CN103089334A - 涡轮机部件以及连接涡轮机部件的冷却回路的方法 - Google Patents

Abstract

一种涡轮机部件以及连接涡轮机部件的冷却回路的方法。本发明提供一种涡轮机部件，并且该涡轮机部件包括：涡轮机叶片，该涡轮机叶片能够围绕涡轮机的转子旋转，以用于发电操作；以及平台，涡轮机叶片将与该平台组装在一起。涡轮机叶片形成为能够限定具有附件的主回路。平台形成为限定平台回路以及能够基本沿径向延伸的通路，该通路构造成能够连接至附件并且连接至平台回路。

Description

涡轮机部件以及连接涡轮机部件的冷却回路的方法

技术领域

本文中所公开的主题涉及涡轮机部件并且涉及组装涡轮机部件的方法。

背景技术

在例如燃气涡轮发动机的现代涡轮机中，压缩气体和燃料在燃烧器内混合和点燃以产生高温流体。这些高温流体接着被运送至涡轮，以用于发电操作。就涡轮而言，能够围绕涡轮的转子旋转的各级涡轮叶片与高温流体产生空气动力学相互作用，以使转子旋转。每一个涡轮叶片都连接至平台，并且有时暴露于高温和高压，如果涡轮叶片和平台中不具有冷却回路，则所述高温和高压将倾向于对涡轮叶片和平台造成损坏。这些冷却回路构造成能够向涡轮叶片和平台的表面连续提供冷却剂的供给，由此能够将其温度保持在安全范围内。

通常，期望将给定涡轮叶片的冷却回路与给定平台的冷却回路连接，涡轮叶片与所述给定平台组装在一起，以便产生冷却剂能够流动通过的连续的冷却回路和通路。先前，这种连接通常涉及沿周向定向的孔，所述沿周向定向的孔延伸到能够产生相对较高的应力集中的径向应力场中并且限制用于平台冷却回路的设计构造。

发明内容

根据本发明的一个方面，提供一种涡轮机部件，并且该涡轮机部件包括：涡轮叶片，该涡轮叶片能够围绕涡轮的转子旋转，以用于发电操作；以及平台，涡轮叶片将与该平台组装在一起。该涡轮叶片形成为能够限定具有附件的主回路。该平台形成为限定平台回路以及能够基本沿径向延伸的通路，该通路构造成能够连接至附件并且连接至平台回路。

根据本发明的另一个方面，提供一种涡轮机部件，并且该涡轮机部件包括：涡轮叶片，该涡轮叶片包括翼型件和根部，涡轮叶片能够围绕涡轮的转子旋转，以用于发电操作；以及平台，涡轮叶片的根部将与平台组装在一起。至少涡轮叶片的翼型件形成为能够限定主回路，主回路具有多个腔以及沿周向延伸和沿径向逐渐变细或弯曲的附件。平台形成为能够限定平台回路以及能够基本沿径向延伸的通路，该通路构造成能够连接至附件的端部以及平台回路的多个腔中的任何一个或多于一个的腔。

根据本发明的又一个方面，提供一种连接涡轮机部件的回路的方法，并且该方法包括以下步骤：形成涡轮叶片使得涡轮叶片限定了具有附件的主回路，该涡轮叶片能够围绕涡轮的转子旋转以用于发电操作；形成平台使得平台限定了平台回路，涡轮叶片将与该平台组装在一起；以及在平台中加工能够基本沿径向延伸的通路，使得该通路构造成能够在涡轮叶片与平台组装在一起时连接主回路和平台回路。

通过下文结合附图的描述，这些以及其它的优点和特征将变得更加显而易见。

附图说明

说明书结论处的权利要求中特别指出并且明确要求保护被认为是本发明的主题。通过下文结合附图的详细描述，本发明的上述和其它的特征以及优点是显而易见的，在附图中：

图1是涡轮机部件的透视图；

图2是根据各实施例的涡轮机部件的径向视图；

图3是根据各实施例的主冷却回路、平台冷却回路、和构造成连接主冷却回路与平台冷却回路的通路的轴向视图。

参照附图通过示例的详细的描述解释了本发明的实施例以及优点和特征。

具体实施方式

根据各个方面，可以在完成铸造工艺之后连接用于涡轮叶片和平台的独立的冷却通道。所述连接可以减少典型发生的应力集中并且可以通过能够从外部进入的方法形成，从而允许验证成功的通道连接以及易于加工。至少部分地由于冷却通道彼此独立，连接工艺在连接位置方面可以是简易和灵活的。

参照图1至图3，提供了涡轮机部件10。涡轮机部件10包括涡轮叶片20和平台30。涡轮叶片20包括翼型件21和根部22。翼型件21连接至根部22并且构造成从根部22径向向外延伸。涡轮叶片20构造成围绕例如涡轮的转子可旋转，使得翼型件21与流过涡轮的高温流体相互作用，以用于发电操作。平台30包括体部31，并且构造成使得涡轮叶片20的根部22可以与平台30组装在一起，使得涡轮叶片在其围绕转子旋转期间保持在适当位置。

至少涡轮叶片20的翼型件21形成为能够限定主冷却回路50。在一些情况下，根部22还可以形成为能够限定主冷却回路50的一部分。主冷却回路50具有可以沿轴向布置的多个腔51以及沿周向延伸并且沿径向逐渐变细或弯曲的附件52。多个腔51中的每一个腔51都可以沿展向延伸通过涡轮叶片20并且可以流体连接至多个腔51中的另一个腔51，使得主冷却回路50可以具有延长的冷却回路长度，在一些情况下，所述延长的冷却回路长度具有盘管形(serpentine)构造。因此，例如冷却剂的流体可以被引导通过主冷却回路50，以通过对流冷却、传导冷却和/或冲击冷却对涡轮叶片20进行冷却。

平台30形成为限定平台冷却回路60和能够基本沿径向延伸的通路70。平台冷却回路60轴向延伸通过平台30并且可以包括一个或多个平台腔61。通路70可以构造成能够连接至附件52的端部并且连接至主冷却回路50的多个腔51中的任何一个或多于一个的腔51。即，通路70可以设置在通路70连接至其上的多个腔51中的一个或多于一个的腔51以及平台腔61中的一个或多于一个的平台腔61的轴向位置处或者靠近该轴向位置。

附件52形成为能够限定主冷却回路50的延伸，并且从主冷却回路50沿周向延伸且沿径向逐渐变细或弯曲。更具体地，附件52从通路70连接至其上的多个腔51中的一个或多于一个的腔51沿周向延伸。通路70从附件52的周向端部510基本径向向外可延伸并且延伸至平台冷却回路60，所述平台冷却回路60构造成在涡轮叶片20和平台30组装在一起时从主冷却回路50的周向端部510径向向外布置。即，附件52延伸成能够在从平台腔61中的一个或多个平台腔61中的任何一个平台腔61径向向内或者在平台腔61中的一个或多个平台腔61中的任何一个平台腔61的下方的位置处与通路70相交。这样一来，通路70能够布置成与主冷却回路50和平台冷却回路60同时流体连通。

附件52的径向逐渐变细或弯曲部构造成远离平台冷却回路60或者相对于平台冷却回路60处于远端处。即，附件52可以包括径向向外侧520和径向向内侧530。径向向外侧520构造成能够径向布置成接近平台冷却回路60并且可以构造成相对于涡轮机部件10的轴向尺寸具有相对较浅的逐渐变细或弯曲部。径向向内侧530构造成能够布置成沿径向远离平台冷却回路60并且可以构造成相对于涡轮机部件10的轴向尺寸具有相对较深的逐渐变细或弯曲部。通过该结构，随着流体从主冷却回路50流过附件52，可以引导流体平稳地流入平台冷却回路60中。

根据各实施例，径向向外侧520和径向向内侧530均可以大体呈直线、弯曲和/或成角度的。径向向外侧520和径向向内侧530的相应端部可以类似地相对于周围结构成角度或弯曲。

根据进一步的实施例，通路70和平台冷却回路60在相交部80处相汇(meet)。该相交部80可以包括成角度的或圆形的边缘。此外，通路70可以相对于涡轮机部件10的径向尺寸成角度。当平台冷却回路60本身相对于涡轮机部件10的周向尺寸弯曲和/或成角度时，相交部80和通路70的可能具有的角度可以设置成与平台冷却回路60的弯曲和/或所具有的角度一致。

一旦通路70形成在平台30中，塞子90就可以安装在通路70的径向向内部段中。该塞子90可以构造成能够防止冷却剂从通路70泄漏并且可以通过焊接、钎焊或机械方式中的一种或多种方式紧固至平台30。

根据本发明的另一个方面，提供一种组装涡轮机部件10的方法。该方法包括：形成如上文所描述的涡轮叶片20，使得涡轮叶片20将主冷却回路50限定成至少具有附件52；以及形成如上文所描述的平台30使得平台30能够限定平台冷却回路60，涡轮叶片20将与平台30组装在一起。该方法进一步包括通过例如铸造或加工而形成能够基本径向延伸到平台30中的通路70，使得通路70构造成能够在涡轮叶片20与平台30组装在一起时连接主冷却回路50和平台冷却回路60。

根据各实施例，该方法进一步包括将涡轮叶片20与平台30组装在一起。可以在该组装操作之前或之后对通路70进行铸造或加工。在前一种情况下，由于平台30在当时可能是独立部件，因此铸造或加工工艺可能比较简单。相比之下，在后一种情况下，由于附件52相对于平台30的位置将是已知的，因此可能比较易于确定通路70的精确的轴向、周向和径向定位。

根据进一步的实施例，形成涡轮叶片20和形成平台30中的每一个步骤都可以例如包括铸造工艺和/或其它相似的工艺，例如熔模铸造和模制工艺。可以在其它的形成工艺之后完成通路70的铸造或加工，并且因此允许外部位置验证。加工可以例如包括电动加工(EDM)工艺和/或其它相似的工艺，例如机械加工以及化学或机械刻蚀工艺。

尽管仅结合数量有限的实施例已经对本发明进行了详细描述，但是应当易于理解，本发明并不限于这种所公开的实施例。相反，能够将本发明修改成结合到目前为止并未进行描述但是与本发明的精神和范围相当的任何数量的改型、变型、替代或等同布置。此外，尽管已经对本发明的各种实施例进行了描述，但是应当理解，本发明的各个方面可以仅包括所描述的实施例中的一些。因此，本发明并不受到上文描述的限制，而是仅仅通过所附权利要求的范围进行限定。

Claims (20)

1.一种涡轮机部件，所述涡轮机部件包括：

涡轮机叶片，所述涡轮机叶片围绕涡轮机的转子旋转以用于发电操作；以及

平台，所述涡轮机叶片将与所述平台组装在一起，

所述涡轮机叶片形成为限定具有周向的附件的主回路，并且所述平台形成为以限定：

平台回路；以及

大致径向延伸的通路，所述通路构造成连接至所述附件以及连接至所述平台回路。

2.根据权利要求1所述的涡轮机部件，其中所述附件从所述主回路沿周向延伸并且形成有径向逐渐变细或弯曲部。

3.根据权利要求2所述的涡轮机部件，其中所述通路从所述附件的端部大致径向向外延伸至所述平台回路。

4.根据权利要求2所述的涡轮机部件，其中所述径向逐渐变细或弯曲部远离所述平台回路。

5.根据权利要求2所述的涡轮机部件，其中所述附件包括：

径向向外侧，所述径向向外侧构造成被接近所述平台回路布置，并且构造有相对较浅的逐渐变细或弯曲部；以及

径向向内侧，所述径向向内侧远离所述平台回路，并且构造成具有相对较深的逐渐变细或弯曲部。

6.根据权利要求1所述的涡轮机部件，其中所述通路与所述平台回路的相交部包括圆形边缘。

7.根据权利要求1所述的涡轮机部件，其中所述通路相对于径向尺寸成角度。

8.根据权利要求1所述的涡轮机部件，其中所述涡轮机部件还包括塞子以防止从所述通路的径向向内部段泄漏。

9.根据权利要求8所述的涡轮机部件，其中所述塞子通过焊接、钎焊或机械方式中的一种或多种方式紧固至所述平台。

10.一种涡轮机部件，所述涡轮机部件包括：

涡轮机叶片，所述涡轮机叶片包括翼型件和根部，所述涡轮机叶片围绕涡轮机的转子旋转以用于发电操作；以及

平台，所述涡轮机叶片的所述根部将与所述平台组装在一起；

至少所述涡轮机叶片的所述翼型件形成为限定主回路，所述主回路具有多个腔以及沿周向延伸和沿径向逐渐变细或弯曲的附件，

所述平台形成为以限定：

平台回路；以及

大致径向延伸的通路，所述通路构造成连接至所述附件的端部以及所述平台回路的多个腔中的任何一个或多个。

11.一种连接涡轮机部件的回路的方法，所述方法包括以下步骤：

形成涡轮机叶片使得所述涡轮机叶片限定了具有附件的主回路，所述涡轮机叶片围绕涡轮机的转子旋转以用于发电操作；

形成平台使得所述平台限定了平台回路，所述涡轮机叶片将与所述平台组装在一起；以及

形成所述涡轮机叶片和所述平台之后，在所述平台中形成大致径向延伸的通路，使得所述通路构造成在所述涡轮机叶片与所述平台组装在一起时连接所述主回路和所述平台回路。

12.根据权利要求11所述的方法，其中所述方法进一步包括将所述涡轮机叶片与所述平台组装在一起，其中在组装之前或之后进行所述通路的形成。

13.根据权利要求11所述的方法，其中形成所述涡轮机叶片和形成所述平台中的每一个步骤都包括铸造。

14.根据权利要求11所述的方法，其中形成所述涡轮机叶片包括将所述涡轮机叶片形成为使得所述附件从所述主回路沿周向延伸并且形成有径向逐渐变细或弯曲部。

15.根据权利要求14所述的方法，其中形成所述通路包括将所述通路铸造或加工成能够从所述附件的端部大致径向向外延伸至所述平台回路。

16.根据权利要求14所述的方法，其中形成所述涡轮机叶片包括将所述涡轮机叶片形成为使得所述径向逐渐变细或弯曲部远离所述平台回路。

17.根据权利要求11所述的方法，其中形成所述通路包括在所述通路和所述平台回路的相交部处铸造或加工圆形边缘。

18.根据权利要求11所述的方法，其中形成所述通路包括将所述通路铸造或加工成相对于径向尺寸成角度。

19.根据权利要求11所述的方法，其中所述方法进一步包括堵塞所述通路。

20.根据权利要求19所述的方法，其中堵塞包括通过焊接、钎焊或机械方式中的一种或多种方式将塞子紧固至所述平台。

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