本发明详述
图1是燃气轮机10的简图，该机包括一螺旋桨组件12，一高压
压气机14和一燃烧室。发动机还包括一高压涡轮18，一低压涡轮20
和一助力器22。螺旋桨组件12包括一排螺旋桨叶片24，自转子盘26
径向向外伸展。发动机10有一进气侧28和一排气侧30。
在运转时，空气流经螺旋桨组件12，而被压缩的空气供给高压压
气机14。高压压缩空气供给燃烧室16。来自燃烧室16的空气流(在
图1中未示)驱动涡轮18和20，而涡轮20驱动螺旋桨12。
图2是可用于一燃气轮机，如燃气轮机10的转子叶片40的局部
透视图。在一个实施例中，若干转子叶片40构成燃气轮机10的一个
高压涡轮转子叶片级(未示)。每一转子叶片40包括一个空心翼面
42和一个用以以已知方式将翼面42安装到一转子盘上的整体燕尾
(未示)。
翼面42包含一个第一侧壁44和一第二侧壁46。第一侧壁44是
中凸的，限定翼面42的负压侧，而第二侧壁46是中凹，限定翼面42
的压力侧。侧壁44和46在前缘48处在前缘48下游的翼面42的轴
向间隔的后缘50处彼此连接。
第一和第二侧壁44和46分别纵向或径向向外伸展，自邻近燕尾
槽的叶根(未示)横跨到限定一内冷却腔(未示)的径向外边界的一
端板54。该冷却腔被界定在侧壁44和46之间的翼面42内。翼面42
的内部冷却作用在该技术领域内是已知的。在一个实施例中，该冷却
腔包含一条以压气机放气冷却的螺旋形通道。在另一实施例中，侧壁
44和46包含若干穿过这些壁的气膜冷却孔口，以有利用该冷却腔的
额外冷却。在又一个实施例中，翼面42包含若干后缘孔口(未示)，
用来自该冷却腔排出冷却空气。
翼面42的端区60往往被称作啸声顶，包含一个第一端壁62和
一个第二端壁64，与翼面42整体形成。第一端壁62自翼面前缘48
附近沿其第一侧壁44伸展到其后缘50。更具体地说，第一端壁62
自端板54伸展到外缘65，形成一高度66。第一端壁高度66沿第一
端壁62基本上是不变的。
第二端壁64自翼面前缘48附近沿第二侧壁46延伸，在翼面后
缘50处与第一端壁62连接。更具体地说，第二端壁64与第一端壁
62侧向间隔，从而以端壁62、64和端板界定一顶部敞口的端腔70。
第二端壁64还自端板54径向向外伸展到外缘72，形成一高度74。
在该示例性实施例中，第二端壁高度74等于第一端壁高度66。另一
种方案是，第二端壁高度74不等于第一端壁高度66。
一凹口80沿翼面前缘48被界定在第一端壁62和第二端壁64之
间。更具体地说，凹口80的宽度82在第一和第二端壁62、64之间
延伸，高度84相应在凹口80的被端板54界定的底部86和第一与第
二端壁外缘65、72之间度量。
在一个替换实施例中，凹口80并不自端板54延伸，而是分别自
第一和第二端壁外缘65、72向端板54延伸一小于凹口高度84的距
离(未示)，因此，凹口底部86离端板54有一距离(未示)。在另
一替换实施例中，第二端壁64不与第一端壁64在翼面后缘50处连
接，而一孔口(未示)在翼面后缘50处被界定在第一端壁62和第二
端壁64之间。
凹口80与顶部敞口的端腔70保持流通关系，以允许燃烧气体
在低温下进口腔70，使受热较少。在一个实施例中，凹口80还包
括一个导壁(在图2中未示)，用来将进入顶部敞口的端腔70的
气流导向第二端壁64。更具体地说，该导壁自凹口80向翼面后缘
50延伸。
第二端壁64在自翼面第二侧壁46上至少部分地内凹。更具体地
说，第二端壁64自翼面第二侧壁46凹向第一端壁62，以界定一个径
向向外面向的第一端台90，它大致在前缘48和后缘50之间延伸。更
具体地说，端台90包含一前缘94和一后缘96。前缘94和后缘96
各自变尖，与第二侧壁46齐平。端台前缘94在翼面前缘48下游一
段距离，而端台后缘96在翼面后缘50上游一段距离。
内凹的第二端壁64和端台90在其间界定一大致L形沟槽102。
在该示例性实施例中，端板54通常是不穿孔的，而仅包含若干在端
台90上穿通端板54的孔口106。孔口106沿端台90轴向间隔，在
沟槽102和翼面内冷却腔之间保持流通关系。在一个实施例中，端区
60和翼面42均涂以隔热涂层。
在运转期间，啸声端壁62和64处在普通的静止定子罩(未示)
接近处，在其间界定一密封间隙(未示)，这有利于减少燃烧气体的
泄漏。端壁62和64自翼面42径向向外延伸。因此，若在转子叶片
40和定子罩之间出现擦刮，则仅端壁62和64接触该罩，而翼面62
未受损伤。
因为流经涡轮机流通的燃烧气体呈现抛物线分布，因此接近涡轮
叶尖区前缘48的燃烧气体的温度低于接近涡轮机叶尖区后缘50的温
度。由于较冷的燃烧气体流入凹口80，因此叶尖区60的热负荷下降
了。更具体地说，流入凹口80的燃烧气体比从转子叶片压力侧经端
隙漏到转子叶片负压侧44的气体有更高的压力和较低的温度。结果，
凹口80有利于降低端区60内的工作温度。
此外，由于燃烧气体流过翼面第一端台90，因此沟槽102使翼面
压力侧46不连续，这使燃烧气体自翼面第二侧壁46分离，从而有利
于减少其热传导。另外，沟槽102形成一冷却空气区，以积聚和构成
紧贴侧壁46的气膜。第一端台孔口106将冷却空气自翼面内冷却腔
排出，在端区60上构成一气膜冷却层。随着叶片转动，在接近叶片
中心线(未示)的前缘48处的转子叶片40的外边的燃烧气体在径向
流动中会沿着第二侧壁46向靠近后缘50的翼面端区60迁移，使前
缘顶端的工作温度低于后缘顶端的工作温度。第一端台90在迁移的
径向流动中用作反向台阶，对贴着侧壁46积聚的冷却空气膜提供保
护。结果，端台90有利于改善气膜的冷却作用，从而降低侧壁46的
工作温度。
图3是可用于燃气轮机，如燃气轮机10的转子叶片120的另一
实施例的横剖视图。转子叶片120基本上类似于图2中所示的转子叶
片40，并且与转子叶片40的部件相同的转子叶片120中的部件在图
3中采用与图2中使用的同样标号标记。相应地，转子叶片120包含
翼面42(示于图2)，在前后缘48、50之间延伸的侧壁44和46(示
于图2)和凹口80。此外，转子叶片120包含第二端壁64和第一端
台90。相应地，转子叶片120包含一第一端壁122。在第一和第二端
壁122和64之间定界凹口80。
第一端壁122自邻近的翼面前缘48沿第一侧壁44延伸，在翼面
后缘50处与第二端壁连接。更具体地说，第一端壁122跟第二端壁
64侧向间隔，以界定顶部敞口的端腔70。第一端壁122自端板54径
向向外伸展一个高度(未示)到外缘126。在该示例性实施例中，该
第一端壁高度等于第二端壁高度74。或者，该第一端壁高度不等于第
二端壁高度。
第一端壁122自翼面第一侧壁44至少部分地凹入。更具体地
说，第一端壁122自翼面第一侧壁44向第二端壁64凹入，以界定
一径向面向外的第二端台130，它大致在翼面前、后缘48、50之间
延伸。更具体地说，端台130包含前缘134和后缘136。前缘134
和后缘136各自变尖，与第一侧壁44齐平。端台前缘134距翼面
前缘48下游一段距离138，而端台后缘136距翼面后缘50上游一
段距离140。
内凹的第一端壁122和第二端壁130在其间界定一大致L型沟槽
144。在该示例性实施例中，端板54通常是大穿孔的，并包含若干在
第一端台90处穿过端板54的孔口106，和若干在第二端台130处穿
过端板54的孔口146。孔口146沿第二端台130轴向间隔，并在沟
槽144和翼面内冷却腔之间保持流通关系。在一个实施例中，端区62
和翼面42均涂以隔热涂层。
在运转时，啸声端壁122和64与普通静止定子罩(未示)相处
甚近，并在其间界定一密封间隙(未示)，以利减少燃烧气体泄漏。
端壁122的以与上述端壁62同样的方式起作用，并自翼面42径向向
外延伸。因此，若在转子叶片40和定子罩之间出现擦刮，则仅端壁
122和64接触该罩，而翼面42未受损伤。
此外，随着转子叶片40转动和燃烧气体流过翼面端台90和130，
沟槽102和144使翼面压力侧46和负压侧44相应产生不连续，这使
燃烧气体相应地自翼面侧壁46和44分离，从而有利于减少其热传
导。沟槽144的功能与沟槽102相似，便于气膜冷却流通。
图4是可用于燃气轮机，如燃气轮机10(示于图1)的转子叶
片200的一个替代实施的部分局部透视图。转子叶片200基本上类
似于图2所示的转子叶片，并且，与转子叶片40的部件相同的转
子200中的部件在图4中采用与图2中使用的相同标号标记。因此，
转子叶片200包含翼面42，分别在前、后缘48、50之间延伸的侧
壁44和46和凹口80。此外，转子叶片200包含第一端壁62、凹
口80和第二端壁202。相应地，在第一和第二端壁62和202之间
界定凹口80。
第二端壁202自邻近的翼面前缘48沿翼面第一侧壁44延伸到翼
面后缘50。更具体地说，第二端壁202自端板54延伸一个高度(未
示)至外缘204。该第二端壁高度沿第二端壁202基本上是不变的。
第二端壁202与第一端壁62侧向间隔，界定顶部敞开的端腔70。在
该示例性实施例中，该第二端壁高度等于第一端壁高度66。或者，该
第二端壁高度不等于第一端壁高度66。
凹口80包含一个自第一端壁62向翼面后缘延伸的导壁210。更
具体地说，导壁210自第一端壁62弯曲延伸，界定凹口80的弧形入
口212。
导壁210的长度214要选得能将进入顶部敞口端腔70的气流导
向第二端壁202。
上述转子叶片是价廉而高度可靠的。该转子叶片包含一个界定在
第一和第二端壁的前缘之间的前缘凹口。这些端壁在转子叶片后缘处
相互连接，并界定一端腔。在该示例性实施例中，这些端壁中的一个
是凹入的，以界定一端台，在运转期间，随着转子叶片的转动，这些
端壁防止转子叶片擦刮静止结构件。当燃烧气体流过该转子叶片时，
该转子叶片凹口有利于减少该端腔的受热，而不增加冷却空气的需要
量和不牺牲该转子叶片的空气动力效率。此外，该端台使流过翼面的
燃烧气体不连续，有利于对端台的空气冷却层的形成。结果，转子叶
片内较低的工作温度有利于以廉价而可靠的方式延长该转子叶片的
有效寿命。
虽然就各种特定的实施例说明了本发明，然而，业内人士会理解
到可通过修改未实施本发明而处在权利要求书的精神和范围内。