專利名稱：：渦輪葉片葉冠的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及用于渦輪機的葉片，例如航空發(fā)動機、燃氣渦輪機、蒸汽渦輪機等。更具體地，本發(fā)明涉及空腔葉冠和通過使用穿過空腔的循環(huán)冷卻劑對渦輪葉片葉冠的冷卻。作為非限制性示例，本發(fā)明及其
背景技術(shù)：
通過關(guān)于燃氣渦輪機而進行描述。
背景技術(shù)：
：工業(yè)燃氣渦輪機和航空發(fā)動機的渦輪葉片在極端溫度環(huán)境下運行。與此環(huán)境相關(guān)的熱應力和金屬溫度可降低渦輪葉片的有效使用壽命。在運行期間對渦輪葉片及其部件進行冷卻，可延長它們的有效使用壽命。許多渦輪葉片包括翼型件(airfoil)和連接到翼型件末端的葉冠。連接到翼型件外邊緣的葉冠提供大體上垂直于翼型件表面延伸的表面區(qū)域。葉冠的表面區(qū)域有助于將渦輪排氣保持在翼型件上(即不允許排氣滑過翼型件葉片的末端)，使得來自渦輪排氣更大百分比的能量可通過渦輪葉片轉(zhuǎn)換成機械能。因而，葉冠改善了燃氣渦輪發(fā)動機的性能。此外，需要由葉冠覆蓋翼型件的整個外表面。然而，由于通過渦輪轉(zhuǎn)速所施加的機械力，葉冠和葉冠到翼型件的連接在運行期間變得高度受壓。當這些機械應力與渦輪機的極高溫度環(huán)境相關(guān)的熱應力以及金屬溫度結(jié)合時，就成為設(shè)計能在翼型件整個使用壽命期間執(zhí)行預定功能的葉冠的一種^L戰(zhàn)。解決此問題的兩種可能的方法為l)通過降低葉冠的重量來減輕施加在葉冠上的機械應力；或2)降低葉冠所經(jīng)受的金屬溫度。關(guān)于第一種方法，用來降低葉冠重量的一種通用方法是使外伸的葉冠"成扇形"(scallop)(即移除凹槽或一部分)。葉冠材料的減少導致運行期間施加在葉冠和翼型件之間形成的連接上的載荷減少。然而，通過成扇形減少葉冠的表面積的代價是其降低了渦輪發(fā)動機的性能，因為具有較少表面積的葉冠具有較低的將渦輪機排氣保持在渦輪機翼型件上的能力(即更多的排氣滑過翼型件的頂部，該翼型件具有減少的表面積的葉冠)。關(guān)于第二種備選方法，通過降低燃氣渦輪機的運行溫度而降低葉冠所經(jīng)受的金屬溫度也是不理想的解決辦法。作為本領(lǐng)域的技術(shù)人員將會理解，渦輪機運行溫度的降低導致渦輪機效率的降低。然而，在運行期間通過冷卻來降低葉冠所經(jīng)受的金屬溫度可延長部件的使用壽命。因而，需要用于冷卻渦輪葉片葉冠的改進的系統(tǒng)，使得與高溫渦輪環(huán)境相關(guān)的金屬溫度降低。然后，金屬溫度的降低將允許部件更好地經(jīng)受住與具有更大表面積的葉冠(即未成扇形的葉冠)相關(guān)的增加的機械應力。這樣的系統(tǒng)將允許沒有扇形或具有最小扇形的葉冠在渦輪機的高溫環(huán)境里更好地運行成為可能。而且，如果這樣的系統(tǒng)能冷卻葉冠并同時減少葉冠的重量，則可進一步實現(xiàn)效率的改進。
發(fā)明內(nèi)容因而，本發(fā)明申請描述了一種渦輪葉片，該渦輪葉片包括葉冠、形成在該葉冠內(nèi)的一個或多個冷卻腔、以及形成在該至少一個冷卻月空內(nèi)的至少一個肋，其中，肋的尺寸設(shè)置并定向成使得該肋部分地延伸通過橫跨該冷卻腔的距離。在一些實施例中，肋的尺寸可設(shè)置并定向成使得該肋延伸通過一黃^爭該冷卻腔的距離的至少大部分。該橫^t該冷卻腔的距離的大部分包括橫跨該冷卻腔的距離的至少75%。在一些實施例中，第一內(nèi)壁通常可與該冷卻腔對面的第二內(nèi)壁相對；該至少一個肋可包括多個肋；肋可配置成使得其中一些肋在冷卻腔的笫一內(nèi)壁處開始并向該冷卻腔的第二內(nèi)壁延伸，并且其中一些肋在冷卻腔的第二內(nèi)壁處開始并向該冷卻腔的第一內(nèi)壁延伸。在冷卻腔的第一內(nèi)壁處開始的肋可定向成且尺寸設(shè)置成使得至少一些肋延伸通過橫跨該冷卻腔的距離的至少大部分；并且在冷卻腔的第二內(nèi)壁處開始的肋可定向成且尺寸設(shè)置成使得至少一些肋延伸通過橫跨該冷卻腔的距離的至少大部分。在一些實施例中，在冷卻腔的第一內(nèi)壁處開始的肋和該第二內(nèi)壁可限定第一間隙；在冷卻腔的第二內(nèi)壁處開始的肋和該第一內(nèi)壁可限定第二間隙；并且該第一間隙和該第二間隙各包括4黃跨至少約為0.10英寸至0.25英寸的距離。在一些實施例中，在冷卻腔的第一內(nèi)壁處開始的肋和該第二內(nèi)壁可限定第一間隙；在冷卻腔的第二內(nèi)壁處開始的肋和該第一內(nèi)壁可限定第二間隙；并且該第一間隙和該第二間隙可各包括橫跨至少約為0.10英寸的距離。在一些實施例中，在冷卻腔的第一內(nèi)壁處開始的肋和在冷卻腔的第二內(nèi)壁處開始的肋可包括交替排列，該交替排列包括使在冷卻腔的第一內(nèi)壁處開始的肋的布置與在冷卻腔的第二內(nèi)壁處開始的肋的布置交替。在一些實施例中，在冷卻腔的第一內(nèi)壁處開始的肋和在冷卻腔的第二內(nèi)壁處開始的肋可彼此大體上平行。在一些實施例中，所有該一個或多個冷卻腔彼此可成流體連通。在一些實施例中，渦輪葉片可進一步包括翼型件和限定在該翼型件內(nèi)的至少一個冷卻劑通道。在此類實施例中，該一個或多個冷卻腔可包括壓力側(cè)冷卻腔、吸入側(cè)冷卻腔134以及冷卻劑室，該冷卻劑室包括大體上位于該壓力側(cè)冷卻腔和該吸入側(cè)冷卻腔之間的室；該冷卻劑室可與該冷卻劑通道成流體連通。并且，該冷卻劑室可通過多個冷卻劑室孔140與該壓力側(cè)冷卻腔和吸入側(cè)冷卻腔134成流體連通。當結(jié)合附圖和所附權(quán)利要求查看下文優(yōu)選實施例的詳細描述后，本申請的這些和其它特征將變得顯而易見。通過仔細地研究結(jié)合附圖的當前本發(fā)明優(yōu)選實施例的以下更詳細描述，將會對本發(fā)明的這些和其它目的以及優(yōu)點有更完整的理解和掌握，其中圖1為具有葉冠的傳統(tǒng)渦輪葉片的示意性透視圖2為傳統(tǒng)葉冠的示意性平面圖，其圖示了葉冠的扇形邊；圖3為根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的具有冷卻腔的葉冠的局部剖視圖4為根據(jù)本發(fā)明的一個備選實施例的具有冷卻腔的葉冠的局部剖一見圖5為根據(jù)本發(fā)明的一個備選實施例的具有冷卻腔的葉冠的局部剖—見圖6為根據(jù)本發(fā)明的一個備選實施例的具有冷卻腔的葉冠的局部剖S見圖7為根據(jù)本發(fā)明的一個備選實施例的具有冷卻腔的葉冠的局部剖一見圖8為根據(jù)本發(fā)明的一個備選實施例的具有冷卻腔的葉冠的局部剖一見圖；以及圖9為根據(jù)本發(fā)明的一個備選實施例的具有冷卻腔的葉冠的局部剖視圖。部件列表:<table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage9</column></row><table>具體實施例方式現(xiàn)在參考附圖，在全部的若干視圖中，不同的數(shù)字代表相似的部件，圖1圖示了具有冷卻劑通道的典型葉片，該冷卻劑通道在葉梢處有出口以流過葉冠。如其中示意性示出的那樣，各渦輪葉片10包括翼型件12和葉根14。翼型件12具有前緣和后緣。通常凹入的壓力面和通常凸出的吸入面在翼型件12的相對側(cè)上的前緣和后緣之間延伸。在圖示的示例中，葉根14包括葉柄16和楔形榫18，該楔形榫18與轉(zhuǎn)子上的相應楔形槽接合以將渦輪葉片10緊固到轉(zhuǎn)子上。如圖1和圖2所示，葉冠20形成在翼型件12的末端處且從翼型件12的表面垂直地向外延伸。葉冠20具有徑向向內(nèi)和徑向向外的相對面，且暴露于流過渦輪段的熱壓縮氣體。各葉冠20具有支承面22、24,在支承面之上各葉冠與相鄰葉片的葉冠接觸從而抑制葉片振動。此外，密封軌道26典型地從葉冠20的徑向向外的相對面徑向向外地延伸，以防止相應葉柵周圍的熱氣的泄漏。在某些傳統(tǒng)的渦輪葉片結(jié)構(gòu)中，多個冷卻空氣通道徑向向外地延伸穿過葉片進入葉梢。在其它傳統(tǒng)的渦輪葉片結(jié)構(gòu)中，冷卻劑通道可限定在翼型件內(nèi)。如圖2所示，冷卻劑通道通常終止于空氣排出孔28,該空氣排出孔28允許在葉冠20的徑向向外的表面處排出冷卻空氣。圖3圖示了本發(fā)明的一個示例性實施例。如圖所示，葉冠20可包括限定在其內(nèi)的空腔(可包括室、腔、孔和/或通道)。所有限定在葉冠20內(nèi)的空腔彼此可成流體連通，以致空腔形成連續(xù)的冷卻腔(以下稱"冷卻腔130")。(應注意本文所公開的示例性實施例通常通過使冷卻劑穿過葉冠來描述關(guān)于冷卻葉冠的功能。此功能僅僅是示例性的而不意味著限制性。本文所描述的所有實施例通?？捎糜诶鋮s之外的原因。例如，所有的空腔和結(jié)構(gòu)性支撐件配置可用來產(chǎn)生輕質(zhì)的結(jié)構(gòu)上合理的葉冠。為了簡潔，本文僅就其"冷卻"功能描述了與在葉冠上形成空腔相關(guān)的結(jié)構(gòu)元件。然而，如本文所定義的，所有這種引用也應解釋成包括為了不同于冷卻功能的其它優(yōu)點而使用空腔和/或其任意結(jié)構(gòu)元件的可能性。因此，例如，"冷卻腔"和/或任意其所描述的結(jié)構(gòu)元件可用于制造輕質(zhì)的結(jié)構(gòu)上合理的中空葉冠的功能，而并非為了冷卻葉冠的目的。在具體實施方式或權(quán)利要求或本申請的任何其它部分中，不管是否涉及冷卻功能這都是正確的)。在一些實施例中，冷卻腔130可包括壓力側(cè)冷卻腔132和吸入側(cè)冷卻腔134,它們分別與翼型件12的壓力側(cè)和吸入側(cè)重合。如圖所示，壓力側(cè)冷卻腔132和吸入側(cè)冷卻腔134可沿翼型件112的后緣或尾緣136彼此成流體連通。按照傳統(tǒng)方式，空氣可在楔形榫18或葉柄16區(qū)域附近吸入渦輪葉片10，并通過翼型件12流向葉冠20。在所圖示的示例中，冷卻劑室138可在葉冠20的近似中心處(大體上將壓力側(cè)冷卻腔132和吸入側(cè)冷卻腔134隔開)限定為冷卻劑(通常為壓縮空氣)貯存器，用來經(jīng)由壓力側(cè)冷卻腔132和吸入側(cè)冷卻腔134將冷卻劑分配到葉冠20。作為備選，冷卻劑室138可限定在翼型件12的末梢中(該實施例未示出)。作為另一個備選，延伸通過翼型件12的多個冷卻劑通道可直接聯(lián)接到壓力側(cè)冷卻腔132和吸入側(cè)冷卻腔134,使得冷卻劑室138不存在(參看下面與圖4的實施例相關(guān)的論述)。冷卻劑然后可從冷卻劑室138或相應的冷卻劑通道流向并流過冷卻腔132、134。在圖示的示例中，在冷卻劑室138和冷卻腔132、134之間限定了多個冷卻劑室孔140。因而，冷卻劑室138、壓力側(cè)冷卻腔132以及吸入側(cè)冷卻腔134彼此均成流體連通。同樣地，如本文所限定和所使用的，冷卻劑室138、壓力側(cè)冷卻腔132以及吸入側(cè)冷卻腔134在葉冠20內(nèi)形成單一的冷卻腔或連續(xù)的冷卻腔(即，由于在葉冠20內(nèi)限定的所有腔/室/孔通道彼此均成流體連通)。將冷卻腔132、134連接到冷卻劑室138的冷卻劑室孔140不僅可用來簡單地將冷卻腔132、134連接到冷卻劑室138，而且可適于測,或控制進入冷卻腔132、134的流，從而在整個葉冠20內(nèi)實現(xiàn)冷卻劑的期望分布。在備選示例中，冷卻劑室138可通向冷卻腔132、134，如稍后的論述。冷卻腔130可具有限定在其內(nèi)的多個支撐肋142、144。一^:而言，肋142、144為將冷卻腔130的基底(或輻射狀基底)連接到冷卻腔130的頂板(或輻射狀頂板)上的延長結(jié)構(gòu)，如若干附圖所示出的那樣。(如本文所使用的，冷卻腔130的基底在若干附圖中示出為圍繞肋的區(qū)域。冷卻腔130的頂板為從葉冠20上移除的部分，以便可提供冷卻腔130的內(nèi)部的視圖。)肋142、144的功能之一是有利地限定冷卻腔130的形狀。同樣，肋142、144維持中空葉冠20的結(jié)構(gòu)強度，以便渦輪葉片10的有效壽命不被負面地影響。肋142、144支撐冷卻腔130的中空區(qū)域，該中空區(qū)域允許葉冠20為輕質(zhì)葉冠。輕質(zhì)葉冠在降低葉冠20和翼型件12在運行期間的機械應力方面是有利的。通常而言，如下文更加詳細的描述那樣，肋142、144部分地延伸通過穿過其位于其中的冷卻腔130。在一些實施例中，多個肋142、144可延伸通過橫跨冷卻腔130的距離的大部分。在一些實施例中，肋142、144彼此大致平行。如圖所示，肋142、144可包括多個截平肋142。截平肋142通常為更短的肋，其在某些實施例中(也如圖所示)限定出口孔147。另夕卜，肋142、144可包括大體上比截平肋142長的多個分隔肋144。(注意某些實施例可僅包括多個分隔肋144。在此類實施例中，在葉冠20的邊緣所鉆的洞可限定出口孔147。)一4殳而言并如圖所示，分隔肋144具有長度以便延伸通過橫跨相應冷卻腔132、134的距離的至少大部分，但是不延伸通過整個距離。在一些實施例中，分隔肋144可延伸通過橫跨冷卻腔130的寬度的至少75%。因而，分隔肋144不產(chǎn)生隔離腔。換句話說，在分隔肋144的任一側(cè)的空腔圍繞分隔肋144的至少一個末端保持流體連通。如圖3所示，分隔肋144可包括外延分隔肋145。該外延分隔肋145通?？蓮南薅ɡ鋮s劑室138的壁向外延伸至達不到冷卻腔130的外壁的位置，從而在外延分隔肋145和冷卻腔130的外壁之間限定間隔或間隙。在一些實施例中，冷卻腔130的外壁可由其中一個截平肋142限定。在此類實施例中，外延分隔肋145可/人限定冷卻劑室138的壁向達不到截平肋142的位置延伸，該截平肋142在此位置限定冷卻腔130的外壁，從而在外延分隔肋145和截平肋142之間限定間隙。分隔肋144還可包括內(nèi)延分隔肋146,該內(nèi)延分隔肋146通常從冷卻腔130的外壁向內(nèi)延伸至達不到限定冷卻劑室138的壁的位置，從而在內(nèi)延分隔肋146和限定冷卻劑室138的壁之間限定間隙。在一些實施例中，由l)外延分隔肋145和冷卻腔130的外壁；2)內(nèi)延分隔肋146和限定冷卻劑室138的壁所限定的兩個間隙均可為約0.10英寸至0.25英寸。在其它實施例中，由l)外延分隔肋145和冷卻腔130的外壁；2)內(nèi)延分隔肋146和限定冷卻劑室138的壁所限定的兩個間隙均可為至少0.10英寸。如圖所示，各冷卻腔132、134可包含多個分隔肋144。在一些實施例中(也如圖所示)，各冷卻腔132、134可包含4-7個分隔肋144。此外，如圖所示，分隔肋144可以交替排列中。在交替排列中，外延分隔肋145的布置通常與內(nèi)延分隔肋146的布置交替。如本文所使用的，"交替排列"應當廣義地解釋為包括若干不同的交替排列，并不意味著限于嚴格的"一對一"式交替(即這種排列需要各個外延分隔肋145僅與內(nèi)延分隔肋146相鄰)。如本文所使用的，"交替排列"還應解釋為描述了例如如下的分隔肋序列外延分隔肋145—外延分隔肋145—內(nèi)延分隔肋146—外延分隔肋145—外延分隔肋145—內(nèi)延分隔肋146。在另一種情況下，"交替排列"可例如用來描述此序列內(nèi)延分隔肋146—外延分隔肋145—外延分隔肋145—內(nèi)延分隔肋146_內(nèi)延分隔肋146—外延分隔肋145—外延分隔肋145。"交替排列"可用來描述其它類似的序列。交替排列策略可有效地限定通過冷卻腔132、134的曲折或迷宮式冷卻回路，其在通過穿過其中的冷卻劑的循環(huán)來冷卻葉冠20方面是有利的。如本文所使用的，迷宮式回路一般限定成用來描述阻礙流動的蜿蜒或迂回通道，如下文更詳細的描述一樣，其可有利地用來在運行期間在整個葉冠20上有效地分布冷卻劑。如上文所提及的，可在相鄰的截平肋142之間限定出口孔14以使冷卻劑流出渦輪葉片10。如圖所示，冷卻腔132、134主要置于葉冠20的平面內(nèi)。圖4圖示了本申請的備選實施例，該實施例不包括上文所述實施例的冷卻劑室138。圖4中的實施例通?？砂ǘ鄠€截平肋142和分隔肋144,肋142、144成上文關(guān)于圖3所述的相似的排列。然而，圖4中的實施例沒有限定冷卻劑室138的壁，而是具有內(nèi)中心壁152。該內(nèi)中心壁152通常把冷卻腔130—分為二，從而在冷卻腔130的兩側(cè)產(chǎn)生(如圖3的實施例中冷卻劑室138所^敝的)壓力側(cè)冷卻腔132和吸入側(cè)冷卻腔134。由于沒有冷卻劑室138，延伸通過翼型件12的冷卻劑通道可通過多個入口孔154直接聯(lián)接到壓力側(cè)冷卻腔132和吸入側(cè)冷卻腔134上。如圖所示，入口孔154可沿內(nèi)中心壁152的壁而定位。其它位置也是可能的，例如在冷卻腔132、134的基底處。此外，在圖4的實施例中，外延分隔肋145通常從內(nèi)中心壁152向外延伸至達不到冷卻腔130的外壁的位置。在一些實施例中并如圖所示，冷卻腔130的外壁可由其中一個截平肋142限定。在此類實施例中，圖4的外延分隔壁145可^v內(nèi)中心壁152向達不到截平肋142的位置延伸，該截平肋142在此位置處限定冷卻腔130的外壁，從而在外延分隔肋145和截平肋142之間限定間隙。同樣，在圖4的實施例中，內(nèi)延分隔肋146通常從冷卻腔130的外壁向內(nèi)延伸至達不到內(nèi)中心壁152的位置，從而在內(nèi)延分隔肋146和內(nèi)中心壁152之間限定間隙。最后，類似于圖3的實施例，分隔肋144可排列成使得外延分隔肋145的布置與內(nèi)延分隔肋146的布置交替。圖5至圖9示出了備選實施例。這些實施例示出了上文所討論的一些特征在具有不同結(jié)構(gòu)的冷卻腔130中的應用，以及如下詳細討"i侖的新元件的使用。圖3和圖4示出的實施例均在葉冠20的近似中心處具有分隔特征(即，在圖3中該分隔特征為冷卻劑室138,在圖4中該分隔特征為內(nèi)中心壁152)。在某些實施例中，如圖5至圖8，分隔特征可能不存在。圖5圖示了具有多個分隔肋144的葉冠20中具有單一的或連續(xù)的冷卻腔130的備選實施例。也可存在多個截平肋142。截平肋142可限定出口孑L147,該出口孑L147沿葉冠20的壓力側(cè)和p及入側(cè)集中。由于沒有冷卻劑室138，延伸通過翼型件12的冷卻劑通道可通過多個入口孔154直接3f關(guān)4妄到冷卻腔130上。如圖所示，入口孔154可定位成在葉冠20的大約中心線的任意一側(cè)朝向葉冠20的中心，如果畫出該中心線的話，其將概略地將葉冠20的吸入側(cè)和葉冠20的壓力側(cè)分開，而其它位置也是可能的。此外，在圖5的實施例中，對分隔肋144進行配置，使得它們沿冷卻腔130的外壁(即第一內(nèi)壁)開始，并延伸通過葉冠20朝向冷卻腔130的相對外壁(即第二內(nèi)壁)。分隔肋144可具有長度，使得它們在達不到冷卻腔130的相對外壁的位置處終止。因此在分隔肋144的末端出可在分隔肋144和冷卻腔130的相對外壁之間限定有狹窄空間或間隙。在某些實施例中并如圖所示，冷卻腔130的外壁可由其中一個截平肋142限定。在此類實施例中，分隔肋144可朝冷卻腔130的相對外壁的截平肋142延伸到達不到限定冷卻腔130的外壁的截平肋142的位置，如圖5所示。從而，可在分隔肋144的末端處在分隔肋144和相對截平肋142之間限定狹窄間隔或間隙。而且，如圖5所示，分隔肋144可以交替排列進行配置。在此排列中，從冷卻腔130的外壁之一延伸的分隔肋144的布置與從冷卻腔130的相對外壁開始的分隔肋144的布置交替。也可參見上文所提供的用于"交替排列"的定義。如之前所述，通過冷卻腔130的交替排列策略可有效地限定曲折或迷宮式冷卻回路，其在通過穿過其中的冷卻劑的循環(huán)對葉冠20的冷卻中是有利的。注意在備選實施例中，交替的分隔肋144可定向成使得它們通常以垂直于如圖5所示的分隔肋144的方位的方式排列。作為本領(lǐng)域技術(shù)人員將會理解其它排列也是可能的。圖6-8示出了若干示例性實施例，其包括葉冠冷卻腔130內(nèi)的離散的結(jié)構(gòu)元件。如本文所使用的，離散的結(jié)構(gòu)元件為在結(jié)構(gòu)上將冷卻腔130的基底連接到冷卻腔130的頂板上的元件，其不起源于、不終止于或不連接到冷卻腔130的內(nèi)壁或葉冠20的外緣或外圍。出于此定義的目的，冷卻腔130的內(nèi)壁可包括l)限定冷卻劑室138的壁；2)冷卻腔130的外壁；3)內(nèi)中心壁152;或者4)可限定在冷卻腔130內(nèi)的其它類似的壁。同樣，如本文所4吏用以及先前所描述的那樣，冷卻腔130的頂板為已在圖3-9中移除的元件，以便能觀察到冷卻腔130的內(nèi)部。換句話說，離散的結(jié)構(gòu)元件通常為這樣的結(jié)構(gòu)元件，除該結(jié)構(gòu)元件與冷卻腔130的基底和頂板所形成的連接外，這些結(jié)構(gòu)元件被冷卻腔130的中空區(qū)域所包圍。圖6示出了具有多個離散的分隔肋202的單一的或連續(xù)的冷卻腔130。離散的分隔肋202為離散的結(jié)構(gòu)元件，因為它們將冷卻腔130的基底連接到冷卻腔130的頂板上，并且不起源于、不終止于或不連接到冷卻腔130的內(nèi)壁或葉冠20的外緣。在一些實施例中并如圖所示，也可存在多個截平肋142。截平肋142可限定出口孔147,該出口孔147沿葉冠20的壓力側(cè)和吸入側(cè)集中。由于圖6的實施例沒有冷卻劑室138，延伸通過翼型件12的冷卻劑通道可通過多個入口孔154直接聯(lián)接到冷卻腔130上。如圖所示，入口孔154可沿葉冠20的近似中心線而定位，如果畫出該中心線的話，該中心線可大約將葉冠20的吸入側(cè)和葉冠20的壓力側(cè)分開。此外，在圖6的實施例中，離散的分隔肋202可配置成使得各分隔肋在冷卻腔130的近似中心處開始，并向外朝冷卻腔130的相對外壁延伸。離散的分隔肋202可延伸通過橫跨冷卻腔130的距離的至少大部分。在一些實施例中，離散的分隔肋202可延伸通過冷卻腔130寬度的至少75%。在其它實施例中，離散的分隔肋202可定向成使得它們通常正交于圖6所示的離散的分隔肋202而排列。作為本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解其它排列也是可能的。離散的分隔肋202可具有長度，以便它們在一個末端在達不到冷卻腔130的外壁的位置處終止，而在另一個末端在達不到冷卻腔130的相對外壁的位置處終止。因而，在各個離散的分隔肋202的末端可限定兩個間隙(即由離散的分隔肋202的末端和冷卻腔130的外壁限定的第一間隙；由離散的分隔肋202的另一端和冷卻腔130的相對外壁限定的第二間隙)。在一些實施例中，第一間隙和第二間隙中的各間隙約為0.10英寸至0.75英寸。在其它實施例中，第一間隙和第二間隙可各至少為O.IO英寸。在一些實施例中并如圖所示，冷卻腔130的外壁由其中一個截平肋142限定。在此類實施例中，離散的分隔肋202可向冷卻腔130的相對外壁延伸至正好達不到截平肋142的位置，該截平肋142在此位置限定冷卻腔130的外壁，如圖6所示。圖7示出了具有多個離散的分隔肋206的單一的或連續(xù)的冷卻腔130。如上文所定義的，離散的分隔肋206為離散的結(jié)構(gòu)元件，因為它們將冷卻腔130的基底連接到冷卻腔130的頂板上，并且不起源于、不終止于或不連接到冷卻腔130的內(nèi)壁或葉冠20的外緣。在一些實施例中(盡管未在圖7中示出)，還可存在限定出口孔147的多個截平肋。如本文所定義的，限定出口孔147的截平肋142(如先前實施例所示)不看作是離散的結(jié)構(gòu)元件，因為它們通常終止于葉冠20的外緣或外圍。由于圖7的實施例中沒有冷卻劑室138,延伸通過翼型件12的冷卻劑通道可通過多個入口孔154直4妄耳關(guān)接到冷卻腔130上。如圖所示，入口孑L154可沿葉冠20的近似中心線定位，要是畫出該中心線如圖7所示，可在整個冷卻腔130內(nèi)隔開多個離散的分隔肋206,以便在各分隔肋之間維持最小間隙。維持在各離散的截平肋206之間的間隙可為至少0.05英寸。離散的截平肋206本質(zhì)上可為矩形(在一些實施例中具有圓角)，如圖7所示。在一些實施例中，離散的截平肋206可為約0.10英寸至0.75英寸長，0.05英寸至0.25英寸寬。在一些實施例中并如圖7所示，在冷卻腔130內(nèi)可限定15至25個離散的截平肋206。圖8圖示了具有多個離散柱208的單一的或連續(xù)的冷卻腔130。如上文所定義的，離散柱208為離散的結(jié)構(gòu)元件，因為它們將冷卻腔130的基底連接到冷卻腔130的頂板上，并且不起源于、不終止于或不連接到冷卻腔130的內(nèi)壁或葉冠20的外緣。由于圖8所示的實施例沒有冷卻劑室138,延伸通過翼型件12的冷卻劑通道可通過多個入口孔154直接聯(lián)接到冷卻腔130上。如圖所示，入口孔154可沿葉冠20的近似中心線定位，要是畫出該中心線的話，其可大約將葉冠20的吸入側(cè)和葉冠20的壓力側(cè)分開。如圖8所圖示，可在整個冷卻腔130內(nèi)隔開多個離散柱208，以便在各離散柱之間維持最小間隙。維持在各離散柱208之間的最小間隙可為至少0.05英寸。如圖所示，離散柱208可具有圓形截面。在此類實施例中，圓形截面的直徑可為大約0.05英寸至0.25英寸。在其它實施例中，離散柱208可具有正方形截面。在此類實施例中，正方形截面的各邊可為大約0.05英寸至0.25英寸。在一些實施例中并如圖8所示，在冷卻腔130內(nèi)可限定5至50個離散柱208。圖9示出了示例性實施例，其示范了在葉冠冷卻腔130上圓形出口孔212和非圓形出口孔214的使用。如先前所描述的，在相鄰截平肋142之間或穿過冷卻腔130的外壁，可限定多個出口孔212、214,以便加壓的冷卻劑逸出冷卻腔130。如圖9的示例性實施例所示，可限定非圓形出口孔214。這些非圓形出口孔214可為矩形形狀(某些實施例可具有圓角)，如圖所示。雖然未示出，但非圓形出口孔214也可為橢圓形或卵圓形形狀。非圓形出口孔214相對與圓形出口孔可提供傳熱方面的好處。如圖9所示，也可限定一個或多個圓形出口孔212?？商峁└郊拥膱A形出口孔212和非圓形出口孔214。作為本領(lǐng)域技術(shù)人員將會理解，圓形出口孔212和非圓形出口孔214的不同布置也是可能的。注意圖3至圖9所描述的實施例均4是供了具有單一的或連續(xù)的冷卻腔的葉冠的示例。然而，本文所討論的某些特征并不限于用于單一的或連續(xù)的冷卻腔(即，可成功地用在具有多個隔開的冷卻腔的葉冠上，這些冷卻腔彼此不成流體連通)。這些特征包括l)部分地延伸通過冷卻腔的肋，以便它們在肋的末端和相對結(jié)構(gòu)之間產(chǎn)生通道；2)部分地延伸通過冷卻腔的肋的交替排列；3)離散的結(jié)構(gòu)元件；以及4)使用非圓形出口孔和圓形出口孔。有關(guān)單一的或連續(xù)的冷卻腔的這些特征的描述僅是示例性的，并不意味著限制性。在使用中，冷卻劑(通常為壓縮空氣)可分布到渦輪葉片10。冷卻劑可通過冷卻劑通道到達冷卻劑室138。然后冷卻劑通過冷卻劑室孔140被輸送到冷卻腔130。(注意在圖4至圖8所描述的實施例中，通過入口孔154直接將冷卻劑輸送到冷卻腔130)。一旦在冷卻腔130中，冷卻劑按需要圍繞肋142、144流向出口孔147,然后通過出口孔147離開葉冠20，該出口孔147通常沿冷卻腔130的外壁定位。通過冷卻腔130的冷卻劑流對流地冷卻葉冠20。作為本領(lǐng)域技術(shù)人員將會理解，葉冠20邊緣處存在的壓力條件在渦輪機運行期間變化很大。葉冠20的前緣(在圖3和圖4中示出為170)處的外部壓力高，葉冠20的后緣(在圖3和圖4中示出為180)處的外部壓力低，而在前緣和后緣之間的葉冠20的邊緣處(在圖3和圖4中示出為190)的外部壓力適中。葉冠20的冷卻腔130具有比外部壓力更高的壓力，然而在沒有干涉的情況下，多數(shù)冷卻劑會從外部壓力最低的葉冠20的后緣180附近流出。這種趨勢可導致不足量的冷卻劑流出葉冠20的前緣170,這會在那些區(qū)域引起過高的溫度，并可負面地影響渦輪葉片10的使用壽命。因而，希望使冷卻劑在流出渦輪葉片10時優(yōu)選地分布在整個葉冠20上。如上述實施例中所描述的，肋142、144的排列通常產(chǎn)生曲折的或迷宮式冷卻回^各，進入葉冠20的冷卻劑在流出之前必須通過該回^各-使。例如，在前緣170附近進入葉冠20的冷卻劑必須通過迷宮式冷卻回路以在較低壓力的后緣180處流出。通過這種方式，曲折路徑或迷宮式冷卻回路產(chǎn)生阻礙，從而阻礙不均衡量的冷卻劑在低壓后緣180處流出。結(jié)果是，冷卻劑沿葉冠20的所有不同的壓力區(qū)域流出葉冠20，這就在運行期間在整個葉冠20上產(chǎn)生優(yōu)選的冷卻劑分布。無需在葉冠20內(nèi)必然需要多個獨立的或斷開的(即，冷卻腔彼此之間不成流體連通)冷卻腔，就可獲得這種有益的結(jié)果。作為本領(lǐng)域技術(shù)人員將會理解，具有中空冷卻腔的的渦輪葉片通常通過熔模鑄造工藝制造。具有單一的或連續(xù)的冷卻腔而不是多個斷開的腔，考慮到了在熔才莫鑄造工藝中實現(xiàn)的某些優(yōu)點。19分隔肋144的交替排列的進一步的好處在于各分隔肋144的自由端194由其各側(cè)的分隔肋144保護，增加了葉冠20的結(jié)構(gòu)整體性。分隔肋144的自由端194指終止在冷卻腔130內(nèi)的敞開區(qū)域處的末端(參見圖3、圖4和圖5中所標記的自由端194)。換句話說，自由端194為與起源于連續(xù)的冷卻腔130的內(nèi)壁或外壁(連續(xù)冷卻腔130的內(nèi)壁或外壁可包括，例如1)冷卻腔130的外壁；2)冷卻劑室138的壁；或者3)內(nèi)中心壁152)的末端相對的分隔肋144的末端。作為本領(lǐng)域技術(shù)人員將會理解，在連續(xù)冷卻腔130內(nèi)的敞開區(qū)域內(nèi)終止分隔肋144產(chǎn)生了具有增加的應力的區(qū)域。然而，導致該應力的載荷可被相鄰的分隔肋144處理，由于分隔肋144的交替排列，相鄰的分隔肋144可能不會終止于冷卻腔內(nèi)的相同區(qū)域。這用來降低否則將在其中一個分隔肋144的末端處形成的應力局部集中。盡管已經(jīng)結(jié)合當前認為是最實用和優(yōu)選的實施例對本發(fā)明進行了描述，但應理解的是，本發(fā)明不限于所公開的實施例，而是相反，本發(fā)明旨在覆蓋包括在所附權(quán)利要求的精神和范圍內(nèi)的不同修改和等效裝置。例如，盡管尤其參考了葉冠的冷卻，但本文所公開的技術(shù)可用在不位于葉片的末端處的葉冠上。在這點上，某些葉片在翼型件的中間長度附近具有將其連接到鄰近葉片的葉冠，并且可將本文上文所描述的冷卻劑通道結(jié)合到其中。權(quán)利要求1.一種渦輪葉片(10)，包括葉冠(20)；形成在所述葉冠(20)內(nèi)的一個或多個冷卻腔(130)；以及形成在至少其中一個所述冷卻腔(130)內(nèi)的至少一個肋(142，144)；其中，所述肋(142，144)尺寸設(shè)置成并定向成使得所述肋(142，144)部分地延伸通過橫跨所述冷卻腔(130)的距離。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的渦輪葉片(IO),其特征在于，所述肋(142，144)尺寸設(shè)置成并定向成使得所述肋(142，144)延伸通過橫跨所述冷卻腔(130)的距離的至少大部分。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的渦輪葉片(10)，其特征在于，橫跨所述冷卻腔的所述距離的大部分包括橫跨所述冷卻腔(130)的所述距離的至少75%。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的渦輪葉片(IO),其特征在于第一內(nèi)壁通常與所述冷卻腔(130)對面的第二內(nèi)壁相對；所述至少一個肋(142，144)包括多個肋(142,144);所述肋(142，144)配置成使得其中一些所述肋(142,144)在所述冷卻腔(130)的第一內(nèi)壁處開始，并向所述冷卻腔(130)的第二內(nèi)壁延伸，而其中一些所述肋(142,144)在所述冷卻腔(130)的第二內(nèi)壁處開始，并向所述冷卻腔的第一內(nèi)壁延伸；在所述冷卻腔(130)的第一內(nèi)壁處開始的所述肋(142,144)定向成并尺寸設(shè)置成使得至少一些肋延伸通過橫跨所述冷卻腔(130)的距離的至少大部分；以及在所述冷卻腔(130)的第二內(nèi)壁處開始的所述肋(142,144)定向成并尺寸設(shè)置成使得至少一些肋延伸通過橫跨所述冷卻腔(130)的距離至的少大部分。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的渦輪葉片(10)，其特征在于在所述冷卻腔(130)的第一內(nèi)壁處開始的所述肋(142,144)和所述第二內(nèi)壁限定第一間隙；在所述冷卻腔(130)的第二內(nèi)壁處開始的所述肋(142，144)和所述第一內(nèi)壁限定第二間隙；以及所述第一間隙和所述第二間隙各包括橫跨至少約0.10英寸至0.25英寸的距離。6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的渦輪葉片(10)，其特征在于在所述冷卻腔(130)的第一內(nèi)壁處開始的所述肋(142，144)和所述第二內(nèi)壁限定第一間隙；在所述冷卻腔(130)的第二內(nèi)壁處開始的所述肋(142,144)和所述第一內(nèi)壁限定第二間隙；以及所述第一間隙和所述第二間隙各包括橫跨至少約0.10英寸的距離。7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的渦輪葉片(10)，其特征在于，在所述冷卻腔(130)的第一內(nèi)壁處開始的所述肋(142，144)和在所述冷卻腔(130)的第二內(nèi)壁處開始的所述肋(142,144)包括交替排列，所述交替排列包括使在所述冷卻腔(130)的第一內(nèi)壁處開始的肋(142,144)的布置與在所述冷卻腔(130)的第二內(nèi)壁處開始的肋(142,144)的布置交替。8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的渦輪葉片(10)，其特征在于，在所述冷卻腔(130)的第一內(nèi)壁處開始的所述肋(142,144)和在所述冷卻腔(130)的第二內(nèi)壁處開始的所述肋(142，144)彼此大體上平行。9.根據(jù)權(quán)利要求2所述的渦輪葉片(10),其特征在于，所有所述一個或多個冷卻腔(130)彼此成流體連通。10.根據(jù)權(quán)利要求l所述的渦輪葉片，其特征在于，所述渦輪葉片還包括翼型件(12)和限定在所述翼型件(12)內(nèi)的至少一個冷卻劑通道，其特征在于所述一個或多個冷卻腔(130)包括壓力側(cè)冷卻腔(132)、吸入側(cè)冷卻腔(134)以及冷卻劑室(138)，所述冷卻劑室(138)包括大體上位于所述壓力側(cè)冷卻腔(132)和所述吸入側(cè)冷卻腔之間的室；所述冷卻劑室(138)與所述冷卻劑通道成流體連通；以及所述冷卻劑室(138)通過多個冷卻劑室孔(140)與所述壓力側(cè)冷卻腔(l32)以及所述吸入側(cè)冷卻腔(l34)成流體連通。全文摘要本發(fā)明涉及渦輪葉片葉冠，具體而言，公開了一種渦輪葉片(10)，其包括葉冠(20)、形成在該葉冠(20)內(nèi)的一個或多個冷卻腔(130)、以及形成在至少其中一個冷卻腔(130)內(nèi)的至少一個肋(142，144)。該肋(142，144)尺寸設(shè)置成并定向成使得該肋(142，144)部分地延伸通過橫跨該冷卻腔(130)的距離。所述肋(142，144)可尺寸設(shè)置成并定向成使得該肋(142，144)延伸通過橫跨該冷卻腔(130)的距離的至少大部分。此外，橫跨該冷卻腔的距離的大部分包括橫跨該冷卻腔(130)的距離的至少75％。文檔編號F01D5/18GK101482029SQ20091000350公開日2009年7月15日申請日期2009年1月6日優(yōu)先權(quán)日2008年1月10日發(fā)明者R·A·布里廷厄姆申請人:通用電氣公司