[发明专利]涡轮轮叶和用于冷却燃气涡轮发动机的涡轮轮叶的方法

说明书

技术领域

本申请和得到的专利大体涉及燃气涡轮发动机，并且更特别地，涉及涡轮轮叶和用于冷却燃气涡轮发动机的处于高的运行温度的涡轮轮叶的方法。

背景技术

在燃气涡轮发动机中，热的燃烧气体大体可从一个或多个燃烧器流过过渡件，以及沿着涡轮的热气路径流动。多个涡轮级典型地可沿着热气路径连续地设置，使得燃烧气体流过第一级喷嘴和轮叶，并且随后流过涡轮的后面的级的喷嘴和轮叶。照这样，喷嘴可将燃烧气体引导向相应的轮叶，使得轮叶旋转和驱动负载，诸如发电机等。燃烧气体可由包围轮叶的周向护罩容纳，周向护罩还可协助沿着热气路径引导燃烧气体。照这样，涡轮喷嘴、轮叶和护罩可经受沿着热气路径流动的燃烧气体引起的高温，这可在这些构件中形成热点和高的热应力。因为燃气涡轮发动机的效率取决于其运行温度，所以目前需要沿着热气路径定位的构件(诸如涡轮轮叶)能够经受住越来越高的温度，而不失效或减少使用寿命。

某些涡轮轮叶可包括限定在涡轮轮叶内以实现冷却目的的一个或多个通路。例如，冷却通路可限定在涡轮轮叶的翼型件、平台、柄部和/或尖部护罩内，这取决于轮叶的具体冷却需要，这可根据涡轮的级的不同而改变。根据某些构造，冷却通路可限定在涡轮轮叶的热气路径表面附近的区域内。照这样，冷却通路可运送冷却流体(诸如压缩机排气或抽取空气)通过涡轮轮叶的期望区域，以交换热，以便使该区域的温度保持在可接受的范围内。

根据一个已知构造，涡轮轮叶可包括多个长的笔直冷却通路，它们各自从涡轮轮叶的根部端沿径向延伸到尖部端。冷却通路可用各种方法形成，诸如钻孔。但是，通过钻孔形成的根部到尖部的冷却通路限于通过涡轮轮叶的笔直路径。因此，由于需要适应沿径向延伸通过其中的各个冷却通路的笔直视线，以及由于要保持最小壁厚，所以涡轮轮叶、特别是其翼型件部分的三维形状的变化可受到限制。此外，由于翼型件的空气动力学形状的原因，将笔直冷却通路布置在热气路径表面附近(诸如沿着翼型件的后缘布置)可为有挑战性的。另外，对于较长的涡轮轮叶，通过轮叶的整个长度冷却通路而钻孔可能是特别有挑战性且代价高昂的，因为通路的长度与直径的比大。

根据另一个已知构造，涡轮轮叶可包括多个冷却通路，它们各自具有彼此连接的两个笔直部分。特别地，第一部分可从涡轮轮叶的根部端延伸，而第二部分从涡轮轮叶的尖部端延伸到第一部分。冷却通路的两个笔直部分可在涡轮轮叶的平台内或别处相遇。根据又一个已知构造，涡轮轮叶可包括多个笔直的冷却通路，它们各自从涡轮轮叶的尖部端沿径向延伸到限定在涡轮轮叶的柄部内的冷却腔体。照这样，冷却通路比涡轮轮叶的长度更短。虽然这些构造可减少与根部到尖部的冷却通路相关联的一些挑战，但它们仍然可在很大程度上限制翼型件的三维形状，可限制期望区中的冷却效果，而且制造起来可能有挑战性且代价高昂。

因而期望有一种改进经涡轮轮叶，其具有用于冷却处于高的运行温度的涡轮轮叶的冷却通路构造。特别地，这种冷却通路构造可允许涡轮轮叶、特别是其翼型件部分具有各种复杂的三维形状或扭转，以实现改进的空气动力学。这种冷却通路构造还可允许最佳地布置冷却通路，以对翼型件的限制区段进行所意图的冷却，同时还最大程度地降低制造涡轮轮叶的成本和复杂性。最后，这种冷却通路构造可提高涡轮和整个燃气涡轮发动机的效率和性能。

发明内容

本申请和得到的专利因而提供一种用于燃气涡轮发动机的涡轮轮叶。涡轮轮叶可包括平台、从平台沿径向向外延伸的翼型件，以及至少部分地限定在翼型件内的多个冷却通路。冷却通路中的至少一个可沿径向延伸到限定在翼型件的外表面中的、在涡轮轮叶的尖部端的径向内侧的出口。

本申请和得到的专利进一步提供一种用于冷却在燃气涡轮发动机中使用的涡轮轮叶的方法。方法可包括以下步骤：使冷却流体流传送通过至少部分地限定在涡轮轮叶的翼型件内的多个冷却通路，其中，冷却通路中的至少一个可沿径向延伸到限定在翼型件的外表面中的、在涡轮轮叶的尖部端的径向内侧的出口。方法还可包括以下步骤：使冷却流体流通过冷却通路中的至少一个的出口排出，并且排到热气路径中。

本申请和得到的专利进一步提供一种燃气涡轮发动机。燃气涡轮发动机可包括压缩机、与压缩机处于连通的燃烧器，以及与燃烧器处于连通的涡轮。涡轮可包括布置成周向阵列的多个涡轮轮叶。各个涡轮轮叶可包括平台、从平台沿径向向外延伸的翼型件，以及至少部分地限定在翼型件内的多个冷却通路。冷却通路中的至少一个可沿径向延伸到限定在翼型件的外表面中的、在涡轮轮叶的尖部端的径向内侧的出口。

技术方案1. 一种用于燃气涡轮发动机的涡轮轮叶，所述涡轮轮叶包括：

平台；