專利名稱：渦輪機(jī)轉(zhuǎn)子盤以及相關(guān)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總體上涉及渦輪機(jī)技術(shù)，具體而言，涉及渦輪機(jī)槳葉平臺(tái)的冷卻。
背景技術(shù)：
為所有高技術(shù)燃?xì)鉁u輪機(jī)所共有的一個(gè)問(wèn)題是槳葉平臺(tái)端壁因高溫和大溫度梯度而損壞。此損壞可表現(xiàn)為氧化、破碎、開(kāi)裂、彎曲或釋放的形式。處理此問(wèn)題的推薦的解決方案采用以下方案中任一者:針對(duì)槳葉平臺(tái)的內(nèi)表面進(jìn)行冷卻強(qiáng)化，所述槳葉平臺(tái)沿徑向位于槳葉翼型與槳葉柄之間；在端壁之內(nèi)建立對(duì)流冷卻通道；及/或添加局部薄膜冷卻(local film cooling)。先前嘗試解決此問(wèn)題的代表性實(shí)例可在美國(guó)公開(kāi)申請(qǐng)案第2005/0095128號(hào)以及美國(guó)專利第6，309，175號(hào)、第5,630, 703號(hào)、第5，388, 962號(hào)、第4，111，603號(hào)與第3，897，171號(hào)中找到。仍需要提供更有效的冷卻布置以便采用槳葉柄空腔內(nèi)的已有的跨柄漏流來(lái)冷卻槳葉平臺(tái)。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)一個(gè)第一示例性但非限制性方面，本發(fā)明提供一種渦輪機(jī)轉(zhuǎn)子盤，其包括:環(huán)繞所述轉(zhuǎn)子盤的徑向外部圓周的一排槳葉，每片槳葉具有翼型、平臺(tái)、柄以及安裝部分，所述安裝部分容納于在所述轉(zhuǎn)子盤中形成的徑向狹槽中，以使位于相鄰安裝部分之間的轉(zhuǎn)子盤柱以及位于相鄰柄之間的柄空腔分離相鄰徑向狹槽中的相鄰槳葉，沿徑向向所述轉(zhuǎn)子盤柱外以及沿徑向向相鄰平臺(tái)內(nèi)，所述柄空腔大體上用至少一個(gè)分立熱力插塞來(lái)填充。根據(jù)另一個(gè)示例性但非限制性方面，提供了一種用于燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子槳葉組件，其包括:緊固到所述燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子盤的至少一對(duì)相鄰槳葉，每片槳葉包括平臺(tái)，所述平臺(tái)包括徑向外表面以及徑向內(nèi)表面；從所述平臺(tái)沿徑向向外延伸的翼型；從所述平臺(tái)沿徑向向內(nèi)延伸的柄，其中形成的所述柄具有形成內(nèi)部柄空腔的凹陷表面；從所述柄沿徑向向內(nèi)延伸的楔形榫；并且其中插塞容納在位于所述一對(duì)相鄰槳葉之間的所述內(nèi)部柄空腔中，大體上填充所述柄空腔，同時(shí)在所述插塞的徑向外部部分與所述平臺(tái)的所述徑向內(nèi)表面之間建立第一冷卻空氣流動(dòng)路徑。根據(jù)又一個(gè)示例性實(shí)施例，提供了一種對(duì)安裝在轉(zhuǎn)子葉輪上的渦輪機(jī)槳葉的平臺(tái)部分的下側(cè)進(jìn)行冷卻的方法，其中每片槳葉包括翼型、平臺(tái)、柄以及適合容納在轉(zhuǎn)子葉輪中的配合狹槽中的安裝部分，并且其中相鄰槳葉的相鄰柄形成由相鄰槳葉的平臺(tái)的所述下側(cè)進(jìn)行部分界定的柄空腔，所述方法包括:用至少一個(gè)熱力插塞大體上填充所述柄空腔；以及對(duì)熱力插塞進(jìn)行定形以弓I導(dǎo)跨柄漏流空氣的主要部分沿所述平臺(tái)的所述下側(cè)流動(dòng)?，F(xiàn)在將結(jié)合下文所確認(rèn)的附圖來(lái)詳細(xì)描述本發(fā)明。


圖1為已知渦輪機(jī)槳葉的局部端視圖，圖示了柄空腔以及用于冷卻槳葉平臺(tái)的跨柄漏流的流動(dòng)；圖2為圖示各自相鄰槳葉的相鄰柄空腔的簡(jiǎn)化側(cè)視圖，也圖示了跨柄漏流，該視圖大致在由圖1中的線2-2指示的平面上獲得；圖3為類似于圖2的局部端視圖，但圖示了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)示例性但非限制性實(shí)施例的位于柄空腔內(nèi)的適當(dāng)位置處的熱力插塞；圖4為類似于圖2的簡(jiǎn)化側(cè)視圖，但圖示了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)示例性但非限制性實(shí)施例的位于適當(dāng)位置的熱力插塞，該熱力插塞大體上填充了相鄰柄空腔；圖5為具有根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)示例性但非限制性實(shí)施例的熱力插塞的一對(duì)槳葉的示意性軸向端視圖，所述熱力插塞安裝在相鄰柄空腔之間；圖6為沿徑向穿過(guò)圖5中的熱力插塞作截面圖的示意性側(cè)視圖，并且圖示了用于沿軸向保持熱力插塞的蓋板；圖7為沿圖5中的線7-7所截得的截面；圖8為具有根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)示例性但非限制性實(shí)施例的分裂熱力插塞的一對(duì)槳葉的示意性軸向端視圖，所述分裂熱力插塞安裝在相鄰柄空腔之間；圖9為穿過(guò)圖8中的熱力插塞作截面圖的示意性側(cè)視圖，并且圖示了用于沿軸向保持分裂熱力插塞的一體式蓋板；以及圖10為沿圖8中的線10-10所截得的截面。
具體實(shí)施例方式圖1所示為適合于連接到轉(zhuǎn)子盤的典型轉(zhuǎn)子葉片或槳葉10，該轉(zhuǎn)子盤由位于可旋轉(zhuǎn)地連接或固定到渦輪機(jī)轉(zhuǎn)子或軸的葉輪上的柱12來(lái)表示。多個(gè)葉片或槳葉10是相同的，并且每一個(gè)都包括翼型14、平臺(tái)16、柄18以及楔形榫20。柄18從平臺(tái)16沿徑向向內(nèi)延伸至楔形榫20，并且楔形榫20從柄18沿徑向向內(nèi)延伸并容納于在轉(zhuǎn)子盤中形成的配合狹槽之內(nèi)。柱12在相鄰狹槽之間沿徑向凸出，從而形成相鄰狹槽中的每一個(gè)的一側(cè)。槳葉通常沿軸向裝入狹槽中以形成完整的環(huán)繞盤或葉輪的圓周而環(huán)狀排列的槳葉。環(huán)狀排列的槳葉通常沿軸向位于相鄰的固定多排葉片或噴嘴22之間(或沿軸向之間)。從圖7可最佳地了解到，每個(gè)翼型14包括第一或壓力側(cè)24以及第二或吸入側(cè)26。兩側(cè)24、26在前緣28以及沿軸向隔開(kāi)的后緣30處連結(jié)在一起。具體而言，翼型后緣30在翼弦方向上隔開(kāi)并且在翼型前緣28的下游。第一和第二側(cè)24和26分別從平臺(tái)16沿縱向或沿徑向向外延伸至徑向外部頂端(未圖示)。繼續(xù)參閱圖7，平臺(tái)16還具有壓力側(cè)邊緣32以及相對(duì)的吸入側(cè)邊緣34。當(dāng)轉(zhuǎn)子葉片10在轉(zhuǎn)子組件之內(nèi)連接時(shí)，間隙36在相鄰轉(zhuǎn)子葉片平臺(tái)16之間界定，并且因此間隙36被稱為平臺(tái)間隙。所述間隙通常由阻尼器銷或密封件38來(lái)閉合(參看圖5)?；氐綀D1，柄18包括大體上凹陷的空腔側(cè)壁40、上游側(cè)壁邊緣42以及下游側(cè)壁邊緣44。因此，柄空腔側(cè)壁40分別相對(duì)于上游和下游側(cè)壁邊緣42和44凹入，因而當(dāng)槳葉10在轉(zhuǎn)子組件之內(nèi)連接時(shí)，柄空腔46(參看圖1和圖5)在相鄰轉(zhuǎn)子葉片柄之間界定。為方便起見(jiàn)，柄空腔的參考標(biāo)號(hào)46包括每片槳葉的柄空腔以及由相鄰槳葉形成的組合空腔。在示例性的實(shí)施例中，為了便于增加柄空腔46內(nèi)的壓力，位于槳葉前端處的柄側(cè)壁邊緣42可包括內(nèi)部和外部天使翼密封件48、50，該內(nèi)部和外部天使翼密封件48、50抑制熱燃燒氣體沿密封件50的徑向向內(nèi)進(jìn)入葉輪空間區(qū)域。用流動(dòng)箭頭52表示的凹入或內(nèi)凹部分沿與楔形榫20沿徑向相鄰的內(nèi)部天使翼50的徑向向內(nèi)形成，容許跨柄漏流空氣流入空腔46中以冷卻空腔，具體而言，冷卻平臺(tái)16的下側(cè)54。從圖1和圖2可了解到，在位置52處的入口與側(cè)壁邊緣44處的出口之間沒(méi)有界定流動(dòng)路徑的情況下，在位置52處進(jìn)入空腔46中的氣流是低速的，且極度無(wú)序的，其中在它與相鄰槳葉的側(cè)壁邊緣之間存在間隙。所述間隙由(例如)位于柄空腔側(cè)壁邊緣42、44的一側(cè)或兩側(cè)的密封銷(未圖示)來(lái)進(jìn)行部分密封。另外，在平臺(tái)與盤柱之間不存在任何輻射屏蔽的情況下，流過(guò)平臺(tái)16的下側(cè)54的氣流的溫度增加還很可能使盤柱12變熱。圖3至圖7圖示了本發(fā)明的一個(gè)示例性但非限制性實(shí)施例，其中熱力插塞56大體上填充了相鄰槳葉之間的柄空腔46。插塞56優(yōu)選為不允許空氣從中通過(guò)的輕質(zhì)金屬或金屬泡沫。插塞56具有大致為矩形的結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)具有適合與空腔46的形狀大體上匹配的四側(cè)。插塞56可構(gòu)造為空心、自承殼體或填充有金屬蜂窩等加強(qiáng)結(jié)構(gòu)的空心殼體。所述插塞意圖填充大部分柄空腔46并引導(dǎo)大部分存在的跨柄漏流流向平臺(tái)16，從而產(chǎn)生較高速度以及對(duì)平臺(tái)下側(cè)的更有效的冷卻。所述插塞還充當(dāng)平臺(tái)與柱之間的輻射屏蔽物。另外，氣流的一小部分將被沿插塞56的徑向向內(nèi)方向輸送，因而還用于為盤柱的徑向外端提供一些冷卻。根據(jù)圖3中的流動(dòng)箭頭可明顯看到此流動(dòng)路徑。在圖4中可最佳地看到，插塞徑向外表面可形成有溝道或凹口 58以便在插塞與平臺(tái)下側(cè)之間提供分立、界限分明的流動(dòng)路徑。轉(zhuǎn)到圖6，分離蓋板60可緊固在柄空腔的一側(cè)，安置于分別在平臺(tái)和盤柱中形成的凹槽或槽口 62、64中，以便在安裝之后保持插塞以避免其沿軸向向后移出空腔。在這點(diǎn)上，位于插塞56的一端的徑向向內(nèi)薄片66阻止插塞沿軸向在相反或安裝方向上移動(dòng)(如圖6中所示，向右)。可采用墊片或隔片68來(lái)確保插塞56不在插塞與蓋板之間的間隙中沿軸向向蓋板移動(dòng)。在此布置下，插塞可在槳葉裝入至盤上之后從前側(cè)安裝至相鄰槳葉之間的柄空腔46中。如上文所述，隨后會(huì)使用蓋板60來(lái)將插塞56固持在適當(dāng)?shù)奈恢?。在其他?yīng)用中，可從槳葉的后側(cè)插入插塞，在插入插塞之后，同樣將蓋板安裝在所述后側(cè)上。在此布置中，插塞將專用冷卻空氣而非跨柄漏流引導(dǎo)至平臺(tái)的下側(cè)。跨柄漏流和專用冷卻流均可稱為“冷卻流”。圖8至圖10圖示了另一個(gè)示例性但非限制性實(shí)施例，在該實(shí)施中，一對(duì)相鄰槳葉70,72中的每一個(gè)在槳葉的上游和下游側(cè)均形成有一體式蓋板74、76以及78、80，如圖10所清晰顯不的。在此情況下，熱力插塞分裂成一對(duì)并排式插塞82、84，并排式插塞82、84在槳葉裝載到盤中之前放入相應(yīng)柄空腔中。因此，一體式蓋板74、76以及78、80能防止柄空腔之內(nèi)的插塞的任何軸向移動(dòng)，但墊片或隔片(未圖示)可在安裝和/或移除期間按照需要安裝在槳葉與插塞之間，從而避免柄空腔之內(nèi)的插塞的任何推撞或粘合。盡管本發(fā)明已結(jié)合目前被認(rèn)為是最具實(shí)用性且最優(yōu)選的實(shí)施例進(jìn)行了描述，但應(yīng)了解，本發(fā)明不限于所揭示的實(shí)施例，相反，而是旨在涵蓋包括在所附權(quán)利要求書的精神和范圍之內(nèi)的各種修改和等效布置。
權(quán)利要求
1.一種渦輪機(jī)轉(zhuǎn)子盤，包括: 環(huán)繞所述轉(zhuǎn)子盤的徑向外部圓周進(jìn)行緊固的一排槳葉，每片槳葉具有翼型、平臺(tái)、柄以及安裝部分，所述安裝部分容納在形成于所述轉(zhuǎn)子盤內(nèi)的徑向狹槽中，以使相鄰徑向狹槽中的相鄰槳葉被位于相鄰安裝部分之間的轉(zhuǎn)子盤柱以及形成于相鄰柄之間的柄空腔在所述轉(zhuǎn)子盤柱徑向向外以及相鄰平臺(tái)沿徑向向內(nèi)分開(kāi)，所述柄空腔大體上用至少一個(gè)分立熱力插塞來(lái)填充。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的渦輪機(jī)轉(zhuǎn)子盤，其中所述至少一個(gè)分立熱力插塞包括自承式空心體。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的渦輪機(jī)轉(zhuǎn)子盤，其中所述空心體填充有蜂窩結(jié)構(gòu)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的渦輪機(jī)轉(zhuǎn)子盤，其中所述至少一個(gè)分立熱力插塞包括一對(duì)并排式插塞。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的渦輪機(jī)轉(zhuǎn)子盤，其中所述至少一個(gè)分立熱力插塞成形為沿所述相鄰平臺(tái)的下側(cè)和/或沿所述轉(zhuǎn)子盤柱的上表面引導(dǎo)冷卻流。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的渦輪機(jī)轉(zhuǎn)子盤，其中所述至少一個(gè)分立熱力插塞在其一個(gè)大體軸向定向末端形成有軸向保持片。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的渦輪機(jī)轉(zhuǎn)子盤，其中所述至少一個(gè)分立熱力插塞沿其徑向外端形成有流道。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的渦輪機(jī)轉(zhuǎn)子盤，其中所述至少一個(gè)分立熱力插塞由蓋板沿軸向保持在所述空腔中。
9.根據(jù)權(quán)利要求4所述的渦輪機(jī)轉(zhuǎn)子盤，其中所述并排式插塞由與所述相鄰槳葉形成為一體的蓋板沿徑向保持在所述空腔中。
10.一種燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子槳葉組件，包括: 緊固到所述燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子盤的至少一對(duì)相鄰槳葉，每片槳葉包括平臺(tái)，所述平臺(tái)包括徑向外表面和徑向內(nèi)表面； 從所述平臺(tái)沿徑向向外延伸的翼型； 從所述平臺(tái)沿徑向向內(nèi)延伸的柄，其中所述柄形成有凹陷表面，所述凹陷表面形成內(nèi)部柄空腔； 從所述柄沿徑向向內(nèi)延伸的楔形榫；并且其中 插塞容納在位于所述一對(duì)相鄰槳葉之間的所述內(nèi)部柄空腔中，大體上填充所述柄空腔，同時(shí)在所述插塞的徑向外部部分與所述平臺(tái)的所述徑向內(nèi)表面之間建立第一冷卻空氣流動(dòng)路徑。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的轉(zhuǎn)子槳葉組件，其中所述插塞包括空心金屬體。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的轉(zhuǎn)子槳葉組件，其中所述空心金屬體填充有加強(qiáng)結(jié)構(gòu)。
13.根據(jù)權(quán)利要求10所述的轉(zhuǎn)子槳葉組件，其中所述插塞包括一對(duì)并排式熱力插塞。
14.根據(jù)權(quán)利要求10所述的轉(zhuǎn)子槳葉組件，其中所述插塞成形為以沿所述平臺(tái)的下側(cè)以及在所述一對(duì)相鄰槳葉的所述楔形榫之間延伸的轉(zhuǎn)子盤柱的徑向外表面建立第二冷卻空氣流動(dòng)路徑。
15.根據(jù)權(quán)利要求10所述的轉(zhuǎn)子槳葉組件，其中所述插塞在其一個(gè)軸向定向末端形成有保持片。
16.根據(jù)權(quán)利要求10所述的轉(zhuǎn)子槳葉組件，其中所述插塞沿其徑向外端形成有流道。
17.根據(jù)權(quán)利要求10所述的轉(zhuǎn)子槳葉組件，其中所述插塞由應(yīng)用于所述轉(zhuǎn)子盤的蓋板沿軸向保持在所述空腔中。
18.根據(jù)權(quán)利要求13所述的轉(zhuǎn)子槳葉組件，其中所述并排式熱力插塞由與所述槳葉以及相鄰槳葉形成為一體的蓋板沿軸向保持在所述空腔以及相鄰槳葉中的相鄰空腔中。
19.一種對(duì)安裝在轉(zhuǎn)子葉輪上的渦輪機(jī)槳葉的平臺(tái)部分的下側(cè)進(jìn)行冷卻的方法，其中每片槳葉包括翼型、平臺(tái)、柄以及經(jīng)設(shè)置以容納在所述轉(zhuǎn)子葉輪中的配合狹槽中的安裝部分，并且其中相鄰槳葉的相鄰柄形成由相鄰槳葉的平臺(tái)的所述下側(cè)部分限定的柄空腔，所述方法包括: 用至少一個(gè)熱力插塞大體上填充所述柄空腔；以及 對(duì)所述熱力插塞進(jìn)行成形以沿所述平臺(tái)的所述下側(cè)引導(dǎo)冷卻流。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的方法，其中對(duì)所述熱力插塞進(jìn)行成形以沿所述平臺(tái)的所述下側(cè)引導(dǎo)冷卻流的步驟進(jìn)一步包括對(duì)所述熱力插塞進(jìn)行定形以沿徑向向所述熱力插塞內(nèi)引導(dǎo)冷卻流，以便冷卻所述轉(zhuǎn)子葉輪 中的相鄰配合狹槽之間的盤柱。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)一種渦輪機(jī)轉(zhuǎn)子盤。所述渦輪機(jī)轉(zhuǎn)子盤包括環(huán)繞所述轉(zhuǎn)子盤的徑向外部圓周進(jìn)行緊固的一排槳葉，每片槳葉具有翼型、平臺(tái)、柄以及安裝部分，所述安裝部分容納于在所述轉(zhuǎn)子盤中成形的徑向狹槽中，以使相鄰徑向狹槽中的相鄰槳葉被位于相鄰安裝部分之間的轉(zhuǎn)子盤柱以及位于相鄰柄之間的柄空腔在所述轉(zhuǎn)子盤柱徑向向外以及所述相鄰平臺(tái)徑向向內(nèi)分開(kāi)。所述柄空腔大體上填充有至少一個(gè)分立熱力插塞。
文檔編號(hào)F01D5/18GK103089324SQ20121041711
公開(kāi)日2013年5月8日 申請(qǐng)日期2012年10月26日 優(yōu)先權(quán)日2011年10月28日
發(fā)明者J.J.巴特基維奇 申請(qǐng)人:通用電氣公司