本申請(qǐng)大體上涉及燃?xì)鉁u輪轉(zhuǎn)子葉片的末端的設(shè)計(jì)。更具體而言，但不經(jīng)由限制，本申請(qǐng)涉及提高空氣動(dòng)力和冷卻性能的轉(zhuǎn)子葉片末端的構(gòu)造。

背景技術(shù)：

在燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)中，公知的是空氣在壓縮機(jī)中加壓，并且用于在燃燒器中燃燒燃料來(lái)生成熱燃燒氣體流，因此此類(lèi)氣體向下游流過(guò)一個(gè)或更多個(gè)渦輪，以使能量可從其抽取。根據(jù)此類(lèi)渦輪，大體上，成排的沿周向間隔的轉(zhuǎn)子葉片從支承轉(zhuǎn)子盤(pán)沿徑向向外延伸。各個(gè)葉片典型地包括容許葉片在形成于轉(zhuǎn)子盤(pán)中的對(duì)應(yīng)槽口中組裝和拆卸的根部，以及沿徑向向外方向遠(yuǎn)離根部延伸的翼型件。

翼型件具有大體上凹形的壓力側(cè)和大體上凸形的吸入側(cè)，它們?cè)趯?duì)應(yīng)的前緣與后緣之間沿軸向延伸，并且在根部與末端之間沿徑向延伸。將理解的是，葉片末端與徑向外渦輪護(hù)罩緊密間隔，用于最小化在渦輪葉片之間向下游流動(dòng)的燃燒氣體在其間的泄漏。發(fā)動(dòng)機(jī)的最大效率通過(guò)使末端空隙或間隙最小化，使得防止了泄漏來(lái)獲得，但該策略由轉(zhuǎn)子葉片與渦輪護(hù)罩之間的不同熱和機(jī)械膨脹和收縮率，以及在操作期間避免具有相對(duì)于護(hù)罩的過(guò)度末端摩擦的非合乎需要情況的動(dòng)機(jī)略微限制。

由于渦輪葉片浸泡在熱燃燒氣體中，故需要有效冷卻來(lái)確保零件使用壽命。典型地，葉片翼型件為中空的，并且設(shè)置成與壓縮機(jī)流動(dòng)連通，以使從其放出的加壓空氣的一部分接收用于在冷卻翼型件時(shí)使用。轉(zhuǎn)子葉片的某些區(qū)中的翼型件冷卻相當(dāng)復(fù)雜，并且可使用各種形式的內(nèi)部冷卻通道和特征，以及用于排放冷卻空氣的穿過(guò)翼型件的外壁的冷卻出口來(lái)使用。然而，翼型件末端特別難以冷卻，因?yàn)樗鼈冎苯佣ㄎ辉跍u輪護(hù)罩附近，并且由流過(guò)末端間隙的熱燃燒氣體加熱。因此，在葉片的翼型件內(nèi)導(dǎo)送的空氣的一部分典型地排放穿過(guò)末端用于其冷卻。

將認(rèn)識(shí)到的是，常規(guī)葉片末端設(shè)計(jì)包括意在防止泄漏和增大冷卻效力，以及改進(jìn)空氣動(dòng)力性能和減少混合損失的若干不同的幾何形狀和構(gòu)造。然而，常規(guī)葉片末端冷卻設(shè)計(jì)，特別是具有"凹槽狀末端"設(shè)計(jì)的那些設(shè)計(jì)具有某些缺點(diǎn)，包括壓縮機(jī)旁通空氣的不充分使用，這降低了設(shè)備效率。結(jié)果，增大引導(dǎo)至該區(qū)域的冷卻劑的總體效力的改進(jìn)的渦輪葉片末端設(shè)計(jì)將是高度期望的。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

因此，本申請(qǐng)描述了一種用于燃?xì)鉁u輪系統(tǒng)的渦輪的轉(zhuǎn)子葉片。轉(zhuǎn)子葉片可包括：包括限定外周的壓力側(cè)壁和吸入側(cè)壁的翼型件，其中翼型件的壓力側(cè)壁和吸入側(cè)壁沿前緣和后緣連接；限定翼型件的外徑向端的末端，其中末端包括外側(cè)突出軌道在其上限定末端腔的蓋；以及形成為穿過(guò)軌道的后區(qū)段的軌道間隙。

技術(shù)方案1. 一種用于燃?xì)鉁u輪系統(tǒng)的渦輪的轉(zhuǎn)子葉片，所述轉(zhuǎn)子葉片包括翼型件，其包括限定外周的壓力側(cè)壁和吸入側(cè)壁；

其中所述翼型件的所述壓力側(cè)壁和吸入側(cè)壁沿前緣和后緣連接，并且在根部與末端之間沿徑向延伸；

其中所述末端限定所述翼型件的外徑向端，所述末端包括外側(cè)突出軌道從其限定末端腔的蓋；

其中所述翼型件包括定位在所述翼型件的所述末端附近的小翼，并且

其中軌道間隙形成為穿過(guò)所述軌道的后區(qū)段。

技術(shù)方案2. 根據(jù)技術(shù)方案1所述的轉(zhuǎn)子葉片，其特征在于，所述軌道包括分別對(duì)應(yīng)于所述翼型件的所述壓力側(cè)壁和所述吸入側(cè)壁的壓力軌道和吸入軌道；

其中所述小翼形成在所述吸入側(cè)壁上；并且

其中所述軌道間隙形成為穿過(guò)所述吸入軌道。

技術(shù)方案3. 根據(jù)技術(shù)方案2所述的轉(zhuǎn)子葉片，其特征在于，所述吸入軌道包括截頭軌道，其在所述翼型件的所述前緣附近的位置與從所述翼型件的所述后緣遷移預(yù)定距離的位置之間延伸，所述預(yù)定距離對(duì)應(yīng)于所述軌道間隙的寬度；

其中所述壓力軌道包括不間斷軌道，其在所述翼型件的所述前緣附近的位置與所述翼型件的所述后緣附近的位置之間連續(xù)地延伸；并且

其中所述小翼包括其中所述吸入側(cè)壁相對(duì)于所述徑向方向向外成角的所述翼型件的徑向區(qū)段。

技術(shù)方案4. 根據(jù)技術(shù)方案2所述的轉(zhuǎn)子葉片，其特征在于，所述吸入軌道包括截頭軌道，其在所述翼型件的所述前緣處的位置與從所述翼型件的所述后緣遷移預(yù)定距離的位置之間延伸，所述預(yù)定距離對(duì)應(yīng)于所述軌道間隙的寬度；并且

其中所述壓力軌道包括不間斷軌道，其在所述翼型件的所述前緣處的位置與所述翼型件的所述后緣處的位置之間連續(xù)地延伸；并且

其中所述小翼包括其中所述吸入側(cè)壁相對(duì)于所述徑向方向向外成角的所述翼型件的徑向區(qū)段。

技術(shù)方案5. 根據(jù)技術(shù)方案4所述的轉(zhuǎn)子葉片，其特征在于，所述吸入軌道和所述壓力軌道在所述翼型件的所述前緣處連接；

其中所述小翼構(gòu)造成使得所述末端腔在所述末端腔沿外側(cè)方向在所述蓋與所述軌道的外側(cè)軌道表面之間延伸時(shí)加寬；

其中所述軌道間隙限定在前邊界與后邊界之間，其中：

所述軌道間隙的所述前邊界包括所述截頭吸入軌道的后端；并且

所述軌道間隙的所述后邊界包括所述不間斷壓力軌道的后端。

技術(shù)方案6. 根據(jù)技術(shù)方案5所述的轉(zhuǎn)子葉片，其特征在于，所述壓力軌道沿與所述壓力側(cè)壁的輪廓近似對(duì)準(zhǔn)的路徑從所述翼型件的所述前緣向后延伸；并且

其中所述吸入軌道沿與所述吸入側(cè)壁的輪廓近似對(duì)準(zhǔn)的路徑從所述翼型件的所述前緣向后延伸。

技術(shù)方案7. 根據(jù)技術(shù)方案6所述的轉(zhuǎn)子葉片，其特征在于，所述蓋構(gòu)造成沿軸向且沿周向延伸，以將所述吸入側(cè)壁的外徑向邊緣連接于所述壓力側(cè)壁的外徑向邊緣；并且

其中所述軌道設(shè)置在所述蓋的外周處。

技術(shù)方案8. 根據(jù)技術(shù)方案7所述的轉(zhuǎn)子葉片，其特征在于，所述轉(zhuǎn)子葉片還包括：

限定成穿過(guò)所述翼型件的冷卻通路；以及

與所述冷卻通路流體連通的出口端口，所述出口端口設(shè)置成穿過(guò)所述翼型件的所述蓋、所述壓力側(cè)壁和所述吸入側(cè)壁中的至少一個(gè)。

技術(shù)方案9. 根據(jù)技術(shù)方案8所述的轉(zhuǎn)子葉片，其特征在于，所述冷卻通路構(gòu)造用于在操作期間使冷卻劑循環(huán)穿過(guò)所述翼型件的內(nèi)部，所述冷卻通路在形成為穿過(guò)所述轉(zhuǎn)子葉片的所述根部的連接通道與同所述出口端口中的各個(gè)的連接之間沿徑向延伸；并且

其中所述末端包括凹槽狀末端。

技術(shù)方案10. 根據(jù)技術(shù)方案8所述的轉(zhuǎn)子葉片，其特征在于，所述蓋形成所述末端腔的底板；

其中所述蓋包括多個(gè)所述出口端口，所述多個(gè)出口端口形成為穿過(guò)所述蓋的厚度，以便將從其排出的冷卻劑引導(dǎo)到形成于所述蓋上的所述末端腔中；并且

其中所述壓力側(cè)壁包括多個(gè)所述出口端口。

技術(shù)方案11. 根據(jù)技術(shù)方案5所述的轉(zhuǎn)子葉片，其特征在于，所述軌道包括面向內(nèi)并且限定所述末端腔的內(nèi)軌道表面、與所述內(nèi)軌道表面相對(duì)以便面向外的外軌道表面，以及沿向外方向面向的外側(cè)軌道表面；并且

其中所述軌道間隙包括：

穿過(guò)所述軌道的厚度的間隙，其從形成在所述外軌道表面上的開(kāi)口延伸至形成在所述內(nèi)軌道表面上的開(kāi)口；以及

從與所述末端蓋的外側(cè)表面近似共面的內(nèi)側(cè)邊界沿徑向延伸的間隙。

技術(shù)方案12. 根據(jù)技術(shù)方案2所述的轉(zhuǎn)子葉片，其特征在于，所述軌道間隙包括從所述吸入軌道截頭的區(qū)段。

技術(shù)方案13. 根據(jù)技術(shù)方案12所述的轉(zhuǎn)子葉片，其特征在于，從所述吸入軌道截頭的所述區(qū)段包括在所述吸入軌道的弦向長(zhǎng)度的0%到40%之間。

技術(shù)方案14. 根據(jù)技術(shù)方案12所述的轉(zhuǎn)子葉片，其特征在于，從所述吸入軌道截頭的所述區(qū)段包括在所述吸入軌道的弦向長(zhǎng)度的10%到30%之間。

技術(shù)方案15. 根據(jù)技術(shù)方案12所述的轉(zhuǎn)子葉片，其特征在于，從所述吸入軌道截頭的所述區(qū)段包括所述吸入軌道的弦向長(zhǎng)度的近似20%。

技術(shù)方案16. 根據(jù)技術(shù)方案14所述的轉(zhuǎn)子葉片，其特征在于，所述小翼包括其中所述吸入側(cè)壁相對(duì)于所述徑向方向向外成角的所述翼型件的徑向區(qū)段。

技術(shù)方案17. 根據(jù)技術(shù)方案16所述的轉(zhuǎn)子葉片，其特征在于，所述小翼包括所述翼型件的所述外壁的向外擴(kuò)張的徑向區(qū)段，其中具有較小周線(xiàn)的內(nèi)側(cè)邊界過(guò)渡至具有較大周線(xiàn)的外側(cè)邊界；并且

其中所述小翼包括所述徑向區(qū)段的所述內(nèi)側(cè)邊界與所述外側(cè)邊界之間的凹形輪廓。

技術(shù)方案18. 根據(jù)技術(shù)方案16所述的轉(zhuǎn)子葉片，其特征在于，所述小翼的所述徑向區(qū)段與所述吸入軌道的徑向高度近似重合，使得：

所述小翼的內(nèi)側(cè)邊界與所述蓋近似共面；并且

所述小翼的外側(cè)邊界與所述吸入軌道的外側(cè)軌道表面近似共面。

技術(shù)方案19. 根據(jù)技術(shù)方案16所述的轉(zhuǎn)子葉片，其特征在于，所述小翼在前端與后端之間延伸；

其中所述小翼的所述前端定位成離所述前緣有弦向距離的近似20%到40%，并且所述后端定位成離所述前緣有所述弦向距離的近似70%到90%；并且

其中所述小翼的所述后端包括所述軌道間隙的所述前邊界。

技術(shù)方案20. 一種燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)，其具有圍繞所述渦輪中的中心軸線(xiàn)成排布置的轉(zhuǎn)子葉片；

其中所述轉(zhuǎn)子葉片中的各個(gè)包括：

翼型件，其包括限定外周的壓力側(cè)壁和吸入側(cè)壁，其中所述翼型件的所述壓力側(cè)壁和吸入側(cè)壁沿前緣和后緣連接，并且在根部與末端之間沿徑向延伸，其中所述末端限定所述翼型件的外徑向端，所述末端包括外側(cè)突出軌道從其限定末端腔的蓋；其中所述軌道包括分別對(duì)應(yīng)于所述翼型件的所述壓力側(cè)壁和所述吸入側(cè)壁的壓力軌道和吸入軌道；

小翼，其定位在所述翼型件的所述末端附近并且形成在所述吸入側(cè)壁上；以及

軌道間隙，其形成為穿過(guò)所述吸入軌道的后區(qū)段，其中所述軌道間隙包括從所述吸入軌道截頭的區(qū)段，其包括在所述吸入軌道的弦向長(zhǎng)度的10%到30%之間。

本申請(qǐng)的這些及其它特征將在審閱連同附圖進(jìn)行時(shí)的優(yōu)選實(shí)施例的以下詳細(xì)描述，以及所附權(quán)利要求時(shí)變得顯而易見(jiàn)。

附圖說(shuō)明

認(rèn)作是本發(fā)明的主題在說(shuō)明書(shū)的結(jié)尾處的權(quán)利要求中特別指出并且明確要求權(quán)益。本發(fā)明的前述及其它特征和優(yōu)點(diǎn)從連同附圖進(jìn)行的以下詳細(xì)描述中顯而易見(jiàn)，在該附圖中：

圖1為根據(jù)本申請(qǐng)的實(shí)施例的葉片可使用在其中的示例性燃?xì)鉁u輪的示意圖；

圖2為圖1的燃?xì)鉁u輪的壓縮機(jī)區(qū)段的截面視圖；

圖3為圖1的燃?xì)鉁u輪的渦輪區(qū)段的截面視圖；

圖4為包括轉(zhuǎn)子、渦輪葉片和靜止護(hù)罩的示例性轉(zhuǎn)子葉片組件的透視圖；

圖5為圖4的轉(zhuǎn)子葉片的透視圖；

圖6為圖4的轉(zhuǎn)子葉片的凹槽狀末端的放大透視圖；

圖7為圖4的轉(zhuǎn)子葉片的凹槽狀末端的備選透視圖；

圖8為沿圖7的8-8的截面視圖；

圖9示出了包括對(duì)應(yīng)于本發(fā)明的某些方面的小翼的渦輪轉(zhuǎn)子葉片的側(cè)視圖；

圖10示出了圖9的小翼的俯視圖；

圖11示出了根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例的葉片末端構(gòu)造的透視圖；

圖12示出了根據(jù)本發(fā)明的備選實(shí)施例的葉片末端構(gòu)造的透視圖；

圖13示出了根據(jù)本發(fā)明的備選實(shí)施例的葉片末端構(gòu)造的透視圖；

圖14示出了根據(jù)本發(fā)明的備選實(shí)施例的葉片末端構(gòu)造的透視圖；

圖15示出了根據(jù)本發(fā)明的備選實(shí)施例的葉片末端構(gòu)造的透視圖；以及

圖16示出了根據(jù)本發(fā)明的備選實(shí)施例的葉片末端構(gòu)造的透視圖。

詳細(xì)描述參照附圖經(jīng)由實(shí)例闡釋了本發(fā)明的實(shí)施例，以及優(yōu)點(diǎn)和特征。

具體實(shí)施方式

本發(fā)明的方面和優(yōu)點(diǎn)在以下描述中在下面闡述，或者可從描述為明顯的，或者可通過(guò)本發(fā)明的實(shí)踐學(xué)習(xí)。現(xiàn)在將詳細(xì)參照本發(fā)明的本實(shí)施例，其一個(gè)或更多個(gè)實(shí)例在附圖中示出。詳細(xì)描述使用了數(shù)字標(biāo)記來(lái)表示附圖中的特征。附圖和描述中相似或類(lèi)似的標(biāo)記可用于表示本發(fā)明的實(shí)施例的相似或類(lèi)似的部分。如將認(rèn)識(shí)到的，各個(gè)實(shí)例經(jīng)由闡釋本發(fā)明而非限制本發(fā)明來(lái)提供。實(shí)際上，對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員而言將顯而易見(jiàn)的是，可在本發(fā)明中作出改型和變型，而不脫離其范圍或精神。例如，示為或描述為一個(gè)實(shí)施例的部分的特征可用于另一個(gè)實(shí)施例上以產(chǎn)生又一個(gè)實(shí)施例。因此，意圖是，本發(fā)明覆蓋如歸入所附權(quán)利要求和它們的等同物的范圍內(nèi)的此類(lèi)改型和變型。將理解的是，本文中提到的范圍和極限包括位于規(guī)定極限內(nèi)的所有子范圍，包括極限它們自身，除非另外規(guī)定。此外，某些用語(yǔ)選擇成描述本發(fā)明及其構(gòu)件子系統(tǒng)和部分。在可能的程度上，這些用語(yǔ)基于技術(shù)領(lǐng)域中常見(jiàn)的術(shù)語(yǔ)來(lái)選擇。另外，將認(rèn)識(shí)到的是，此類(lèi)用語(yǔ)通常經(jīng)受不同的解釋。例如，可在本文中稱(chēng)為單個(gè)構(gòu)件的可在別處稱(chēng)為由多個(gè)固件構(gòu)成，或者，可在本文中稱(chēng)為包括多個(gè)構(gòu)件的可在別處稱(chēng)為單個(gè)構(gòu)件。在理解本發(fā)明的范圍時(shí)，應(yīng)當(dāng)不僅注意使用的特定術(shù)語(yǔ)，而且注意所附描述和上下文，以及引用和描述的構(gòu)件的構(gòu)造、功能和/或使用，包括用語(yǔ)涉及若干個(gè)圖，以及當(dāng)然所附權(quán)利要求中的術(shù)語(yǔ)的準(zhǔn)確使用的方式。此外，盡管以下實(shí)例關(guān)于某一類(lèi)型的燃?xì)鉁u輪或渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)提出，但本發(fā)明的技術(shù)還可適用于其它類(lèi)型的渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)，如相關(guān)技術(shù)領(lǐng)域中的技術(shù)人員將理解的。

若干描述性用語(yǔ)可在本申請(qǐng)各處使用以便闡釋渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)和/或包括在其內(nèi)的若干子系統(tǒng)或構(gòu)件的功能，并且可證明有益的是在本部分開(kāi)始處限定這些用語(yǔ)。因此，這些用語(yǔ)及它們的定義如下(除非另外規(guī)定)。用語(yǔ)"前"和"后"或"向后"在沒(méi)有進(jìn)一步詳述的情況下是指關(guān)于燃?xì)鉁u輪的定向的方向。"前"是指發(fā)動(dòng)機(jī)的壓縮機(jī)端，而"后"或"向后"是指發(fā)動(dòng)機(jī)的渦輪端。因此，這些用語(yǔ)中的各個(gè)可用于指示沿機(jī)器的縱軸線(xiàn)的移動(dòng)或相對(duì)位置。用語(yǔ)"下游"和"上游"用于指示關(guān)于移動(dòng)穿過(guò)其的流動(dòng)的大體方向的特定導(dǎo)管內(nèi)的位置。如將認(rèn)識(shí)到的，這些用語(yǔ)表示關(guān)于預(yù)計(jì)在正常操作期間穿過(guò)特定導(dǎo)管的流動(dòng)的方向的方向，這將對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員而言為清楚地顯而易見(jiàn)的。就此而言，用語(yǔ)"下游"是指流體沿其流過(guò)特定導(dǎo)管的方向，而"上游"是指與之相反的。因此，例如，在空氣移動(dòng)穿過(guò)壓縮機(jī)時(shí)開(kāi)始并且接著在燃燒器內(nèi)和外變?yōu)槿紵龤怏w的、穿過(guò)燃?xì)鉁u輪的工作流體的主流可描述為在上游位置處朝壓縮機(jī)的上游或前端開(kāi)始，并且在下游位置處朝渦輪的下游或后端終止。

如下文更詳細(xì)所論述，關(guān)于描述普通類(lèi)型的燃燒器內(nèi)的流動(dòng)的方向，將認(rèn)識(shí)到的是，壓縮機(jī)排放空氣典型地通過(guò)沖擊端口進(jìn)入燃燒器，該沖擊端口朝燃燒器的后端集中(關(guān)于燃燒器縱軸線(xiàn)和限定前/后方向的前述壓縮機(jī)/渦輪定位)。一旦在燃燒器中，則壓縮空氣由圍繞內(nèi)室形成的流動(dòng)環(huán)帶朝燃燒器的前端導(dǎo)引，其中空氣流進(jìn)入內(nèi)室，并且使其流動(dòng)方向反向，朝燃燒器的后端行進(jìn)。在又一背景下，穿過(guò)冷卻通道或通路的冷卻劑的流動(dòng)可以以相同方式處理。

此外，假定圍繞中心公共軸線(xiàn)的壓縮機(jī)和渦輪的構(gòu)造，以及許多燃燒器類(lèi)型共有的圓柱形構(gòu)造，可在本文中使用描述關(guān)于軸線(xiàn)的位置的用語(yǔ)。在該方面，將認(rèn)識(shí)到的是，用語(yǔ)"徑向"是指垂直于軸線(xiàn)的移動(dòng)或位置。與此相關(guān)，可需要描述離中心軸線(xiàn)的相對(duì)距離。在該情況下，例如，如果第一構(gòu)件駐留成比第二構(gòu)件更接近中心軸線(xiàn)，則第一構(gòu)件將描述為在第二構(gòu)件的"徑向內(nèi)側(cè)"或"內(nèi)側(cè)"。在另一方面，如果第一構(gòu)件駐留成比第二構(gòu)件更遠(yuǎn)離中心軸線(xiàn)，則第一構(gòu)件將在本文中描述為在第二構(gòu)件的"徑向外側(cè)"或"外側(cè)"。此外，如將認(rèn)識(shí)到的，用語(yǔ)"軸向"是指平行于軸線(xiàn)的移動(dòng)或位置。最后，用語(yǔ)"周向"是指圍繞軸線(xiàn)的移動(dòng)或位置。如提到的，盡管這些用語(yǔ)可關(guān)于延伸穿過(guò)發(fā)動(dòng)機(jī)的壓縮機(jī)和渦輪區(qū)段的公共中心軸線(xiàn)應(yīng)用，但這些用語(yǔ)還可關(guān)于發(fā)動(dòng)機(jī)的其它構(gòu)件或子系統(tǒng)使用。

最后，用語(yǔ)"轉(zhuǎn)子葉片"在沒(méi)有進(jìn)一步詳述的情況下表示壓縮機(jī)或渦輪的旋轉(zhuǎn)葉片，其包括壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子葉片和渦輪轉(zhuǎn)子葉片兩者。用語(yǔ)"定子葉片"在沒(méi)有進(jìn)一步詳述的情況下表示壓縮機(jī)或渦輪的靜止葉片，其包括壓縮機(jī)定子葉片和渦輪定子葉片兩者。用語(yǔ)"葉片"將在本文中用于表示任一類(lèi)型的葉片。因此，在沒(méi)有進(jìn)一步詳述的情況下，用語(yǔ)"葉片"包括所有類(lèi)型的渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)葉片，包括壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子葉片、壓縮機(jī)定子葉片、渦輪轉(zhuǎn)子葉片和渦輪定子葉片。

經(jīng)由背景，現(xiàn)在參照附圖，圖1至3示出了本申請(qǐng)的實(shí)施例可使用在其中的示例性燃?xì)鉁u輪。本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解的是，本發(fā)明可不限于該類(lèi)型的使用。本發(fā)明可用于燃?xì)鉁u輪，如用于發(fā)電和飛機(jī)中的發(fā)動(dòng)機(jī)、蒸汽渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)和其它類(lèi)型的旋轉(zhuǎn)發(fā)動(dòng)機(jī)中。因此，除非另外規(guī)定，否則提供的實(shí)例不意在限于特定類(lèi)型的渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)。圖1為燃?xì)鉁u輪系統(tǒng)10的示意圖。大體上，燃?xì)鉁u輪系統(tǒng)通過(guò)從由壓縮空氣流中的燃料的燃燒產(chǎn)生的加壓熱氣體流抽取能量來(lái)操作。如圖1中所示，燃?xì)鉁u輪系統(tǒng)10可包括軸向壓縮機(jī)11，其由公共軸或轉(zhuǎn)子機(jī)械地聯(lián)接于下游的渦輪區(qū)段或渦輪12，以及定位在壓縮機(jī)11與渦輪12之間的燃燒器13。如圖1中所示，燃?xì)鉁u輪系統(tǒng)10可圍繞公共中心軸線(xiàn)18形成。

圖2示出了可用于圖1的燃?xì)鉁u輪系統(tǒng)10中的示例性多級(jí)軸向壓縮機(jī)11的視圖。如所示，壓縮機(jī)11可包括多個(gè)級(jí)，其中各個(gè)可包括一排壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子葉片14，后接一排壓縮機(jī)定子葉片15。因此，第一級(jí)可包括圍繞中心軸旋轉(zhuǎn)的一排壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子葉片14，后接在操作期間保持靜止的一排壓縮機(jī)定子葉片15。圖3示出了可用于圖1的燃?xì)鉁u輪系統(tǒng)10中的示例性渦輪區(qū)段或渦輪12的局部視圖。渦輪12可包括多個(gè)級(jí)。示出了三個(gè)示例性級(jí)，但更多或更少級(jí)可存在于渦輪12中。第一級(jí)包括在操作期間圍繞軸旋轉(zhuǎn)的多個(gè)渦輪輪葉或渦輪轉(zhuǎn)子葉片16，以及在操作期間保持靜止的多個(gè)噴嘴或渦輪定子葉片17。渦輪定子葉片17大體上沿周向與彼此間隔，并且圍繞旋轉(zhuǎn)軸線(xiàn)固定。渦輪轉(zhuǎn)子葉片16可安裝在轉(zhuǎn)子輪或盤(pán)(未示出)上用于圍繞中心軸(未示出)旋轉(zhuǎn)。還示出了渦輪12的第二級(jí)和第三級(jí)。這些中的各個(gè)也可包括多個(gè)沿周向間隔的渦輪定子葉片17，后接多個(gè)沿周向間隔的渦輪轉(zhuǎn)子葉片16，其也安裝在轉(zhuǎn)子盤(pán)上用于連接于中心軸。將認(rèn)識(shí)到的是，渦輪定子葉片17和渦輪轉(zhuǎn)子葉片16位于渦輪12的熱氣體路徑中。穿過(guò)熱氣體路徑的熱氣體的流動(dòng)方向由箭頭指示。如本領(lǐng)域技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到的，渦輪12可具有多于或少于圖3中所示那些的級(jí)。

在操作的一個(gè)實(shí)例中，軸向壓縮機(jī)11內(nèi)的轉(zhuǎn)子葉片14的旋轉(zhuǎn)壓縮空氣流。在燃燒器13中，當(dāng)壓縮的空氣流與燃料混合并且點(diǎn)燃時(shí)，能量被釋放?？煞Q(chēng)為工作流體的來(lái)自燃燒器13的所得的熱氣體流接著在渦輪轉(zhuǎn)子葉片16之上引導(dǎo)，其中工作流體流由此引起轉(zhuǎn)子葉片16圍繞軸的旋轉(zhuǎn)。以該方式，工作流體流的能量可轉(zhuǎn)變成旋轉(zhuǎn)葉片和(假定轉(zhuǎn)子葉片與軸之間經(jīng)由轉(zhuǎn)子盤(pán)的旋轉(zhuǎn))旋轉(zhuǎn)軸的機(jī)械能。軸的機(jī)械能接著可用于驅(qū)動(dòng)壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子葉片的旋轉(zhuǎn)，使得壓縮空氣的必要供應(yīng)產(chǎn)生，并且還驅(qū)動(dòng)例如用于產(chǎn)生電的發(fā)電機(jī)。

為了背景的目的，圖4至7提供了本發(fā)明的方面可實(shí)踐在其中的渦輪轉(zhuǎn)子葉片16的視圖。這些圖提供成示出渦輪轉(zhuǎn)子葉片的某些共同構(gòu)造，以及具體是此類(lèi)葉片的外側(cè)末端，并且展示了影響它們的總體設(shè)計(jì)的空氣動(dòng)力、結(jié)構(gòu)、幾何形狀和其它約束的類(lèi)型。除這些之外，在操作期間保持轉(zhuǎn)子葉片冷卻是另一個(gè)重要的設(shè)計(jì)考慮。如將認(rèn)識(shí)到的，這通常包括在操作期間使冷卻劑主動(dòng)循環(huán)穿過(guò)葉片作為減小熱負(fù)載，延長(zhǎng)使用壽命，并且實(shí)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)中的較高燃燒溫度的手段。由于燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的效率在燃燒溫度升高時(shí)改進(jìn)，故不斷需要改進(jìn)和優(yōu)化此類(lèi)設(shè)計(jì)，并且由于與該區(qū)域?qū)?yīng)的固有設(shè)計(jì)困難而特別需要轉(zhuǎn)子葉片的外側(cè)末端處的改進(jìn)構(gòu)造。由于主動(dòng)冷卻典型地包括釋放流過(guò)轉(zhuǎn)子葉片末端和包繞它們的區(qū)的相當(dāng)大的冷卻劑，故此類(lèi)設(shè)計(jì)必須考慮與釋放的冷卻劑和工作流體流的混合相關(guān)聯(lián)的損失。減少這些損失同時(shí)還不消極地影響釋放冷卻劑的冷卻效果的設(shè)計(jì)代表了用于系統(tǒng)的另外的效率增益。當(dāng)然，任何新冷卻和空氣動(dòng)力構(gòu)造還必須提供能夠耐受與熱氣體路徑和發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速相關(guān)聯(lián)的極端機(jī)械負(fù)載的穩(wěn)健結(jié)構(gòu)。

圖4為燃燒或燃?xì)鉁u輪系統(tǒng)的熱氣體路徑內(nèi)的示例性轉(zhuǎn)子葉片組件的透視圖。將認(rèn)識(shí)到的是，此類(lèi)轉(zhuǎn)子葉片可以以任何常規(guī)方式形成，如一件式鑄造過(guò)程，或鑄造和鑄造后過(guò)程的一些組合。如所示，圖4的組件包括渦輪轉(zhuǎn)子葉片16以及包繞的內(nèi)側(cè)和外側(cè)構(gòu)件。更具體而言，在轉(zhuǎn)子葉片16內(nèi)側(cè)，組件包括轉(zhuǎn)子盤(pán)19。將認(rèn)識(shí)到的是，轉(zhuǎn)子盤(pán)19提供承載一排轉(zhuǎn)子葉片的旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)，該一排轉(zhuǎn)子葉片可圍繞轉(zhuǎn)子盤(pán)19的外周沿周向間隔。轉(zhuǎn)子盤(pán)19將轉(zhuǎn)子葉片16連接于渦輪12的中心軸。因此安裝到轉(zhuǎn)子盤(pán)19中，轉(zhuǎn)子葉片16可從其沿縱軸線(xiàn)沿徑向向外延伸，該縱軸線(xiàn)沿徑向定向在渦輪12內(nèi)。沿外側(cè)方向，環(huán)形渦輪護(hù)罩20可包繞轉(zhuǎn)子葉片16，使得相對(duì)小的空隙或間隙保持在其間，該相對(duì)小的空隙或間隙在操作期間限制燃燒氣體的泄漏。

還參照?qǐng)D5至8，轉(zhuǎn)子葉片16可包括根部21，根部21可具有任何常規(guī)形式，其包括用于將轉(zhuǎn)子葉片16附接于轉(zhuǎn)子盤(pán)19的連接器22。例如，連接器22可具有燕尾構(gòu)造，其構(gòu)造用于安裝在形成于轉(zhuǎn)子盤(pán)19的周邊中的對(duì)應(yīng)燕尾形槽口中。如所示，根部21還可包括柄23，其將連接器21的燕尾部連接于平臺(tái)24。從平臺(tái)延伸，轉(zhuǎn)子葉片16還可包括集成地連結(jié)于根部21的翼型件25。如所示，翼型件25可從平臺(tái)24沿徑向向外延伸。如將認(rèn)識(shí)到的，轉(zhuǎn)子葉片16可構(gòu)造成以使平臺(tái)24設(shè)置在翼型件25和根部21的接合部處，并且由此限定穿過(guò)渦輪12的流動(dòng)路徑的徑向內(nèi)邊界的一部分。翼型件25可包括大體上凹形的壓力側(cè)壁26，以及沿周向或側(cè)向相對(duì)的大體上凸形的吸入側(cè)壁27。如指示的，壓力側(cè)壁26和吸入側(cè)壁27可在相對(duì)的前緣28與后緣29之間沿軸向延伸。側(cè)道26,27還可沿徑向方向從平臺(tái)24延伸至轉(zhuǎn)子葉片的徑向外部分，其將在本文中稱(chēng)為葉片末端50。

大體上，轉(zhuǎn)子葉片可包括有護(hù)罩的或如所示無(wú)護(hù)罩的葉片末端。在無(wú)護(hù)罩末端的情況下，如所示，葉片末端50可包括末端蓋或蓋51，其設(shè)置在壓力側(cè)壁26和吸入側(cè)壁27的徑向外緣的頂部上。蓋51典型地界定內(nèi)部冷卻通路(如下文提供的，其在本文中稱(chēng)為"冷卻通路36")，其可限定在翼型件25的壓力側(cè)壁26與吸入側(cè)壁27之間。如典型的，冷卻劑如從壓縮機(jī)放出的壓縮空氣可在操作期間循環(huán)穿過(guò)冷卻通路36。冷卻通路36可經(jīng)由穿過(guò)轉(zhuǎn)子葉片16的根部21形成的連接器通道(未示出)供應(yīng)冷卻劑。蓋51典型地包括連接于冷卻通路36的多個(gè)出口端口35。在操作期間，出口端口35在冷卻劑循環(huán)穿過(guò)翼型件25內(nèi)部之后釋放冷卻劑，并且可定位成促進(jìn)葉片末端50的表面之上的膜冷卻。蓋51可集成于轉(zhuǎn)子葉片16，或者一部分可在轉(zhuǎn)子葉片鑄造之后焊接/硬釬焊就位。

由于某些性能優(yōu)點(diǎn)，如關(guān)于較大的空氣動(dòng)力和冷卻效率的那些，故轉(zhuǎn)子葉片的末端50經(jīng)常包括經(jīng)由從蓋51沿徑向突出的一個(gè)或更多個(gè)軌道53形成的末端腔52。該類(lèi)型的葉片末端通常稱(chēng)為"凹槽狀末端"，或者作為備選，稱(chēng)為具有"凹槽狀凹穴"或"凹槽狀腔"的末端。一個(gè)或更多個(gè)軌道53的定位可與翼型件25的壓力側(cè)壁26和吸入側(cè)壁27的輪廓近似重合。就此而言，一個(gè)或更多個(gè)軌道53可稱(chēng)為分別包括壓力軌道54和吸入軌道55。如所示，壓力軌道54可從蓋51沿徑向向外延伸，并且關(guān)于其，可形成近似90°的角。壓力軌道54可從翼型件25的前緣28附近的位置延伸至后緣29附近的位置。如所示，壓力軌道54的路徑可與壓力側(cè)壁26的輪廓近似重合。類(lèi)似地，如所示，吸入軌道55可從蓋51沿徑向向外突出，并且與其近似垂直。吸入軌道55可從翼型件25的前緣28附近的位置延伸至后緣29附近的位置。如所示，吸入軌道55的路徑可與吸入側(cè)壁27的輪廓近似重合。此外，如圖8中所指示，壓力軌道54和吸入軌道55兩者可描述為具有限定和面對(duì)末端腔52的內(nèi)軌道表面56，以及在軌道53的相對(duì)側(cè)上并且因此面向外且遠(yuǎn)離末端腔52的外軌道表面57。在軌道53的外徑向端部處，外側(cè)軌道表面58可沿外側(cè)方向面向。如將認(rèn)識(shí)到的，蓋51可描述為限定末端腔52的底板。

本領(lǐng)域技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到，本發(fā)明使用在其中的轉(zhuǎn)子葉片的凹槽狀末端可與以上描述的特征略微不同。例如，軌道53可不必要地準(zhǔn)確地遵循壓力側(cè)壁26和/或吸入側(cè)壁27的外徑向邊緣的輪廓。即，在備選類(lèi)型的葉片末端中，末端軌道53可移動(dòng)遠(yuǎn)離蓋51的外周。此外，如本文中提供的，末端軌道53可不完全包繞末端腔，并且在某些情況中，如本文中提供的，大間隙可形成在末端軌道53內(nèi)，在其中，特別是在朝翼型件的后緣29定位的軌道53的部分中。在一些情況中，軌道53的區(qū)段可從末端50的壓力側(cè)或吸入側(cè)除去。作為備選，一個(gè)或更多個(gè)內(nèi)部軌道或肋可定位在壓力軌道54與吸入軌道55之間。

如所示，大體上，末端軌道53構(gòu)造成外接蓋51，使得末端腔52限定在其上。壓力軌道54和/或吸入軌道55的高度和寬度(和因此末端腔52的深度)可取決于總體渦輪組件的最佳性能和尺寸變化。將認(rèn)識(shí)到的是，蓋51形成末端腔52的底板(即，末端腔的內(nèi)徑向邊界)，末端軌道53形成末端腔52的側(cè)壁，并且末端腔52保持通過(guò)外徑向面開(kāi)啟，其一旦安裝在渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)，則由從其沿徑向偏移短距離的靜止護(hù)罩20(如圖4中所示)緊密定邊界。

多個(gè)出口端口35可設(shè)置在葉片末端50上以及穿過(guò)翼型件25的其它外表面。典型地，出口端口35提供成穿過(guò)翼型件25的壓力側(cè)壁26以及穿過(guò)蓋51。此類(lèi)設(shè)計(jì)將許多此類(lèi)出口端口35定位在末端35處可用的有限空間中，企圖以冷卻劑浸沒(méi)壓力側(cè)末端區(qū)域。關(guān)于設(shè)置在壓力側(cè)壁26上的出口端口35，可期望的是，在冷卻劑釋放之后，冷卻劑在壓力軌道54之上運(yùn)送并且運(yùn)送到末端腔52中，以提供其中的冷卻，并且接著在吸入軌道55之上以提供冷卻至該區(qū)域。朝該目標(biāo)，出口端口35可定向成以便沿徑向向外的方向引導(dǎo)從其排出的冷卻劑。如圖8中所示，出口端口35還可相對(duì)于翼型件25的外表面傾斜。冷卻劑的該成角引入可將混合限于一程度，由此減少與其相關(guān)聯(lián)的混合損失，同時(shí)在冷卻劑釋放之后促進(jìn)冷卻劑的膜冷卻效力。然而，實(shí)際上，由于冷卻流的復(fù)雜性質(zhì)，故在其與主流的動(dòng)態(tài)熱氣體混合時(shí)仍非常難以冷卻葉片末端50，并且需要另外的技術(shù)進(jìn)步。例如，如圖5中所示，工作流體的熱氣體(大體上示為箭頭63)可在翼型件25之上引導(dǎo)，并且將原動(dòng)力施加在翼型件25的外表面上，其繼而接著驅(qū)動(dòng)渦輪并且生成功率。冷卻流(大體上由箭頭64示出)離開(kāi)出口端口35，并且由熱空氣流63朝翼型件25的后緣29且遠(yuǎn)離末端腔52掃過(guò)。典型地，這導(dǎo)致混合效果，其中冷卻空氣中的一些被捕獲并且與熱氣體混合，一些進(jìn)入末端腔52中，并且一些沿翼型件軸向地移至后緣29。這可導(dǎo)致過(guò)多冷卻空氣用于冷卻該區(qū)域，這如所敘述，導(dǎo)致降低的設(shè)備效率。如將認(rèn)識(shí)到的，除非另外規(guī)定，否則本文中所述的實(shí)施例可適用于具有徑向冷卻通路或蛇形線(xiàn)的轉(zhuǎn)子葉片。

圖9和10示出了小翼80，其可包括在翼型件25的末端50處或附近。小翼80可定位在壓力側(cè)壁26和吸入側(cè)壁27中的至少一個(gè)上。如所示，根據(jù)優(yōu)選構(gòu)造，小翼80定位在吸入側(cè)壁27的外側(cè)區(qū)域上。小翼80可描述為出現(xiàn)在限定于內(nèi)側(cè)邊界83與外側(cè)邊界84之間的徑向區(qū)段82內(nèi)。在該區(qū)段內(nèi)，小翼80可包括相對(duì)于徑向方向成角或向外彎曲的翼型件側(cè)壁的區(qū)域。更具體而言，小翼80可包括翼型件的側(cè)壁中的一個(gè)或兩者的向外擴(kuò)張或擴(kuò)大的徑向區(qū)段，其中具有較小周線(xiàn)的內(nèi)側(cè)邊界83過(guò)渡至具有較大周線(xiàn)的外側(cè)邊界84。向外擴(kuò)張的小翼的徑向區(qū)段中的該差異在圖10中示為厚度85。如圖9中所示，小翼80可包括徑向區(qū)段82的內(nèi)側(cè)邊界83與外側(cè)邊界84之間的光滑的凹形輪廓。其它構(gòu)造也是可能的。

小翼80還可描述為在前端86與后端87之間延伸。如所示，小翼的前端86可朝翼型件25的前緣28定位，而后端87可定位在翼型件25的后緣29附近。根據(jù)示例性實(shí)施例，小翼80的前端86可定位成離翼型件25的前緣28有弦向距離的近似0%到50%，并且小翼80的后端87可定位成離翼型件25的前緣28有弦向距離的近似50%到100%。更優(yōu)選地，小翼的前端可定位成離前緣有弦向距離的近似20%到40%，并且后端可定位成離前緣有弦向距離的近似70%到90%。

此外，如所示，多個(gè)冷卻出口35可形成為穿過(guò)蓋51，以便釋放末端腔52內(nèi)的冷卻劑。冷卻出口35可連接于形成為穿過(guò)翼型件25的一個(gè)或更多個(gè)冷卻通路。冷卻出口35可具有如所示的矩形截面形狀，或者可按需要為圓形、橢圓形或其它形狀。盡管其它構(gòu)造也是可能的，但小翼80的徑向區(qū)段82可與末端軌道53近似重合。在此類(lèi)情況下，如將認(rèn)識(shí)到的，小翼80的內(nèi)側(cè)邊界83可與蓋51近似共面，并且小翼80的外側(cè)邊界83可與軌道53的外側(cè)軌道表面58近似共面。根據(jù)另一個(gè)實(shí)施例，小翼80可構(gòu)造成在蓋51的內(nèi)側(cè)或外側(cè)的徑向位置處開(kāi)始。

由于小翼80從徑向方向向外傾斜，故應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)到的是，其包括可在末端腔52沿外側(cè)方向從蓋51延伸時(shí)導(dǎo)致使末端腔52變寬。其結(jié)果在于，在操作中，在壓力軌道54的某些區(qū)之上泄漏的氣體遇到具有增大寬度的末端腔52的區(qū)域。如將認(rèn)識(shí)到的，末端腔52的該增大寬度可使得溢流氣體能夠有更多機(jī)會(huì)在末端腔內(nèi)再附著，并且因此保持與末端50接觸更久，并且由此改進(jìn)冷卻和空氣動(dòng)力性能。如下文所論述，小翼80特征可關(guān)于下文論述的本發(fā)明的某些其它方面使用，以便實(shí)現(xiàn)更大的性能益處。

現(xiàn)在轉(zhuǎn)到圖11至16，示出了本發(fā)明的示例性實(shí)施例，其中軌道間隙90以發(fā)現(xiàn)增強(qiáng)轉(zhuǎn)子葉片性能的方面的方式形成為穿過(guò)吸入軌道55。如所示，根據(jù)優(yōu)選實(shí)施例，吸入軌道55為截頭的，即，通過(guò)除去區(qū)段來(lái)縮短，以便產(chǎn)生翼型件25的后緣29處或附近的軌道間隙90。如所示，根據(jù)某些優(yōu)選實(shí)施例，壓力軌道54形成為不截頭或中斷的壓力軌道。即，壓力軌道54可構(gòu)造成以使其連續(xù)地延伸，并且沒(méi)有對(duì)應(yīng)于翼型件25的前緣28和后緣20的位置之間的中斷。假定吸入軌道55和壓力軌道54的這些構(gòu)造，軌道間隙90可描述為限定在為截頭吸入軌道55的后端的前邊界92與為延伸至翼型件25的后緣29附近的位置的不中斷的壓力軌道54的后端的后邊界93之間。根據(jù)備選實(shí)施例，不中斷的壓力軌道54可延伸至剛好未到翼型件25的后緣29、剛好超過(guò)翼型件25的后緣29，或翼型件25的后緣29處的位置。根據(jù)圖11中所示的實(shí)施例，翼型件25可包括如上文關(guān)于圖9和10所述的小翼80，其在連同軌道間隙90使用時(shí)提供另外的優(yōu)點(diǎn)。如將認(rèn)識(shí)到的，軌道間隙90還可用于不包括小翼特征80的翼型件25中。

根據(jù)備選實(shí)施例，如所示，經(jīng)由圖12至16的軌道間隙90的逐漸較大的寬度大小，軌道間隙90可包括一定范圍的尺寸和相關(guān)構(gòu)造。例如，根據(jù)某些優(yōu)選實(shí)施例，軌道間隙90可包括通過(guò)將吸入軌道55的后部分截頭或削減(cut back)吸入軌道55的弦向長(zhǎng)度的0%到40%之間來(lái)形成的間隙。因此，在根據(jù)優(yōu)選設(shè)計(jì)范圍的范圍的一端處(如圖12和13的情況中描繪的實(shí)例)，削減可為吸入軌道55的弦向長(zhǎng)度的分別近似10%或15%。在根據(jù)優(yōu)選設(shè)計(jì)范圍的范圍的端部處(如圖15和16的情況中描繪的實(shí)例)，削減可為吸入軌道55的弦向長(zhǎng)度的分別近似25%到35%。更優(yōu)選的是，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)確認(rèn)，關(guān)于許多常見(jiàn)類(lèi)型的凹槽狀末端設(shè)計(jì)，削減可更佳地在給定范圍的中部附近。一個(gè)此類(lèi)情況的實(shí)例在圖14中提供，其示出了吸入軌道55的弦向長(zhǎng)度的近似20%的削減。

根據(jù)備選實(shí)施例，軌道間隙90與吸入側(cè)小翼80組合，如圖11中所繪。如上文參照?qǐng)D9和10更詳細(xì)提供的，吸入側(cè)小翼80可描述為在前端86與后緣87之間延伸。根據(jù)一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例，例如，小翼80的前端86定位成離翼型件25的前緣28有弦向距離的近似0%到50%，而小翼80的后端87定位成離翼型件25的前緣28有弦向距離的近似50%到100%。更優(yōu)選地，小翼的前端可定位成離前緣有弦向距離的近似20%到40%，并且后端可定位成離前緣有弦向距離的近似70%到90%。根據(jù)某些優(yōu)選實(shí)施例，后端87可構(gòu)造成與軌道間隙90的前邊界92重合。

因此，本發(fā)明提供了一種葉片末端構(gòu)造，其中整個(gè)或近似整個(gè)軌道設(shè)在凹槽狀末端的壓力軌道上，而最佳截頭的軌道設(shè)在凹槽狀末端的吸入軌道上。如將認(rèn)識(shí)到的，截頭軌道形成軌道間隙，其可構(gòu)造成有利地控制冷卻劑從葉片末端的離開(kāi)，以及對(duì)朝翼型件的吸入側(cè)的后部分流動(dòng)的葉片末端泄漏的影響。將認(rèn)識(shí)到的是，通過(guò)使軌道間隙特征與小翼組合，由于小翼的向外擴(kuò)張使末端腔沿徑向方向加寬(在末端腔在蓋與外軌道表面之間延伸時(shí))的方式，故來(lái)自末端腔的包圍區(qū)域的截面流動(dòng)面積更大。通過(guò)增大該流動(dòng)面積，根據(jù)優(yōu)選實(shí)施例的軌道間隙可優(yōu)化大約15%。在該設(shè)計(jì)點(diǎn)處，來(lái)自末端腔的包圍部分的流動(dòng)面積仍足夠大來(lái)處理由小翼捕集和/或通過(guò)出口端口供應(yīng)的所有額外流，并且引起沿期望的流動(dòng)路徑的流動(dòng)，其在末端腔內(nèi)基本上向后用于通過(guò)軌道間隙的最后離開(kāi)。如將認(rèn)識(shí)到的，在無(wú)小翼特征的情況下，同一流動(dòng)面積僅可通過(guò)增大軌道間隙的尺寸來(lái)實(shí)現(xiàn)，這將消極地影響性能。因此，符合本文中提供的實(shí)施例(特別是在與小翼特征組合時(shí))的軌道間隙通過(guò)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)示出降低混合損失，提高冷卻效率、改進(jìn)轉(zhuǎn)子葉片轉(zhuǎn)矩，并且提供凹槽狀末端的末端腔內(nèi)的較低壓力，因?yàn)槠浣⒘四┒饲慌c同翼型件的吸入側(cè)壁相關(guān)聯(lián)的低壓區(qū)域之間的空氣動(dòng)力連通。如將認(rèn)識(shí)到的，末端腔壓力通過(guò)該特征的減小可大體上有助于保持用于葉片末端冷卻回路的相對(duì)較低的供應(yīng)壓力，以便改進(jìn)回流裕度，這繼而可導(dǎo)致總體渦輪效率改進(jìn)，和用于轉(zhuǎn)子葉片吸入和過(guò)熱的減小風(fēng)險(xiǎn)。例如，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，軌道間隙如本文中公開(kāi)的那些可用于提供末端腔壓力中的5到10psi的益處。此外，與此類(lèi)軌道間隙相關(guān)聯(lián)的效率益處示出將總體系統(tǒng)效率改進(jìn)近似0.1到0.2點(diǎn)，同時(shí)還具有橫跨多種葉片末端構(gòu)造(包括不同的凹槽狀腔深度和小翼特征)實(shí)現(xiàn)此類(lèi)益處的靈活性。

雖然已經(jīng)結(jié)合僅有限數(shù)量的實(shí)施例來(lái)詳細(xì)描述本發(fā)明，但應(yīng)當(dāng)容易理解，本發(fā)明不限于此類(lèi)公開(kāi)的實(shí)施例。相反，可修改本發(fā)明，以并入迄今未描述但與本發(fā)明的精神和范圍相稱(chēng)的任何數(shù)量的變型、更改、替換或等同布置。另外，雖然已經(jīng)描述了本發(fā)明的多種實(shí)施例，但將理解，本發(fā)明的方面可包括所描述的實(shí)施例中的僅一些。因此，本發(fā)明不視為由前述描述限制，而是僅由所附權(quán)利要求的范圍限制。