[发明专利]叶片以及涡轮转子叶片

说明书

本发明涉及一种叶片以及涡轮转子叶片。所述叶片包括翼型件和肋部构造，所述翼型件由压力侧外壁和吸力侧外壁限定，所述压力侧外壁和吸力侧外壁沿着前缘和后缘连接，并且形成径向延伸的腔室以用于接纳冷却剂流。所述肋部构造可以包括前缘横向肋部，所述前缘横向肋部连接到所述压力侧外壁和吸力侧外壁，并且将前缘通道与所述径向延伸的腔室分隔开。肋部构造还可以包括第一中心横向肋部，所述第一中心横向肋部连接到所述压力侧外壁和所述吸力侧外壁，并且在所述前缘通道的直接后方将中间通道与所述径向延伸的腔室分隔开。所述中间通道由所述压力侧外壁、所述吸力侧外壁、所述前缘横向肋部和所述第一中心横向肋部限定，由此在其外壁之间跨越翼型件。

技术领域

本发明涉及涡轮翼型件(turbine airfoils)，更具体地，本发明涉及中空涡轮翼型件，例如转子或定子叶片(rotor or stator blades)，其具有内部沟槽(internalchannels)，以用于诸如空气的流体穿过以冷却翼型件。

背景技术

燃烧或燃气涡轮发动机(Combustion or gas turbine engines，在下文中称为“燃气涡轮”)包括压缩机、燃烧器和涡轮。本领域中众所周知的是，在压缩机中压缩的空气与燃料混合，并且在燃烧器中点火，然后膨胀通过涡轮以做功。涡轮内的部件，特别是沿周向排列的转子叶片和定子叶片，经受不利的环境，该不利的环境的特征是膨胀通过的燃烧产物的极高的温度和压力。为了经受住重复的热循环以及该环境的极端温度和机械应力，翼型件必须具有强健的结构并且必须被主动地冷却。

应当理解，涡轮转子和定子叶片通常包含形成冷却系统的内部通路或回路，通常为从压缩机排出的空气的冷却剂循环通过该冷却系统。这样的冷却回路通常由内部肋部(internal ribs)形成，该内部肋部提供用于翼型件所需的结构支撑，并且包括多个流动路径布置，以将翼型件保持在可接受的温度分布内。穿过这些冷却回路的空气通过形成在翼型件的前缘(leading edge)、后缘(trailing edge)、吸力侧(suction side)和压力侧(pressure side)上的膜冷却孔口排出。

应当理解，燃气涡轮的效率随着点火温度上升而增加。由此，对于使得涡轮叶片能够承受更高的温度的技术进步存在恒定的需求。这些进步有时候包括能够承受较高温度的新型材料，但是通常仅仅只是涉及改进翼型件的内部构造，以便加强叶片结构和冷却能力。然而，因为使用冷却剂降低了发动机的效率，所以太过于依赖增加的冷却剂使用水平的布置形式仅仅是以效率低下作为交换的。因此，仍然继续需要提供内部翼型件构造的新型的翼型件布置形式和提高冷却剂效率的冷却剂循环。

使得内部冷却的翼型件的布置形式进一步复杂化的考虑是在翼型件的内部和外部结构之间操作期间出现的温差。也就是，因为它们暴露于热气体路径，所以翼型件的外壁在操作期间通常停留在比许多内部肋部高得多的温度下，这些内部肋部例如可以具有限定到其每一侧上的冷却剂流过通路。事实上，通用的翼型件构造包括“四壁”布置形式，其中长的肋部与压力和吸力侧的外壁(outer walls)平行地延伸。已知的是，通过在四壁布置形式中形成的近壁流动通道可以实现高的冷却效率。近壁流动通道的难点在于，外壁比内壁经历显著高的热膨胀水平。这种不平衡的生长(growth)导致在内部肋部连接的部位处出现应力，这可能导致低的循环疲劳，可能缩短叶片的使用寿命。

发明内容