缘腔

26a,26b中央腔

30压力侧冷却回路

32冷却空气

34基部

36转弯

38尖端区

39基部

40转弯

42基部

44转弯

46基部

48平台核心空气供给

50端部接片

52空气通路

54平台核心

58冷却膜(coolingfilm)

60膜孔隙

64钻孔

66压力侧柄

68吸入侧柄

70压力侧斜面(slashface)

72吸入侧斜面

74插塞

102燃气涡轮机

104压缩机

106空气流

108被压缩的空气

110燃烧器

112燃料流

114燃烧气体

116涡轮

118轴

120负载

200冷却回路

202外腔

204导管

206中央腔

208基部。

具体实施方式

如上述，本公开内容大体涉及涡轮系统，并且更具体地涉及一种用于多壁叶片的平台核心供给。

在附图中(例如参见图8)，“a”轴线代表轴向。如本文中所使用的那样，术语“轴向”和/或“轴向地”指的是物体沿着轴线a的相对位置/方向，该轴线大致平行于涡轮机(尤其转子部段)的旋转轴线。如本文中另外所使用的那样，术语“径向”和/或“径向地”指的是指物体沿着轴线“r”(例如参见图1)的相对位置/方向，该轴线大致垂直于轴线a并且在仅仅一个位置处与轴线a相交。此外，术语“周向”和/或“周向地”指的是物体沿着周缘(c)的的相对位置/方向，该周缘围绕轴线a但是不在任何位置处与轴线a相交。

来看附图1，示出了涡轮轮叶2的透视图。涡轮轮叶2包括柄4和联接至柄4且从柄4径向向外延伸的多壁叶片6。多壁叶片6包括压力侧8、相对的吸入侧10和尖端区38。多壁叶片6此外包括在压力侧8与吸入侧10之间的前缘14以及在压力侧8与吸入侧10之间在与前缘14相对的侧面上的后缘16。多壁叶片6径向地延伸离开包括压力侧平台5和吸入侧平台7的平台3。平台3置于多壁叶片6与柄4之间的相交或过渡处。

柄4和多壁叶片6各可由一个或多个金属(例如，钢、钢的合金等)形成并且可根据传统方法(例如铸造、锻造或其他机加工)来成形。柄4和多壁叶片6可整体地成形(例如铸造、锻造、三维打印等)，或可作为分离的部件(其随后被结合(例如通过焊接、钎焊、粘结或其他联接机构))来形成。

图2描述了沿着图1的线x-x多壁叶片6的横截面视图。如图所示，多壁叶片6可包括多个内腔。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-22、多个后缘腔24a-24c和多个中央腔26a、26b。在多壁叶片6内的腔18、20、22、24、26的数量可变化，当然根据例如多壁叶片6的特定的结构、尺寸、预期用途等。就此而言，在本文中所公开的实施例中示出的腔18、20、22、24、26的数量不意图是限制性的。根据实施例，可使用腔18、20、22、24、26的各种组合来提供各种冷却回路。

在图3和4中描绘了包括冷却回路、例如中间叶片压力侧冷却回路30的实施例。压力侧冷却回路30邻近多壁叶片6的压力侧8，在前缘14与后缘16之间。压力侧冷却回路30是由压力侧腔20c、20d、和22e形成的向前流的三通路蛇形回路。在其他实施例中，向后流的三通路蛇形回路例如可通过使经过压力侧腔20c-20e的冷却空气的流动方向反转来提供。

结合图1参照图3和4，例如由燃气涡轮系统102(图8)的压缩机104所产生的冷却空气32的供应(例如经由至少一个冷却空气供给)经过柄4被供给至压力侧腔20e的基部34。冷却空气32径向向外经过压力侧腔20e流向多壁叶片6的尖端区38(图1)。转弯36使冷却空气32从压力侧腔20e改变方向进入压力侧腔20d中。冷却空气32径向向内经过压力侧腔20d流向压力侧腔20d的基部39。转弯40使冷却空气32从压力侧腔20d的基部39改变方向进入压力侧腔20c的基部42中。冷却空气32径向向外经过压力侧腔20c流向多壁叶片6的尖端区38。转弯44使冷却空气32从压力侧腔20c改变方向进入中央腔26b中。冷却空气32径向向内经过中央腔26b流向中央腔26b的基部46。

现在结合图1参照图5。图5是根据各种实施例中间叶片压力侧冷却回路30的侧视图。如图所示，冷却空气32从中央腔26b的基部46流入平台核心空气供给48中，平台核心空气供给远离中央腔26b向柄4的一侧延伸。平台核心空气供给48包括端部接片50。空气通路52从平台核心空气供给48的端部接片50延伸进入平台3的核心54中。空气通路52允许冷却空气32通过平台核心空气供给48的端部接片50流入平台核心54中，冷却平台3(例如通过对流冷却)。平台3可包含压力侧平台5和/或吸入侧平台7。冷却空气32可作为冷却膜58从平台核心54经由至少一个膜孔隙60离开以提供平台3的薄膜冷却。

下面关于图6和7来说明根据实施例将平台核心空气供给48的端部接片50流动地连接至平台核心54的方法。尽管结合中间叶片压力侧冷却回路30进行说明，应显而易见的是本文中所公开的方案可适应于与构造成提供冷却空气给可能需要冷却的平台核心或其它核心的任何冷却回路一起使用。

在图6中，执行机械加工(例如钻孔操作)以形成从柄4的外部至平台核心54的钻孔64。如图所示，钻孔64穿过柄4和平台核心空气供给48的端部接片50延伸进入平台核心54的内部中。钻孔64在平台核心空气供给48的端部接片50之间的部分形成空气通路52。也参照图1，钻孔64可在压力侧柄66或吸入侧柄68中形成。在其他实施例中，钻孔64可形成在压力侧斜面70中、吸入侧斜面72中、或者穿过平台印出部(printout)。在其他实施例中，延伸通道48可不包括端部接片50。在该情况中，钻孔64可穿过延伸通道48进入平台核心54中。总地来说，钻孔64可在任何合适的位置中定向使得钻孔64穿刺平台核心空气供给48(例如端部接片50)和平台核心54的部分两者。

如在图7中所示，插塞74(例如金属插塞)被紧固于柄4中以防止冷却空气32从端部接片50经过柄4漏出。插塞74可被紧固，例如通过钎焊或其他合适的技术。

图8示出了如可在本文中所使用的燃气涡轮机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将被压缩的空气108的流输送至燃烧器110。燃烧器110将被压缩的空气108的流与加压的燃料流112混合并且点燃混合物以产生燃烧气体114的流。尽管仅示出单个燃烧器110，燃气涡轮机102可包括任何数量的燃烧器110。而燃烧气体114的流被输送至涡轮116，其典型地包括多个涡轮轮叶2(图1)。燃烧气体114的流驱动涡轮116以产生机械功。在涡轮116中产生的机械功通过轴118驱动压缩机104并且可被用于驱动外部负载120、诸如发电机和/或类似者。

平台核心供给被说明用于中间叶片压力侧蛇形冷却回路30。然而，平台核心供给可被用于多壁叶片中的任何类型的冷却回路(蛇形、蛇形等等)(在其中冷却空气被收集在腔中)。例如，图9描绘了根据各种实施例的冷却回路200的侧视图。

在图9中，连同图1来说明，冷却空气32的供应通过柄4被供给至多壁叶片6的一个或多个外腔202(例如腔20、22、24、26)的基部34。在图9中描绘了仅仅一个外腔202。冷却空气32穿过外腔202径向向外地流向多壁叶片6的尖端区38。导管204将冷却空气32从外腔202重新导向到中央腔206(例如中央腔26)中。冷却空气32穿过中央腔206径向向内地流向中央腔206的基部208。

冷却空气32从中央腔206的基部208流入平台核心空气供给48中，平台核心空气供给远离中央腔206向柄4的一侧延伸。平台核心空气供给48包括端部接片50。空气通路52从平台核心空气供给48的端部接片50延伸到平台3的核心54中。空气通路52允许冷却空气32通过平台核心空气供给48的端部接片50流入平台核心54中，冷却平台3(例如通过对流冷却)。平台3可包含压力侧平台5和/或吸入侧平台7。冷却空气32可作为冷却膜58从平台核心54经由至少一个膜孔隙60离开，以提供平台3的薄膜冷却。

在各种实施例中，描述为被彼此“联接”的部件可沿着一个或多个接合部位被连结。在有些实施例中，这些接合部位可包括在不同部件之间的接合部，而在其他情况中，这些接合部位可包括稳固地和/或整体形成的互连。也就是，在有些情况中，被彼此“联接”的部件可被同时形成以限定单个连续的构件。然而，在其他实施例中，这些被联接的部件可作为单独的构件来形成并且之后通过已知的过程(例如紧固、超声波焊接、粘结)来连结。

当元件或层涉及被“在…上”、“接合至”、“连接至”或“联接至”另一元件时，其可直接被在其上、接合至、连接至或联接至另一元件，或者可存在中介的元件。相反，当元件涉及被“直接在…上”、“直接接合至”、“直接连接至”或“直接联接至”另一元件时，可能不存在中介的元件或层。用于描述元件之间的关系的其他词应以类似的方式(例如“在…之间”与“直接在…之间”、“相邻”与“直接相邻”等等)来解释。如本文中所使用的那样，术语“和/或”包括相关的所列出的物品的一个或多个的任何和所有组合。

本文中使用的术语目的仅是描述特定实施例而不是意图限制本公开。如本文中所使用的那样，单数形式“一”、“一个”和“该”也意图包括复数形式，除非上下文明确另有所指。此外将理解的是，当在说明书中使用时术语“包含”和/或“包括”规定了所述的特征、整体、步骤、操作、元件和/或部件的存在，但是不排除一个或多个其他特征、整体、步骤、操作、元件、部件和/或其它们的组的存在或添加。

该说明书使用示例以公开本发明，包括最佳模式，并且还使本领域技术人员能够实施该发明，包括制造和使用任何装置或系统以及执行任何所包含的方法。本发明的保护范围通过权利要求来限定并且可包括本领域技术人员能想到的其他示例。这些其他示例如果具有与权利要求书的文字语言没有不同的结构元件或者如果包括与权利要求的文字语言无实质区别的等同的结构元件，那么其意图在权利要求书的范围内。