[发明专利]通过增材制造的带有翼部密封件且在相邻轮空间部分之间具有冷却剂传送通道的涡轮转子叶片

说明书

本发明公开了一种涡轮转子叶片，该涡轮转子叶片是增材制造的并且包括翼型主体，该翼型主体包括沿着前缘和后缘连接的凹形压力侧外壁和凸形抽吸侧外壁。柄部位于翼型主体的径向内端，并且至少一个翼部从柄部的至少一侧侧向延伸。冷却剂传送通道通过至少一个翼部限定。冷却剂传送通道流体地联接被限定在柄部与第一相邻涡轮转子叶片的第一相邻柄部之间的第一轮空间部分以及被限定在柄部与第二相邻涡轮转子叶片的第二相邻柄部之间的第二轮空间部分。冷却剂传送通道允许冷却剂在相邻涡轮转子叶片的轮空间部分之间通过。

背景技术

本公开整体涉及涡轮机，并且更具体地，涉及具有多个增材制造的整体特征部的涡轮转子叶片，该整体特征部诸如整体冲击套筒、平台中的非线性冷却通道、具有冷却剂传送通道的翼部以及具有整体格栅支撑结构的中空燕尾部。

涡轮机包括联接到转子的多个涡轮转子叶片。迫使工作流体诸如蒸汽或燃烧的燃料抵靠叶片以迫使它们转动转子。涡轮转子叶片在极热的条件下工作并且需要冷却。冷却特征部可以多种方式提供。

一种提供冷却的机构是冲击插入件。冲击插入件或套筒包括中空主体，该中空主体在其壁中具有冷却通道，该冷却通道允许通过冷却通道递送冷却剂以撞击或冲击待冷却表面上。冲击插入件用于例如涡轮机械中的各种热气体路径(HGP)部件诸如涡轮转子叶片中，以提高其中的冷却回路的冷却性能。冲击插入件面临的一个问题是将冲击插入件以足够接近的方式定位在HGP部件中的锥形或弯曲腔体内以实现高冷却性能，但不是如此接近以至于冷却无效。冲击插入件的冷却性能的一个指标是Z/D参数，该Z/D参数为插入件和HGP部件的内表面之间的相隔距离Z与冲击插入件中的冷却通道(孔)的直径D的比率。插入件的Z/D参数值通常被设计成在导致更好冷却性能的期望范围内。

在其中无法形成必要的相隔距离的情况下，通常不由插入件提供冲击冷却。例如，在HGP部件中的腔体弯曲过于显著以至于冲击插入件不能被制造得足够薄或弯曲到相应的必要相隔距离，则不能提供冲击冷却。解决这个问题的一种方法是在多个柔性纵向部分中提供冲击插入件以使得更容易将它们插入HGP部件中。然而，必须按顺序将多个插入件部分定位和联接在一起或将它们联接到HGP部件增加了制造的复杂性、时间和成本。柔性冲击插入件部分也不提供围绕其周边(即，横向(截面))的邻接元件，这可减损其不连续之处的冷却性能。

冲击冷却以有限的方式应用于涡轮机中的旋转涡轮转子叶片，例如用于其前缘。然而，冲击冷却尚未更广泛地应用于涡轮转子叶片的整个内表面上，因为旋转叶片所经受的离心力在其旋转时迫使冷却剂到达叶片的径向外末端，从而使冲击冷却不太有效。

另一个冷却特征部包括穿过待冷却的涡轮转子叶片的一部分的冷却通道。例如，涡轮转子叶片包括平台，该平台侧向延伸以与相邻涡轮转子叶片的平台协作形成穿过涡轮机的工作流体路径的一部分。由于工作流体的高温，平台通常在其中包括冷却回路，该冷却回路向穿过平台的斜面离开的多个冷却通道进料。一些平台在斜面中包括阻尼销座，该阻尼销座在其中接纳轴向延伸的销，该轴向延伸的销与相邻平台中的相邻阻尼销座配合以密封工作流体路径。冷却通道通常被钻到斜面中以将通道流体地联接到冷却回路。因此，冷却通道具有可能无法充分冷却所有平台的线性构型。例如，冷却通道可穿过形成阻尼销座的延伸部，但不充分地冷却斜面的其他部分。

冷却特征部也可与翼部一起使用。就这一点而言，另一个冷却特征部包括将冷却剂递送到翼部中或径向地围绕翼部的冷却通道。用于涡轮转子叶片的安装架还可在其中包括冷却特征部。

发明内容