用于涡轮系统的动叶组件.pdf

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摘要
申请专利号:

CN201210385295.X

申请日:

2012.10.12

公开号:

CN103046970A

公开日:

2013.04.17

当前法律状态:

授权

有效性:

有权

法律详情:

授权|||实质审查的生效IPC(主分类):F01D 9/02申请日:20121012|||公开

IPC分类号:

F01D9/02; F01D5/12

主分类号:

F01D9/02

申请人:

通用电气公司

发明人:

B.P.莱西; A.L.吉格利奥

地址:

美国纽约州

优先权:

2011.10.12 US 13/271751

专利代理机构:

中国专利代理(香港)有限公司 72001

代理人:

肖日松;杨炯

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内容摘要

本发明涉及一种用于涡轮系统的动叶组件。更具体而言,本发明公开了一种动叶组件。动叶组件包括:翼型件,该翼型件具有大体空气动力学的轮廓且限定尖端;和从翼型件大体径向向内延伸的下本体部分。动叶组件还包括尖端围带,该尖端围带设置在翼型件的尖端上且包括主体和轨道。轨道包括外表面。外表面限定微沟槽。动叶组件还包括构造在外表面上的覆盖层。

权利要求书

权利要求书一种动叶组件,包括:
翼型件,所述翼型件具有大体空气动力学的轮廓且限定尖端;
下本体部分,所述下本体部分从所述翼型件大体径向向内延伸;
尖端围带,所述尖端围带设置在所述翼型件的尖端上且包括主体和轨道,所述轨道包括外表面,所述外表面限定微沟槽;以及
覆盖层,所述覆盖层构造在所述外表面上。
 根据权利要求1所述的动叶组件,其特征在于,所述外表面限定多个微沟槽。
 根据权利要求2所述的动叶组件,其特征在于,所述多个微沟槽的至少一部分彼此流体连通。
 根据权利要求1所述的动叶组件,其特征在于,所述微沟槽与限定在所述尖端围带的主体中的冷却通道流体连通。
 根据权利要求4所述的动叶组件,其特征在于,压室限定在所述尖端围带中在所述冷却通道与所述微沟槽之间。
 根据权利要求1所述的动叶组件,其特征在于,所述覆盖层为金属覆层、粘结覆层或热障覆层中的一种。
 根据权利要求1所述的动叶组件,其特征在于,还包括邻近所述覆盖层设置的热障覆层。
 根据权利要求7所述的动叶组件,其特征在于,还包括设置在所述热障覆层与所述覆盖层之间的粘结覆层。
 根据权利要求1所述的动叶组件,其特征在于,所述轨道包括尖端围带基底。
 根据权利要求1所述的动叶组件,其特征在于,所述轨道包括尖端围带基底和粘结覆层,并且其中,所述微沟槽限定在所述粘结覆层中。
 根据权利要求10所述的动叶组件,其特征在于,所述覆盖层包括热障覆层。
 根据权利要求1所述的动叶组件,其特征在于,下游端部包括燃烧器衬里基底、粘结覆层和第一热障覆层,并且其中,所述微沟槽限定在所述第一热障覆层中。
 根据权利要求12所述的动叶组件,其特征在于,所述覆盖层包括第二热障覆层。
 一种涡轮系统,包括:
压缩机;
涡轮,所述涡轮联接到所述压缩机;以及
多个动叶组件,所述多个动叶组件设置在所述压缩机或所述涡轮中的至少一个中,所述动叶组件中的至少一个包括:
翼型件,所述翼型件具有大体空气动力学的轮廓且限定尖端;
下本体部分,所述下本体部分从所述翼型件大体径向向内延伸;
尖端围带,所述尖端围带设置在所述翼型件的尖端上且包括主体和轨道,所述轨道包括外表面,所述外表面限定微沟槽;以及
覆盖层,所述覆盖层构造在所述外表面上。
 根据权利要求1所述的动叶组件,其特征在于,所述微沟槽与限定在所述尖端围带的主体中的冷却通道流体连通。
 根据权利要求1所述的动叶组件,其特征在于,所述覆盖层为金属覆层、粘结覆层或热障覆层中的一种。
 根据权利要求1所述的动叶组件,其特征在于,还包括邻近所述覆盖层设置的热障覆层。
 根据权利要求1所述的动叶组件,其特征在于,所述轨道包括尖端围带基底。
 根据权利要求1所述的动叶组件,其特征在于,所述轨道包括尖端围带基底和粘结覆层,并且其中,所述微沟槽限定在所述粘结覆层中。
 根据权利要求1所述的动叶组件,其特征在于,下游端部包括燃烧器衬里基底、粘结覆层和第一热障覆层,并且其中,所述微沟槽限定在所述第一热障覆层中。

说明书

说明书用于涡轮系统的动叶组件
技术领域
本文所公开的主题大体上涉及涡轮系统,并且更具体而言,涉及用于涡轮系统的动叶组件。
背景技术
涡轮系统在诸如发电的领域中广泛使用。例如,常规燃气涡轮系统包括压缩机、燃烧器和涡轮。在燃气涡轮系统的操作期间,系统中的各种部件经受高温流,这可能导致部件失效。由于较高温度的流通常导致燃气涡轮系统的增加的性能、效率和功率输出,所以经受高温流的部件必须冷却以允许燃气涡轮系统在增加的温度下操作。
本领域已知用于冷却各种燃气涡轮系统部件的各种策略。例如,冷却介质可从压缩机被路由并提供至各种部件。在系统的压缩机段和涡轮段中,冷却介质可用于冷却各种压缩机部件和涡轮部件。
动叶是必须冷却的热气体路径部件的一个示例。例如,诸如翼型件、平台、柄部和燕尾件的动叶的各个部分设置在热气体路径中且暴露于相对高的温度,并且因此需要冷却。各种冷却通道和冷却管路可限定在动叶的各个部分中,并且冷却介质可流过各种冷却通道和冷却管路以冷却动叶。
需要冷却的动叶的一个具体部分为尖端围带。尖端围带位于动叶翼型件的尖端上,并且接合相邻的围带块(block)以便为热气体路径提供密封。典型的尖端围带包括与围带块的配合部分相交的一个或多个轨道(rail)。然而,尖端围带的已知设计不包括用于冷却这些轨道的足够的冷却设备。例如,典型的尖端围带不在轨道中提供用于冷却它们的冷却通道。
因此,用于涡轮系统的改进的动叶组件将是本领域所需要的。特别地,包括用于冷却尖端围带的改进的冷却设备的动叶组件将是有利的。
发明内容
本发明的方面和优点将部分地在下面的描述中提出,或者可从该描述显而易见,或者可通过实施本发明来了解。
在一个实施例中,公开了一种动叶组件。动叶组件包括:翼型件,该翼型件具有大体空气动力学的轮廓且限定尖端;和从翼型件大体径向向内延伸的下本体部分。动叶组件还包括尖端围带,该尖端围带设置在翼型件的尖端上且包括主体和轨道。轨道包括外表面。外表面限定微沟槽。动叶组件还包括构造在外表面上的覆盖层。
参考下面的描述和所附权利要求,本发明的这些和其它特征、方面和优点将变得更好理解。被合并到该说明书中并组成其一部分的附图展示了本发明的实施例,并且与该描述一起用来解释本发明的原理。
附图说明
针对本领域普通技术人员的本发明的完全和充分的公开,包括其最佳模式,在参考附图的说明书中阐述,在附图中:
图1是根据本公开的一个实施例的燃气涡轮系统的示意图;
图2是根据本公开的一个实施例的动叶组件的透视图;
图3是根据本公开的一个实施例的动叶组件的尖端围带的近距离透视图;
图4是根据本公开的另一实施例的动叶组件的尖端围带的近距离透视图;
图5是根据本公开的另一实施例的动叶组件的尖端围带的近距离透视图;
图6是根据本公开的一个实施例的尖端围带轨道的剖视图;
图7是根据本公开的另一实施例的尖端围带轨道的剖视图;以及
图8是根据本公开的另一实施例的尖端围带轨道的剖视图。
部件列表
10   燃气涡轮系统
12   压缩机
14   燃烧器
16   涡轮
18   轴
20   热气体路径
30   动叶组件
32   翼型件
34   下本体部分
36   平台
38   柄部
42   压力侧
44   吸力侧
46   前缘
48   后缘
50   根部
52   尖端
60   尖端围带
62   主体
64   轨道
66   外表面
68   内表面
70   冷却通道
80   微沟槽
82   覆盖层
84   深度
86   宽度
88   长度
90   压室
92   排出口
110   尖端围带基底
112   金属覆层
114   粘结覆层
116   热障覆层(第一)
118   热障覆层(第二)。
具体实施方式
现在将对本发明的实施例进行详细参考,在附图中显示了其中一个或多个示例。每个示例通过对本发明进行解释而不是对本发明进行限制的方式提供。实际上,对本领域技术人员而言,显而易见的是,在不脱离本发明的范围或精神的情况下,可在本发明中作出许多修改与变型。例如,作为一个实施例的部分而显示或描述的特征可与另一实施例一起使用,以得到又一实施例。因此,本发明意图包括落入所附权利要求及其等同物的范围内的这种修改与变型。
图1是燃气涡轮系统10的示意图。系统10可包括压缩机12、燃烧器14和涡轮16。压缩机12和涡轮16可由轴18联接。轴18可以是单个轴或联接到一起以形成轴18的多个轴段。
涡轮16可包括多个涡轮级。例如,在一个实施例中,涡轮16可具有三个级。涡轮16的第一级可包括多个周向间隔的喷嘴和动叶。喷嘴可围绕轴18周向设置和固定。动叶可围绕轴周向设置且联接到轴18。涡轮16的第二级可包括多个周向间隔的喷嘴和动叶。喷嘴可围绕轴18周向设置和固定。动叶可围绕轴18周向设置且联接到轴18。涡轮16的第三级可包括多个周向间隔的喷嘴和动叶。喷嘴可围绕轴18周向设置和固定。动叶可围绕轴18周向设置且联接到轴18。涡轮16的各个级可至少部分地设置在涡轮16中,并且可以至少部分地限定热气体路径20。应当理解,涡轮16不限于三个级,而是相反,任何级数均在本公开的范围和精神内。
类似地,压缩机12可包括多个压缩机级(未示出)。压缩机12的级中的每一个可包括多个周向间隔的喷嘴和动叶。
涡轮16和/或压缩机12中的动叶中的一个或多个可包括动叶组件30,如在图2至图5中所示。动叶组件30可包括翼型件32和下本体部分34,下本体部分34可包括平台36和柄部38。翼型件32可具有大体空气动力学的轮廓。例如,翼型件32可具有外表面,其限定各在前缘46与后缘48之间延伸的压力侧42和吸力侧44。
下本体部分34可从翼型件32大体径向向内延伸。平台36可定位成邻近翼型件32,并且柄部38可定位成从平台36径向向内。
动叶组件30的下本体部分34可限定根部50。根部50可大体上为动叶组件30的基部。而且,翼型件32可限定动叶组件30的尖端52。尖端52可大体上为翼型件32和/或动叶组件30的径向最外部分。
根据本公开的动叶组件30还可包括尖端围带60。尖端围带60可大体设置在尖端52上。例如,尖端围带60可与翼型件32为一体且位于翼型件32的尖端52处,或者尖端围带60可以是在尖端52处安装到翼型件的单独部件。
根据本公开的尖端围带60可接合相邻的围带块(未示出)以便为热气体路径20提供密封。例如,根据本公开的尖端围带60可包括主体62。主体62可在尖端52处接触翼型件32。尖端围带60还可包括一个或多个轨道64,例如,如图所示的前缘轨道64和后缘轨道64。轨道64可从主体62大体径向向外延伸,以与围带块的匹配部分相交。每个轨道64还可包括向外朝向热气体路径20的外表面66和相对的内表面68,如图所示。
冷却通道可大体上限定在动叶组件30中。例如,冷却通道可限定在翼型件32和下本体部分34中。冷却介质可从例如在动叶组件30的根部50处的入口流入这些冷却通道中。冷却介质可接着流过冷却通道以冷却动叶组件30的各种部件。而且,如例如图3至图5所示,冷却通道70可限定在尖端围带60的主体62中。这些冷却通道70可与动叶组件30中的其它冷却通道流体连通,使得冷却介质可流过这些冷却通道以冷却主体62。
根据本公开的尖端围带60的一个或多个轨道64还可限定一个或多个微沟槽80。例如,轨道64的外表面66或内表面68可限定一个或多个微沟槽80。微沟槽80可构造成使冷却介质流过其中以冷却轨道64,如下文所讨论的。应当理解,虽然如图所示的微沟槽80限定在前缘轨道64中,但这种微沟槽80也可限定在后缘轨道64和/或任何其它合适的轨道64中。使用微沟槽80冷却尖端围带60的轨道64由于微沟槽80的小尺寸以及微沟槽80的有益冷却特性而尤其有利,微沟槽80的小尺寸允许将它们设置在相对薄的轨道64上。
根据本公开的动叶组件30还可包括覆盖层82,如图6至图8所示(为说明起见,在图3至图5中未示出)。如下文所讨论的,覆盖层82可构造在外表面66或内表面68上以覆盖微沟槽80。
微沟槽80可构造成使冷却介质64流过其中,从而大体上冷却轨道64和尖端围带60。例如,微沟槽80可大体上为形成于且限定在轨道64的外表面66和/或内表面68上的开放沟槽。另外,覆盖层82可覆盖并且在示例性实施例还可限定微沟槽80。如下文所讨论的,流至微沟槽80的冷却介质可流过在外表面66和/或内表面68与覆盖层82之间的微沟槽80,从而大体上冷却轨道64和尖端围带60,并且可然后从微沟槽80排出,如下文所讨论的。微沟槽80可通过例如激光加工、水射流加工、电化学加工(“ECM”)、电火花加工(“EDM”)、光刻或任何其它工艺而形成,这些工艺能够提供具有适当尺寸和公差的合适的微沟槽80。
微沟槽80可具有在从大约0.2毫米(“mm”)至大约3mm、例如从大约0.5mm至大约1mm的范围内的深度84。而且,微沟槽80可具有在从大约0.2mm至大约3mm、例如从大约0.5mm至大约1mm的范围内的宽度86。还应当理解,微沟槽80的深度84和宽度86对于每个微沟槽80不需要相同,而是可以在微沟槽80之间变化。
每个微沟槽80还可限定长度88。在示例性实施例中,多个微沟槽80中的每一个的深度84可贯穿微沟槽80的长度88大致恒定。然而,在另一示例性实施例中,多个微沟槽80中的每一个的深度84可以是逐渐减小的。例如,多个微沟槽80中的每一个的深度84可以通过微沟槽80的长度88沿冷却介质流过微沟槽80的方向减小。然而,备选地,多个微沟槽80中的每一个的深度84可通过微沟槽80的长度88沿冷却介质流过微沟槽80的方向增大。应当理解,多个微沟槽80中的每一个的深度84可贯穿微沟槽80的长度88以任何方式变化,从而根据需要减小和增大。而且,应当理解,各种微沟槽80可具有大致恒定的深度84,同时其它微沟槽80可具有逐渐减小的深度84。
在示例性实施例中,多个微沟槽80中的每一个的宽度86可贯穿微沟槽80的长度88大致恒定。然而,在另一示例性实施例中,多个微沟槽80中的每一个的宽度86可以是逐渐减小的。例如,多个微沟槽80中的每一个的宽度86可以通过微沟槽80的长度88沿冷却介质流过微沟槽80的方向减小。备选地,多个微沟槽80中的每一个的宽度86可通过微沟槽80的长度88沿冷却介质流过微沟槽80的方向增大。应当理解,多个微沟槽80中的每一个的宽度86可贯穿微沟槽80的长度88以任何方式变化,从而根据需要减小和增大。而且,应当理解,各种微沟槽80可具有大致恒定的宽度86,同时其它微沟槽80可具有逐渐减小的宽度86。
微沟槽80可具有带有任何几何形状的截面,例如,矩形、椭圆形、三角形,或者具有适于方便冷却介质流过微沟槽80的任何其它几何形状。应当理解,各种微沟槽80可具有带有特定几何形状的截面,同时其它微沟槽80可具有带有其它各种几何形状的截面。微沟槽80的截面形状和尺寸可以是恒定的,或者可以沿长度88变化。
每个微沟槽80或其各个部分可以是线性的或曲线的。例如,在一些实施例中,如图3和图4所示,微沟槽80可以是大体线性的。在其它实施例中,微沟槽80可以是如图5所示正弦的,或者蛇形或其它曲线的。
在示例性实施例中,多个微沟槽80中的每一个可具有大致平滑的表面。例如,微沟槽80的表面可大致或完全无突起、凹部或表面纹理。然而,在备选实施例中,多个微沟槽80中的每一个可具有包括一个或多个表面特征的表面。表面特征可以是从微沟槽80的表面延伸的离散突起。例如,表面特征可包括肋片形突起、柱形突起、环形突起、山形突起、在形成于微沟槽80内的交叉开口(hatch)凹槽之间的凸起部分、或它们的任何组合,以及任何其它合适的几何形状。应当理解,表面特征的尺寸可选择以大体上优化轨道64和尖端围带60的冷却,同时满足微沟槽80的几何约束。
在一些实施例中,微沟槽80中的每一个可以是单个离散的微沟槽80。然而,在其它实施例中,微沟槽80中的每一个或微沟槽80的任何部分可从单个微沟槽80中分出以形成多个微沟槽分支。而且,在如图4和图5所示的一些实施例中,微沟槽80的至少一部分可彼此流体连通,使得冷却介质在轨道64中从一个微沟槽80流至另一个。
为了获得用于流过其中的冷却介质,一个或多个微沟槽80可与限定在动叶组件30中的冷却通道流体连通。例如,在如图3至图5所示的示例性实施例中,一个或多个微沟槽80可与限定在尖端围带60的主体62中的冷却通道70流体连通。在其它实施例中,一个或多个微沟槽80可与任何其它合适的冷却通道流体连通,诸如例如限定在翼型件32中的冷却通道。
而且,在如图3至图5所示的一些实施例中,压室90可限定在尖端围带60中在诸如冷却通道70的冷却通道与微沟槽80之间。压室90可接纳来自冷却通道的冷却介质并将冷却介质供应至微沟槽80。压室可限定在例如主体62或轨道64中。
在流过微沟槽80之后,冷却介质可从微沟槽80排出。例如,在一些实施例中,冷却介质通过排出口92排出,排出口92如图所示可位于轨道64的顶部和/或侧面上。
轨道64和覆盖层82可各包括单一材料,例如基底或覆层,或者可各包含多种材料,例如多个基底和覆层。例如,在如图6所示的一个示例性实施例中,轨道64可包括尖端围带基底110。例如,基底110可以是镍基、钴基或铁基超级合金。合金可以是铸造或锻造的超级合金。应当理解,本公开的尖端围带基底110不限于以上材料,而可以是大体上用于尖端围带60或动叶组件30的任何部分的任何合适材料。
而且,如图6所示,覆盖层82可包括金属覆层112。覆层112可以是覆盖层或其它合适的覆层。在实施例的一个示例性方面,金属覆层112可以是任何金属或金属合金基覆层,例如,镍基、钴基、铁基、锌基或铜基覆层。金属覆层112可包括一个或多个薄片、条带或线材。金属覆层112可通过焊接、硬焊或任何其它合适的涂覆或粘结技术或设备来附连。
备选地,覆盖层82可包括粘结覆层114。粘结覆层114可以是任何合适的粘结材料。例如,粘结覆层114可具有化学组成MCrAl(X),其中,M为选自由Fe、Co和Ni以及它们的组合组成的组的元素,并且(X)为选自由以下组成的组的元素:γ'形成元素;固溶强化元素,其由例如Ta、Re和诸如Y、Zr、Hf、Si的活性元素组成;以及晶界强化元素,其由B、C和它们的组合组成。粘结覆层114可通过例如诸如电子束蒸镀、离子‑等离子弧蒸镀或溅射的物理气相沉积工艺或诸如空气等离子喷涂、高速火焰喷涂或低压等离子喷涂的热喷涂工艺而施加到轨道64。备选地,粘结覆层114可以是扩散铝化物粘结覆层,例如,具有化学组成NiAl或PtAl的覆层,并且粘结覆层114可通过例如蒸汽相生成铝化物或化学气相沉积施加到轨道64。
备选地,覆盖层82可包括热障覆层(“TBC”) 116。TBC 116可以是任何合适的热障材料。例如,TBC 116可以是氧化钇稳定的氧化锆,并且可通过物理气相沉积工艺或热喷涂工艺施加到轨道64。备选地,TBC 116可以是陶瓷,例如,通过诸如由IV、V和VI族元素形成的氧化物或由诸如La、Nd、Gd、Yb等的镧系元素改性的氧化物的其它耐火氧化物而改性的氧化锆薄层。
如以上所讨论的,在其它示例性实施例中,轨道64和覆盖层82可各包括多种材料,诸如多个基底和覆层。例如,在如图7所示的一个实施例中,轨道64可包括尖端围带基底110和粘结覆层114。粘结覆层114可限定外表面66或内表面68。因此,多个微沟槽80可限定在粘结覆层114中。而且,如图7所示,覆盖层82可包括TBC 116。
在如图8所示的另一实施例中,轨道64可包括尖端围带基底110、粘结覆层114和第一TBC 116。第一TBC 116可限定外表面66或内表面68。因此,多个微沟槽80可限定在第一TBC 116中。而且,如图8所示,覆盖层82可包括第二TBC 118。
另外,如图6所示,动叶组件30可包括邻近覆盖层82设置的TBC 116。而且,如图6所示,动叶组件30可包括设置在TBC 116与覆盖层82之间的粘结覆层114。备选地,覆盖层82可包括金属覆层112、粘结覆层114和TBC 116。
该书面描述用示例来公开包括最佳模式的本发明,并且还使本领域技术人员能实施本发明,包括制造和使用任何设备或系统以及执行任何合并在内的方法。本发明的可专利范围由权利要求限定,并且可包括本领域技术人员所想到的其它示例。如果这种其它示例包括与所附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所附权利要求的字面语言无实质差别的等同结构元件,则这种其它示例预期在所附权利要求的范围内。

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1、(10)申请公布号 CN 103046970 A (43)申请公布日 2013.04.17 CN 103046970 A *CN103046970A* (21)申请号 201210385295.X (22)申请日 2012.10.12 13/271751 2011.10.12 US F01D 9/02(2006.01) F01D 5/12(2006.01) (71)申请人 通用电气公司 地址 美国纽约州 (72)发明人 B.P. 莱西 A.L. 吉格利奥 (74)专利代理机构 中国专利代理(香港)有限公 司 72001 代理人 肖日松 杨炯 (54) 发明名称 用于涡轮系统的动叶组件 (57)。

2、 摘要 本发明涉及一种用于涡轮系统的动叶组件。 更具体而言, 本发明公开了一种动叶组件。 动叶组 件包括 : 翼型件, 该翼型件具有大体空气动力学 的轮廓且限定尖端 ; 和从翼型件大体径向向内延 伸的下本体部分。动叶组件还包括尖端围带, 该 尖端围带设置在翼型件的尖端上且包括主体和轨 道。轨道包括外表面。外表面限定微沟槽。动叶 组件还包括构造在外表面上的覆盖层。 (30)优先权数据 (51)Int.Cl. 权利要求书 2 页 说明书 6 页 附图 7 页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书 2 页 说明书 6 页 附图 7 页 1/2 页 2 1. 一种动叶。

3、组件, 包括 : 翼型件, 所述翼型件具有大体空气动力学的轮廓且限定尖端 ; 下本体部分, 所述下本体部分从所述翼型件大体径向向内延伸 ; 尖端围带, 所述尖端围带设置在所述翼型件的尖端上且包括主体和轨道, 所述轨道包 括外表面, 所述外表面限定微沟槽 ; 以及 覆盖层, 所述覆盖层构造在所述外表面上。 2. 根据权利要求 1 所述的动叶组件, 其特征在于, 所述外表面限定多个微沟槽。 3. 根据权利要求 2 所述的动叶组件, 其特征在于, 所述多个微沟槽的至少一部分彼此 流体连通。 4. 根据权利要求 1 所述的动叶组件, 其特征在于, 所述微沟槽与限定在所述尖端围带 的主体中的冷却通道流体。

4、连通。 5. 根据权利要求 4 所述的动叶组件, 其特征在于, 压室限定在所述尖端围带中在所述 冷却通道与所述微沟槽之间。 6. 根据权利要求 1 所述的动叶组件, 其特征在于, 所述覆盖层为金属覆层、 粘结覆层 或热障覆层中的一种。 7. 根据权利要求 1 所述的动叶组件, 其特征在于, 还包括邻近所述覆盖层设置的热障 覆层。 8. 根据权利要求 7 所述的动叶组件, 其特征在于, 还包括设置在所述热障覆层与所述 覆盖层之间的粘结覆层。 9. 根据权利要求 1 所述的动叶组件, 其特征在于, 所述轨道包括尖端围带基底。 10. 根据权利要求 1 所述的动叶组件, 其特征在于, 所述轨道包括尖。

5、端围带基底和粘 结覆层, 并且其中, 所述微沟槽限定在所述粘结覆层中。 11. 根据权利要求 10 所述的动叶组件, 其特征在于, 所述覆盖层包括热障覆层。 12. 根据权利要求 1 所述的动叶组件, 其特征在于, 下游端部包括燃烧器衬里基底、 粘 结覆层和第一热障覆层, 并且其中, 所述微沟槽限定在所述第一热障覆层中。 13. 根据权利要求 12 所述的动叶组件, 其特征在于, 所述覆盖层包括第二热障覆层。 14. 一种涡轮系统, 包括 : 压缩机 ; 涡轮, 所述涡轮联接到所述压缩机 ; 以及 多个动叶组件, 所述多个动叶组件设置在所述压缩机或所述涡轮中的至少一个中, 所 述动叶组件中的至。

6、少一个包括 : 翼型件, 所述翼型件具有大体空气动力学的轮廓且限定尖端 ; 下本体部分, 所述下本体部分从所述翼型件大体径向向内延伸 ; 尖端围带, 所述尖端围带设置在所述翼型件的尖端上且包括主体和轨道, 所述轨道包 括外表面, 所述外表面限定微沟槽 ; 以及 覆盖层, 所述覆盖层构造在所述外表面上。 15. 根据权利要求 1 所述的动叶组件, 其特征在于, 所述微沟槽与限定在所述尖端围 带的主体中的冷却通道流体连通。 16. 根据权利要求 1 所述的动叶组件, 其特征在于, 所述覆盖层为金属覆层、 粘结覆层 权 利 要 求 书 CN 103046970 A 2 2/2 页 3 或热障覆层中的。

7、一种。 17. 根据权利要求 1 所述的动叶组件, 其特征在于, 还包括邻近所述覆盖层设置的热 障覆层。 18. 根据权利要求 1 所述的动叶组件, 其特征在于, 所述轨道包括尖端围带基底。 19. 根据权利要求 1 所述的动叶组件, 其特征在于, 所述轨道包括尖端围带基底和粘 结覆层, 并且其中, 所述微沟槽限定在所述粘结覆层中。 20. 根据权利要求 1 所述的动叶组件, 其特征在于, 下游端部包括燃烧器衬里基底、 粘 结覆层和第一热障覆层, 并且其中, 所述微沟槽限定在所述第一热障覆层中。 权 利 要 求 书 CN 103046970 A 3 1/6 页 4 用于涡轮系统的动叶组件 技术。

8、领域 0001 本文所公开的主题大体上涉及涡轮系统, 并且更具体而言, 涉及用于涡轮系统的 动叶组件。 背景技术 0002 涡轮系统在诸如发电的领域中广泛使用。 例如, 常规燃气涡轮系统包括压缩机、 燃 烧器和涡轮。 在燃气涡轮系统的操作期间, 系统中的各种部件经受高温流, 这可能导致部件 失效。 由于较高温度的流通常导致燃气涡轮系统的增加的性能、 效率和功率输出, 所以经受 高温流的部件必须冷却以允许燃气涡轮系统在增加的温度下操作。 0003 本领域已知用于冷却各种燃气涡轮系统部件的各种策略。例如, 冷却介质可从压 缩机被路由并提供至各种部件。在系统的压缩机段和涡轮段中, 冷却介质可用于冷却。

9、各种 压缩机部件和涡轮部件。 0004 动叶是必须冷却的热气体路径部件的一个示例。例如, 诸如翼型件、 平台、 柄部和 燕尾件的动叶的各个部分设置在热气体路径中且暴露于相对高的温度, 并且因此需要冷 却。各种冷却通道和冷却管路可限定在动叶的各个部分中, 并且冷却介质可流过各种冷却 通道和冷却管路以冷却动叶。 0005 需要冷却的动叶的一个具体部分为尖端围带。尖端围带位于动叶翼型件的尖端 上, 并且接合相邻的围带块 (block) 以便为热气体路径提供密封。典型的尖端围带包括与 围带块的配合部分相交的一个或多个轨道 (rail)。然而, 尖端围带的已知设计不包括用于 冷却这些轨道的足够的冷却设备。

10、。例如, 典型的尖端围带不在轨道中提供用于冷却它们的 冷却通道。 0006 因此, 用于涡轮系统的改进的动叶组件将是本领域所需要的。 特别地, 包括用于冷 却尖端围带的改进的冷却设备的动叶组件将是有利的。 发明内容 0007 本发明的方面和优点将部分地在下面的描述中提出, 或者可从该描述显而易见, 或者可通过实施本发明来了解。 0008 在一个实施例中, 公开了一种动叶组件。动叶组件包括 : 翼型件, 该翼型件具有大 体空气动力学的轮廓且限定尖端 ; 和从翼型件大体径向向内延伸的下本体部分。动叶组件 还包括尖端围带, 该尖端围带设置在翼型件的尖端上且包括主体和轨道。 轨道包括外表面。 外表面限。

11、定微沟槽。动叶组件还包括构造在外表面上的覆盖层。 0009 参考下面的描述和所附权利要求, 本发明的这些和其它特征、 方面和优点将变得 更好理解。被合并到该说明书中并组成其一部分的附图展示了本发明的实施例, 并且与该 描述一起用来解释本发明的原理。 附图说明 说 明 书 CN 103046970 A 4 2/6 页 5 0010 针对本领域普通技术人员的本发明的完全和充分的公开, 包括其最佳模式, 在参 考附图的说明书中阐述, 在附图中 : 图 1 是根据本公开的一个实施例的燃气涡轮系统的示意图 ; 图 2 是根据本公开的一个实施例的动叶组件的透视图 ; 图 3 是根据本公开的一个实施例的动叶。

12、组件的尖端围带的近距离透视图 ; 图 4 是根据本公开的另一实施例的动叶组件的尖端围带的近距离透视图 ; 图 5 是根据本公开的另一实施例的动叶组件的尖端围带的近距离透视图 ; 图 6 是根据本公开的一个实施例的尖端围带轨道的剖视图 ; 图 7 是根据本公开的另一实施例的尖端围带轨道的剖视图 ; 以及 图 8 是根据本公开的另一实施例的尖端围带轨道的剖视图。 0011 部件列表 10 燃气涡轮系统 12 压缩机 14 燃烧器 16 涡轮 18 轴 20 热气体路径 30 动叶组件 32 翼型件 34 下本体部分 36 平台 38 柄部 42 压力侧 44 吸力侧 46 前缘 48 后缘 50 。

13、根部 52 尖端 60 尖端围带 62 主体 64 轨道 66 外表面 68 内表面 70 冷却通道 80 微沟槽 82 覆盖层 84 深度 86 宽度 88 长度 说 明 书 CN 103046970 A 5 3/6 页 6 90 压室 92 排出口 110 尖端围带基底 112 金属覆层 114 粘结覆层 116 热障覆层 ( 第一 ) 118 热障覆层 ( 第二 )。 具体实施方式 0012 现在将对本发明的实施例进行详细参考, 在附图中显示了其中一个或多个示例。 每个示例通过对本发明进行解释而不是对本发明进行限制的方式提供。实际上, 对本领域 技术人员而言, 显而易见的是, 在不脱离本。

14、发明的范围或精神的情况下, 可在本发明中作出 许多修改与变型。例如, 作为一个实施例的部分而显示或描述的特征可与另一实施例一起 使用, 以得到又一实施例。 因此, 本发明意图包括落入所附权利要求及其等同物的范围内的 这种修改与变型。 0013 图 1 是燃气涡轮系统 10 的示意图。系统 10 可包括压缩机 12、 燃烧器 14 和涡轮 16。压缩机 12 和涡轮 16 可由轴 18 联接。轴 18 可以是单个轴或联接到一起以形成轴 18 的多个轴段。 0014 涡轮 16 可包括多个涡轮级。例如, 在一个实施例中, 涡轮 16 可具有三个级。涡轮 16 的第一级可包括多个周向间隔的喷嘴和动叶。

15、。喷嘴可围绕轴 18 周向设置和固定。动叶 可围绕轴周向设置且联接到轴 18。涡轮 16 的第二级可包括多个周向间隔的喷嘴和动叶。 喷嘴可围绕轴 18 周向设置和固定。动叶可围绕轴 18 周向设置且联接到轴 18。涡轮 16 的 第三级可包括多个周向间隔的喷嘴和动叶。喷嘴可围绕轴 18 周向设置和固定。动叶可围 绕轴 18 周向设置且联接到轴 18。涡轮 16 的各个级可至少部分地设置在涡轮 16 中, 并且可 以至少部分地限定热气体路径20。 应当理解, 涡轮16不限于三个级, 而是相反, 任何级数均 在本公开的范围和精神内。 0015 类似地, 压缩机 12 可包括多个压缩机级 ( 未示出。

16、 )。压缩机 12 的级中的每一个可 包括多个周向间隔的喷嘴和动叶。 0016 涡轮 16 和 / 或压缩机 12 中的动叶中的一个或多个可包括动叶组件 30, 如在图 2 至图 5 中所示。动叶组件 30 可包括翼型件 32 和下本体部分 34, 下本体部分 34 可包括平台 36 和柄部 38。翼型件 32 可具有大体空气动力学的轮廓。例如, 翼型件 32 可具有外表面, 其限定各在前缘 46 与后缘 48 之间延伸的压力侧 42 和吸力侧 44。 0017 下本体部分 34 可从翼型件 32 大体径向向内延伸。平台 36 可定位成邻近翼型件 32, 并且柄部 38 可定位成从平台 36 。

17、径向向内。 0018 动叶组件 30 的下本体部分 34 可限定根部 50。根部 50 可大体上为动叶组件 30 的 基部。而且, 翼型件 32 可限定动叶组件 30 的尖端 52。尖端 52 可大体上为翼型件 32 和 / 或动叶组件 30 的径向最外部分。 0019 根据本公开的动叶组件 30 还可包括尖端围带 60。尖端围带 60 可大体设置在尖 端 52 上。例如, 尖端围带 60 可与翼型件 32 为一体且位于翼型件 32 的尖端 52 处, 或者尖 说 明 书 CN 103046970 A 6 4/6 页 7 端围带 60 可以是在尖端 52 处安装到翼型件的单独部件。 0020 。

18、根据本公开的尖端围带 60 可接合相邻的围带块 ( 未示出 ) 以便为热气体路径 20 提供密封。例如, 根据本公开的尖端围带 60 可包括主体 62。主体 62 可在尖端 52 处接触翼 型件 32。尖端围带 60 还可包括一个或多个轨道 64, 例如, 如图所示的前缘轨道 64 和后缘 轨道 64。轨道 64 可从主体 62 大体径向向外延伸, 以与围带块的匹配部分相交。每个轨道 64 还可包括向外朝向热气体路径 20 的外表面 66 和相对的内表面 68, 如图所示。 0021 冷却通道可大体上限定在动叶组件 30 中。例如, 冷却通道可限定在翼型件 32 和 下本体部分 34 中。冷却。

19、介质可从例如在动叶组件 30 的根部 50 处的入口流入这些冷却通 道中。冷却介质可接着流过冷却通道以冷却动叶组件 30 的各种部件。而且, 如例如图 3 至 图 5 所示, 冷却通道 70 可限定在尖端围带 60 的主体 62 中。这些冷却通道 70 可与动叶组 件 30 中的其它冷却通道流体连通, 使得冷却介质可流过这些冷却通道以冷却主体 62。 0022 根据本公开的尖端围带 60 的一个或多个轨道 64 还可限定一个或多个微沟槽 80。 例如, 轨道 64 的外表面 66 或内表面 68 可限定一个或多个微沟槽 80。微沟槽 80 可构造成 使冷却介质流过其中以冷却轨道 64, 如下文。

20、所讨论的。应当理解, 虽然如图所示的微沟槽 80限定在前缘轨道64中, 但这种微沟槽80也可限定在后缘轨道64和/或任何其它合适的 轨道 64 中。使用微沟槽 80 冷却尖端围带 60 的轨道 64 由于微沟槽 80 的小尺寸以及微沟 槽 80 的有益冷却特性而尤其有利, 微沟槽 80 的小尺寸允许将它们设置在相对薄的轨道 64 上。 0023 根据本公开的动叶组件 30 还可包括覆盖层 82, 如图 6 至图 8 所示 ( 为说明起见, 在图 3 至图 5 中未示出 )。如下文所讨论的, 覆盖层 82 可构造在外表面 66 或内表面 68 上 以覆盖微沟槽 80。 0024 微沟槽 80 可。

21、构造成使冷却介质 64 流过其中, 从而大体上冷却轨道 64 和尖端围带 60。例如, 微沟槽 80 可大体上为形成于且限定在轨道 64 的外表面 66 和 / 或内表面 68 上 的开放沟槽。另外, 覆盖层 82 可覆盖并且在示例性实施例还可限定微沟槽 80。如下文所 讨论的, 流至微沟槽 80 的冷却介质可流过在外表面 66 和 / 或内表面 68 与覆盖层 82 之间 的微沟槽 80, 从而大体上冷却轨道 64 和尖端围带 60, 并且可然后从微沟槽 80 排出, 如下文 所讨论的。微沟槽 80 可通过例如激光加工、 水射流加工、 电化学加工 (“ECM” )、 电火花加 工 (“EDM。

22、” )、 光刻或任何其它工艺而形成, 这些工艺能够提供具有适当尺寸和公差的合适 的微沟槽 80。 0025 微沟槽 80 可具有在从大约 0.2 毫米 (“mm” ) 至大约 3mm、 例如从大约 0.5mm 至大 约 1mm 的范围内的深度 84。而且, 微沟槽 80 可具有在从大约 0.2mm 至大约 3mm、 例如从大 约 0.5mm 至大约 1mm 的范围内的宽度 86。还应当理解, 微沟槽 80 的深度 84 和宽度 86 对于 每个微沟槽 80 不需要相同, 而是可以在微沟槽 80 之间变化。 0026 每个微沟槽 80 还可限定长度 88。在示例性实施例中, 多个微沟槽 80 中。

23、的每一个 的深度 84 可贯穿微沟槽 80 的长度 88 大致恒定。然而, 在另一示例性实施例中, 多个微沟 槽 80 中的每一个的深度 84 可以是逐渐减小的。例如, 多个微沟槽 80 中的每一个的深度 84 可以通过微沟槽 80 的长度 88 沿冷却介质流过微沟槽 80 的方向减小。然而, 备选地, 多个 微沟槽 80 中的每一个的深度 84 可通过微沟槽 80 的长度 88 沿冷却介质流过微沟槽 80 的 方向增大。应当理解, 多个微沟槽 80 中的每一个的深度 84 可贯穿微沟槽 80 的长度 88 以 说 明 书 CN 103046970 A 7 5/6 页 8 任何方式变化, 从而。

24、根据需要减小和增大。而且, 应当理解, 各种微沟槽 80 可具有大致恒定 的深度 84, 同时其它微沟槽 80 可具有逐渐减小的深度 84。 0027 在示例性实施例中, 多个微沟槽 80 中的每一个的宽度 86 可贯穿微沟槽 80 的长度 88大致恒定。 然而, 在另一示例性实施例中, 多个微沟槽80中的每一个的宽度86可以是逐 渐减小的。例如, 多个微沟槽 80 中的每一个的宽度 86 可以通过微沟槽 80 的长度 88 沿冷 却介质流过微沟槽 80 的方向减小。备选地, 多个微沟槽 80 中的每一个的宽度 86 可通过微 沟槽 80 的长度 88 沿冷却介质流过微沟槽 80 的方向增大。。

25、应当理解, 多个微沟槽 80 中的 每一个的宽度 86 可贯穿微沟槽 80 的长度 88 以任何方式变化, 从而根据需要减小和增大。 而且, 应当理解, 各种微沟槽 80 可具有大致恒定的宽度 86, 同时其它微沟槽 80 可具有逐渐 减小的宽度 86。 0028 微沟槽 80 可具有带有任何几何形状的截面, 例如, 矩形、 椭圆形、 三角形, 或者具 有适于方便冷却介质流过微沟槽 80 的任何其它几何形状。应当理解, 各种微沟槽 80 可具 有带有特定几何形状的截面, 同时其它微沟槽 80 可具有带有其它各种几何形状的截面。微 沟槽 80 的截面形状和尺寸可以是恒定的, 或者可以沿长度 88。

26、 变化。 0029 每个微沟槽 80 或其各个部分可以是线性的或曲线的。例如, 在一些实施例中, 如 图 3 和图 4 所示, 微沟槽 80 可以是大体线性的。在其它实施例中, 微沟槽 80 可以是如图 5 所示正弦的, 或者蛇形或其它曲线的。 0030 在示例性实施例中, 多个微沟槽 80 中的每一个可具有大致平滑的表面。例如, 微 沟槽 80 的表面可大致或完全无突起、 凹部或表面纹理。然而, 在备选实施例中, 多个微沟槽 80 中的每一个可具有包括一个或多个表面特征的表面。表面特征可以是从微沟槽 80 的表 面延伸的离散突起。例如, 表面特征可包括肋片形突起、 柱形突起、 环形突起、 山。

27、形突起、 在 形成于微沟槽 80 内的交叉开口 (hatch) 凹槽之间的凸起部分、 或它们的任何组合, 以及任 何其它合适的几何形状。应当理解, 表面特征的尺寸可选择以大体上优化轨道 64 和尖端围 带 60 的冷却, 同时满足微沟槽 80 的几何约束。 0031 在一些实施例中, 微沟槽 80 中的每一个可以是单个离散的微沟槽 80。然而, 在其 它实施例中, 微沟槽 80 中的每一个或微沟槽 80 的任何部分可从单个微沟槽 80 中分出以形 成多个微沟槽分支。而且, 在如图 4 和图 5 所示的一些实施例中, 微沟槽 80 的至少一部分 可彼此流体连通, 使得冷却介质在轨道 64 中从一。

28、个微沟槽 80 流至另一个。 0032 为了获得用于流过其中的冷却介质, 一个或多个微沟槽 80 可与限定在动叶组件 30中的冷却通道流体连通。 例如, 在如图3至图5所示的示例性实施例中, 一个或多个微沟 槽 80 可与限定在尖端围带 60 的主体 62 中的冷却通道 70 流体连通。在其它实施例中, 一 个或多个微沟槽 80 可与任何其它合适的冷却通道流体连通, 诸如例如限定在翼型件 32 中 的冷却通道。 0033 而且, 在如图 3 至图 5 所示的一些实施例中, 压室 90 可限定在尖端围带 60 中在诸 如冷却通道 70 的冷却通道与微沟槽 80 之间。压室 90 可接纳来自冷却通。

29、道的冷却介质并 将冷却介质供应至微沟槽 80。压室可限定在例如主体 62 或轨道 64 中。 0034 在流过微沟槽 80 之后, 冷却介质可从微沟槽 80 排出。例如, 在一些实施例中, 冷 却介质通过排出口 92 排出, 排出口 92 如图所示可位于轨道 64 的顶部和 / 或侧面上。 0035 轨道 64 和覆盖层 82 可各包括单一材料, 例如基底或覆层, 或者可各包含多种材 说 明 书 CN 103046970 A 8 6/6 页 9 料, 例如多个基底和覆层。例如, 在如图 6 所示的一个示例性实施例中, 轨道 64 可包括尖端 围带基底 110。例如, 基底 110 可以是镍基、。

30、 钴基或铁基超级合金。合金可以是铸造或锻造 的超级合金。应当理解, 本公开的尖端围带基底 110 不限于以上材料, 而可以是大体上用于 尖端围带 60 或动叶组件 30 的任何部分的任何合适材料。 0036 而且, 如图 6 所示, 覆盖层 82 可包括金属覆层 112。覆层 112 可以是覆盖层或其它 合适的覆层。在实施例的一个示例性方面, 金属覆层 112 可以是任何金属或金属合金基覆 层, 例如, 镍基、 钴基、 铁基、 锌基或铜基覆层。金属覆层 112 可包括一个或多个薄片、 条带或 线材。金属覆层 112 可通过焊接、 硬焊或任何其它合适的涂覆或粘结技术或设备来附连。 0037 备选。

31、地, 覆盖层 82 可包括粘结覆层 114。粘结覆层 114 可以是任何合适的粘结材 料。例如, 粘结覆层 114 可具有化学组成 MCrAl(X), 其中, M 为选自由 Fe、 Co 和 Ni 以及它们 的组合组成的组的元素, 并且 (X) 为选自由以下组成的组的元素 : 形成元素 ; 固溶强化 元素, 其由例如 Ta、 Re 和诸如 Y、 Zr、 Hf、 Si 的活性元素组成 ; 以及晶界强化元素, 其由 B、 C 和它们的组合组成。粘结覆层 114 可通过例如诸如电子束蒸镀、 离子 - 等离子弧蒸镀或溅 射的物理气相沉积工艺或诸如空气等离子喷涂、 高速火焰喷涂或低压等离子喷涂的热喷涂 。

32、工艺而施加到轨道 64。备选地, 粘结覆层 114 可以是扩散铝化物粘结覆层, 例如, 具有化学 组成 NiAl 或 PtAl 的覆层, 并且粘结覆层 114 可通过例如蒸汽相生成铝化物或化学气相沉 积施加到轨道 64。 0038 备选地, 覆盖层 82 可包括热障覆层 ( “TBC” ) 116。TBC 116 可以是任何合适的热 障材料。例如, TBC 116 可以是氧化钇稳定的氧化锆, 并且可通过物理气相沉积工艺或热喷 涂工艺施加到轨道 64。备选地, TBC 116 可以是陶瓷, 例如, 通过诸如由 IV、 V 和 VI 族元素 形成的氧化物或由诸如 La、 Nd、 Gd、 Yb 等的。

33、镧系元素改性的氧化物的其它耐火氧化物而改 性的氧化锆薄层。 0039 如以上所讨论的, 在其它示例性实施例中, 轨道 64 和覆盖层 82 可各包括多种材 料, 诸如多个基底和覆层。例如, 在如图 7 所示的一个实施例中, 轨道 64 可包括尖端围带基 底 110 和粘结覆层 114。粘结覆层 114 可限定外表面 66 或内表面 68。因此, 多个微沟槽 80 可限定在粘结覆层 114 中。而且, 如图 7 所示, 覆盖层 82 可包括 TBC 116。 0040 在如图8所示的另一实施例中, 轨道64可包括尖端围带基底110、 粘结覆层114和 第一 TBC 116。第一 TBC 116 。

34、可限定外表面 66 或内表面 68。因此, 多个微沟槽 80 可限定 在第一 TBC 116 中。而且, 如图 8 所示, 覆盖层 82 可包括第二 TBC 118。 0041 另外, 如图 6 所示, 动叶组件 30 可包括邻近覆盖层 82 设置的 TBC 116。而且, 如图 6 所示, 动叶组件 30 可包括设置在 TBC 116 与覆盖层 82 之间的粘结覆层 114。备选地, 覆 盖层 82 可包括金属覆层 112、 粘结覆层 114 和 TBC 116。 0042 该书面描述用示例来公开包括最佳模式的本发明, 并且还使本领域技术人员能实 施本发明, 包括制造和使用任何设备或系统以及。

35、执行任何合并在内的方法。本发明的可专 利范围由权利要求限定, 并且可包括本领域技术人员所想到的其它示例。如果这种其它示 例包括与所附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所附权利 要求的字面语言无实质差别的等同结构元件, 则这种其它示例预期在所附权利要求的范围 内。 说 明 书 CN 103046970 A 9 1/7 页 10 图 1 说 明 书 附 图 CN 103046970 A 10 2/7 页 11 图 2 说 明 书 附 图 CN 103046970 A 11 3/7 页 12 图 3 说 明 书 附 图 CN 103046970 A 12 4/7 页 13 图 4 说 明 书 附 图 CN 103046970 A 13 5/7 页 14 图 5 说 明 书 附 图 CN 103046970 A 14 6/7 页 15 图 6 说 明 书 附 图 CN 103046970 A 15 7/7 页 16 图 7 图 8 说 明 书 附 图 CN 103046970 A 16 。

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