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本申請相關(guān)于共同待決的美國申請?zhí)枺篻e卷號282168-1(ussn:14/977,078)、282169-1(ussn:14/977,078)、282171-1(ussn:14/977,124)、282174-1(ussn:14/977,152)、283464-1(ussn:14/977,175)、283463-1(ussn:14/977,228)、283462-1(ussn:14/977,247)和284160-1(ussn:14/977,270)，所有提交于2015年12月21日。

本公開內(nèi)容大體涉及渦輪系統(tǒng)，并且更具體地涉及一種用于多壁葉片的平臺核心進給。

背景技術(shù)：

燃氣渦輪系統(tǒng)是在例如發(fā)電領(lǐng)域中廣泛利用的渦輪機的一個示例。傳統(tǒng)的燃氣渦輪系統(tǒng)包括壓縮機部段、燃燒器部段和渦輪部段。在燃氣渦輪系統(tǒng)運行期間，系統(tǒng)中的各種部件例如渦輪葉片遭受高溫流，其可引起部件失效。因為較高溫度的流通常引起燃氣渦輪系統(tǒng)的增加的性能、效率和功率輸出，冷卻遭受高溫流的部件以允許燃氣渦輪系統(tǒng)在增加的溫度下運行是有利的。

渦輪葉片典型地包含內(nèi)部冷卻通道的復雜曲徑。可使由例如燃氣渦輪系統(tǒng)的壓縮機提供的冷卻空氣經(jīng)過內(nèi)冷卻通道以冷卻渦輪葉片。

多壁渦輪葉片冷卻系統(tǒng)可包括內(nèi)部近壁冷卻回路。這樣的近壁冷卻回路例如可包括鄰近多壁葉片的外壁的近壁冷卻通道。近壁冷卻通道典型地較小，需要較少的冷卻流，而仍然保持用于進行有效冷卻的足夠的速度。另外，多壁葉片的典型地較大的、低冷卻效率中央通道可被用作冷卻空氣源并且可被用在一個或多個再利用回路中以收集和使“用過的”冷卻流改道用于再分配至多壁葉片的低熱負荷區(qū)域。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本公開的第一方面提供用于包括多壁葉片和平臺的渦輪輪葉的冷卻系統(tǒng)。用于多壁葉片的冷卻回路包括：外腔回路和用于收集來自外腔回路的冷卻空氣的中央腔；用于接收來自中央腔的冷卻空氣的平臺核心空氣供給；和用于將平臺核心空氣進給流體地連接至平臺的平臺核心的空氣通路。

本公開的第二方面提供一種形成用于渦輪輪葉的冷卻回路的方法，該渦輪輪葉包括多壁葉片和平臺，該方法包括：形成從渦輪輪葉的外部、穿過平臺核心空氣供給并且延伸進入平臺的平臺核心中的孔，平臺核心空氣供給連接至多壁葉片的中央腔；并且插塞鄰近渦輪輪葉的外部的孔的部分，其中，孔的未插塞的部分形成在平臺核心空氣供給與平臺核心之間的空氣通路。

本公開的第三方面提供一種渦輪機，其包括：燃氣渦輪系統(tǒng)，其包括壓縮機部件、燃燒器部件和渦輪部件，該渦輪部件包括多個渦輪輪葉，其中，渦輪輪葉中的至少一個包括多壁葉片和平臺；和置于多壁葉片內(nèi)的冷卻回路，冷卻回路包括：外腔回路和用于收集來自外腔回路的冷卻空氣的中央腔；用于接收來自中央腔的冷卻空氣的平臺核心空氣供給；和用于將平臺核心空氣供給流體地連接至平臺的平臺核心的空氣通路。

實施方案1：一種用于包括多壁葉片和平臺的渦輪輪葉的冷卻系統(tǒng)，其包含：

用于多壁葉片的冷卻回路，冷卻回路包括外腔回路和用于收集來自外腔回路的冷卻空氣的中央腔；

用于接收來自中央腔的冷卻空氣的平臺核心空氣供給；和

用于將平臺核心空氣供給流體地連接至平臺的平臺核心的空氣通路。

實施方案2：根據(jù)實施方案1所述的冷卻系統(tǒng)，其中，空氣通路包括孔的部分，其中，孔從渦輪輪葉的外部、穿過平臺核心空氣供給的部分且延伸進入平臺核心中。

實施方案3：根據(jù)實施方案2所述的冷卻系統(tǒng)，其中，平臺核心空氣供給的部分包括端部接片。

實施方案4：根據(jù)實施方案2所述的冷卻系統(tǒng)，其此外包括用于從渦輪輪葉的外部至平臺核心空氣供給的部分密封孔的插塞。

實施方案5：根據(jù)實施方案2所述的冷卻系統(tǒng)，其中，平臺核心空氣供給從多壁葉片的中央腔向渦輪輪葉的外部延伸。

實施方案6：根據(jù)實施方案2所述的冷卻系統(tǒng)，其中，渦輪輪葉的外部包含渦輪輪葉的柄或平臺的斜面。

實施方案7：根據(jù)實施方案1所述的冷卻系統(tǒng)，其中，外腔回路包含壓力側(cè)外腔回路或吸入側(cè)外腔回路。

實施方案8：根據(jù)實施方案7所述的冷卻系統(tǒng)，其中，外腔回路包含三通路壓力側(cè)蛇形回路。

實施方案9：根據(jù)實施方案1所述的冷卻系統(tǒng)，其此外包含用于從平臺核心作為冷卻膜排出冷卻空氣的多個孔隙。

實施方案10：一種形成用于渦輪輪葉的冷卻回路的方法，渦輪輪葉包括多壁葉片和平臺，該方法包含：

形成從渦輪輪葉的外部、穿過平臺核心空氣供給且延伸進入平臺的平臺核心中的孔，平臺核心空氣供給連接至多壁葉片的中央腔；

并且

插塞鄰近渦輪輪葉的外部的孔的部分；

其中，孔的未插塞的部分形成在平臺核心空氣供給與所平臺核心之間的空氣通路。

實施方案11：根據(jù)實施方案10所述的方法，其中，孔延伸穿過平臺核心空氣供給的端部接片。

實施方案12：根據(jù)實施方案10所述的方法，其中，平臺核心空氣供給從多壁葉片的中央腔向渦輪輪葉的外部延伸。

實施方案13：根據(jù)實施方案10所述的方法，其中，渦輪輪葉的外部包含渦輪輪葉的柄的外部或平臺的斜面的外部。

實施方案14：根據(jù)實施方案10所述的方法，其中，中央腔流體地連接至外腔回路。

實施方案15：根據(jù)實施方案10所述的方法，其此外包含在平臺中形成多個膜孔隙。

實施方案16：一種渦輪機，其包含：

燃氣渦輪系統(tǒng)，其包括壓縮機部件、燃燒器部件和渦輪部件，渦輪部件包括多個渦輪輪葉，并且其中，渦輪輪葉中的至少一個包括多壁葉片和平臺；以及

置于多壁葉片內(nèi)的冷卻回路，冷卻回路包括：

外腔回路和用于收集來自外腔回路的冷卻空氣的中央腔；

用于接收來自中央腔的冷卻空氣的平臺核心空氣供給；和

用于將平臺核心空氣供給流體地連接至平臺的平臺核心的空氣通路。

實施方案17：根據(jù)實施方案16所述的渦輪機，其中，空氣通路包括孔的部分，其中，孔從所述渦輪輪葉的外部、穿過平臺核心空氣供給的部分并且延伸進入平臺核心中。

實施方案18：根據(jù)實施方案17所述的渦輪機，其此外包括用于從渦輪輪葉的外部至平臺核心空氣供給的部分密封孔的插塞。

實施方案19：根據(jù)實施方案17所述的渦輪機，其中，平臺核心空氣供給從多壁葉片的中央腔向渦輪輪葉的外部延伸。

實施方案20：根據(jù)實施方案17所述的渦輪機，其中，渦輪輪葉的外部包括渦輪輪葉的柄或平臺的斜面。

本公開的說明性方面解決了本文中所描述的問題和/或未討論的其他問題。

附圖說明

從本公開的各個方面的以下詳細的說明結(jié)合描繪了本公開的各個實施例的附圖將更容易理解本公開的這些和其他特征。

圖1示出了根據(jù)實施例的包括多壁葉片的渦輪輪葉的透視圖。

圖2是根據(jù)各個實施例沿著圖1中的線x-x的圖1的多壁葉片的橫截面視圖。

圖3描繪了根據(jù)各個實施例顯示了中間葉片壓力側(cè)冷卻回路的圖2的橫截面視圖的一部分。

圖4是根據(jù)各個實施例的中間葉片壓力側(cè)冷卻回路的透視圖。

圖5是根據(jù)各個實施例的中間葉片壓力側(cè)冷卻回路的側(cè)視圖。

圖6和7描繪了根據(jù)各個實施例用于將平臺核心供給連接至平臺核心的方法。

圖8是根據(jù)各個實施例的燃氣渦輪系統(tǒng)的示意圖。

圖9是根據(jù)各個實施例的冷卻回路的側(cè)視圖。

注意到本公開的附圖未按比例。附圖意圖僅描繪本公開的典型方面并且因此不應被視為限制了本公開的范圍。在附圖中，相似的編號代表在附圖之間相似的元件。

附圖標記清單

2渦輪輪葉

3平臺

4柄

5壓力側(cè)平臺

6多壁葉片

7吸入側(cè)平臺

8壓力側(cè)

10吸入側(cè)

14前緣

16后緣

18,20,22,24,26腔

18前緣腔

20a-20e壓力側(cè)(近壁)腔

22a-22f吸入側(cè)(近壁)腔

24a-24c后緣腔

26a,26b中央腔

30壓力側(cè)冷卻回路

32冷卻空氣

34基部

36轉(zhuǎn)彎

38尖端區(qū)

39基部

40轉(zhuǎn)彎

42基部

44轉(zhuǎn)彎

46基部

48平臺核心空氣供給

50端部接片

52空氣通路

54平臺核心

58冷卻膜(coolingfilm)

60膜孔隙

64鉆孔

66壓力側(cè)柄

68吸入側(cè)柄

70壓力側(cè)斜面(slashface)

72吸入側(cè)斜面

74插塞

102燃氣渦輪機

104壓縮機

106空氣流

108被壓縮的空氣

110燃燒器

112燃料流

114燃燒氣體

116渦輪

118軸

120負載

200冷卻回路

202外腔

204導管

206中央腔

208基部。

具體實施方式

如上述，本公開內(nèi)容大體涉及渦輪系統(tǒng)，并且更具體地涉及一種用于多壁葉片的平臺核心供給。

在附圖中(例如參見圖8)，“a”軸線代表軸向。如本文中所使用的那樣，術(shù)語“軸向”和/或“軸向地”指的是物體沿著軸線a的相對位置/方向，該軸線大致平行于渦輪機(尤其轉(zhuǎn)子部段)的旋轉(zhuǎn)軸線。如本文中另外所使用的那樣，術(shù)語“徑向”和/或“徑向地”指的是指物體沿著軸線“r”(例如參見圖1)的相對位置/方向，該軸線大致垂直于軸線a并且在僅僅一個位置處與軸線a相交。此外，術(shù)語“周向”和/或“周向地”指的是物體沿著周緣(c)的的相對位置/方向，該周緣圍繞軸線a但是不在任何位置處與軸線a相交。

來看附圖1，示出了渦輪輪葉2的透視圖。渦輪輪葉2包括柄4和聯(lián)接至柄4且從柄4徑向向外延伸的多壁葉片6。多壁葉片6包括壓力側(cè)8、相對的吸入側(cè)10和尖端區(qū)38。多壁葉片6此外包括在壓力側(cè)8與吸入側(cè)10之間的前緣14以及在壓力側(cè)8與吸入側(cè)10之間在與前緣14相對的側(cè)面上的后緣16。多壁葉片6徑向地延伸離開包括壓力側(cè)平臺5和吸入側(cè)平臺7的平臺3。平臺3置于多壁葉片6與柄4之間的相交或過渡處。

柄4和多壁葉片6各可由一個或多個金屬(例如，鋼、鋼的合金等)形成并且可根據(jù)傳統(tǒng)方法(例如鑄造、鍛造或其他機加工)來成形。柄4和多壁葉片6可整體地成形(例如鑄造、鍛造、三維打印等)，或可作為分離的部件(其隨后被結(jié)合(例如通過焊接、釬焊、粘結(jié)或其他聯(lián)接機構(gòu)))來形成。

圖2描述了沿著圖1的線x-x多壁葉片6的橫截面視圖。如圖所示，多壁葉片6可包括多個內(nèi)腔。在實施例中，多壁葉片6包括前緣腔18、多個壓力側(cè)(近壁)腔20a-20e、多個吸入側(cè)(近壁)腔22a-22、多個后緣腔24a-24c和多個中央腔26a、26b。在多壁葉片6內(nèi)的腔18、20、22、24、26的數(shù)量可變化，當然根據(jù)例如多壁葉片6的特定的結(jié)構(gòu)、尺寸、預期用途等。就此而言，在本文中所公開的實施例中示出的腔18、20、22、24、26的數(shù)量不意圖是限制性的。根據(jù)實施例，可使用腔18、20、22、24、26的各種組合來提供各種冷卻回路。

在圖3和4中描繪了包括冷卻回路、例如中間葉片壓力側(cè)冷卻回路30的實施例。壓力側(cè)冷卻回路30鄰近多壁葉片6的壓力側(cè)8，在前緣14與后緣16之間。壓力側(cè)冷卻回路30是由壓力側(cè)腔20c、20d、和22e形成的向前流的三通路蛇形回路。在其他實施例中，向后流的三通路蛇形回路例如可通過使經(jīng)過壓力側(cè)腔20c-20e的冷卻空氣的流動方向反轉(zhuǎn)來提供。

結(jié)合圖1參照圖3和4，例如由燃氣渦輪系統(tǒng)102(圖8)的壓縮機104所產(chǎn)生的冷卻空氣32的供應(例如經(jīng)由至少一個冷卻空氣供給)經(jīng)過柄4被供給至壓力側(cè)腔20e的基部34。冷卻空氣32徑向向外經(jīng)過壓力側(cè)腔20e流向多壁葉片6的尖端區(qū)38(圖1)。轉(zhuǎn)彎36使冷卻空氣32從壓力側(cè)腔20e改變方向進入壓力側(cè)腔20d中。冷卻空氣32徑向向內(nèi)經(jīng)過壓力側(cè)腔20d流向壓力側(cè)腔20d的基部39。轉(zhuǎn)彎40使冷卻空氣32從壓力側(cè)腔20d的基部39改變方向進入壓力側(cè)腔20c的基部42中。冷卻空氣32徑向向外經(jīng)過壓力側(cè)腔20c流向多壁葉片6的尖端區(qū)38。轉(zhuǎn)彎44使冷卻空氣32從壓力側(cè)腔20c改變方向進入中央腔26b中。冷卻空氣32徑向向內(nèi)經(jīng)過中央腔26b流向中央腔26b的基部46。

現(xiàn)在結(jié)合圖1參照圖5。圖5是根據(jù)各種實施例中間葉片壓力側(cè)冷卻回路30的側(cè)視圖。如圖所示，冷卻空氣32從中央腔26b的基部46流入平臺核心空氣供給48中，平臺核心空氣供給遠離中央腔26b向柄4的一側(cè)延伸。平臺核心空氣供給48包括端部接片50。空氣通路52從平臺核心空氣供給48的端部接片50延伸進入平臺3的核心54中。空氣通路52允許冷卻空氣32通過平臺核心空氣供給48的端部接片50流入平臺核心54中，冷卻平臺3(例如通過對流冷卻)。平臺3可包含壓力側(cè)平臺5和/或吸入側(cè)平臺7。冷卻空氣32可作為冷卻膜58從平臺核心54經(jīng)由至少一個膜孔隙60離開以提供平臺3的薄膜冷卻。

下面關(guān)于圖6和7來說明根據(jù)實施例將平臺核心空氣供給48的端部接片50流動地連接至平臺核心54的方法。盡管結(jié)合中間葉片壓力側(cè)冷卻回路30進行說明，應顯而易見的是本文中所公開的方案可適應于與構(gòu)造成提供冷卻空氣給可能需要冷卻的平臺核心或其它核心的任何冷卻回路一起使用。

在圖6中，執(zhí)行機械加工(例如鉆孔操作)以形成從柄4的外部至平臺核心54的鉆孔64。如圖所示，鉆孔64穿過柄4和平臺核心空氣供給48的端部接片50延伸進入平臺核心54的內(nèi)部中。鉆孔64在平臺核心空氣供給48的端部接片50之間的部分形成空氣通路52。也參照圖1，鉆孔64可在壓力側(cè)柄66或吸入側(cè)柄68中形成。在其他實施例中，鉆孔64可形成在壓力側(cè)斜面70中、吸入側(cè)斜面72中、或者穿過平臺印出部(printout)。在其他實施例中，延伸通道48可不包括端部接片50。在該情況中，鉆孔64可穿過延伸通道48進入平臺核心54中。總地來說，鉆孔64可在任何合適的位置中定向使得鉆孔64穿刺平臺核心空氣供給48(例如端部接片50)和平臺核心54的部分兩者。

如在圖7中所示，插塞74(例如金屬插塞)被緊固于柄4中以防止冷卻空氣32從端部接片50經(jīng)過柄4漏出。插塞74可被緊固，例如通過釬焊或其他合適的技術(shù)。

圖8示出了如可在本文中所使用的燃氣渦輪機102的示意圖。燃氣渦輪機102可包括壓縮機104。壓縮機104壓縮進入的空氣流106。壓縮機104將被壓縮的空氣108的流輸送至燃燒器110。燃燒器110將被壓縮的空氣108的流與加壓的燃料流112混合并且點燃混合物以產(chǎn)生燃燒氣體114的流。盡管僅示出單個燃燒器110，燃氣渦輪機102可包括任何數(shù)量的燃燒器110。而燃燒氣體114的流被輸送至渦輪116，其典型地包括多個渦輪輪葉2(圖1)。燃燒氣體114的流驅(qū)動渦輪116以產(chǎn)生機械功。在渦輪116中產(chǎn)生的機械功通過軸118驅(qū)動壓縮機104并且可被用于驅(qū)動外部負載120、諸如發(fā)電機和/或類似者。

平臺核心供給被說明用于中間葉片壓力側(cè)蛇形冷卻回路30。然而，平臺核心供給可被用于多壁葉片中的任何類型的冷卻回路(蛇形、蛇形等等)(在其中冷卻空氣被收集在腔中)。例如，圖9描繪了根據(jù)各種實施例的冷卻回路200的側(cè)視圖。

在圖9中，連同圖1來說明，冷卻空氣32的供應通過柄4被供給至多壁葉片6的一個或多個外腔202(例如腔20、22、24、26)的基部34。在圖9中描繪了僅僅一個外腔202。冷卻空氣32穿過外腔202徑向向外地流向多壁葉片6的尖端區(qū)38。導管204將冷卻空氣32從外腔202重新導向到中央腔206(例如中央腔26)中。冷卻空氣32穿過中央腔206徑向向內(nèi)地流向中央腔206的基部208。

冷卻空氣32從中央腔206的基部208流入平臺核心空氣供給48中，平臺核心空氣供給遠離中央腔206向柄4的一側(cè)延伸。平臺核心空氣供給48包括端部接片50。空氣通路52從平臺核心空氣供給48的端部接片50延伸到平臺3的核心54中。空氣通路52允許冷卻空氣32通過平臺核心空氣供給48的端部接片50流入平臺核心54中，冷卻平臺3(例如通過對流冷卻)。平臺3可包含壓力側(cè)平臺5和/或吸入側(cè)平臺7。冷卻空氣32可作為冷卻膜58從平臺核心54經(jīng)由至少一個膜孔隙60離開，以提供平臺3的薄膜冷卻。

在各種實施例中，描述為被彼此“聯(lián)接”的部件可沿著一個或多個接合部位被連結(jié)。在有些實施例中，這些接合部位可包括在不同部件之間的接合部，而在其他情況中，這些接合部位可包括穩(wěn)固地和/或整體形成的互連。也就是，在有些情況中，被彼此“聯(lián)接”的部件可被同時形成以限定單個連續(xù)的構(gòu)件。然而，在其他實施例中，這些被聯(lián)接的部件可作為單獨的構(gòu)件來形成并且之后通過已知的過程(例如緊固、超聲波焊接、粘結(jié))來連結(jié)。

當元件或?qū)由婕氨弧霸凇稀薄ⅰ敖雍现痢薄ⅰ斑B接至”或“聯(lián)接至”另一元件時，其可直接被在其上、接合至、連接至或聯(lián)接至另一元件，或者可存在中介的元件。相反，當元件涉及被“直接在…上”、“直接接合至”、“直接連接至”或“直接聯(lián)接至”另一元件時，可能不存在中介的元件或?qū)印Ｓ糜诿枋鲈g的關(guān)系的其他詞應以類似的方式(例如“在…之間”與“直接在…之間”、“相鄰”與“直接相鄰”等等)來解釋。如本文中所使用的那樣，術(shù)語“和/或”包括相關(guān)的所列出的物品的一個或多個的任何和所有組合。

本文中使用的術(shù)語目的僅是描述特定實施例而不是意圖限制本公開。如本文中所使用的那樣，單數(shù)形式“一”、“一個”和“該”也意圖包括復數(shù)形式，除非上下文明確另有所指。此外將理解的是，當在說明書中使用時術(shù)語“包含”和/或“包括”規(guī)定了所述的特征、整體、步驟、操作、元件和/或部件的存在，但是不排除一個或多個其他特征、整體、步驟、操作、元件、部件和/或其它們的組的存在或添加。

該說明書使用示例以公開本發(fā)明，包括最佳模式，并且還使本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠?qū)嵤┰摪l(fā)明，包括制造和使用任何裝置或系統(tǒng)以及執(zhí)行任何所包含的方法。本發(fā)明的保護范圍通過權(quán)利要求來限定并且可包括本領(lǐng)域技術(shù)人員能想到的其他示例。這些其他示例如果具有與權(quán)利要求書的文字語言沒有不同的結(jié)構(gòu)元件或者如果包括與權(quán)利要求的文字語言無實質(zhì)區(qū)別的等同的結(jié)構(gòu)元件，那么其意圖在權(quán)利要求書的范圍內(nèi)。