CN102454427A - 用于冷却涡轮转子叶片的平台区域的设备、系统和方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于冷却涡轮转子叶片的平台区域的设备、系统和方法。一种在涡轮转子叶片中的平台冷却布置，涡轮转子叶片具有在翼型与根部之间的交界处的平台，转子叶片包括延伸至平台的近似径向高度的内部冷却通路，且平台的压力侧包括从翼型向压力侧斜面周向延伸的平面顶侧，而平台的吸力侧包括从翼型向吸力侧斜面在周向延伸的大致平面的顶侧。平台冷却布置可包括：线性压力室，其就处于平面顶侧的内侧且通过平台从压力侧斜面或吸力侧斜面线性延伸到与内部冷却通路的连接处，线性压力室具有近似平行于平面顶侧的纵向轴线；多个冷却孔，其从形成在平台的顶侧上的顶侧出口线性延伸到与线性压力室的连接处，冷却孔构造成使得每个与平台的顶侧形成锐角。

Description

用于冷却涡轮转子叶片的平台区域的设备、系统和方法

技术领域

本申请大体涉及燃烧涡轮发动机，其如本文中所使用的那样且除非特别另外陈述，包括所有类型的燃烧涡轮发动机，诸如在发电中所用的那些和航空发动机。更具体地，但不是通过限制的方式，本申请涉及用于冷却涡轮转子叶片的平台区域的设备、系统和/或方法。

背景技术

燃气涡轮发动机典型地包括压缩机、燃烧器和涡轮。压缩机和涡轮通常包括轴向堆叠的分级的翼型或叶片的排。每级典型地包括周向间隔开的固定的定子叶片的排和周向间隔开的转子叶片的组，转子叶片围绕中心轴线或轴旋转。在操作中，压缩机中的转子叶片围绕轴旋转以压缩空气流。压缩空气然后在燃烧器内使用以燃烧燃料供应。从燃烧过程得到的热气体流膨胀通过涡轮，其引起转子叶片使它们所附连到的轴旋转。以此方式，包含于燃料中的能量转换成旋转的轴的机械能，机械能然后例如可用于使发电机的线圈旋转以发电。

参看图1和图2，涡轮转子叶片100通常包括翼型部分或翼型102和根部部分或根部104。翼型102可描述为具有凸的吸力面105和凹的压力面106。翼型102还可描述为具有前缘107(其为前边缘)和尾缘108(其为后边缘)。根部104可描述为具有：用于将叶片100固定到转子轴的结构(其如图所示典型地包括燕尾109)；平台110，翼型102从平台110延伸；和柄部112，其包括在燕尾109与平台110之间的结构。

如图所示，平台110可为大致平面的。更具体地，平台110可具有平面顶侧113，平面顶侧113如图1所示可包括轴向和周向延伸的平坦表面。如图2所示，平台110可具有平面底侧114，平面底侧114也可包括轴向和周向延伸的平坦表面。平台110的顶侧113和底侧114可被形成使得每个大致平行于另一个。如图所描绘的那样，应理解的是平台110典型地具有薄的径向轮廓，即，在平台110的顶侧113与底侧114之间存在相对较短的径向距离。

通常，在涡轮转子叶片100上采用平台110以形成燃气涡轮的热气体路径部段的内部流动路径边界。平台110还提供对翼型102的结构支撑。在操作中，涡轮的旋转速度引起机械荷载，机械荷载沿着平台110造成高应力区域，当与高温结合时，其最终引起操作缺陷的形成，诸如氧化、蠕变、低循环疲劳开裂等。当然，这些缺陷负面影响转子叶片100的使用寿命。应理解的是这些严酷的操作条件，即暴露于热气体路径的极端温度和与旋转的叶片相关联的机械荷载，造成在设计运转良好且制造起来成本有效的耐用持久的转子叶片平台110中的极大挑战。

使平台区域110更耐用的一种常用方案是在操作期间利用压缩空气或其它冷却剂的流来冷却它，且已知多种这些类型的平台设计。然而，如本领域技术人员应理解的那样，平台区域110表现出某些设计挑战，其使得以该方式冷却较为困难。在很大程度上，这是由于该区域的不便的几何形状，在这一点上，如所描述的那样，平台110为处于远离转子叶片的中央芯的且典型地被设计成具有结构上完好的但薄的径向厚度的周围构件。

为了循环冷却剂，转子叶片100典型地包括一个或更多个中空的冷却通路116(参看图3、图4、图5和图9)，其最少径向上延伸通过叶片100的芯，包括通过根部104和翼型102。如以下所更详细地描述的，为了增加热交换，可形成这种冷却通路116，其具有蜿蜒通过叶片100的中间区域的弯曲路径，但其它构造也是可能的。在操作中，冷却剂可经由形成在根部104的内侧部分中的一个或更多个入口117进入中央冷却通路。冷却剂可循环通过叶片100且通过形成在翼型上的出口(未示出)和/或经由形成在根部104中的一个或更多个出口(未示出)离开。冷却剂可被加压且例如可包括加压空气，加压空气与水、蒸汽等相混合。在许多情况下，冷却剂为压缩空气，其从发动机的压缩机转移，但其它源也是可能的。如下面所更详细地讨论的，这些冷却通路典型地包括高压冷却剂区域和低压冷却剂区域。高压冷却剂区域典型地对应于具有更高的冷却剂压力的冷却通路的上游部分，而低压冷却剂区域对应于具有相对更低的冷却剂压力的下游部分。

在一些情况下，冷却剂可从冷却通路116被引导至形成于相邻转子叶片100的柄部112与平台110之间的腔119内。从那里，冷却剂可用于冷却叶片的平台区域110，其传统设计在图3中示出。这种类型的设计典型地从冷却通路116中的一个抽取空气且使用空气以加压形成于柄部112/平台110之间的腔119。一旦加压，此腔119那么供应冷却剂给延伸通过平台110的冷却通道。在横过平台110之后，冷却空气可通过形成于平台110的顶侧113中的薄膜冷却孔口离开腔。

然而，应理解的是这种类型的传统设计具有若干缺点。首先，冷却回路并非自含在一个部分中，因为在两个相邻的转子叶片100被组装之后才形成冷却回路。这对于安装和预安装流测试增加了很大程度的困难和复杂性。第二缺点在于形成于相邻的转子叶片100之间的腔119的完整性取决于腔119的周围密封得有多好。不充分的密封可导致不充分的平台冷却和/或浪费的冷却空气。第三缺点在于热气体路径气体可被吸入到腔119或平台本身110内的固有风险。如果在操作期间腔119并不维持在充分高的压力下，则这可能发生。如果腔119压力降低到低于热气体路径内的压力，则热气体将被吸入到柄部腔19或者平台110本身内，其典型地损坏这些构件，因为这些构件未被设计成承受暴露于热气体路径条件。

图4和图5示出用于平台冷却的另一类型的传统设计。在该情况下，冷却回路包含在转子叶片100内且并不涉及柄部腔119，如所描绘的那样。冷却空气从冷却通路116(其延伸通过叶片110的芯)中的一个被抽取且被向后引导通过形成在平台110内的冷却通道120(即，“平台冷却通道120”)。如由若干箭头所示，冷却空气流动通过平台冷却通道120且通过在平台110的后边缘121中的出口离开或者从沿着吸力侧边缘122安置的出口离开。(注意在描述或提及矩形平台110的边缘或面中，每个可基于一旦叶片100被安装其相对于翼型102的吸力面105和压力面106的位置和/或发动机的前后方向来描绘。因此，如本领域技术人员将理解的那样，平台可包括后边缘121、吸力侧边缘122、前边缘124和压力侧边缘126，如在图3和图4中所示。此外，吸力侧边缘122和压力侧边缘126还通常称作“斜面”，且一旦相邻的转子叶片100被安装，形成于它们之间的窄腔可被称作“斜面腔”。)

应理解的是图4和图5的传统设计具有优于图3设计的优点，因为它们不受组装或安装条件变化的影响。然而，这种性质的传统设计具有若干限制或缺陷。首先，如图所示，仅单个回路设于翼型102的每侧上且因此存在具有对在平台11中的不同位置处所使用的冷却空气的量的有限的控制的缺点。第二，这种类型的传统设计具有通常受限制的覆盖面积。尽管图5的弯曲路径相对于图4在覆盖范围方面有了改进，但在平台110内仍存在保持未冷却的死区。第三，为了获得以复杂地形成的平台冷却通道120的更好的覆盖范围，大幅增加了制造成本，尤其如果冷却通道具有需要铸造工艺来形成的形状。第四，这些传统设计典型地在使用之后且在冷却剂完全用尽之前将冷却剂倾倒至热气体路径中，这负面地影响发动机的效率。第五，这种性质的传统设计通常具有较小灵活性。即，通道120形成为平台110的集成的部分且当操作条件变化时提供较少或不提供改变它们的功能或构造的机会。此外，这些类型的传统设计难以维修或整修。

因此，传统的平台冷却设计在一个或更多个重要方面有缺陷。保持对改进的设备、系统和方法的需要，其有效且高效地冷却涡轮转子叶片的平台区域，同时还构建起来成本有效、应用灵活且耐用。

发明内容

因此本申请描述了一种在涡轮转子叶片中的平台冷却布置，涡轮转子叶片具有在翼型与根部之间的交界处的平台，其中转子叶片包括从根部至少延伸到平台的近似径向高度的内部冷却通路，且其中沿着与翼型的压力面相对应的侧部，平台的压力侧包括从翼型周向延伸到压力侧斜面的大致平面的顶侧，而沿着与翼型的吸力面相对应的侧部，平台的吸力侧包括从翼型周向延伸到吸力侧斜面的大致平面的顶侧。平台冷却布置可包括：线性压力室，其就处于平面顶侧的内侧且通过平台从压力侧斜面或吸力侧斜面线性延伸到与内部冷却通路的连接处，线性压力室具有近似平行于平面顶侧的纵向轴线；和多个冷却孔，其从形成在平台的顶侧上的顶侧出口线性延伸到与线性压力室的连接处，其中冷却孔构造成使得每个与平台的顶侧形成锐角。

本申请还描述了一种形成涡轮转子叶片中的平台冷却布置的方法，涡轮转子叶片在翼型与根部之间的交界处具有平台，其中转子叶片包括：内部冷却通路，其从根部至少延伸到平台的近似径向高度，且其中沿着与翼型的压力面相对应的侧部，平台的压力侧包括从翼型周向延伸到压力侧斜面的平面顶侧，而沿着与翼型的吸力面相对应的侧部，平台的吸力侧包括从翼型周向延伸到吸力侧斜面的平面顶侧。该方法可包括以下步骤：机械加工至少一个线性压力室，该线性压力室构造成就处于平面顶侧的内侧且通过平台从在压力侧斜面或吸力侧斜面上的位置处的起点线性延伸到与内部冷却通路的连接处，线性压力室具有近似平行于平面顶侧的纵向轴线；以及机械加工多个冷却孔，多个冷却孔从在平台的顶侧上的位置处的起点线性延伸到与线性压力室的连接处，其中冷却孔构造成使得每个与平台的顶侧形成锐角，锐角包括小于60°的角度。

当结合附图和所附权利要求阅读优选实施例的下面的详细描述时，本发明的这些和其它特点将变得显而易见。

附图说明

通过结合附图仔细学习本发明的示例性实施例的下面更详细的描述，将更全面地理解和了解本发明的这些和其它特征，在附图中：

图1示出在其中可采用本发明的实施例的示例性涡轮转子叶片的透视图；

图2示出在其中可使用本发明的实施例的涡轮转子叶片的底侧视图；

图3示出具有根据传统设计的冷却系统的相邻涡轮转子叶片的剖视图；

图4示出具有带有根据传统设计的内部冷却通道的平台的涡轮转子叶片的顶视图；

图5示出具有带有根据替代的传统设计的内部冷却通道的平台的涡轮转子叶片的顶视图；

图6示出具有根据本发明的示例性实施例的平台冷却构造的涡轮转子叶片的透视图；

图7示出具有根据本发明的示例性实施例的冷却构造的平台的局部的横截面图；

图8示出根据本申请的示例性实施例的线性压力室和连接的冷却孔的横截面侧视图；

图9示出根据本申请的示例性实施例的线性压力室和连接的冷却孔的横截面顶视图；以及

图10示出形成根据本申请的示例性实施例的平台冷却布置的示例性方法。

部件列表

100    涡轮转子叶片

102    翼型

104    根部

105    吸力面

106    力面

107    前缘

108    尾缘

109    燕尾

110    平台

112    柄部

113    平台顶侧

114    平台底侧

116    内部冷却通路

117    入口

119    腔

120    平台冷却通道

121    后边缘

122    吸力侧边缘或斜面

124    前边缘

126    压力侧边缘或斜面

130    平台冷却构造

132    线性压力室

140    冷却孔

145    顶侧出口

147    斜面出口

149    塞子

151    在线性压力室与斜面之间的锐角

152    在冷却孔与平台顶侧之间的锐角

153    在冷却孔与线性压力室之间的角度

具体实施方式

应理解的是传统的涡轮转子叶片100的冷却构造典型地具有内部冷却通路116，其从叶片100的根部104径向延伸到翼型102内的位置。典型地，内部冷却通路116构造成形成蜿蜒的弯曲路径，其促进冷却剂的单向流动和高效的热交换。在操作中，加压的冷却剂，其典型地为压缩空气且从压缩机流出(但也可使用其它冷却剂)，被供应到内部冷却通路116。压力驱动冷却剂通过内部冷却通路116，且冷却剂使热从周围的壁对流。(应理解的是本发明可实践于具有不同构造的内部的冷却通路的转子叶片100中且并不限于具有弯曲形状的冷却通路。因此，术语“内部冷却通路”或“冷却通路”意图包括在转子叶片中冷却剂可循环通过的任何通路或中空通道)。

通常，内部的冷却通路116的各种传统设计有效地向转子叶片100内的某些区域提供主动冷却。然而，如本领域技术人员所应理解的，平台区域证明更有挑战性。这至少部分地是由于平台区域的不便的几何形状，即其较窄的径向高度和它从转子叶片100的芯或主体伸出的方式。然而，考虑到它暴露于热气体路径的极端温度和高机械荷载，平台的冷却需要是相当大的。如上文所描述的那样，传统的平台冷却设计是无效的，因为它们未能解决该区域的特别挑战，低效地利用冷却剂并且/或者制造起来很昂贵。

现参看图6至图9，提供了本发明的示例性实施例的若干视图。具体地，图6和图7示出具有根据本发明的优选实施例的平台冷却构造130的涡轮转子叶片100。如图所示，叶片100包括位于翼型102与根部104之间的交界处的平台110。转子叶片100包括内部冷却通路116，其从根部104至少延伸到平台110的近似径向高度且在大部分情况下延伸到翼型102中。在平台110的与翼型102的压力面106相对应的侧部，应理解的是平台110可具有从翼型102延伸到压力侧斜面126的平面顶侧113。(注意如本文中所用的“平面的”表示近似或大致以平面的形状。例如，本领域技术人员将理解的是平台可构造成具有略微弯曲且凸状的外侧表面，其中曲率对应于涡轮在转子叶片的径向位置处的圆周。如本文中所使用的，当曲率半径足够大以给予平台平的外观时，这种类型的平台形状认为是平面的)。在平台110的与翼型102的吸力面105相对应的侧部，应理解的是平台110可具有从翼型102延伸到吸力侧斜面122的平面顶侧113。也构造在平台110的内部内，本发明的示例性实施例可包括：一个或更多个线性压力室132和从每个压力室延伸的多个冷却孔140。

如图所示，线性压力室132可构造成使得它就处于平面顶侧113的内侧。线性压力室132可以以线性方式通过平台110从压力侧斜面126或吸力侧斜面122延伸到与内部冷却通路116的连接处。线性压力室132可构造成具有近似平行于平面顶侧113的纵向轴线。平台冷却布置可具有多个线性压力室132。在一些实施例中，如图7所示，可包括三个线性压力室132。如图所示，线性压力室132可近似平行。

在一个优选的实施例中，线性压力室132中的每个可斜着延伸穿过平台110(即，相对于压力侧斜面126和吸力侧斜面122)。更具体地，从在压力侧斜面126上的位置，线性压力室132可沿着横跨平台110的至少大部分的斜的路径延伸。如图所示，斜的路径可包括轴向下游方向的组成部分以及周向方向的组成部分。因此，如图9所示，压力室角度151可指在斜面122、126与线性压力室132之间形成的锐角。在优选的实施例中，压力室角度151包括在45°与90°之间的值。更优选地，压力室角度151包括在60°与75°之间的值。

多个冷却孔140可以以线性方式从通过平台110的顶侧113形成的顶侧出口145延伸到与线性压力室132形成的连接处。如图8所示，冷却孔140可构造成使得每个与平台110的顶侧113形成斜角。在一些实施例中，在每个冷却孔140的纵向轴线与平台110顶侧113之间形成的锐角152包括小于60°的角度。更优选地，在每个冷却孔140的纵向轴线与平台110的顶侧113之间形成的锐角152包括小于45°的角度。冷却孔140可构造成使得，关于各与线性压力室132形成的连接处的轴向位置，相对应的顶侧出口145包括下游位置。如图所示，在示例性实施例中，冷却孔140可彼此近似平行。通常，线性压力室132和冷却孔140构造成使得冷却孔140的横截面流通面积小于线性压力室132的横截面流通面积。

冷却孔140可构造成在近似下游方向上排出冷却剂。在一些实施例中，冷却孔140从与线性压力室132的连接处斜着延伸穿过平台110的一部分。斜的路径可包括轴向下游的组成部分和周向方向的组成部分。如图7所示，在一些优选的实施例中，冷却孔140的周向方向的组成部分与冷却孔140从中延伸的线性压力室132的周向方向的组成部分相对。在一些实施例中，冷却孔140彼此近似平行且与每个冷却孔从中延伸的线性压力室132形成近似90°的角度153。

在一些实施例中，从特定线性压力室132延伸的冷却孔140可包括较短长度或较长长度。在此情况下，冷却孔140可具有交替的较长/较短构造，这里较短长度包括较长长度的大约40％至60％，如图7所示。

在一个示例性实施例中，提供至少两个线性压力室132：第一线性压力室132和第二线性压力室132。第一线性压力室132(对于该示例，其可被认为类似于图7的前线性压力室132进行构造)可从在压力侧斜面126上的位置延伸到在与内部冷却通路116所形成的连接处的终点。在操作期间，该连接可向第一线性压力室132提供冷却剂源。第二线性压力室132(对于该示例，其可被认为类似于图7的中线性压力室132进行构造)可从在压力侧斜面126上的位置横跨平台110延伸到在吸力侧斜面122上的位置。在其横跨平台110的路径上，第二线性压力室132可构造成截开内部冷却通路116，应理解的是内部冷却通路116在对第二线性压力室132操作期间提供冷却剂源。

第一和第二线性压力室132中的每个可包括从其延伸的多个冷却孔140。第二线性压力室132可具有在平台110的压力侧上的多个冷却孔140和在平台110的吸力侧上的多个冷却孔140。以此方式，第二线性压力室132可用于冷却平台110的任一侧。

如所描述的那样，线性压力室132可包括一个或两个斜面出口147。第一线性压力室132例如可具有在压力侧斜面126上的斜面出口147。在一个优选的实施例中，斜面出口147可包括减小的横截面流通面积。例如，第二线性压力室132可具有在压力侧斜面126上的斜面出口147和在吸力侧斜面122上的斜面出口147。在优选的实施例中，在压力侧斜面126上的斜面出口147在轴向上处于在吸力侧斜面122上的斜面出口147前方。在一个优选的实施例中，第二线性压力室132的两个斜面出口147可具有减小的横截面流通面积。如本文中所使用的那样，减小的横截面流通面积包括小于通过斜面出口147所服务的线性压力室132的横截面流通面积的横截面流通面积。

如以下所更详细地讨论的，出于至少几个原因，减小斜面出口147的横截面流通面积。首先，可减小横截面流通面积以冲击通过这些出口位置离开的冷却剂。如本领域技术人员将理解的，这可导致离开的冷却剂具有所希望的冷却剂冲击特性，诸如高的冷却剂离开速度，这将改进它在目标表面上的冷却效果。对于斜面出口147的位置，应理解的是斜面出口147可构造成将冷却剂的冲击流排到形成于相邻安装的转子叶片100之间的斜面腔中。即，斜面出口147可将具有相对高的速度的冲击冷却剂引导向相邻涡轮叶片100的斜面。应理解的是斜面腔和限定它们的斜面为平台110的难以冷却的区域，且以此方式构造的斜面出口147可提供对该区域的有效冷却。

第二，因为线性压力室132的尺寸和整个平台110的内部均匀地分配或计量冷却剂的需要，斜面出口147的横截面流通面积可被减小。即，线性压力室132被设计成以小压力损失分配冷却剂给若干冷却孔140。为了实现这点，线性压力室132的横截面流通面积典型地显著大于冷却孔140的横截面流通面积。应理解的是如果与线性压力室132的尺寸相比斜面出口147尺寸上没被减小，则过量冷却剂将通过斜面出口147离开平台110且冷却孔140可利用的冷却剂的供应将可能不足。因此，斜面出口147尺寸还可设定成具有对应于所希望的计量特性的横截面流通面积。如本文中所使用的，“所希望的计量特征”指的是通过冷却剂通路的流动面积，其对应于或导致通过若干冷却剂通路和/或形成在平台110内的出口的所希望的冷却剂分配或预期的冷却剂分配。

在一些实施例中，塞子149可用于减小斜面出口147的横截面流通面积，如图所示。可形成塞子149使得在安装时，它减小通过它所在的冷却通路的横截面流通面积。在该情况下，塞子149构造成允许通过该通路的所希望的流的水平且引导剩余部分通过替代路线。如本文中所使用的，这种类型的塞子将被称作“部分塞”。因此，部分塞149可构造成被插入到斜面插口147中且通过阻塞通过斜面出口147的流通面积的一部分来减小其横截面流通面积。部分塞149可设计成使得它减小流通面积到所希望的或预定的流通面积。在一个优选的实施例中，部分塞149形成为带有中心孔使得它形成近似“甜甜圈”形状。形成中心孔以提供通过斜面出口147的所希望的流通面积。如上面所述，预定的横截面流通面积可涉及所希望的冷却剂冲击特性和/或所希望的计量特性，如本领域技术人员将理解的那样。部分塞149可由传统材料制成且使用传统方法(即焊接、硬焊等)进行安装。一旦安装好，部分塞149的外面可相对于压力侧斜面126或吸力侧斜面122的表面齐平。在一些实施例中，可能希望完全阻塞通过斜面出口147的流。在此情况下，可使用完全阻塞该流的塞子149(如本文中所使用的，其将被称作“全塞”)。

在平台110的顶侧113，冷却孔140中的每个包括顶侧出口145。顶侧出口145可构造成具有预定的横截面流通面积。在优选的实施例中，预定的横截面流通面积对应于对于每个顶侧出口145所希望的计量特性或所希望的薄膜冷却特性中的至少一个。本领域技术人员应理解的是从顶侧出口145释放的冷却剂可有用的是它可提供保护平台110免于工作流体的更高温度的层。这种类型的冷却典型地被称作“薄膜冷却”且将冷却剂释放到热气体路径中的方式可影响此策略的效率。应理解的是顶侧出口145可构造成改进薄膜冷却性能。在一些实施例中，冷却孔140的顶侧出口145中的每个可包括塞子149。塞子149可构造成形成通过顶侧出口145的预定的或所希望的横截面流通面积。

在一个优选的实施例中，如图7所描绘的那样，多个线性压力室132包括三个线性压力室132：前线性压力室132、中线性压力室132和后线性压力室132。在此情况下，前线性压力室132可从在压力侧斜面126上的前位置向下游倾斜延伸到在在翼型102的中部区域附近与内部冷却通路116形成的连接处的终点。中线性压力室132可从在压力侧斜面126上的中间轴向位置向下游倾斜延伸到在吸力侧斜面122上的后位置且在它们之间中线性压力室132可截开内部冷却通路116。后线性压力室132可从在压力侧斜面126上的位置向下游倾斜延伸到在平台110的后边缘121上的位置且在它们之间后线性压力室132可截开内部冷却通路116。线性压力室132中的每个包括从其延伸的多个冷却孔140，其中中线性压力室132和后线性压力室132至少包括在平台110的压力侧上的多个冷却孔140和在平台110的吸力侧上的多个冷却孔140。

本发明还包括以成本有效且高效的方式形成在转子叶片的平台区域内的内部冷却通道的新颖方法。参看图10的流程图200，作为初始步骤202，线性压力室132可形成于平台110的压力侧或吸力侧斜面中。具体地，可从高度可接近的位置(即，吸力侧斜面122或压力侧斜面126)使用传统的视线机械加工或钻孔工艺来形成线性压力室132。因此，可避免必须被使用以形成传统的复杂设计的昂贵的铸造工艺。

一旦形成了线性压力室132，在步骤204，可使用传统的视线机械加工或钻孔工艺来类似地形成冷却孔140。再次，可从可接近的位置(即，平台110的顶侧113)开始机械加工工艺。

单独地，如所需要的，可在步骤206制造部分塞或全塞149。如上面所讨论的那样，部分塞可具有若干不同的构造和功能以减小出口的流通面积。可形成全塞以完全阻塞出口的流通面积。塞子149可由传统的材料制成。最后，在步骤208，塞子149可安装在预定的位置中。这可使用传统方法(诸如焊接、硬焊或机械附连)完成。

在操作中，应理解的是线性压力室132和冷却孔140可构造成引导冷却剂的供应从内部冷却通路116到形成在压力侧斜面126、吸力侧斜面和/或平台顶侧113上的多个出口145、147。更具体地，本发明的平台冷却布置从冷却通路116抽取冷却剂的一部分，使用冷却剂以从平台110移除热，且然后将冷却剂排出到斜面腔中且越过平台顶侧使得冷却剂高效地用于冷却平台的内部区域和与相邻的叶片形成的斜面腔(以及减少热气体路径流体的摄取)。此外，冷却剂用于向平台110的表面提供薄膜冷却。本发明通过使用一系列成本有效的传统技术高效形成复杂的、有效的冷却布置来提供机构以主动冷却燃烧涡轮转子叶片的平台区域。如所述的那样，此区域典型地难以冷却且考虑到该区域的机械负荷，为易于损坏(distress)的位置，特别是在发动机点火温度进一步升高时。因此，当追求更高的点火温度、增加的输出和更高的效率时，这种类型的主动平台冷却是一种重要的能实现的技术。另外，应理解的是在平台冷却通道的形成中使用后铸造工艺提供更大的灵活性以重新设计、重新构造或改型平台冷却布置。最后，本发明教导了简化/成本有效地形成具有复杂的几何形状和有效的平台覆盖范围的平台冷却通道。而之前，复杂的几何形状必定意味着昂贵投资的铸造工艺等，本申请教导了可通过若干不复杂的机械加工和/或铸造工艺的组合来形成具有复杂设计的冷却通道的方法。

如本领域技术人员所应理解的，上面关于若干示例性实施例所描述的许多不同的特征和构造还可被选择性地应用以形成本发明的其它可能的实施例。为了简要起见且考虑到本领域技术人员的能力，没有详细地提供或讨论所有可能的迭代，但由下面若干权利要求或另外涵盖的所有组合和可能的实施例意图为本申请的一部分。此外，从本发明的若干示例性实施例的上面的描述，本领域技术人员将认识到改进、变化和修改。在本领域内的这些改进、变化和修改也意图由所附权利要求涵盖。另外，应显而易见的是前文仅涉及本申请的所描述的实施例且在不偏离如由以下的权利要求和其等同物所限定的申请的精神和范围的情况下本文中可做出许多变化和修改。

Claims (21)

1.一种在涡轮转子叶片中的平台冷却布置，所述涡轮转子叶片具有在翼型与根部之间的交界处的平台，其中所述转子叶片包括内部冷却通路，所述内部冷却通路从所述根部至少延伸到所述平台的近似径向高度，且其中沿着与所述翼型的压力面相对应的侧部，所述平台的压力侧包括从所述翼型周向延伸到压力侧斜面的大致平面的顶侧，而沿着与所述翼型的吸力面相对应的侧部，所述平台的吸力侧包括从所述翼型周向延伸到吸力侧斜面的大致平面的顶侧；所述平台冷却布置包括：

线性压力室，其就处于所述平面顶侧的内侧且通过所述平台从所述压力侧斜面或吸力侧斜面线性延伸到与所述内部冷却通路的连接处，所述线性压力室具有近似平行于所述平面顶侧的纵向轴线；和

多个冷却孔，其从形成在所述平台的顶侧上的顶侧出口线性延伸到与所述线性压力室的连接处，其中所述冷却孔构造成使得每个与所述平台的顶侧成锐角。

2.根据权利要求1所述的平台冷却布置，其特征在于，在每个冷却孔的所述纵向轴线与所述压力室的顶侧之间形成的锐角包括小于60°的角度；并且

其中，关于每个冷却孔与所述线性压力室所形成的连接处的轴向位置，对应的所述顶侧出口包括下游位置。

3.根据权利要求1所述的平台冷却布置，其特征在于，在每个冷却孔的所述纵向轴线与所述压力室的顶侧之间形成的锐角包括小于45°的角度；

其中，关于每个冷却孔与所述线性压力室所形成的连接处的轴向位置，对应的所述顶侧出口包括下游位置；并且

其中所述冷却孔近似平行。

4.根据权利要求2所述的平台冷却布置，其特征在于，所述平台冷却布置包括多个线性压力室且构造成使得所述冷却孔的横截面流通面积小于所述线性压力室的横截面流通面积；

其中所述线性压力室中的每个从在所述压力侧斜面上的位置斜着延伸穿过所述平台，所述斜的路径包括轴向下游的组成部分和周向方向的组成部分；并且

其中，从在所述压力侧斜面上的所述位置，所述线性压力室中的每个与所述压力侧斜面形成锐角压力室角度，所述锐角压力室角度包括在45°与90°之间的值。

5.根据权利要求2所述的平台冷却布置，其特征在于，所述平台冷却布置包括多个线性压力室且构造成使得所述冷却孔的横截面流通面积小于所述线性压力室的横截面流通面积；

其中所述线性压力室中的每个从在所述压力侧斜面上的位置斜着延伸穿过所述平台，所述斜的路径包括轴向下游的组成部分和周向方向的组成部分；并且

其中，从在所述压力侧斜面上的所述位置，所述线性压力室中的每个与所述压力侧斜面形成锐角压力室角度，所述锐角压力室角度包括在60°与75°之间的值。

6.根据权利要求4所述的平台冷却布置，其特征在于：

多个所述线性压力室包括至少两个线性压力室，第一线性压力室和第二线性压力室；

所述第一线性压力室从在所述压力侧斜面上的位置延伸到在与所述内部冷却通路形成的连接处的终点；

所述第二线性压力室从在所述压力侧斜面上的位置穿过所述平台延伸到在所述吸力侧斜面上的位置且在它们之间截开所述内部冷却通路；并且

其中所述第一线性压力室和第二线性压力室中的每个包括从其延伸的多个冷却孔，其中所述第二线性压力室包括在所述平台的压力侧上的多个冷却孔和在所述平台的吸力侧上的多个冷却孔，其中所述冷却孔构造成在近似下游方向上排出冷却剂。

7.根据权利要求6所述的平台冷却布置，其特征在于，关于所述压力侧斜面和所述吸力侧斜面，所述冷却孔从与所述线性压力室的连接处斜着延伸，所述斜的路径包括轴向下游的组成部分和周向方向的组成部分，其中所述冷却孔的周向方向的组成部分与所述线性压力室的周向方向的组成部分相对，所述冷却孔从所述线性压力室延伸。

8.根据权利要求7所述的平台冷却布置，其特征在于，所述冷却孔彼此近似平行且近似垂直于各自从中延伸的所述线性压力室；并且

其中所述第一压力室的冷却孔中的每个包括较短长度或较长长度，且所述第一压力室的冷却孔包括交替的较短/较长构造，所述较短长度包括所述较长长度的大约40％-60％。

9.根据权利要求6所述的平台冷却布置，

所述第一线性压力室包括在所述压力侧斜面上的斜面出口，所述斜面出口包括减小的横截面流通面积；

所述第二线性压力室包括在所述压力侧斜面上的斜面出口和在所述吸力侧斜面上的斜面出口，在所述压力侧斜面上的所述斜面出口处于在所述吸力侧斜面上的所述斜面出口前方，且两个斜面出口包括减小的横截面流通面积；

所述减小的横截面流通面积包括小于通过所述斜面出口所服务的所述线性压力室的横截面流通面积的横截面流通面积；

减小的横截面流通面积的所述斜面出口中的每个包括预定的横截面流通面积，所述预定的横截面流通面积对应于对于每个斜面出口所希望的冷却剂冲击特性和所希望的计量特性中的至少一个。

10.根据权利要求9所述的平台冷却布置，其特征在于，所述第一线性压力室和第二线性压力室的斜面出口各包括塞子，所述塞子包括非集成式塞，所述非集成式塞构造成形成所述预定的横截面流通面积；并且

其中所述塞子中的至少一个包括全塞且所述塞子中的一个包括部分塞。

11.根据权利要求6所述的平台冷却布置，其特征在于，在所述平台的顶侧，所述冷却孔中的每个包括预定的横截面流通面积的顶侧出口；并且

其中所述预定的横截面流通面积对应于对于每个顶侧出口所希望的薄膜冷却特性和所希望的计量特性中的至少一个。

12.根据权利要求8所述的平台冷却布置，其特征在于，在所述平台的顶侧，所述冷却孔中的每个包括塞子，所述塞子构造成形成所述预定的横截面流通面积。

13.根据权利要求4所述的平台冷却布置，其特征在于：

所述多个线性压力室包括三个线性压力室：前线性压力室、中线性压力室和后线性压力室；

所述前线性压力室从在所述压力侧斜面上的前位置向下游倾斜地延伸到在在所述翼型的中间区域附近与所述内部冷却通路形成的连接处的终点；

所述中线性压力室从在所述压力侧斜面上的中间轴向位置向下游倾斜地延伸到在所述吸力侧斜面上的后位置且在它们之间截开所述内部冷却通路；

所述后线性压力室从在所述压力侧斜面上的位置向下游倾斜地延伸到在所述平台的后边缘上的位置且在它们之间截开所述内部冷却通路；并且

所述线性压力室中的每个包括从其延伸的多个冷却孔，其中所述中线性压力室和后线性压力室包括至少在所述平台的压力侧上的多个冷却孔和在所述平台的吸力侧上的多个冷却孔，其中所述冷却孔构造成在近似下游方向上排出冷却剂。

14.一种形成涡轮转子叶片中的平台冷却布置的方法，所述涡轮转子叶片在翼型与根部之间的交界处具有平台，其中所述转子叶片包括：内部冷却通路，其从所述根部至少延伸到所述平台的近似径向高度，且其中沿着与所述翼型的压力面相对应的侧部，所述平台的压力侧包括从所述翼型周向延伸到压力侧斜面的平面顶侧，而沿着与所述翼型的吸力面相对应的侧部，所述平台的吸力侧包括从所述翼型周向延伸到吸力侧斜面的平面顶侧；所述方法包括以下步骤：

机械加工至少一个线性压力室，所述线性压力室构造成就处于所述平面顶侧的内侧且通过所述平台从在所述压力侧斜面或所述吸力侧斜面上的位置处的起点线性延伸到与所述内部冷却通路的连接处，所述线性平台具有近似平行于所述平面顶侧的纵向轴线；以及

机械加工多个冷却孔，所述多个冷却孔从在所述平台的顶侧上的位置处的起点线性延伸到与所述线性压力室的连接处，其中所述冷却孔构造成使得每个与所述平台的顶侧形成锐角，所述锐角包括小于60°的角度。

15.根据权利要求14所述的方法，其特征在于，机械加工至少一个线性压力室的所述步骤包括机械加工至少多个线性压力室；

其中所述线性压力室中的每个从在所述压力侧斜面上的位置斜着延伸穿过所述平台的周向宽度的至少大约50％，所述斜的路径包括轴向下游的组成部分和周向方向的组成部分；并且

其中，从在所述压力侧斜面上的位置，所述线性压力室中的每个与所述压力侧斜面形成锐角压力室角度，所述锐角压力室角度包括在45°与90°之间的值。

16.根据权利要求15所述的方法，其特征在于：

关于每个冷却孔与所述线性压力室所形成的连接处的轴向位置，对应的所述顶侧出口包括下游位置；

所述冷却孔近似平行；并且

所述冷却孔的横截面流通面积小于所述冷却孔从中延伸的所述线性压力室的横截面流通面积。

17.根据权利要求16所述的方法，其特征在于：

多个所述线性压力室包括至少两个线性压力室，第一线性压力室和第二线性压力室；

所述第一线性压力室从在所述压力侧斜面上的位置延伸到在与所述内部冷却通路形成的连接处的终点；

所述第二线性压力室从在所述压力侧斜面上的位置穿过所述平台延伸到在所述吸力侧斜面上的位置且在它们之间截开所述内部冷却通路；并且

其中所述第一线性压力室和第二线性压力室中的每个包括从其延伸的多个冷却孔，其中所述第二线性压力室包括在所述平台的压力侧上的多个冷却孔和在所述平台的吸力侧上的多个冷却孔，其中所述冷却孔构造成在近似下游方向上排出冷却剂。

18.根据权利要求17所述的方法，其特征在于，还包括以下步骤：制造预定的构造的塞子且利用制造的所述塞子来塞住由机械加工所述第一线性压力室和第二线性压力室所形成的所述斜面出口中的每个；

其中所述塞子的预定的构造减小从所述斜面出口中的每个的所述横截面流通面积，使得对于每个斜面出口，实现所希望的冷却剂冲击特性和所希望的计量特性中的至少一个。

19.根据权利要求17所述的方法，其特征在于，机械加工所述冷却孔的所述步骤包括机械加工具有预定的横截面流通面积的顶侧出口的步骤；并且

其中所述预定的横截面流通面积对应于对于每个顶侧出口所希望的薄膜冷却特性和所希望的计量特性中的至少一个。

20.根据权利要求17所述的方法，其特征在于，机械加工所述冷却孔的所述步骤包括机械加工顶侧出口的步骤；

还包括制造预定的构造的塞子和利用制造的所述塞子中的一个塞住所述顶侧出口中的每个的步骤；

其中所述塞子的预定的构造减小从所述斜面出口中的每个的所述横截面流通面积，使得对于每个斜面出口，实现所希望的薄膜冷却特性和所希望的计量特性中的至少一个。

21.根据权利要求16所述的方法，其特征在于，

多个所述线性压力室包括三个线性压力室：前线性压力室、中线性压力室和后线性压力室；

所述前线性压力室从在所述压力侧斜面上的前位置向下游倾斜地延伸到在在所述翼型的中间区域附近与所述内部冷却通路形成的连接处的终点；

所述中线性压力室从在所述压力侧斜面上的中间轴向位置向下游倾斜地延伸到在所述吸力侧斜面上的后位置且在它们之间截开所述内部冷却通路；

所述后线性压力室从在所述压力侧斜面上的位置向下游倾斜地延伸到在所述平台的后边缘上的位置且在它们之间截开所述内部冷却通路；并且

所述线性压力室中的每个包括从其延伸的多个冷却孔，其中所述中线性压力室和后线性压力室包括在所述平台的压力侧和所述平台的吸力侧中的每个上的多个冷却孔。

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