涡轮机转子叶片的制作方法

本发明大体上涉及涡轮机。更具体地说，本发明涉及用于涡轮机的转子叶片。

背景技术：

燃气涡轮发动机大体上包括压缩机区段、燃烧区段和涡轮区段。压缩机区段逐步增大进入燃气涡轮发动机的空气的压力，并且将此压缩空气供应到燃烧区段。被压缩的空气和燃料(例如，天然气)在燃烧区段内混合并且在一个或多个燃烧室内燃烧以产生高压和高温燃烧气体。燃烧气体从燃烧区段流到其中它们经膨胀以发挥作用的涡轮区段中。举例来说，燃烧气体在涡轮区段中的膨胀可使连接到发电机的转子轴旋转以产生电力。

涡轮区段大体上包括多个转子叶片。每个转子叶片包括位于燃烧气体流内的翼型件。在这方面，转子叶片从流过涡轮区段的燃烧气体提取动能和/或热能。一些转子叶片可包括尖端护罩，所述尖端护罩联接到翼型件的径向外端。尖端护罩降低通过转子叶片渗漏的燃烧气体的量。

转子叶片通常在极高的温度环境中操作。因此，每个转子叶片的尖端护罩可限定冷却剂可通过其流动的各个冷却通道。不过，冷却通道可能只对尖端护罩的某些部分例如各个圆角(fillet)提供有限的冷却。这可能限制转子叶片的操作温度和/或转子叶片的使用寿命。

技术实现要素：

本发明技术的各方面和优点将部分地在下面的描述中阐述，或者可以从所述描述显而易见，或者可以通过实践本发明技术来了解。

在一方面，本公开涉及一种用于涡轮机的转子叶片。所述转子叶片包括翼型件和联接到所述翼型件的尖端护罩。所述尖端护罩包括侧表面。所述翼型件和所述尖端护罩限定第一冷却通道。所述尖端护罩还限定与所述第一冷却通道流体连通的第二通道。所述第二冷却通道从所述第一冷却通道延伸到由所述侧表面限定的第一出口。所述第一出口构造成将冷却剂流引导到第一相邻转子叶片的尖端护罩圆角上。

在另一方面，本公开涉及一种涡轮机，其包括具有多个转子叶片的涡轮区段。所述多个转子叶片的第一转子叶片包括翼型件；以及联接到所述翼型件的尖端护罩。所述尖端护罩包括侧表面。所述翼型件和所述尖端护罩限定第一冷却通道。所述尖端护罩还限定与所述第一冷却通道流体连通的第二通道。所述第二冷却通道从所述第一冷却通道延伸到由所述侧表面限定的第一出口。所述第一出口构造成将冷却剂流引导到所述多个转子叶片的第二转子叶片的尖端护罩圆角上。

本公开技术方案1提供一种用于涡轮机的转子叶片，所述转子叶片包括：翼型件；以及联接到所述翼型件的尖端护罩，所述尖端护罩包括侧表面，所述翼型件和所述尖端护罩限定第一冷却通道，所述尖端护罩还限定与所述第一冷却通道流体连通的第二冷却通道，所述第二冷却通道从所述第一冷却通道延伸到由所述侧表面限定的第一出口，所述第一出口构造成将冷却剂引导到第一相邻转子叶片的尖端护罩圆角上。

技术方案2：根据技术方案1所述的转子叶片，其中，所述第一出口构造成以足够的速度排出所述冷却剂，以横越所述出口和所述尖端护罩圆角之间的间隙，使得所述冷却剂冲击到所述第一相邻转子叶片的尖端护罩圆角上。

技术方案3：根据技术方案1所述的转子叶片，其中，所述尖端护罩完全限定所述第二冷却通道。

技术方案4：根据技术方案1所述的转子叶片，其中，所述尖端护罩包括从所述尖端护罩的径向外表面向外延伸的密封轨，所述第二冷却通道沿所述密封轨延伸。

技术方案5：根据技术方案1所述的转子叶片，其中，所述尖端护罩包括塞子，所述塞子定位在所述第一冷却通道的径向外端中，以引导所述冷却剂流过所述第一冷却通道进入所述第二冷却通道中。

技术方案6：根据技术方案4所述的转子叶片，其中，所述塞子引导所有的冷却剂流过所述第一冷却通道进入所述第二冷却通道中。

技术方案7：根据技术方案1所述的转子叶片，其中，所述翼型件和所述尖端护罩还限定第三冷却通道，所述尖端护罩还限定与所述第三冷却通道流体连通的第四冷却通道，所述第四冷却通道从所述第三冷却通道延伸到由所述侧表面限定的第二出口，所述第二出口构造成将所述冷却剂引导到第二相邻转子叶片的尖端护罩圆角上。

技术方案8：根据技术方案7所述的转子叶片，其中，所述第一出口定位在所述尖端护罩的压力侧上，所述第二出口定位在所述尖端护罩的吸力侧上。

技术方案9：根据技术方案7所述的转子叶片，其中，所述尖端护罩包括从所述尖端护罩的径向外表面向外延伸的密封轨，所述第二冷却通道定位在所述密封轨的前方，所述第四冷却通道定位在所述密封轨的后方。

技术方案10：根据技术方案7所述的转子叶片，其中，所述第二冷却通道和所述第四冷却通道基本上平行。

技术方案提供一种涡轮机，其包括：包括多个转子叶片的涡轮区段，所述多个转子叶片的第一转子叶片包括：翼型件；以及联接到所述翼型件的尖端护罩，所述尖端护罩包括侧表面，所述翼型件和所述尖端护罩限定第一冷却通道，所述尖端护罩还限定与所述第一冷却通道流体连通的第二冷却通道，所述第二冷却通道从所述第一冷却通道延伸到由所述侧表面限定的第一出口，所述第一出口构造成将冷却剂引导到所述多个转子叶片的第二转子叶片的尖端护罩圆角上。

技术方案12：根据技术方案11所述的涡轮机，其中，所述第一出口构造成以足够的速度排出所述冷却剂，以横越所述出口和所述尖端护罩圆角之间的间隙，使得所述冷却剂冲击到所述第一相邻转子叶片的尖端护罩圆角上。

技术方案13：根据技术方案11所述的涡轮机，其中，所述尖端护罩完全限定所述第二冷却通道。

技术方案14：根据技术方案11所述的涡轮机，其中，所述尖端护罩包括从所述尖端护罩的径向外表面向外延伸的密封轨，所述第二冷却通道沿所述密封轨延伸。

技术方案15：根据技术方案11所述的涡轮机，其中，所述尖端护罩包括塞子，所述塞子定位在所述第一冷却通道的径向外端中，以引导所述冷却剂流过所述第一冷却通道进入所述第二冷却通道中。

技术方案16：根据技术方案14所述的涡轮机，其中，所述塞子引导所有的冷却剂流过所述第一冷却通道进入所述第二冷却通道中。

技术方案17：根据技术方案11所述的涡轮机，其中，所述翼型件和所述尖端护罩还限定第三冷却通道，所述尖端护罩还限定与所述第三冷却通道流体连通的第四冷却通道，所述第四冷却通道从所述第三冷却通道延伸到由所述侧表面限定的第二出口，所述第二出口构造成将所述冷却剂引导到所述多个转子叶片的第三转子叶片的尖端护罩圆角上。

技术方案18：根据技术方案17所述的涡轮机，其中，所述第一出口定位在所述尖端护罩的压力侧上，所述第二出口定位在所述尖端护罩的吸力侧上。

技术方案19：根据技术方案17所述的涡轮机，其中，所述尖端护罩包括从所述尖端护罩的径向外表面向外延伸的密封轨，所述第二冷却通道定位在所述密封轨的前方，所述第四冷却通道定位在所述密封轨的后方。

技术方案20：根据技术方案17所述的涡轮机，其中，所述第二冷却通道和所述第四冷却通道基本上平行。

参考下面的描述和所附的权利要求书，本发明技术的这些和其它特征、方面和优点将变得更好理解。并入到本说明书中并构成其部分的附图示出了本发明技术的实施例，并且与所述描述一起用来说明本发明技术的原理。

附图说明

本发明技术的完整和启发性公开，包括其对于所属领域的技术人员来说的最佳模式，在参考附图的说明书中被阐述，在附图中：

图1是根据本文中公开的实施例的示范性燃气涡轮发动机的示意图；

图2是根据本文中公开的实施例的示范性转子叶片的侧视图；

图3是根据本文中公开的实施例的示范性翼型件的横截面图；

图4是根据本文中公开的实施例的尖端护罩的俯视图；

图5是根据本文中公开的实施例的图4中所示的尖端护罩的部分的横截面图，图示了塞子；且

图6是根据本文中公开的实施例的相邻转子叶片的俯视图。

在本说明书和附图中参考标号的重复使用意在表示本发明技术的相同或相似特征或元件。

具体实施方式

现将详细参考本技术的当前实施例，在附图中说明当前实施例的一个或多个实例。详细描述中使用数字和字母标示来指代图中的特征。在附图和描述中相同或相似的标记用于指本发明技术的相同或相似部分。如本文中所使用，术语“第一”、“第二”和“第三”可互换使用以区分一个部件与另一部件，且并不在于表示个别部件的位置或重要性。属于“上游”和“下游”是指相对于流体路径中的流体流动的相对方向。举例来说，“上游”是指流体流出的方向，而“下游”是指流体流向的方向。

每个实例通过对本发明技术进行说明而不是对本发明技术进行限制的方式提供。实际上，所述领域技术人员将清除，在不偏离本发明的范围或者精神的前提下可对本发明进行多种修改和变化。举例来说，说明或描述为一个实施例的部分的特征可用在另一实施例上以产生又一实施例。因此，本发明技术应涵盖所有在所附权利要求书和其等效物的范围内的修改和变化。

虽然本说明书中示出和描述了工业或陆基燃气涡轮，但本说明书所示出和描述的本发明技术不限于陆基和/或工业燃气涡轮，除非权利要求中另外指明。举例来说，如本文中所描述的技术可用于任何类型的涡轮机中，包括但不限于航空燃气涡轮机(例如涡轮风扇等等)、蒸汽涡轮机和船用燃气涡轮机。

现在参考附图，其中在整个附图中相同标号指示相同组件，图1示意性地说明燃气涡轮发动机10。如所示的，燃气涡轮发动机10可包括进气区段12、压缩机区段14、燃烧区段16、涡轮区段18以及排气区段20。压缩机区段14和涡轮区段18可以由轴22联接。轴22可以是单个轴或联接到一起形成轴22的多个轴段。

涡轮区段18可包括：转子轴24，其具有多个转子盘26(示出其中的一个)；以及多个转子叶片28。每个转子叶片28从转子盘26中的一个径向向外延伸，并互连到转子盘26中的一个。每个转子盘26又可联接到通过涡轮区段18延伸的转子轴24的一部分。涡轮区段18还包括外壳30，其周向地围绕转子轴24和转子叶片28，从而至少部分地限定通过涡轮区段18的热气体路径32。

在操作期间，燃气涡轮发动机10产生机械旋转能，所述机械旋转能可例如用于产生电力。更确切地说，空气进入燃气涡轮发动机10的进气区段12。空气从进气区段12流入压缩机14中，所述空气在所述压缩机中经过逐渐压缩以提供压缩空气到燃烧区段16。燃烧区段16中的被压缩空气与燃料混合形成空气-燃料混合物，空气-燃料混合物燃烧产生高温和高压燃烧气体34。燃烧气体34接着流过涡轮18，涡轮从所述燃烧气体34提取动能和/或热能。这种能量提取使转子轴24旋转，由此形成对压缩机区段14供电和/或产生电力的机械旋转能。燃烧气体34通过排气区段20离开燃气涡轮发动机10。

图2是示范性转子叶片100的侧视图，转子叶片100可代替转子叶片28被并入到燃气涡轮发动机10的涡轮区段18中。如图所示，转子叶片100界定轴向方向a、径向方向r和周向方向c。一般来说，轴向方向a平行与轴24(图1)的轴向中心线102延伸，径向方向r大致正交于轴向中心线102延伸，而周向方向c围绕轴向中心线102大致同心地延伸。转子叶片100还可被并入到燃气涡轮发动机10(图1)的压缩机区段14中。

如图2图示的，转子叶片100可包括燕尾榫104、柄部106和平台108。更具体地，燕尾榫104将转子叶片100固定到转子盘26(图1)。柄部106联接到燕尾榫104并从燕尾榫104径向向外延伸。平台108联接到柄部106并从柄部106径向向外延伸。平台108包括径向外表面110，径向外表面110通常充当燃烧气体34流过涡轮区段18(图1)的热气体路径32的径向内流动边界。燕尾榫104、柄部106和平台108可限定进气端112，其允许冷却剂(例如来自压缩机区段14的排气)进入转子叶片100。在图2所示的实施例中，燕尾榫104是轴流枞树类型(firtree-type)的燕尾榫。替代性地，燕尾榫104可以是任何适合类型的燕尾榫。实际上，燕尾榫104、柄部106和/或平台108可以具有任何适合构造。

现在参照图2和图3，转子叶片100还包括翼型件114。具体地，翼型件114从平台108的径向外表面110径向向外延伸到尖端护罩116。翼型件114在根部118处联接到平台108(即翼型件114和平台116之间的相交处)。在这方面，翼型件118限定在根部118和尖端护罩116之间延伸的翼展120。翼型件114还包括压力侧表面122和相对的吸力侧表面124(图3)。压力侧表面122和吸力侧表面124在翼型件114的前缘126处和翼型件114的后缘128处接合在一起或互连。如所示的，前缘126被定向到燃烧气体流34(图1)中，而后缘128与前缘126间隔开，并定位在前缘126的下游。压力侧表面122和吸力侧表面124围绕前缘126和后缘128是连续的。而且，压力侧表面122大致是凹的，吸力侧表面124大致是凸的。

如图3所示，转子叶片100并且更具体讲是翼型件114和尖端护罩116可限定通过其延伸的一个或多个径向延伸的冷却通道130。更具体讲，径向延伸的冷却通道130可从进气端112通过翼型件114延伸到尖端护罩116。在这方面，冷却剂可从进气端112通过径向延伸的冷却通道130流到尖端护罩116。在图3所示的实施例中，例如，翼型件114限定七个径向延伸的冷却通道130。不过，在替代性实施例中，翼型件114可限定更多或更少的径向延伸的冷却通道130。

如上面提到的，转子叶片100包括尖端护罩116。如图2和图4图示的，尖端护罩116联接到翼型件114的径向外端，并大致限定转子叶片100的径向最外面的部分。在这方面，尖端护罩116降低通过转子叶片100逸出的燃烧气体34(图1)的量。如所示的，尖端护罩116可包括密封轨132。然而，替代性实施例可包括更多的密封轨132(例如两个密封轨132、三个密封轨132等)或根本不包括密封轨132。

现在参照图4，尖端护罩116包括各表面。例如，尖端护罩116可包括定位在尖端护罩116的前端136处的前侧表面134和定位在尖端护罩116的后端140处的后侧表面138。尖端护罩116还可包括定位在尖端护罩116的压力侧148上的第一压力侧表面142、第二压力侧表面144和第三压力侧表面146。类似地，尖端护罩116还可包括定位在尖端护罩116的吸力侧156上的第一吸力侧表面150、第二吸力侧表面152和第三吸力侧表面154。表面134,138,142,144,146,150,152,154可总称为侧表面158。而且，尖端护罩114还包括径向外表面160，密封轨132可从径向外表面160向外延伸。如所示的，在一些实施例中，密封轨152可在第二压力侧表面144和第二吸力侧表面152之间延伸。然而，在替代性实施例中，尖端护罩116可具有表面的任何适合的组合和/或构造。

在图4所示的实施例中，尖端护罩116具有z凹口构造(z-notchconfiguration)。更具体地，第一压力侧表面142、第二压力侧表面144和第三压力侧表面146限定z形状。在这方面，压力侧凸圆角162在第一压力侧壁142和第二压力侧壁144之间过渡，而压力侧凹圆角164在第二压力侧壁144和第三压力侧壁146之间过渡。第一吸力侧壁150、第二吸力侧壁152和第三吸力侧壁154限定与压力侧壁142、144、146的z形状互补的z形状。因此，吸力侧凹圆角166在第一吸力侧壁150和第二吸力侧壁152之间过渡，而吸力侧凸圆角168在第二吸力侧壁152和第三吸力侧壁154之间过渡。不过，在替代性实施例中，尖端护罩116可具有任何适合的形状和/或构造。

尖端护罩116可限定压力侧冷却通道170和吸力侧冷却通道172。如所示的，冷却通道170、172分别从不同的径向延伸的冷却通道130延伸到由侧表面158限定的压力侧出口174和吸力侧出口176。例如，压力侧冷却通道170流体联接到径向延伸的冷却通道130之一，例如定位在密封轨132前方的冷却通道130之一。因此，压力侧冷却通道170通过尖端护罩116延伸到压力侧出口174。如所示的，在一些实施例中，冷却通道170可定位在密封轨132的前方。类似地，吸力侧冷却通道172流体联接到径向延伸的冷却通道130的另一个，例如定位在密封轨132后方的冷却通道130之一。在这方面，吸力侧冷却通道172通过尖端护罩116延伸到吸力侧出口176。如所示的，在一些实施例中，冷却通道170可定位在密封轨132的后方。在替代性实施例中，压力侧冷却通道170和出口174可定位在密封轨132的后方，吸力侧冷却通道172和出口176可定位在密封轨132的前方。压力侧冷却通道170和吸力侧冷却通道172在相反的方向上朝侧表面158延伸，并且如图4所示可大致相互平行或基本上相互平行。在某些实施例中，冷却通道170、172可沿密封轨132延伸，例如平行于或基本平行于密封轨132延伸。不过，在其它实施例中，冷却通道170、172的定位可与密封轨132无关。尖端护罩116可完全限定冷却通道170、172。替代性地，冷却通道170、172可以任何适合方式通过尖端护罩116延伸。在另外的实施例中，尖端护罩116可只限定压力侧冷却通道170或吸力侧冷却通道172中的一个。

如上面描述的，压力侧冷却通道170和吸力侧冷却通道172分别具有由侧表面158限定的压力侧出口174和吸力侧出口176。在图4所示的实施例中，压力侧凸圆角162限定压力侧出口174，吸力侧凸圆角168限定吸力侧出口176。在这方面，以及在下面更详细描述的，出口174、176构造成将冷却剂流引导到相邻转子叶片的凹圆角164、166。在一些实施例中，出口174、176可构造成以足够的速度排出冷却剂以横越出口174、176和相邻转子叶片的对应凹圆角164、166之间的间隙182(图6)，使得冷却剂冲击到相邻转子叶片的对应凹圆角164、166上。在这方面，在一些实施例中，出口174、176可具有与对应的冷却通道170、172相同的直径。不过，在替代性实施例中，侧表面158的任何适合部分可限定出口174、176，只要出口174、176可构造成将冷却剂流引导到相邻转子叶片的适合的尖端护罩圆角上。

现在参照图5，尖端护罩116可包括塞子178，所述塞子178定位在与压力侧冷却通道170和/或吸力侧冷却通道172流体联接的径向延伸的冷却通道130的径向外部分内。如所示的，塞子178可引导冷却剂180流过冷却通道130进入对应的冷却通道170、172中。在特定实施例中，塞子178可引导全部冷却剂180流过冷却通道130进入对应的冷却通道170、172中。塞子178可以是咬合对应的冷却通道130的径向外部分的焊接或其它适合的结构。

图6图示多个相邻转子叶片100。如所示的，第一转子叶片100a、第二转子叶片100b和第三转子叶片100c轴向对准并周向地间隔开。在这方面，第一转子叶片100a的压力侧出口174与第二转子叶片100b的吸力侧凹圆角166轴向对准。类似地，第二转子叶片100b的压力侧出口174与第三转子叶片100c的吸力侧凹圆角166轴向对准。而且，第二转子叶片100b的吸力侧出口176与第一转子叶片100a的压力侧凹圆角164轴向对准。类似地，第三转子叶片100a的吸力侧出口176与第二转子叶片100b的压力侧凹圆角164轴向对准。在替代性实施例中，转子叶片100a-100c的出口174、176可与对应的相邻转子叶片的任何适合的尖端护罩圆角对准。

在燃气涡轮发动机10操作期间，冷却剂180流过压力侧冷却通道170和吸力侧冷却通道172，以分别冷却对应的相邻转子叶片100a-100c的压力侧凹圆角166和吸力侧凹圆角164。更具体地，冷却剂180(例如来自压缩机区段14的排气)通过进气端112(图2)进入转子叶片100。冷却剂180的至少一部分流过翼型件114中的冷却通道130，进入压力侧冷却通道170和/或吸力侧冷却通道172中。冷却剂180分别通过出口174、176离开冷却通道170、172，并冲击到相邻的凹圆角164、166上，从而冷却凹圆角164、166。具体讲，离开第一转子叶片100a的出口174的冷却剂180冲击到第二转子叶片100b的凹圆角166上。类似地，离开第二转子叶片100b的出口174的冷却剂180冲击到第三转子叶片100c的凹圆角166上。而且，离开第二转子叶片的出口176的冷却剂180冲击到第一转子叶片100a的凹圆角164上。类似地，离开第三转子叶片100a的出口176的冷却剂180冲击到第二转子叶片100b的凹圆角164上。在这方面，出口174、176以足够的速度排出冷却剂，以横越出口174、176和对应的凹圆角164、166之间的间隙182，以促进这种冲击冷却。

如上面更详细描述的，转子叶片100包括限定压力侧冷却通道170和/或吸力侧冷却通道172的尖端护罩116，压力侧冷却通道170和/或吸力侧冷却通道172将冷却剂180引导到相邻转子叶片的圆角164、166上。在这方面，相比常规的转子叶片，转子叶片100提供对尖端护罩116的圆角164、166的更大的冷却。因此，相比常规的转子叶片，转子叶片100能够承受更高的操作温度和/或具有更长的使用寿命。

本说明书使用实例来公开本发明技术，包括最佳模式，并且还使得所属领域的技术人员能够实践本发明技术，包括制造和使用任何装置或系统并且执行任何所并入的方法。本发明技术的可获专利的范围由权利要求书限定，并且可包括所属领域的技术人员所想到的其它实例。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，那么此类实例意图处于权利要求书的范围内。