具体实施方式

现在将详细参考本发明组件的实施方案，其一个或多个示例在附图中示出。每个示例是通过解释本发明技术的方式提供的，而不是对本发明技术的限制。事实上，对于本领域的技术人员显而易见的是，在不脱离受权利要求书保护的本发明技术的范围或实质的情况下，可以在本发明技术中进行修改和变化。例如，作为一个实施方案的一部分示出或描述的特征可以用于另一个实施方案，以产生又一个实施方案。因此，本公开旨在涵盖落入所附权利要求书及其等同物的范围内的这些修改和变化。

具体实施方式使用数字和字母名称指代附图中的特征结构。附图和说明书中的相似或类似的名称已经用于指代本发明的相似或类似的部件。如本文所用，术语“第一”、“第二”和“第三”可以互换使用，以将一个部件与另一个部件区分开来，并且不旨在表示各个部件的位置或重要性。

如本文所用，术语“上游”(或“向上”)和“下游”(或“向下”)是指相对于流体通路中的流体流动的相对方向。例如，“上游”是指流体从其流动的方向，并且“下游”是指流体向其流动的方向。

有时有必要描述相对于中心轴线设置在不同径向位置的零件。术语“径向地”是指基本上垂直于特定部件的轴向中心线的相对方向；术语“轴向地”是指与特定部件的轴向中心线基本上平行和/或同轴对准的相对方向；并且术语“周向地”是指围绕特定部件的轴向中心线延伸的相对方向。

近似术语，诸如“大体”或“约”包括在大于或小于指定值的百分之十内的值。当在角度或方向的上下文中使用时，此类术语包括在大于或小于所述角度或方向的十度内。例如，“大体竖直”包括沿任何方向(例如，顺时针或逆时针)在竖直的十度内的方向。

现在参见附图，图1示出了涡轮机的一个实施方案的示意图，该涡轮机在所示实施方案中是气体涡轮10。尽管本文示出并描述了工业或陆基气体涡轮，但除非在权利要求中另外指明，否则本公开不限于工业和/或陆基气体涡轮。例如，如本文所述的涡轮机部件可用于任何类型的涡轮机，包括但不限于蒸汽涡轮、飞行器气体涡轮或船用气体涡轮。

如图所示，气体涡轮10一般包括入口区段12、设置在入口区段12的下游的压缩机区段14、在设置在压缩机区段14的下游的燃烧器区段16内的一个或多个燃烧器(未示出)、设置在燃烧器区段1 6的下游的涡轮区段18、以及设置在涡轮区段18的下游的排气区段20。另外，气体涡轮10可包括联接在压缩机区段14和涡轮区段18之间的一个或多个轴22。

压缩机区段14一般可包括多个转子盘24(示出了其中一个)以及从每个转子盘24径向向外延伸并且连接到每个转子盘的多个转子叶片26。每个转子盘24继而可联接到或者形成延伸穿过压缩机区段14的轴22的一部分。

涡轮区段18一般可包括多个转子盘28(示出了其中一个)以及从每个转子盘28径向向外延伸并且互连到每个转子盘的多个转子叶片30。每个转子盘28继而可联接到或形成延伸穿过涡轮区段18的轴22的一部分。涡轮区段18还包括外部壳体31，该外部壳体周向围绕轴22的部分和转子叶片30，从而至少部分地限定穿过涡轮区段18的热气体路径32。

在操作期间，工作流体诸如空气流过入口区段12并进入压缩机区段14，在该处空气逐渐被压缩，从而将加压空气提供给压缩机区段16的燃烧器。加压空气与燃料混合并在每个燃烧器内燃烧以产生燃烧气体34。燃烧气体34从燃烧器区段16流过热气体路径32，流入涡轮区段18，在该涡轮区段中能量(动能和/或热能)从燃烧气体34传递到转子叶片30，从而导致轴22旋转。然后，机械旋转能可用于为压缩机区段14供电和/或发电。然后，离开涡轮区段18的燃烧气体34可经由排气区段20从气体涡轮10排出。

如图2和图6中最佳所见，气体涡轮10可限定轴向方向A和围绕轴向方向A延伸的周向方向C。气体涡轮10还可以限定垂直于轴向方向A的径向方向R。如本文所用，在一些实施方案中，涡轮机部件可为转子叶片26和/或30。在其他实施方案中，涡轮机部件可以是定子导叶(未示出)。定子导叶的功能和结构是可以理解的，并且因此在本文中不进行描述。

图2是可结合本公开的一个或多个实施方案的示例性转子叶片30的透视图。如图2所示，转子叶片30通常包括安装部分或柄部分36，该安装部分或柄部分具有安装主体38和从平台42基本上径向向外延伸的翼片40。如图2至图6所示，平台42可径向地定位在柄部分36与翼片40之间。在许多实施方案中，平台42还可包括平台表面43，该平台表面可用作用于流过涡轮区段18的热气体路径32(图1)的燃烧气体34的径向向内边界。

在一些实施方案中，平台表面43可以是平台42的径向最外表面，并且可以与翼片40形成直接交汇。平台42可大致围绕翼片40并且可定位在翼片40与柄部分36之间的交汇处或过渡处。类似地，平台表面43可定位在平台42和翼片40的交汇处。在许多实施方案中，平台42可轴向延伸超过柄部分36。

平台42还可包括面向燃烧气体34的前平台面114和与前平台面114轴向分离的后平台面116。后平台面116可在前平台面114的下游。如图2所示，平台42可在轴线A方向上终止于相应的前平台面114和后平台面116处。柄部分36的安装主体38可从平台42径向向内延伸，并且可包括根部结构(诸如燕尾件)，该根部结构被构造成将转子叶片30互连或固定到转子盘28(如图1所示)。

翼片40可具有大致空气动力学轮廓，并且可包括压力侧壁44和相对的吸力侧壁46。曲面轴线70(如图3所示)可被限定在压力侧壁44与吸力侧壁46之间，并且曲面轴线70可为大致弯曲的或弓形的。在各种实施方案中，压力侧壁44和吸力侧壁46可从平台42在跨度上从翼片40的根部48基本上径向向外延伸到翼片40的顶端50。翼片40的根部48可限定在翼片40与平台表面43之间的交汇处。压力侧壁44通常包括翼片40的空气动力学凹形外表面。类似地，吸力侧壁46可大致限定翼片40的空气动力学凸形外表面。

翼片40可包括前缘52和后缘54，该前缘和后缘彼此间隔开，并且限定翼片40在轴向方向A上的末端。翼片40的前缘52可以是翼片40的接合(即暴露于)沿着热气体路径32的燃烧气体34的第一部分。燃烧气体34可沿着翼片40的空气动力学轮廓(即沿着吸力侧壁46和压力侧壁44)被引导，然后在后缘54处排出。

顶端50与根部48径向相对地设置。因此，顶端50可大致限定转子叶片30的径向最外侧部分，并且因此可被构造成邻近气体涡轮10的静止护罩或密封件(未示出)定位。

柄部分36可包括压力侧冲击面62和吸力侧冲击面64。压力侧冲击面62可与吸力侧冲击面64周向间隔开。在一些实施方案中，压力侧冲击面62和/或吸力侧冲击面64可为大致平坦的面(其通常可为平面的或倾斜的)。在其他实施方案中，压力侧冲击面62和/或吸力侧冲击面64或其至少部分可为曲面的。例如，在图2所示的实施方案中，压力侧冲击面62或吸力侧冲击面64可相对于轴向方向、径向方向和/或切向方向弯曲。

柄部分36还可包括前缘面76，该前缘面与后缘面78轴向间隔开。在一些实施方案中，前缘面76可定位在燃烧气体流34中，并且后缘面78可定位在前缘面76的下游。在许多实施方案中，如图所示，前缘面74和后缘面76可各自分别定位在前平台面114和后平台面116的径向内侧。

如图2所示，转子叶片30可至少部分地是中空的，例如，冷却回路56(在图2中部分地以虚线示出)可包裹在翼片40内，以用于在压力侧壁44与吸力侧壁46之间引导冷却剂58通过翼片40，从而向其提供对流冷却。冷却回路56可限定在柄部分36、平台42和翼片40内，并且可包括用于引导冷却剂58通过转子叶片30的各个部分的一个或多个冷却通路80、82、83、84。例如，冷却回路可包括一个或多个前缘通路80、一个或多个中间主体通路82、83和一个或多个后缘通路84。冷却剂58可包括来自压缩机区段14(图1)的压缩空气的一部分和/或蒸汽或任何其他合适的流体或气体，以用于冷却翼片40。一个或多个冷却通路入口60沿着转子叶片30设置。在一些实施方案中，一个或多个冷却通路入口60形成在安装主体38内、沿着安装主体形成或由安装主体形成。冷却通路入口60与至少一个对应的冷却通路80、82、83、84流体连通。

图3示出了根据本公开的实施方案的转子叶片30的剖视顶视图。如图所示，冷却回路56可包括由肋86分开的多个冷却通路80、82、83、84。例如，转子叶片30可以包括一个或多个前缘通路80、在前缘通路80下游的一个或多个中间主体通路82、83，以及相对于燃烧气体流34的方向在中间主体通路82、83下游的一个或多个后缘通路84。

如图所示，前缘通路80可相对于燃烧气体34在翼片40上流动的方向在翼片40的前缘52的正下游限定在转子叶片30内。同样，后缘通路84可相对于燃烧气体34在翼片上流动的方向在翼片40的后缘54的正上游限定在转子叶片30内。中间主体通路82、83可相对于曲面轴线70轴向地限定在转子叶片30内的前缘通路80与后缘通路84之间。

如图2最佳所示，冷却剂58可大致径向地同时向内和向外行进，穿过冷却回路56和冷却通路80、82、83、84，以有利地冷却转子叶片30的各种裂缝、腔和部分。例如，在图2所示的实施方案中，冷却剂58可经由限定在安装主体38内的冷却通路入口60进入转子叶片30，并且大致径向向外行进通过中间主体通路82直到到达翼片40的顶端50。此时，冷却剂58可围绕一个或多个肋86弯曲并反转方向，以继续大致径向向内行进通过另一个中间主体空气通路83。冷却剂58在进入后缘通路84时可再次反转方向，并且在多个销钉68上方并且朝向多个出口通道66大致径向向外行进。

在许多实施方案中，诸如图2所示的实施方案，翼片40可限定沿后缘54的多个出口通道66，所述多个出口通道流体联接到冷却回路56。在一些实施方案中，出口通道66可沿着翼片40的后缘54限定并且直接流体联接到后缘通路84。出口通道可沿径向方向R彼此间隔开，并且可以有利地为行进通过冷却回路56的冷却剂58提供出口。多个出口通道66可成形为彼此间隔开的基本上中空圆柱体，并且限定在翼片40的压力侧壁44与吸力侧壁46之间。此外，如图3所示，多个出口通道66可沿曲面轴线70取向。出口通道66可为行进通过翼片40的冷却剂58提供出口，以离开冷却回路56。在许多实施方案中，冷却剂58可从出口通道66排出以与行进通过涡轮区段18的燃烧气体34混合。

如图2和图3所示，多个销钉或销钉68可相对于冷却剂58在冷却回路56内的流动方向直接设置在多个出口通道66的上游的冷却回路56内。在一些实施方案中，销钉68可延伸跨过后缘通路84。多个销钉68可延伸跨过冷却回路56并且可被布置成冷却回路56内的阵列或图案。在许多实施方案中，多个销钉68可被定位成允许冷却剂58在销钉68之间和周围通过。在一些实施方案中，多个销钉68可用于增加暴露于穿过冷却回路56的冷却剂58的对流冷却的表面积。多个销钉68中的每个销钉68可具有基本上圆形的横截面。然而，在其他实施方案中(未示出)，每个销钉68可具有椭圆形、正方形、矩形或任何其他多边形横截面形状。

在一些实施方案中，诸如图2至图5所示的实施方案，多个销钉68可包括四个销钉排106、108、110、112，每个销钉排在转子叶片30的柄部分36与顶端50之间延伸。例如，第一销钉排106、第二销钉排108、第三销钉排110和第四销钉排112可在转子叶片30内彼此相邻地布置。如图2至图5所示，第一销钉排106可以是四个销钉排106、108、110、112中轴向最内部的。此外，第二销钉排108可从第一销钉排106轴向向外，第三销钉排110可从第二销钉排108轴向向外，并且第四销钉排112可从第三销钉排110轴向向外。如图所示，第四销钉排112的至少一部分可与冷却回路56内的出口通道66直接相邻。

在各种实施方案中，多个销钉68可包括定位在平台表面43的径向内侧(例如，在平台42和/或柄部分36中)的第一销钉组72和设置在翼片40中的第二销钉组74。在许多实施方案中，第二销钉组74可相对于冷却回路56内的冷却剂58流的方向(例如，大致径向向外)设置在第一销钉组72的下游。第一销钉组72可设置在冷却回路56内，并且设置在柄部分36的压力侧冲击面62与吸力侧冲击面64之间。在许多实施方案中，第一销钉组72可设置在平台表面43的径向内侧和/或转子叶片30的柄部分36内。第二销钉组74可设置在冷却回路56内在第一销钉组72的下游以及多个出口通道66的上游。第二销钉组74可从第一销钉组72和平台表面43径向向外设置。第二销钉组74可延伸跨过翼片40(图3)。例如，第二销钉组74可以在翼片40的压力侧壁44与吸力侧壁46之间延伸。

在许多实施方案中，诸如图2和图3所示的实施方案，第二销钉组74可设置在后缘通路84中，并且可大致垂直于曲面轴线70从压力侧壁44延伸到吸力侧壁46。如图3所示，多个出口通道66可相对于大致平行于曲面轴线70流动的燃烧气体34的方向直接定位在第二销钉组74的下游。

如图2至图6中共同所示，转子叶片30还可包括一个或多个旁通导管88，所述一个或多个旁通导管从设置在冷却回路56内的入口90延伸至定位在后平台面116上的出口92。一个或多个旁通导管88可被成形为中空圆柱体，每个中空圆柱体在冷却回路56的后缘通路84与热气体路径32(图1)之间提供通路。旁通导管88可具有如图所示的圆形横截面形状，或者在其他实施方案中(未示出)，旁通导管88可具有椭圆形、正方形、矩形或任何其他多边形横截面形状。

一个或多个旁通导管88可定位在平台表面43的径向内侧。在一些实施方案中，一个或多个旁通导管88可限定在转子叶片30的平台42和柄部分36两者内，并且可设置在平台表面43的径向内侧。在其他实施方案中，旁通导管88可完全限定在柄部分36内并且从平台表面43径向向内设置。在其他实施方案中，旁通导管88可完全限定在平台42内并且从平台表面43径向向内设置。

如图3至图6所示，至少一个旁通导管88可以从入口90朝向吸力侧冲击面64延伸到设置在后平台面116上的出口92。在许多实施方案中，如图3所示，至少一个旁通导管88可以大致垂直于翼片40的吸力侧壁46延伸。

如图2所示，一个或多个旁通导管88中的每个旁通导管的入口90通常可相对于冷却回路56内的冷却剂58的流动位于第一销钉组72的上游。例如，在一些实施方案中，旁通导管88的入90可从第一销钉组72径向向内。

一个或多个旁通导管88中的每个旁通导管88可包括从入90到出口92的恒定直径。例如，在一些实施方案中，一个或多个旁通导管88中的每个旁通导管88可具有介于约0.01英寸和约0.2英寸之间的直径。在许多实施方案中，一个或多个旁通导管88中的每个旁通导管88可具有介于约0.025英寸和约0.175英寸之间的直径。在其他实施方案中，一个或多个旁通导管88中的每个旁通导管88可具有介于约0.05英寸和约0.15英寸之间的直径。在各种实施方案中，一个或多个旁通导管88中的每个旁通导管88可具有介于约0.075英寸和约0.125英寸之间的直径。在一些实施方案中，一个或多个旁通导管88中的每个旁通导管88可具有至多约0.1英寸的直径。

在许多实施方案中，旁通导管88可被限定在柄部分36和平台42内，并且可从定位在后缘通路84中的入口90朝向吸力侧冲击面64延伸到设置在后平台面116上的出口92。在特定实施方案中，如图5所示，一个或多个旁通导管88可包括第一旁通导管94和第二旁通导管96，每个旁通导管具有在冷却回路56内的相应入口98、100和设置在后平台面116上的相应出口102、104。在此类实施方案中，第二旁通导管96的相应入口100可相对于燃烧气体流34在翼片40上方的方向定位在多个销钉68的下游和多个出口通道66的上游(图3)。例如，如图3所示，燃烧气体流34的方向可从翼片40的前缘52到后缘54并且大致平行于曲面轴线70。在此类实施方案中，第二旁通导管96的相应入口100可相对于曲面轴线70轴向地定位在出口通道66与多个销钉68之间。

在特定实施方案中，诸如图2至图5所示的实施方案，第一旁通导管94的相应入口98可从第三销钉排110直接径向向内定位。附加地或另选地，第二旁通导管96的相应入口100可相对于从翼片40的前缘52到后缘54(图3)的曲面轴线70(即燃烧气体34流动的方向)从第四销钉排112轴向向外。

图6示出了根据本公开的实施方案的转子叶片30的简化剖视图。如图所示，旁通导管88可从在第一销钉组72上游的后缘通路84内的入口90延伸到设置在后平台面116上的出口92。此外，旁通导管88可完全限定在平台表面43下方(径向向内)，即在柄部分36和平台42内，并且可朝向平台表面43大致径向向外延伸到定位在后平台面116上的出口92。旁通导管88可有利地用于在后缘通路84内提供压降，该压降将冷却剂58的至少一部分朝向其自身拉动以实现均匀的冷却流分布。

在气体涡轮引擎10(图1)的操作期间，冷却流体流过上述通路、腔和孔口以冷却转子叶片30。更具体地，冷却剂58(例如，来自压缩机区段14的引气)通过冷却通路入口60进入转子叶片30(图2)。该冷却剂58流过冷却回路56和各种冷却通路80、82、83、84，以对流地冷却转子叶片30的柄部分36和翼片40两者。冷却流体58在销钉68周围和之间流动，然后可通过出口通道66和/或一个或多个旁通导管88离开冷却回路56并流入燃烧气体34(图1)中。多个出口通道66可从平台42径向向外定位并且流体联接到冷却回路56。由于冷却回路56内的出口通道66所产生的压降，流过冷却回路56的冷却剂58可基本上径向向外并朝向出口通道66行进。一个或多个旁通导管88用于在冷却回路56的限定为从平台表面43径向向内的部分内产生压降。由一个或多个旁通导管88产生的压降有利地将冷却剂58的至少一部分拉动经过第一销钉组72的上方并朝向入口90，以在后缘通路84内形成均匀的冷却剂58流分布。

本书面描述使用示例来公开本发明，包括最佳模式，并且还使得本领域的任何技术人员能够实践本发明，包括制造和使用任何设备或系统以及执行任何结合的方法。本发明可申请专利的范围由权利要求书限定，并且可包括本领域技术人员想到的其他示例。如果这些其他示例包括与权利要求的字面语言没有不同的结构元件，或者如果它们包括与权利要求的字面语言没有实质差异的等同结构元件，则这些其他示例意图在权利要求的范围内。