[发明专利]燃气轮机盘

说明书

一种用于燃气轮机(10)的转子盘(36)，包括：至少一个根腔(75)，用于与燃气轮机的一个动叶(38，60)联接；一个盘冷却孔(70)，用于将根腔(75)与一个冷却气体源连接。盘冷却孔(70)具有横截面(S)，该横截面(S)具有第一长轴(W1)，该第一长轴相对于转子盘(36)的圆周方向倾斜第一倾斜角度(I)，该第一倾斜角度(I)介于0度到45度之间。沿着横截面(S)的长轴(W1)的第一距离(D1)大于沿着横截面(S)的第二短轴(W2)的第二距离(D2)，长轴(W1)和短轴(W2)相互正交。

技术领域

本发明涉及一种燃气轮机盘。更具体地，本发明涉及具有一个冷却孔的燃气轮机盘，该冷却孔被成形用于减小应力集中。本发明还涉及用于制造或改造燃气轮机盘以降低应力集中的方法。

背景技术

在燃气轮机引擎中，空气在压气机中被加压并且在燃烧器中与燃料混合以生成热燃烧气体。然后，热气体被朝向涡轮机引导，该涡轮机将来自热气体的能量转换为用于为压气机和转换能量的其他设备供电的功，这些其他设备例如是典型的飞机涡轮风扇引擎应用中的上游风扇，或者是发电应用中的发电机。

涡轮机级包括具有一排静叶的固定涡轮机喷嘴，这些静叶将燃烧气体引导到对应的一排转子动叶中，这些转子动叶从一个支撑转子盘径向向外延伸。静叶和动叶可以具有相应的中空翼型。这些翼型可以被设计和制造成是中空的，以便减轻重量，改变翼型的本征频率或在翼型中包含冷却电路。在后一种情况下，在冷却电路或多个冷却电路内部循环的冷却气体通常是来自压气机排放口的排出空气。

在动叶的情况下，为了将中空翼型连接到冷却气体源，必须在转子盘中设置多个盘冷却孔，每个冷却孔被布置用于与设置在相应动叶的根部中的相应孔或冷却通路连通。因此，每个冷却孔包括在盘的相应根腔中的一个断裂部，该根腔设置在转子盘中，以用于与相应动叶的根部联接。

在断裂部处并且沿盘冷却孔的长度的应力集中会带来问题，该问题可能导致疲劳损坏或故障，并因此限制涡轮机盘的寿命。

一种用于减轻这样的应力集中的、可行的现有技术解决方案是：从盘冷却孔和盘根腔之间的交叉处的锐角处移除材料。如所附的图13的盘剖视图所示，这可以通过在盘冷却孔80和盘根腔81之间的交叉处逐渐减小角部82来实现。该解决方案的主要缺点是：

-角部逐渐减小是附加操作，其引起附加费用；

-益处是由于锥形角部82处的材料切口使得根腔处的冷却孔断裂更大所带来，因此对转子盘的圆周强度的破坏也变得更大。

US4344738A公开了一种转子盘，其适于接收燃气轮机引擎的多个可冷却的转子动叶。开发了用于转子盘中的冷却空气孔的各种构造细节。在体现该发明的结构中，切向应力集中系数降低。每个冷却空气孔的细长轴位于垂直于盘的对称轴的平面中。

US4522562A公开了涡轮机转子的冷却，特别是飞机涡轮反应器的涡轮机转子的冷却，并且公开了一种涡轮机盘，其配备有两组通道，这些通道分别靠近盘的多个侧面中的每个侧面并且与其轮廓一致进行钻孔，涡轮机动叶的冷却空气流入这些通道，以便对盘进行表面冷却。

DE4428207A1公开了通过电腐蚀或电化学加工，在载有空气冷却动叶的涡轮机转子盘中生产弯曲的冷却空气通道，该涡轮机转子盘是一种工具，该工具采取圆弧形式并且围绕也采取圆弧形式的冷却空气通道的中心旋转。这种冷却空气通道进入盘槽并且基本上垂直于槽底定向。

US2011/123312A1公开了一种引擎部件，包括：一个本体；以及在本体中形成的多个冷却孔。这些冷却孔中的至少一个冷却孔具有带有第一凹入部分和第一凸出部分的横截面形状。

因此，仍然希望为涡轮机转子盘中设置的盘冷却孔提供一种新设计，以便减小由冷却孔的存在而引起的盘中的应力集中和对盘圆周强度的干扰。

发明内容