用于燃气涡轮发动机的涡轮机叶片的冷却通道的制作方法

用于燃气涡轮发动机的涡轮机叶片的冷却通道的制作方法
【专利摘要】本实用新型提供一种用于燃气涡轮发动机的涡轮机叶片的冷却通道。所述涡轮机叶片可包括：平台；翼型，所述翼型从所述平台径向延伸；以及多个冷却通道，所述多个冷却通道限定在所述翼型内，位于所述翼型的外表面附近。所述冷却通道各自可包括：径向内部，所述径向内部具有第一截面面积；以及至少一个径向外部，所述径向外部具有第二截面面积，其中所述第一截面面积可以大于所述第二截面面积。本实用新型及对应专利进一步提供一种冷却方法，用于冷却燃气涡轮发动机中的涡轮机叶片。
【专利说明】用于燃气涡轮发动机的涡轮机叶片的冷却通道

【技术领域】
[0001] 本实用新型及对应专利总体上涉及一种燃气涡轮发动机，确切地说，涉及一种燃 气涡轮发动机的涡轮机叶片的冷却通道，用于改进在高工作温度下的冷却。

【背景技术】
[0002] 在燃气涡轮发动机中，高温燃烧气体通常从一个或多个燃烧器流过过渡连接件并 且沿高温气体通道流动。多个涡轮机级通常沿高温气体通道串联设置，以便燃烧气体流过 第一级喷嘴和叶片，然后流过后续涡轮机级的喷嘴和叶片。通过这种方式，涡轮机叶片需要 承受沿高温气体通道流动的燃烧气体引起的高温。由于燃气涡轮发动机的效率取决于其工 作温度，因此沿高温气体通道设置的部件，例如涡轮机叶片，需要能够持续承受不断升高的 温度，而不会产生故障或缩短使用寿命。
[0003] 特定涡轮机叶片，尤其是后续涡轮机级的叶片，可以包括径向延伸穿过涡轮机叶 片的多个冷却孔。通过这种方式，冷却孔可以输送诸如空气等冷却流体流过涡轮机叶片，以 进行传热，从而将涡轮机叶片的温度维持在可接受范围内。根据一种已知的冷却孔构造， 涡轮机叶片可以包括多个长直冷却孔，所述冷却孔通过成形管电解加工形成，也称为"STEM 钻孔"。尽管在某些应用中，此类构造可以实现涡轮机叶片的充分冷却，但是通过传统STEM 钻孔形成的冷却孔受限于穿过涡轮机叶片的直线路径。因此，涡轮机叶片的三维形状也受 限，因为需要适应径向延伸穿过其中的直冷却孔。此外，通过STEM钻孔形成的直冷却孔具 有恒定直径，因此无法解决沿涡轮机叶片径向长度的不同冷却需求。具体来说，由于直径恒 定，因此在冷却流体到达冷却需求更大的涡轮机叶片尖端区域之前，可能会将不合需要的 热量传递给冷却流体。
[0004] 因此需要改进具有冷却构造的涡轮机叶片，以承受沿燃气涡轮发动机的高温气体 通道的高温。具体来说，此类冷却构造可以允许涡轮机叶片具有各种复杂的三维形状或扭 曲，以改进气体动力。此类冷却构造还可以解决沿涡轮机叶片径向长度的不同冷却需求，从 而有效地冷却。最后，此类冷却构造可以减小冷却涡轮机叶片所需的空气流量，同时提高燃 气涡轮发动机的整体效率。 实用新型内容
[0005] 因此，本实用新型及对应专利提供了一种用于燃气涡轮发动机的涡轮机叶片。所 述涡轮机叶片可以包括：平台；翼型，所述翼型从所述平台径向延伸；以及多个冷却通道， 所述多个冷却通道限定在所述翼型内，位于所述翼型的外表面附近。所述冷却通道各自可 以包括：径向内部，所述径向内部具有第一截面面积；以及至少一个径向外部，所述径向外 部具有第二截面面积，其中所述第一截面面积可以大于所述第二截面面积。
[0006] 本实用新型及对应专利进一步提供一种冷却方法，用于冷却用于燃气涡轮发动机 中的涡轮机叶片。所述方法可以包括以下步骤：将冷却流体流输送到至少一个进料通道中， 所述进料通道限定在所述涡轮机叶片的柄部内；使所述冷却流体流通过多个冷却通道，所 述冷却通道限定在所述涡轮机叶片的翼型内，位于所述翼型的外表面附近；以及使所述冷 却流体流排出所述涡轮机叶片并进入所述燃气涡轮发动机的高温气体通道内。所述冷却 通道各自可以包括：径向内部，所述径向内部具有第一截面面积；以及至少一个径向外部， 所述径向外部具有第二截面面积，其中所述第一截面面积可以大于所述第二截面面积。所 述的方法的一个方面，其中至少一个所述冷却通道包括多个径向外部；所述的方法的另一 个方面，其中所述翼型包括基部和覆盖层，所述覆盖层延伸在所述基部之上，并且其中所述 冷却通道各自由通道限定，所述通道形成于所述基部内并且所述覆盖层延伸在所述通道之 上；所述的方法的又一方面，其中至少一个所述冷却通道沿所述翼型的所述外表面从所述 涡轮机叶片的平台径向延伸到一个或多个出口，所述出口限定在所述涡轮机叶片的尖端防 护罩内。
[0007] 本实用新型及对应专利进一步提供了一种用于燃气涡轮发动机的涡轮机叶片。所 述涡轮机叶片可以包括：平台；翼型，所述翼型从所述平台径向延伸到所述涡轮机叶片的 尖端；以及柄部，所述柄部从所述平台径向延伸到所述涡轮机叶片的根部。所述涡轮机叶 片还可以包括多个冷却通道，所述冷却通道限定在所述翼型内，位于所述翼型的外表面附 近。所述冷却通道各自可以包括：径向内部，所述径向内部具有第一截面面积；以及至少一 个径向外部，所述径向外部具有第二截面面积，其中所述第一截面面积可以大于所述第二 截面面积。所述涡轮机叶片可以进一步包括至少一个进料通道，所述进料通道限定在所述 柄部内，其中所述进料通道可以在界面处与至少一个所述冷却通道连通。所述进料通道可 以具有第四截面面积，其中所述第四截面面积可以大于所述第一截面面积。
[0008] 通过结合若干附图和随附的权利要求书来阅读以下详细说明，所属领域的普通技 术人员可清楚地了解本实用新型及对应专利的这些和其他特征以及改进。

【专利附图】

【附图说明】
[0009] 图1是燃气涡轮发动机的示意图，所述燃气涡轮发动机包括压缩机、燃烧器和涡 轮机。
[0010] 图2是可用于图1所示燃气涡轮发动机中的涡轮机的一部分的示意图，其中示出 了多个涡轮机级。
[0011] 图3是可用于图2所示涡轮机中的已知涡轮机叶片的正视平面图，其中示出了用 虚线表示的多个冷却孔。
[0012] 图4是图3所不润轮机叶片的俯视平面图。
[0013] 图5是本说明书所述的涡轮机叶片的一个实施例的正视平面图，其中示出了用虚 线表示的多个冷却通道。
[0014] 图6是本说明书所述的涡轮机叶片的另一个实施例的正视平面图，其中示出了用 虚线表示的多个冷却通道。
[0015] 图7是本说明书中所述的涡轮机叶片的一部分的俯视截面图，其中示出了限定在 涡轮机叶片内的冷却通道。
[0016] 图8是本说明书中所述的涡轮机叶片的一部分的俯视截面图，其中示出了限定在 涡轮机叶片内的冷却通道。

【具体实施方式】
[0017] 现参阅附图，在附图中，类似数字是指多幅附图中的类似元件。图1示出了本说明 书中所用的燃气涡轮发动机10的示意图。燃气涡轮发动机10可以包括压缩机15。压缩机 15压缩进入空气流20。压缩机15将压缩空气流20输送到燃烧器25。燃烧器25将压缩 空气流20与增压燃料流30混合，然后点燃所述混合物以产生燃烧气体流35。尽管只图示 了一个燃烧器25,但燃气涡轮发动机10可以包括任意数量的燃烧器25。随后将燃烧气体 流35输送到涡轮机40。燃烧气体流35驱动涡轮机40,从而产生机械功。在涡轮机40中 产生的机械功经由轴45驱动压缩机15,以及诸如发电机等外部负载50。本说明书中可使 用其他构造和其他部件。
[0018] 燃气涡轮发动机10可使用天然气、各种类型的合成气以及/或者其他类型的燃 料。燃气润轮发动机10可为位于美国纽约州斯卡奈塔第（Schenectady,New York)的通用 电气公司（General Electric Company)提供的多种不同燃气润轮发动机中的任意一种，其 包括，但不限于，7或9系列重型燃气涡轮发动机以及同类燃气涡轮发动机。燃气涡轮发动 机10可具有不同构造，并且可以使用其他类型的部件。本说明书中也可使用其他类型的燃 气涡轮发动机。本说明书中也可同时使用多个燃气涡轮发动机、其他类型的涡轮机以及其 他类型的发电设备。尽管本说明书中示出了燃气涡轮发动机10,但是本实用新型可适用于 任何类型的涡轮机械。
[0019] 图2示出了涡轮机40的一部分的示意图，所述涡轮机包括多个级52,这些级置于 燃气涡轮机发动机10的高温气体通道54中。第一级56可以包括多个周向隔开的第一级 喷嘴58和叶片60。类似地，第二级62可以包括多个周向隔开的第二级喷嘴64和叶片66。 此外，第三级68可以包括多个周向隔开的第三级喷嘴70和叶片72。尽管涡轮机40的一部 分被图示为包括三个级52,但是涡轮机40可以包括任意数量的级52。
[0020] 图3示出了涡轮机40的第二级62的一个叶片66的正视平面图。众所周知，叶片 66可以包括翼型76、柄部78和平台80,所述平台设置在翼型76与柄部78之间。翼型76 可以从平台80径向向上延伸到尖端防护罩82,所述尖端防护罩置于叶片66的尖端84周 围。尖端防护罩82可以与翼型76 -体成形。柄部78可以从平台80径向向下延伸到叶片 66的根端86,以使平台80大体上限定翼型76与柄部78之间的界面。如图所示，平台80 可以成形为在叶片66置于涡轮机40内以供使用时大体上呈平面并且大体上水平。柄部78 可以成形为限定根部结构，例如鸠尾榫，所述根部结构配置成将叶片66固定到涡轮机40的 涡轮盘。在燃气涡轮发动机10的运行期间，燃烧气体流35沿高温气体通道54在平台80 之上流动，所述平台形成高温气体通道54的径向内边界。因此，燃烧气体流35对准叶片66 的翼型76,因此翼型76的表面承受非常高的温度。
[0021] 如图3和图4所示，叶片66可以包括多个冷却孔88 (用虚线表示)，所述冷却孔限 定在翼型76内。每个冷却孔88可以从平台80径向延伸到出口 90,所述出口限定在位于叶 片66的尖端84处的尖端防护罩82内。冷却孔88可以通过传统STEM钻孔形成，因此它们 具有大体呈圆形的截面形状以及沿冷却孔88长度的恒定直径。叶片66还可以包括多个进 料孔92 (用虚线表示)，所述进料孔限定在柄部78内。每个进料孔92可以从入口 94径向 延伸到平台80,其中所述入口限定在叶片66的根端86处的柄部78内。如图所示，每个进 料孔92可以在置于平台80内的界面96处与一个冷却孔88直接连通。进料孔92还可以 通过传统STEM钻孔形成，因此它们具有大体呈圆形的截面形状以及沿进料孔92的长度的 恒定直径。在燃气涡轮发动机10的运行期间，冷却流体，例如来自压缩机15的放气，可以 通过入口 94输送到进料孔92中，然后可以流过冷却孔88并且经由出口 90离开叶片66。 因此，在冷却流体流过冷却孔88并随后在叶片66的尖端84处进入高温气体通道54时，可 以从叶片66,尤其是从翼型76向冷却流体传热。
[0022] 图5示出了本说明书中所述的涡轮机叶片100的一个实施例的正视平面图。叶 片100可用于燃气涡轮发动机10的涡轮机40的下一级中，例如第二级62中。类似地，叶 片100可用于涡轮机40的第三级68或者其他任何级中。叶片100可以包括翼型104、柄部 106和平台108,所述平台设置在翼型104与柄部106之间。翼型104可以从平台108径向 向上延伸到尖纟而防护罩112,所述尖纟而防护罩直于叶片100的尖纟而114周围。尖纟而防护罩 112可以与翼型104 -体成形。柄部106可以从平台108径向向下延伸到叶片100的根端 118,以使平台108大体上限定翼型104与柄部106之间的界面。如图所示，平台108可以成 形为在叶片100置于涡轮机40内以供使用时大体上呈平面并且大体上水平。柄部106可 以成形为限定根部结构，例如鸠尾榫，所述根部结构配置成将叶片100固定到涡轮机40的 涡轮盘。可以使用其他构造的翼型104、柄部106和平台108。
[0023] 如图5所示，叶片100可以包括多个冷却通道120 (用虚线表示)，所述冷却通道限 定在翼型104内靠近翼型104的外表面122处。冷却通道120可以沿翼型104的外表面122 从平台108向叶片100的尖端114径向延伸。具体来说，一个或多个冷却通道120各自可 以沿翼型104的外表面122从平台108径向延伸到一个或多个出口 126,所述出口限定在叶 片100的尖端114处的尖端防护罩112内。此外，一个或多个冷却通道120各自可以沿翼 型104的外表面122从平台108径向延伸到一个或多个出口 128,所述出口限定在翼型104 的外表面122内并且径向置于平台108与尖端防护罩112之间。类似地，一个或多个冷却 通道120各自可以沿翼型104的外表面122从平台108径向延伸到一个或多个出口，所述 出口限定在沿叶片100的任何位置。例如，在某些方面中，一个或多个冷却通道120各自可 以径向延伸到一个或多个出口，所述出口由沿翼型104设置的一个或多个通孔限定。在一 些方面中，一个或多个冷却通道120各自可以沿翼型104的外表面122径向延伸并且与翼 型104的外表面122的轮廓一致。在其他方面中，一个或多个冷却通道120各自可以沿翼 型104的外表面122轴向延伸到一个或多个出口，所述出口限定在翼型104内。例如，在某 些方面中，一个或多个冷却通道120各自可以轴向延伸到一个或多个出口，所述出口由沿 翼型104设置的一个或多个通孔限定。在其他方面中，一个或多个冷却通道120各自可以 轴向转向或者形成螺旋形结构或者其他任何结构，以优化叶片100的冷却。在此类方面中， 一个或多个冷却通道120各自可以延伸到一个或多个出口，所述出口由沿翼型204的后缘 设置的一个或多个通孔限定。
[0024] -个或多个冷却通道120各自可以具有截面面积，所述截面面积沿冷却通道120 的径向长度变化。冷却通道120的截面面积可以沿冷却通道120的径向长度锥式渐变。或 者，冷却通道120的截面面积可以沿冷却通道的径向长度阶梯式突变，如图5所示。具体来 说，一个或多个冷却通道120在平台108附近的截面面积大于所述冷却通道120在叶片100 的尖端114附近的截面面积。
[0025] 在一些方面中，一个或多个冷却通道120各自可以包括：径向内部132,所述径向 内部具有第一截面面积，所述第一截面面积沿径向内部132的径向长度恒定；以及径向外 部134,所述径向外部具有第二截面面积，所述第二截面面积沿径向外部134的径向长度恒 定。在此类方面中，第一截面面积可以大于第二截面面积。径向内部132可以在置于平台 108与叶片100的尖端114之间的界面136处与径向外部134直接连通。或者，一个或多个 冷却通道120各自可以包括径向中部138,所述径向中部置于径向内部132与径向外部134 之间。在某些方面中，径向中部138可以具有第三截面面积，所述第三截面面积沿径向中部 138的径向长度恒定。在此类方面中，第三截面面积可以小于第一截面面积并且大于第二截 面面积。径向中部138可以在界面142处与径向内部132直接连通并且在界面144处与径 向外部134直接连通。如图所示，不同部分132、134、138之间的界面136、142、144各自可 以包括从一个截面面积到另一个截面面积的阶梯式过渡。或者，不同部分132、134、138之 间的界面136、142、144各自可以包括从一个截面面积到另一个截面面积的锥式过渡。如果 一个或多个冷却通道120各自可以包括置于径向内部132与径向外部134之间的其他径向 间隔中部，则可以使用其他构造，其中每个其他径向间隔中部具有截然不同的截面面积。
[0026] 如图5所示，一个或多个冷却通道120各自可以包括多个径向外部134,所述径向 外部在界面136处与径向内部132直接连通。通过这种方式，冷却通道120限定树形形状， 以使径向外部134在界面136处从径向内部132分叉。在某些方面中，径向内部132的第一 截面面积可以大于每个径向外部134的第二截面面积。类似地，一个或多个冷却通道120各 自可以包括多个径向中部138,所述径向中部在界面142处与径向内部132直接连通，从而 形成枝状的树形形状。在一些方面中，径向内部132的第一截面面积可以大于每个径向中 部138的第三截面面积。此外，一个或多个冷却通道120各自可以包括多个径向外部134， 所述径向外部在界面144处与一个径向中部138直接连通，因此同样形成枝状的树形形状。 在某些方面中，径向中部138的第三截面面积可以大于每个径向外部134的第二截面面积。 如果一个或多个冷却通道120各自可以包括置于径向内部132与径向外部134之间的其他 径向间隔中部，则可以使用其他构造，其中每个其他径向间隔中部具有截然不同的截面面 积。
[0027] 叶片100还可以包括一个或多个进料通道148 (用虚线表示)，所述进料通道限定 在叶片100内。如图5所示，一个或多个进料通道148各自可以从入口 152径向延伸到平 台108,其中所述入口限定在叶片100的根端118处的柄部106内。一个或多个进料通道 148各自可以在置于平台108内的界面154处与一个或多个冷却通道120直接连通。具体 来说，一个或多个进料通道148各自可以在界面154处与一个或多个径向内部132直接连 通。在一些方面中，一个或多个进料通道148各自可以具有第四截面面积，所述第四截面面 积沿进料通道148的径向长度恒定。在此类方面中，第四截面面积可以大于一个或多个径 向内部132各自的第一截面面积。
[0028] 图6示出了本说明书中所述的涡轮机叶片200的另一个实施例的正视平面图。叶 片200包括与上文相对于叶片100所述元件对应的多个元件，这些元件在图6中使用对应 的数字标识，本说明书中不再进一步详细描述。叶片200可以用于燃气涡轮发动机10的涡 轮机40的下一级中，例如第二级62中。类似地，叶片200可以用于涡轮机40的第三级68 或者其他任何级中。
[0029] 如图6所示，叶片200可以包括多个冷却通道220 (用虚线表示)，所述冷却通道限 定在翼型204内靠近翼型204的外表面222处。冷却通道220可以沿翼型204的外表面222 从靠近平台208的位置向叶片200的尖端214径向延伸。具体来说，一个或多个冷却通道 220各自可以沿翼型204的外表面222从靠近平台208的位置径向延伸到一个或多个出口 226,所述出口限定在叶片200的尖端214处的尖端防护罩212内。此外，一个或多个冷却通 道220各自可以沿翼型204的外表面222从靠近平台208的位置径向延伸到一个或多个出 口 228,所述出口限定在翼型204的外表面222内并且径向置于平台208与尖端防护罩212 之间。在一些方面中，一个或多个冷却通道220可以包括一个或多个径向内部232以及一个 或多个径向外部234,与上文相对于叶片100所述的元件对应。类似地，一个或多个冷却通 道220各自可以沿翼型204的外表面222从平台208径向延伸到一个或多个出口，所述出 口限定在沿叶片200的任何位置。在一些方面中，一个或多个冷却通道220各自可以沿翼 型204的外表面222径向延伸并且与翼型220的外表面222的轮廓一致。在其他方面中， 一个或多个冷却通道220各自可以沿翼型204的外表面222轴向延伸。例如，在某些方面 中，一个或多个冷却通道220各自可以轴向延伸到一个或多个出口，所述出口由沿翼型204 设置的一个或多个通孔限定。在其他方面中，一个或多个冷却通道220各自可以轴向转向 或者形成螺旋形结构或者其他任何结构，以优化叶片200的冷却。在此类方面中，一个或多 个冷却通道220各自可以延伸到一个或多个出口，所述出口由沿翼型204的后缘设置的一 个或多个通孔限定。
[0030] 叶片200还可以包括一个或多个进料通道248 (用虚线表示)，所述进料通道限定 在叶片200内。如图6所示，一个或多个进料通道248各自可以从入口 252径向延伸到平 台208附近的位置，其中所述入口限定在叶片200的根端218处的柄部206内。通过这种方 式，一个或多个进料通道248各自可以经由柄部206延伸到翼型204内。一个或多个进料 通道248各自可以在置于翼型204内的界面254处与一个或多个冷却通道220直接连通。 具体来说，一个或多个进料通道248各自可以在界面254处与一个或多个径向内部232直 接连通。在一些方面中，一个或多个进料通道248各自可以具有第四截面面积，所述第四截 面面积沿进料通道248的径向长度恒定。在此类方面中，第四截面面积可以大于一个或多 个径向内部232各自的第一截面面积。如果一个或多个冷却通道120各自可以包括置于径 向内部232与径向外部234之间的其他径向间隔中部，则可以使用其他构造，其中每个其他 径向间隔中部具有截然不同的截面面积。
[0031] 图7示出了沿翼型104的外表面122的涡轮机叶片100的一部分的俯视截面图， 其中示出了一个冷却通道120的一个径向内部132的结构。翼型104可以包括基部160以 及覆盖层164,所述覆盖层在基部160之上延伸。通过这种方式，覆盖层164形成翼型104 的外表面122。如图所示，冷却通道120可以由翼型104的基部160和覆盖层164限定。具 体来说，冷却通道120可以由通道168限定，所述通道形成于基部160中，并且覆盖层164 在所述通道之上延伸。通道168可以具有大体呈矩形的截面，如图所示，但是通道168也可 以成形为具有其他形状的截面。此外，通道168可以包括圆角。沿冷却通道120的径向内 部132,通道168可以具有宽度 Wi和深度屯。此外，沿冷却通道120的径向内部132,覆盖层 164可以具有厚度厚度&可以沿径向内部132的径向长度保持恒定，以使通道168与 翼型104的外表面122之间的距离恒定。或者，厚度&可以沿径向内部132的径向长度变 化，以使通道168与翼型104的外表面122之间的距离不同。尽管冷却通道120的标称直 径可以在宽大小范围内，但是某些实施例中，所述标称直径优选可以在0. 010英寸和0. 300 英寸内。此外，冷却通道120可以具有间距与标称直径比，较大冷却通道120的所述间距与 标称直径比可以大于1，而较小冷却通道120的所述间距与标称直径比可以介于3与10之 间。
[0032] 图8示出了沿翼型104的外表面122的涡轮机叶片100的一部分的俯视截面图， 其中示出了一个冷却通道120的径向外部134的结构。沿冷却通道120的径向外部134,通 道168可以具有宽度w。和深度d。。此外，沿冷却通道120的径向外部134,覆盖层164可以 具有厚度t。。厚度t。可以沿径向外部134的径向长度保持恒定，以使通道168与翼型104 的外表面122之间的距离恒定。或者，厚度to可以沿径向外部134的径向长度变化，以使 通道168与翼型104的外表面122之间的距离不同。如上所述，冷却通道120的径向内部 132的第一截面面积可以大于冷却通道120的径向外部134的第二截面面积。此外，冷却通 道120的径向内部132的厚度t可以大于冷却通道120的径向外部134的厚度t。。如上 所述，尽管冷却通道120的标称直径大小可以在宽大小范围内，但在某些实施例中，所述标 称直径优选地在〇. 010英寸和〇. 300英寸内。此外，冷却通道120可以具有间距与标称直 径比，较大冷却通道120的所述间距与标称直径比可以大于1，而较小冷却通道120的所述 间距与标称直径比可以介于3与10之间。
[0033] 可以通过各种方法来形成涡轮机叶片100的冷却通道120。在某些方面中，冷却通 道120的通道168可以通过铣削、线割EMD、铣削EDM、切入式EDM、水喷射开槽、激光开槽或 者铸造而形成于翼型104的基部160内。可以使用其他方法来形成通道168。形成通道168 之后，可以通过使覆盖层164紧密贴合基部160的方式在通道168之上形成覆盖层164。在 一些方面中，覆盖层164可以包括铜焊或焊接到基部160上的薄箔或薄板。在其他方面中， 覆盖层164可以包括喷射涂层，所述喷射涂层与通道168桥接并粘合到基部160。可以使用 其他方法来形成覆盖层164。在某些方面中，冷却通道120的出口 126U28可以通过钻孔、 水喷射开槽或者激光开槽形成。可以使用其他方法来形成出口 126、128。也可以通过各种 方法来形成涡轮机叶片100的进料通道148。在某些方面中，进料通道148可以通过钻孔、 STEM钻孔、铣削、线割EMD、铣削EDM、切入式EDM、水喷射开槽、激光开槽或者铸造而形成于 柄部106和平台108内。可以使用其他方法来形成进料通道148。可以使用上述方法的任 意组合来形成不同的冷却通道120 ;出口 126、128 ;以及进料通道148。
[0034] 在包括涡轮机叶片100的燃气涡轮发动机10的运行期间，冷却流体，例如来自压 缩机15的放气，可以通过入口 152输送到进料通道148中。冷却流体随后可以流过冷却通 道120并通过出口 126、128离开叶片100。因此，在冷却流体流过冷却通道120并随后在叶 片100的尖端114处进入高温气体通道54中时，可以从叶片100,尤其是翼型104,向冷却 流体传热。在冷却通道120内，冷却流体可以流过径向内部132和径向外部134,从而以不 同速率从叶片100向冷却流体传热。
[0035] 冷却孔120的径向内部132和径向外部134可以配置成优化从叶片100,尤其是 翼型104向冷却流体的传热。由于冷却需求向叶片100的尖端114增大，因此每个径向内 部132的第一截面面积可以大于每个径向外部134的第二截面面积。因此，可以沿径向内 部132最大限度地减小冷却流体与叶片100之间的传热。类似地，每个进料通道148的第 四截面面积可以大于每个径向内部132的第一截面面积，以沿进料通道148最大限度地减 小冷却流体与叶片100之间的传热。此外，覆盖层164可以具有在径向内部132上的第一 厚度h以及在径向外部134上的第二厚度t。。第一厚度&可以大于第二厚度t。，以沿径向 内部132进一步最大限度地减小冷却流体与叶片100之间的传热。如上所述，一个或多个 第一厚度t和第二厚度t。可以沿对应径向内部132或径向外部134的径向长度变化。
[0036] 因此，本说明书中所述的涡轮机叶片100提供了改进的冷却构造，以便承受沿燃 气涡轮发动机10的高温气体通道54的高温。叶片100可以包括多个冷却通道120,每个冷 却通道具有沿冷却通道120的径向长度变化的截面面积。具体来说，一个或多个冷却通道 120可以包括：一个或多个径向内部132,所述径向内部具有第一截面面积；以及一个或多 个径向外部134,所述径向外部具有第二截面面积，配置成使第一截面面积可以大于第二截 面面积。通过这种方式，冷却通道120可以解决沿叶片100的径向长度的不同冷却需求，从 而有效地冷却。或者，一个或多个冷却通道120各自可以沿翼型104的外表面轴向延伸；可 以轴向转向；或者可以形成螺旋形结构或者其他任何结构，以优化叶片1〇〇的冷却。因此， 冷却通道120可以减小冷却叶片100所需的空气流量，同时提高燃气涡轮发动机10的整体 效率。此外，冷却通道120可以允许叶片100具有多种复杂的三维形状或扭曲，因为冷却通 道120可以沿翼型104的外表面122形成。通过这种方式，可以配置翼型104以改进空气 动力，而不考虑适应具有直线轨迹的冷却孔。
[0037] 尽管上述实施例是相对于叶片100、200图示和描述的，但应了解，类似的冷却通 道120、220构造可以用于燃气涡轮发动机10的高温气体通道内部或沿线的任何部件上，例 如喷嘴或防护罩上。此外，尽管在以上图示和描述的实施例中，冷却通道120、220沿叶片 100、200径向延伸，但应了解，冷却通道120、220可以沿叶片轴向延伸；可以轴向转向；或者 可以形成螺旋形结构或其他任何结构或者结合使用这几种方案，以优化叶片100、200的冷 却。
[〇〇38] 应了解，上述说明仅涉及本实用新型及对应专利的某些实施例。所属领域的一般 技术人员可在不脱离本实用新型精神和范围的情况下对本实用新型做多种改变和修改，本 实用新型的精神和范围由随附的权利要求书及其等效物定义。
【权利要求】
1. 一种用于燃气涡轮机发动机的涡轮机叶片，所述涡轮机叶片包括： 平台； 翼型，所述翼型从所述平台径向延伸；以及 多个冷却通道，所述冷却通道限定在所述翼型内，位于所述翼型的外表面附近，其中所 述冷却通道各自包括径向内部，所述径向内部具有第一截面面积，并且包括至少一个径向 外部，所述径向外部具有第二截面面积，并且其中所述第一截面面积大于所述第二截面面 积。
2. 根据权利要求1所述的涡轮机叶片，其中至少一个所述冷却通道包括多个径向外 部。
3. 根据权利要求1所述的涡轮机叶片，其中至少一个所述冷却通道包括至少一个径向 中部，所述径向中部延伸在所述径向内部与所述至少一个径向外部之间，其中所述至少一 个径向中部具有第三截面面积，并且其中所述第三截面面积大于所述第二截面面积并且小 于所述第一截面面积。
4. 根据权利要求1所述的涡轮机叶片，其中所述翼型包括基部和覆盖层，所述覆盖层 延伸在所述基部之上，并且其中所述冷却通道各自由通道限定，所述通道形成于所述基部 内并且所述覆盖层延伸在所述通道之上。
5. 根据权利要求4所述的涡轮机叶片，其中所述覆盖层具有在所述径向内部上的第一 厚度以及在所述径向外部上的第二厚度，并且其中所述第一厚度大于所述第二厚度。
6. 根据权利要求4所述的涡轮机叶片，其中所述通道包括大体呈矩形的截面。
7. 根据权利要求1所述的涡轮机叶片，其中至少一个所述冷却通道沿所述翼型的所述 外表面从所述平台径向延伸到一个或多个出口，所述出口限定在所述涡轮机叶片的尖端防 护罩内。
8. 根据权利要求1所述的涡轮机叶片，其中至少一个所述冷却通道沿所述翼型的所述 外表面从所述平台径向延伸到一个或多个出口，所述出口限定在所述翼型的所述外表面内 并且置于所述平台与所述涡轮机叶片的尖端防护罩之间。
9. 根据权利要求1所述的涡轮机叶片，进一步包括：柄部，所述柄部从所述平台向背离 所述翼型的方向径向延伸；以及至少一个进料通道，所述进料通道限定在所述柄部内，其中 所述进料通道在界面处与一个或多个所述冷却通道连通。
10. 根据权利要求9所述的涡轮机叶片，其中所述进料通道在所述界面处与一个或多 个所述径向内部直接连通，并且其中所述界面置于所述平台内。
11. 根据权利要求9所述的涡轮机叶片，其中所述进料通道在所述界面处与一个或多 个所述径向内部直接连通，并且其中所述界面置于所述翼型内位于所述平台与所述涡轮机 叶片的尖端防护罩之间处。
12. 根据权利要求9所述的涡轮机叶片，其中所述进料通道具有第四截面面积，并且其 中所述第四截面面积大于所述第一截面面积。
13. -种用于燃气涡轮发动机的高温气体通道表面的冷却系统，所述冷却系统包括： 高温气体通道部件； 多个冷却通道，所述冷却通道限定在所述高温气体通道部件内，位于所述高温气体通 道部件的外表面附近，其中所述冷却通道各自包括第一部分，所述第一部分具有第一截面 面积，并且包括至少一个第二部分，所述第二部分具有第二截面面积，其中所述至少一个第 二部分从所述第一部分延伸，并且其中所述第一截面面积大于所述第二截面面积。
14. 根据权利要求13所述的冷却系统，其中所述冷却通道沿所述高温气体通道部件径 向延伸，其中所述第一部分包括径向内部，并且其中所述至少一个第二部分包括至少一个 径向外部。
15. 根据权利要求13所述的冷却系统，其中所述冷却通道沿所述高温气体通道部件轴 向延伸，其中所述第一部分包括轴向下游部分，并且其中所述至少一个第二部分包括至少 一个轴向上游部分。
16. 根据权利要求13所述的冷却系统，其中所述高温气体通道部件包括喷嘴，并且其 中所述冷却通道沿所述喷嘴径向延伸。
【文档编号】F01D5/18GK203835465SQ201420106347
【公开日】2014年9月17日 申请日期:2014年3月10日 优先权日:2013年3月14日
【发明者】B.P.莱西 申请人:通用电气公司