結合有蜿蜒冷卻回路和軸向頂端冷卻回路的渦輪葉片的制作方法
【技術領域】
[0001]本發明總體上涉及渦輪葉片，更具體地，涉及一種具有冷卻回路的渦輪葉片，冷卻回路用于將冷卻空氣引導通過葉片的翼面。
【背景技術】
[0002]常規燃氣輪機發動機包括壓縮器、燃燒器和渦輪。壓縮器包括被供給到燃燒器的環境空氣，在燃燒器，環境空氣與燃料混合，然后，點燃混合物，從而產生形成熱工作氣體的燃燒產物。工作氣體被供給到渦輪，在渦輪，氣體通過多對靜止輪葉排和旋轉葉片排。旋轉葉片聯接到軸和盤組件。當工作氣體膨脹通過渦輪時，工作氣體使葉片及由此使軸和盤組件旋轉。
[0003]由于渦輪葉片暴露于熱工作氣體，渦輪葉片必須由能夠承受這種高溫的材料制成。另外，渦輪葉片通常包含冷卻系統，用于延長葉片壽命，并降低由溫度過高而引起故障的可能性。
[0004]通常，渦輪葉片包括根部、平臺和從平臺向外延伸的翼面。翼面一般由頂端、前緣和后緣組成。大多數葉片通常包含形成冷卻系統的內部冷卻通道。葉片中的冷卻通道可接收來自渦輪發動機的壓縮器的冷卻空氣，并使空氣通過葉片。
【發明內容】
[0005]根據本發明的方面，提供了一種空氣冷卻的渦輪葉片，其包括具有前緣和后緣的翼面以及壓力側和抽吸側壁。壓力和抽吸側壁在前緣和后緣之間沿翼弦方向延伸，并在葉片根部和翼面頂端之間沿翼展方向延伸。前緣冷卻回路鄰近前緣沿翼展方向延伸，后緣冷卻回路鄰近后緣沿翼展方向延伸。中間部分蜿蜒冷卻回路沿翼展方向延伸，并位于前緣冷卻回路和后緣冷卻回路之間，以在從后緣向前緣延伸的前向方向上引導空氣。蜿蜒冷卻回路包括第一通道和最終通道，第一通道接收來自第一通道根部通路的冷卻空氣。軸向頂端冷卻回路在翼弦方向上延伸，并位于頂帽和第一通道外端處的蜿蜒冷卻回路之間。軸向頂端冷卻回路具有接收來自蜿蜒冷卻回路的最終通道的冷卻空氣的前向端，并鄰近后緣排出冷卻空氣。
[0006]蜿蜒冷卻回路的最終通道可以是向外流動的通道，其延伸到頂帽，并在彎曲部處連接到軸向頂端冷卻回路的前向端。蜿蜒冷卻回路可包括位于第一和最終通道之間的至少一個中間通道，冷卻流可在彎曲部處進入軸向頂端冷卻回路之前，通過第一、中間和最終通道中的每個。相鄰的通道由腿分隔開，腿沿翼展方向延伸，并從壓力側壁延伸到抽吸側壁，前緣冷卻回路和蜿蜒回路的最終通道可由其間共同的腿分隔開。
[0007]前緣根部通路可給前緣冷卻回路提供冷卻空氣，后緣根部通道可給后緣冷卻回路提供冷卻空氣，其中，前緣冷卻回路將冷卻空氣引導至前緣，后緣冷卻回路提供在多個后緣出口通路處離開翼面的冷卻空氣。
[0008]軸向頂端冷卻回路可以限定為在頂帽和沿從軸向頂端冷卻回路的前向端到鄰近后緣位置的尾方向延伸的空腔地板(cavity floor)之間從壓力側壁延伸到抽吸側壁的連續空腔。空腔地板可限定出用于第一通道外端處的蜿蜒冷卻回路和用于后緣冷卻回路的外部流邊界。
[0009]壓力和抽吸側角部可在所述頂帽與相應壓力和抽吸側壁的接合處限定在所述軸向頂端冷卻回路內，所述頂帽由從壓力和抽吸壁角部朝向所述空腔地板向內延伸的相對側部限定，在相對側壁處的接合處，軸向頂端冷卻回路在翼展方向上具有最小尺寸。肋狀湍流器在所述軸向頂端冷卻回路內從壓力和抽吸側壁的內表面延伸，所述湍流器相對于所述空腔地板在翼展方向和尾方向上傾斜，以在軸向頂端冷卻回路中朝向所述頂帽徑向向外地產生冷卻空氣的湍流。所述湍流器從所述空腔地板以介于約30度于約45度范圍內的角度向外傾斜。
[0010]根據本發明的另一方面，提供了一種用于冷卻燃氣輪機發動機中使用的渦輪葉片的方法，所述渦輪葉片包括向內安置的葉片根部以及具有向外安置的頂端的翼面，所述翼面包括前緣和后緣，所述后緣具有多個后緣出口通路，以從所述翼面排出冷卻空氣。所述方法包括:經由所述葉片根部給所述翼面供給冷卻空氣；使一部分冷卻空氣通過前緣冷卻回路，以冷卻所述翼面的前緣；使一部分冷卻空氣通過后緣冷卻回路，以經由多個出口通路離開所述翼面；使一部分冷卻空氣通過位于所述前緣冷卻回路和所述后緣冷卻回路之間的前向流動的蜿蜒冷卻回路；以及使來自所述蜿蜒冷卻回路的前向端的冷卻空氣朝向所述后緣在所述軸向頂端冷卻回路內軸向地流動，以給位于所述翼面的頂端的頂帽提供冷卻。
[0011]所述蜿蜒冷卻回路包括第一通道、至少一個中間通道和最終通道，其中，所述最終通道包括鄰近所述頂帽的外端，在所述外端處，所述冷卻空氣從所述蜿蜒冷卻回路到達所述軸向頂端冷卻回路。來自所述蜿蜒冷卻回路的冷卻空氣沿所述頂帽的內表面在所述軸向頂端冷卻回路內從鄰近所述前緣冷卻回路的前向位置傳到向后位置，在向后位置，冷卻空氣鄰近所述翼面的后緣離開所述翼面。將冷卻空氣的穿過所述蜿蜒冷卻回路的部分經由所述葉片根部供給到所述蜿蜒冷卻回路的第一通道。將所述冷卻空氣的額外部分經由所述葉片根部直接供給到所述蜿蜒冷卻回路的最終通道。
[0012]與提供給所述軸向頂端冷卻回路的弦中心的冷卻空氣相比，在所述軸向頂端冷卻回路內朝向所述軸向頂端冷卻回路的鄰近所述翼面的側壁的部分引導更大量的空氣。
【附圖說明】
[0013]盡管本說明書以特別指出和明確要求本發明的權利要求書結束，但是應明白，結合附圖，從下面的描述中會更好地理解本發明，附圖中類似的參考標號表示類似的元件，附圖中:
[0014]圖1是示出本發明各方面的沿渦輪葉片的翼弦中心截取的截面圖；
[0015]圖2是沿圖1的線2-2截取的截面圖；
[0016]圖3是橫向于翼弦方向截取的渦輪葉片的外部的截面圖；以及
[0017]圖4是示出本發明各方面的穿過冷卻回路的冷卻空氣流的流程圖。
【具體實施方式】
[0018]在下面對優選實施例的詳細描述中，參考形成本發明一部分的附圖，附圖以說明性方式而不以限制性方式示出可實施本發明的特定優選的實施例。應理解，在不脫離本發明的精神和范圍的情況下，可以使用其它實施例，并且可以進行改變。
[0019]參見圖1，根據本發明的方面，示出了用于燃氣輪機發動機的空氣冷卻的渦輪葉片10。葉片10包括翼面12和根部14，根部用于常規地將葉片10固定到發動機的轉子盤，轉子盤用于在渦輪的熱工作氣體流路中支撐葉片10，熱工作氣體對葉片表面施加原動力。
[0020]如在圖2中進一步看出，翼面12具有外壁16，外壁包括大致凹形壓力側壁18和大致凸形抽吸側壁20。壓力和抽吸側壁18、20沿上游前緣22和下游后緣24連接在一起。前緣和后緣22、24軸向地或弦向地彼此分開。翼面12(如由壓力和抽吸側壁18、20限定的)沿翼展方向或葉片10從徑向內部葉片平臺26至徑向外部葉片頂端28的徑向方向徑向地延伸，并在前緣和后緣22、24之間弦向地延伸。根部14從葉片平臺26徑向向內延伸。
[0021]參見圖1，空腔30在壓力側和抽吸側壁18、20之間限定在翼面12內。根據本發明的方面，多個冷卻回路設置在空腔30內，以給葉片10的外壁16和頂帽32提供冷卻。特別地，前緣冷卻回路34、后緣冷卻回路36、中間部分蜿蜒冷卻回路38和軸向頂端冷卻回路4