渦輪翼型件后緣分叉式冷卻孔的制作方法
【專利摘要】燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪翼型件具有壓力側(cè)壁和吸力側(cè)壁，該壓力側(cè)壁和吸力側(cè)壁沿著翼展向外延伸，并且在相對(duì)的前緣和后緣之間沿弦向延伸。包封在壓力側(cè)壁中的沿翼展方向成排的間隔開的分叉式后緣冷卻孔在沿弦向基本上延伸到后緣的對(duì)應(yīng)的后緣冷卻槽口處結(jié)束。沿軸向延伸的孔間分隔件分開冷卻孔。相鄰的成對(duì)的孔間分隔件之間的入口包括發(fā)散入口區(qū)段。軸向孔內(nèi)分隔件使冷卻孔分叉為在發(fā)散入口區(qū)段的下游和后部的發(fā)散的上部發(fā)散區(qū)段和下部發(fā)散區(qū)段。孔內(nèi)分隔件的前端將發(fā)散入口區(qū)段的后端分成上部入口流徑和下部入口流徑，它們通往上部發(fā)散區(qū)段和下部發(fā)散區(qū)段，從而通入后緣冷卻槽口中。
【專利說明】 渦輪翼型件后緣分叉式冷卻孔

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明大體涉及燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪翼型件冷卻，并且更特別地，涉及渦輪翼型件后緣冷卻槽口。

【背景技術(shù)】
[0002]在燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)中，空氣在壓縮機(jī)中加壓，并且與燃燒器中的燃料混合，用于生成熱的燃燒氣體。熱氣體傳送通過渦輪的各種級(jí)，該各種級(jí)從熱氣體中抽取能量，用于對(duì)壓縮機(jī)提供功率，以及產(chǎn)生功，諸如對(duì)典型的飛行器渦輪風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī)應(yīng)用中的上游風(fēng)扇提供功率。
[0003]渦輪級(jí)包括固定的渦輪噴嘴，其具有一排中空導(dǎo)葉，該一排中空導(dǎo)葉將燃燒氣體引導(dǎo)到沿徑向從支承轉(zhuǎn)子盤向外延伸的對(duì)應(yīng)的一排轉(zhuǎn)子葉片中。導(dǎo)葉和葉片具有對(duì)應(yīng)的中空翼型件，其在其中具有對(duì)應(yīng)的冷卻回路。
[0004]冷卻空氣典型地是壓縮機(jī)排氣，該壓縮機(jī)排氣從燃燒過程轉(zhuǎn)移，并且因此，降低發(fā)動(dòng)機(jī)的整體效率。必須最小化冷卻空氣的量，以最大化發(fā)動(dòng)機(jī)的效率，但仍然必須使用足夠的冷卻空氣來充分冷卻渦輪翼型件，以最大化它們?cè)谶\(yùn)行期間的使用期限。各個(gè)翼型件包括大體凹形的壓力側(cè)壁，以及相對(duì)的大體凸形的吸力側(cè)壁，它們沿著從翼型件基部到翼型件末端的翼展沿縱向或沿徑向向外延伸，以及沿軸向沿弦向方向在前緣和后緣之間延伸。對(duì)于渦輪葉片，翼型件翼展從徑向內(nèi)部平臺(tái)處的根部延伸到與周圍的渦輪護(hù)罩隔開的徑向外部末端。對(duì)于渦輪導(dǎo)葉，翼型件從與徑向內(nèi)部帶集成的根部延伸到與外部帶集成的徑向外部末端。
[0005]各個(gè)渦輪翼型件在前緣后面的厚度最初還增大，并且接著厚度減小為相對(duì)薄或尖銳的后緣，其中，壓力側(cè)壁和吸力側(cè)壁連結(jié)在一起。翼型件的較寬的部分具有足夠的內(nèi)部空間，用于容納各種形式的內(nèi)部冷卻回路和用于加強(qiáng)翼型件內(nèi)的熱傳遞冷卻的紊流器，然而相對(duì)薄的后緣具有對(duì)應(yīng)地受到限制的內(nèi)部冷卻空間。
[0006]各個(gè)翼型件典型地包括延伸通過其側(cè)壁的多排薄膜冷卻孔，該多排薄膜冷卻孔從內(nèi)部回路中排出用過的冷卻空氣。薄膜冷卻孔典型地沿向后方向朝后緣傾斜，并且在翼型件的外表面上產(chǎn)生冷卻空氣薄膜，冷卻空氣薄膜提供隔熱空氣表層，用于額外地保護(hù)免受在運(yùn)行期間在翼型件表面上面流動(dòng)的熱的燃燒氣體。
[0007]薄后緣典型地受一排后緣冷卻槽口保護(hù)，該排后緣冷卻槽口在后緣上游不遠(yuǎn)處的引出口處突破壓力側(cè)壁，用于排出其上面的薄膜冷卻空氣。各個(gè)后緣冷卻槽口具有在壓力偵忡的出口孔口，該出口孔口在引出口處開始，并且在徑向方向上可被沿軸向延伸的分隔件的后端處的暴露的槽脊(限定冷卻槽口)限制，或者可不被其限制。
[0008]軸向分隔件可與翼型件的壓力側(cè)和吸力側(cè)集成地形成，并且它們本身必須被通過從而限定的冷卻槽口排出的空氣冷卻。分隔件典型地沿后向方向朝后緣會(huì)聚，以使冷卻槽口以淺發(fā)散角朝后緣發(fā)散，該淺發(fā)散角有助于排出的冷卻空氣擴(kuò)散，沿著分隔件的側(cè)部只有較少的(如果有的話)流分離。
[0009]后緣冷卻槽口的空氣動(dòng)力學(xué)性能和冷卻性能與冷卻槽口和插置分隔件的特定構(gòu)造直接相關(guān)。冷卻槽口的流域調(diào)節(jié)通過冷卻槽口排出的冷卻空氣的流，并且冷卻槽口的幾何形狀影響其冷卻性能。
[0010]冷卻槽口的發(fā)散角或擴(kuò)散角可實(shí)現(xiàn)排出的冷卻空氣的不合乎需要的流分離，這將降低性能和排出空氣的冷卻效力。這還增加損失，該損失影響渦輪效率。薄后緣的在單獨(dú)的冷卻槽口正下方的部分被排出的冷卻空氣有效地冷卻，其中，排出的空氣還分配在分隔件的后端處的暴露的插置槽脊上面。槽脊是與吸力側(cè)壁集成地形成的壓力側(cè)壁的實(shí)心部分，并且在冷卻方面必須依賴從相鄰的后緣冷卻槽口中排出的空氣。
[0011]盡管這些出口槽脊的大小較小，以及后緣冷卻槽口的冷卻性能顯著，然而渦輪翼型件的薄后緣典型地限制那些翼型件的壽命，因?yàn)樵谌細(xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的惡劣環(huán)境中，翼型件的運(yùn)行溫度高。
[0012]因此，期望提供渦輪翼型件，其具有改進(jìn)的后緣冷卻和冷卻槽口，用于提高翼型件耐用性和發(fā)動(dòng)機(jī)性能。還期望最小化用于后緣冷卻的冷卻流的量，以便最大化渦輪和發(fā)動(dòng)機(jī)的燃料效率。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0013]燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪翼型件包括沿寬度方向間隔開的壓力側(cè)壁和吸力側(cè)壁，它們沿著從翼型件基部到翼型件末端的翼展向外延伸，并且在相對(duì)的前緣和后緣之間沿弦向延伸。沿翼展方向的成排的沿翼展方向間隔開的分叉式后緣冷卻孔包封在壓力側(cè)壁中，并且在沿弦向基本上延伸到后緣的對(duì)應(yīng)的沿翼展方向間隔開的后緣冷卻槽口處結(jié)束。冷卻孔彼此由沿軸向延伸的孔間分隔件分開。冷卻孔中的各個(gè)包括在相鄰的成對(duì)孔間分隔件之間的收斂發(fā)散入口。收斂發(fā)散入口包括成下游連續(xù)冷卻流關(guān)系的收斂入口區(qū)段、喉部和發(fā)散入口區(qū)段。向下游延伸向后緣的軸向孔內(nèi)分隔件使冷卻孔分叉成在發(fā)散入口區(qū)段的下游和后面的沿翼展方向間隔開的上部發(fā)散區(qū)段和沿翼展方向發(fā)散的下部發(fā)散區(qū)段。孔內(nèi)分隔件的前端將發(fā)散入口區(qū)段的后部端或下游端分成或分為沿翼展方向隔開的上部入口流徑和下部入口流徑，它們分別通往上部發(fā)散區(qū)段和下部發(fā)散區(qū)段。上部發(fā)散區(qū)段和下部發(fā)散區(qū)段通入后緣冷卻槽口中。
[0014]入口可為在發(fā)散入口區(qū)段上游的面積恒定的入口。面積恒定的入口具有向下游延伸的第一長(zhǎng)度，并且包括計(jì)量區(qū)段，該計(jì)量區(qū)段具有恒定的面積流橫截面、恒定的寬度，以及通過整個(gè)第一長(zhǎng)度的恒定高度。
[0015]壓力側(cè)壁和吸力側(cè)壁包括分別在孔中的壓力側(cè)壁表面和吸力側(cè)壁表面，并且壓力側(cè)壁表面可在整個(gè)上部發(fā)散區(qū)段和下部發(fā)散區(qū)段中為平坦的。寬度可在孔的上部發(fā)散區(qū)段和下部發(fā)散區(qū)段中為恒定的。
[0016]槽脊可設(shè)置在后緣冷卻槽口中的沿翼展方向的相鄰后緣冷卻槽口之間，并且槽口底面可在槽脊之間設(shè)置在后緣冷卻槽口中。槽脊可與圍繞冷卻槽口中的各個(gè)的壓力側(cè)壁的外表面共面或齊平。備選地，槽脊遠(yuǎn)離外表面以在0-5度之間的范圍中的槽脊角成角度。
[0017]發(fā)散區(qū)段可具有跑道形流橫截面。跑道形流橫截面包括在沿翼展方向隔開的圓形或半圓形內(nèi)部和外部端部區(qū)段之間的具有角部半徑的長(zhǎng)方形區(qū)段。具有圓角半徑的圓角在槽脊和槽口底面之間的槽口角部中，并且圓角半徑在大小上與流橫截面的角部半徑基本上相同。
[0018]上部發(fā)散區(qū)段和下部發(fā)散區(qū)段中的至少一個(gè)可包括凸起底面，該凸起底面向下游延伸，并且至少部分地延伸通過冷卻槽口。凸起底面中的各個(gè)包括成下游連續(xù)關(guān)系的在上部發(fā)散區(qū)段和下部發(fā)散區(qū)段中的平直或彎曲的斜上部、在后緣冷卻槽口中的平直或彎曲的斜降部，以及在斜上部和斜降部之間的過渡區(qū)段。斜上部從上部發(fā)散區(qū)段和下部發(fā)散區(qū)段中的吸力側(cè)壁表面向上斜升。斜降部向下斜降，并且向下游從過渡區(qū)段延伸到后緣。
[0019]槽脊可朝槽口底面且遠(yuǎn)離壓力側(cè)壁的外表面和槽脊成角度，并且與后緣上游的槽口底面相交。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0020]在結(jié)合附圖進(jìn)行的以下描述中闡明本發(fā)明的前述方面和其它特征，其中:
圖1是具有分叉冷卻孔的渦輪導(dǎo)葉和轉(zhuǎn)子葉片翼型件的示例性實(shí)施例的縱向截面圖，該分叉冷卻孔在沿翼展方向間隔開的后緣冷卻槽口處達(dá)到頂點(diǎn)。
[0021]圖2是圖1中示出的葉片的放大視圖。
[0022]圖3是冷卻孔的壓力側(cè)截面圖，其中，分叉入口的后面是分叉擴(kuò)散區(qū)段，分叉入口通入圖2中示出的后緣冷卻槽口中的兩個(gè)中。
[0023]圖4是兩個(gè)擴(kuò)散區(qū)段中的一個(gè)及其對(duì)應(yīng)的后緣冷卻槽口的、通過圖3中的4-4得到的橫截面示意圖。
[0024]圖5是圖3中示出的后緣冷卻槽口的向上游看的透視圖。
[0025]圖6是寬度恒定的計(jì)量區(qū)段中的伸長(zhǎng)的流橫截面的、通過圖3中的6-6得到的橫截面示意圖。
[0026]圖7是擴(kuò)散區(qū)段中的伸長(zhǎng)的流橫截面的、通過圖3中的7-7得到的橫截面示意圖。
[0027]圖8是具有四個(gè)相等的角部半徑的跑道形流橫截面的橫截面示意圖。
[0028]圖9是備選跑道形流橫截面的橫截面示意圖，備選跑道形流橫截面比圖8中示出的跑道形流橫截面具有更大的寬高比。
[0029]圖10是具有不相等的頂部和底部角部半徑的備選流橫截面的橫截面示意圖。
[0030]圖11是伸長(zhǎng)且完全彎曲且包括彎曲的四分之一邊的另一個(gè)備選流橫截面的橫截面示意圖。
[0031]圖12是冷卻孔和后緣冷卻槽口中的凸起底面的彎曲斜上部和斜降部的橫截面示意圖。
[0032]圖13是具有恒定寬度和恒定高度的計(jì)量區(qū)段的備選入口的壓力側(cè)截面圖。
[0033]圖14是圖3中的計(jì)量區(qū)段中的一個(gè)的透視圖。

【具體實(shí)施方式】
[0034]圖1中示出的是示例性燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)高壓渦輪級(jí)10，其圍繞發(fā)動(dòng)機(jī)中心線軸線8被界定，并且定位在燃燒器20和低壓渦輪(LPT) 24之間。燃燒器20使燃料與加壓空氣混合，用于產(chǎn)生熱的燃燒氣體19，熱的燃燒氣體19向下游流過渦輪。
[0035]高壓渦輪級(jí)10包括高壓渦輪(HPT) 22上游的渦輪噴嘴28，熱的燃燒氣體19從燃燒器20中通過高壓渦輪(HPT) 22排出。本文示出的高壓渦輪22的示例性實(shí)施例包括至少一排沿周向間隔開的高壓渦輪葉片32。渦輪葉片32中的各個(gè)包括與平臺(tái)14集成地形成的渦輪翼型件12，以及用來將渦輪葉片安裝在支承轉(zhuǎn)子盤17的周界上的軸向入口燕尾件16。
[0036]參照?qǐng)D2，翼型件12沿著從葉片平臺(tái)14上的翼型件基部34到翼型件末端36的翼展S沿徑向向外延伸。在運(yùn)行期間，熱的燃燒氣體19在發(fā)動(dòng)機(jī)中產(chǎn)生，并且在渦輪翼型件12上面向下游流動(dòng)，渦輪翼型件12從熱的燃燒氣體19中抽取能量，用于使支承葉片的盤旋轉(zhuǎn)，用于對(duì)壓縮機(jī)(未顯示)提供功率。加壓空氣18的一部分被適合地冷卻，并且流到葉片，用于在運(yùn)行期間冷卻葉片。
[0037]翼型件12包括沿寬度方向間隔開的大體凹形的壓力側(cè)壁42和凸形吸力側(cè)壁44。壓力側(cè)壁42和吸力側(cè)壁44沿著從翼型件基部34到翼型件末端36的翼展S，沿縱向或沿徑向向外延伸。側(cè)壁還沿弦向方向C在相對(duì)的前緣LE和后緣TE之間沿軸向延伸。翼型件12是中空的，其中，壓力側(cè)壁42和吸力側(cè)壁44沿寬度方向隔開，或者在前緣LE和后緣TE之間沿側(cè)向間隔開，以在其中限定內(nèi)部冷卻腔體或回路54，用于使加壓冷卻空氣或冷卻劑流52在運(yùn)行期間循環(huán)。加壓冷卻空氣或冷卻劑流52來自加壓空氣18的從壓縮機(jī)轉(zhuǎn)移的部分。
[0038]渦輪翼型件12的寬度W增大，或者沿寬度方向從前緣LE增大到其后面的最大寬度，并且接著會(huì)聚到相對(duì)薄或銳利的后緣TE。因此，內(nèi)部冷卻回路54的大小隨翼型件的寬度W改變，并且在后緣的前面不遠(yuǎn)處是相對(duì)薄的，其中，兩個(gè)側(cè)壁集成地連結(jié)在一起，并且形成翼型件12的薄的后緣部分56。在翼型件12的該薄的后緣部分56處或其附近提供沿翼展方向間隔開的后緣冷卻槽口 66，以冷卻后緣部分56。
[0039]參照?qǐng)D3，成排38的沿翼展方向間隔開的分叉后緣冷卻孔30包封或隱藏和形成于壓力側(cè)壁42中，從而通往沿翼展方向間隔開的后緣冷卻槽口 66中的對(duì)應(yīng)的后緣冷卻槽口。冷卻孔30沿著翼展S被向下游延伸的軸向孔間分隔件80沿徑向彼此分開。后緣冷卻槽口66基本上沿弦向延伸到后緣TE。后緣冷卻孔30沿著后緣TE的翼展S設(shè)置成與內(nèi)部冷卻回路54流連通，用于在運(yùn)行期間從內(nèi)部冷卻回路54中排出冷卻劑流52。
[0040]在圖3中更具體地示出后緣冷卻孔30。冷卻孔30中的各個(gè)包括收斂發(fā)散入口 70，其位于相鄰的成對(duì)的孔間分隔件80之間。入口 70包括成下游連續(xù)流關(guān)系的收斂入口區(qū)段106、喉部104和發(fā)散入口區(qū)段108。向下游延伸向后緣TE的軸向孔內(nèi)分隔件68使冷卻孔30分叉成在發(fā)散入口區(qū)段108的下游和后面的沿翼展方向間隔開且沿翼展方向發(fā)散的上部發(fā)散區(qū)段102和下部發(fā)散區(qū)段103。孔內(nèi)分隔件68的前端72將發(fā)散入口區(qū)段108的后端或下游端110分成或分為沿翼展方向間隔開的上部入口流徑112和下部入口流徑114，從而分別通往上部發(fā)散區(qū)段102和下部發(fā)散區(qū)段103。分隔件68的前端72是具有基部直徑73的半圓形，該半圓形限定上部發(fā)散區(qū)段102和下部發(fā)散區(qū)段103的開端。
[0041]上部發(fā)散區(qū)段102和下部發(fā)散區(qū)段103中的各個(gè)通入后緣冷卻槽口 66中的一個(gè)中，并且對(duì)槽口供應(yīng)冷卻空氣或冷卻劑流52，用于薄膜冷卻。后緣冷卻槽口 66在上部發(fā)散區(qū)段102和下部發(fā)散區(qū)段103中各個(gè)的下游端69處的引出口 58處開始。本文示出的后緣冷卻槽口 66實(shí)施例沿由翼展S限定的翼展方向發(fā)散?？變?nèi)分隔件68向下游從發(fā)散入口區(qū)段108的下游端110的上部流徑112和下部流徑114延伸向后緣TE，并且使上部發(fā)散區(qū)段102和下部發(fā)散區(qū)段103彼此分開。
[0042]參照?qǐng)D3-5，上部發(fā)散區(qū)段102和下部發(fā)散區(qū)段103中的各個(gè)的沿翼展方向的高度H限定在相應(yīng)的孔內(nèi)分隔件68和孔間分隔件80的上部孔表面46和下部孔表面48之間(如圖3中示出的)。上部發(fā)散區(qū)段102和下部發(fā)散區(qū)段103中的各個(gè)的孔寬度W在上部發(fā)散區(qū)段102和下部發(fā)散區(qū)段103中的各個(gè)中限定在相應(yīng)的壓力側(cè)壁42和吸力側(cè)壁44的壓力側(cè)壁表面39和吸力側(cè)壁表面40之間，如圖4中示出的。后緣冷卻槽口 66包括槽口底面51，槽口底面51通往且暴露于傳送通過高壓渦輪22的熱的燃燒氣體19。槽口底面51沿著吸力側(cè)壁44延伸整個(gè)第三長(zhǎng)度L3。
[0043]參照?qǐng)D6和7，上部發(fā)散區(qū)段102和下部發(fā)散區(qū)段103中的各個(gè)具有大體沿翼展方向伸長(zhǎng)的流橫截面74，并且沿翼展方向的高度H基本上大于孔寬度W。上部發(fā)散區(qū)段102和下部發(fā)散區(qū)段103中的各個(gè)具有范圍為大約2:1至10:1的高寬比H/W(參見圖4-10)。相應(yīng)的壓力側(cè)壁42和吸力側(cè)壁44的壓力側(cè)壁表面39和吸力側(cè)壁表面40沿寬度方向限制孔30。上部發(fā)散區(qū)段102和下部發(fā)散區(qū)段103和后緣冷卻槽口 66具有沿下游延伸的相應(yīng)的第二長(zhǎng)度L2和第三長(zhǎng)度L3,如圖3中不出的。
[0044]在圖4中示出的上部發(fā)散區(qū)段102和下部發(fā)散區(qū)段103的實(shí)施例具有通過上部發(fā)散區(qū)段102和下部發(fā)散區(qū)段103的固定或恒定的寬度W，并且壓力側(cè)壁表面39和吸力側(cè)壁表面40在上部發(fā)散區(qū)段102和下部發(fā)散區(qū)段103的整個(gè)第二長(zhǎng)度L2上是平行的。壓力側(cè)壁表面39在發(fā)散區(qū)段的整個(gè)第二長(zhǎng)度L2上是扁平或平坦的。在冷卻孔30的該實(shí)施例中，吸力側(cè)壁表面40在整個(gè)上部發(fā)散區(qū)段102和下部發(fā)散區(qū)段103以及它們的對(duì)應(yīng)的第二長(zhǎng)度L2上是扁平或平坦的。槽口底面51與孔30中的吸力側(cè)壁表面40共面。在圖3中示出以及在圖4中以實(shí)線示意性地示出的后緣冷卻孔30的實(shí)施例中，上部發(fā)散區(qū)段102和下部發(fā)散區(qū)段103具有恒定寬度W。上部發(fā)散區(qū)段102和下部發(fā)散區(qū)段103沿翼展方向發(fā)散。
[0045]冷卻孔30的上部發(fā)散區(qū)段102和下部發(fā)散區(qū)段103通入后緣冷卻槽口 66中，后緣冷卻槽口 66在向前或向上游與后緣TE間隔開的引出口唇緣49處突破壓力側(cè)壁42的外表面43。各個(gè)后緣冷卻槽口 66沿徑向或沿翼展方向由孔內(nèi)分隔件68和孔間分隔件80的后端116處的暴露的槽脊50限制。如圖4中的實(shí)線示出的，槽脊50與圍繞暴露的冷卻槽口 66中的各個(gè)的壓力側(cè)壁42的外表面43共面或齊平，包括在其間沿徑向延伸的公共引出口唇緣49。這最大化翼型件的壓力側(cè)的流連續(xù)性。
[0046]參照?qǐng)D4和5，槽口表面60沿寬度方向在槽脊50之間沿著槽口底面51延伸。在槽脊50和槽口底面51之間的槽口角部64中的圓角62具有圓角半徑RF，圓角半徑RF可在底部角部半徑RT附近具有與發(fā)散區(qū)段102的流橫截面74的底部角部半徑RT基本上相同的大小。圓角半徑RF有助于后緣冷卻槽口 66的可鑄性。圓角半徑RF通過以下方式來幫助改進(jìn)槽脊50的冷卻:將后緣冷卻槽口中的冷卻劑流52從槽口底面51重新分配到槽脊50，以便使冷卻劑流52薄膜更均勻地覆蓋在槽口底面51和槽脊50上。
[0047]槽脊50的另一個(gè)實(shí)施例在圖4中以虛線示出，并且提供槽脊50，其不與圍繞暴露的冷卻槽口 66中的各個(gè)的壓力側(cè)壁42的外表面43共面或齊平。槽脊50可朝槽口底面51且遠(yuǎn)離壓力側(cè)壁42的外表面43成更大的角度。槽脊50可遠(yuǎn)離外表面43以在0_5度之間的范圍中的槽脊角A3成角度，并且槽脊50可與后緣TE上游的槽口底面51相交。
[0048]圖3-6中示出的流橫截面74的實(shí)施例具有跑道形流橫截面74，其具有在沿翼展方向或沿徑向間隔開的圓形或半圓形內(nèi)部端部區(qū)段82和外部端部區(qū)段84之間的長(zhǎng)方形區(qū)段75。在圖8-11中示出適合流橫截面74的四個(gè)示例性形狀。圖8中示出的跑道形流橫截面74沿翼展方向伸長(zhǎng)，具有四個(gè)相等的角部半徑R，并且具有范圍為0.25-0.50的寬高比W/H。圖9中示出的跑道形流橫截面74沿翼展方向伸長(zhǎng)，具有四個(gè)相等的角部半徑R，并且具有范圍為0.15-0.50的寬高比W/H。圖10中示出的跑道形流橫截面74類似于圖8中示出的跑道形流橫截面，但具有不相等的頂部角部半徑RB和底部角部半徑RT。角部比RB/RT的示例性范圍為1-3。圖11中示出的跑道形流橫截面74沿翼展方向伸長(zhǎng)并且完全彎曲，并且包括彎曲的四分之一邊78，彎曲的四分之一邊78可為橢圓形、拋物線形或多項(xiàng)式的混合。
[0049]冷卻孔30、后緣冷卻槽口 66和槽脊50是鑲鑄式冷卻特征。鑄造這些特征對(duì)翼型件和葉片和導(dǎo)葉提供良好的強(qiáng)度、低制造成本和耐用性。具有在沿翼展方向或沿徑向間隔開的圓形或半圓形內(nèi)部端部區(qū)段82和外部端部區(qū)段84之間的長(zhǎng)方形區(qū)段75的跑道形流橫截面74提供良好的冷卻流特性，這減少冷卻翼型件所需的冷卻劑流52的量。角部半徑R有助于這些冷卻特征的良好的冷卻、鑄造能力和強(qiáng)度，并且特別地，幫助冷卻槽脊50，從而減少使用的冷卻劑流52的量。
[0050]在圖3和5中示出的冷卻孔30和后緣冷卻槽口 66的實(shí)施例包括發(fā)散的后緣冷卻槽口 66。發(fā)散的上部發(fā)散區(qū)段102和下部發(fā)散區(qū)段103和對(duì)應(yīng)的后緣冷卻槽口 66可分別以不同的第一發(fā)散角I和第二發(fā)散角2發(fā)散,如圖3中不出的。冷卻孔30和后緣冷卻槽口66的發(fā)散區(qū)段的沿翼展方向的高度H沿下游方向D增大。相對(duì)于槽脊的更有利于使冷卻劑流52在引出口處接觸槽脊的流動(dòng)角由冷卻孔30的發(fā)散區(qū)段的擴(kuò)展角Al以及冷卻槽口和發(fā)散區(qū)段的發(fā)散角之間的差(即，A2-A1)設(shè)置。
[0051]發(fā)散的上部發(fā)散區(qū)段102和下部發(fā)散區(qū)段103使引出口 58處的流覆蓋范圍擴(kuò)大，將后緣冷卻槽口中的冷卻劑流52從槽口底面51重新分配到槽脊50，以便使冷卻劑流52薄膜更均勻地覆蓋在槽口底面51和槽脊50上。發(fā)散的上部發(fā)散區(qū)段102和下部發(fā)散區(qū)段103的恒定寬度W幫助使冷卻劑流52保持完全附連在發(fā)散區(qū)段中。
[0052]這進(jìn)而允許槽口底面51的表面積增大，以及允許槽脊50的表面積減小。上部發(fā)散區(qū)段102和下部發(fā)散區(qū)段103的恒定寬度W幫助在引出口處相對(duì)于槽脊50設(shè)置更有利于使更多冷卻劑流52接觸槽脊的流動(dòng)角。在上部發(fā)散區(qū)段102和下部發(fā)散區(qū)段103的整個(gè)第二長(zhǎng)度L2上的平坦的壓力側(cè)壁表面39也幫助在引出口處相對(duì)于槽脊50設(shè)置更有利于使更多冷卻劑流52接觸槽脊的流動(dòng)角。冷卻孔30的恒定寬度和單獨(dú)的平坦的壓力側(cè)壁表面39幫助使冷卻劑流52流保持附連在槽口的擴(kuò)展區(qū)段中。
[0053]冷卻孔30的另一個(gè)實(shí)施例在圖4中以虛線示出，并且在相應(yīng)的壓力側(cè)壁42和吸力側(cè)壁44的壓力側(cè)壁表面39和吸力側(cè)壁表面40之間的孔30的上部發(fā)散區(qū)段102和下部發(fā)散區(qū)段103內(nèi)提供可變寬度WV，而非恒定寬度W?？勺儗挾萕V由凸起的底面88提供，凸起的底面88向下游延伸通過上部發(fā)散區(qū)段102和下部發(fā)散區(qū)段103的至少一部分，并且延伸到冷卻槽口 66，并至少部分地延伸通過冷卻槽口 66。凸起的底面88包括成下游連續(xù)關(guān)系的上部發(fā)散區(qū)段102和下部發(fā)散區(qū)段103中的平坦或彎曲的斜上部90、后緣冷卻槽口 66中的平坦或彎曲的斜降部94，以及在斜上部90和斜降部94之間的過渡區(qū)段92。
[0054]在圖4中示出平坦的斜上部90和斜降部94，并且在圖12中示出彎曲的斜上部90和斜降部94和彎曲的過渡區(qū)段92。斜上部90從上部發(fā)散區(qū)段102和下部發(fā)散區(qū)段103中的各個(gè)中的吸力側(cè)壁表面40傾斜向上升，并且向下游延伸。斜降部94從過渡區(qū)段92傾斜向下降，并且從過渡區(qū)段92向下游延伸到后緣TE。過渡區(qū)段92可為平坦或彎曲的?？墒褂秘惾麪枠訔l來設(shè)計(jì)和構(gòu)建彎曲的斜上部90和斜降部94和彎曲的過渡區(qū)段92。
[0055]孔30的該可變寬度WV的上部發(fā)散區(qū)段102和下部發(fā)散區(qū)段103幫助使冷卻劑流52的出口速度和熱的燃燒氣體沿著引出口處的壓力側(cè)壁42的外表面43的氣體速度保持大約相等以最小化空氣損失和對(duì)渦輪效率產(chǎn)生的消極作用。
[0056]在圖13和14中示出備選的恒定面積入口 70。備選的入口 70包括恒定寬度W和恒定高度H的計(jì)量區(qū)段100。計(jì)量區(qū)段100具有恒定面積的流橫截面74。計(jì)量區(qū)段100具有向下游延伸的第一長(zhǎng)度LI，在計(jì)量區(qū)段100下游的是發(fā)散入口區(qū)段108，如圖3中示出的?？變?nèi)分隔件68的前端72將發(fā)散入口區(qū)段108的后端或下游端110分成或分為沿翼展方向間隔開的上部入口流徑112和下部入口流徑114，它們分別通往上部發(fā)散區(qū)段102和下部發(fā)散區(qū)段103，如圖3中示出的。
[0057]計(jì)量區(qū)段100的向下游延伸的第一長(zhǎng)度LI具有水力直徑Dh= (4*A)/P，其中A=流面積，并且P=計(jì)量區(qū)段100的流面積的“濕潤(rùn)”周長(zhǎng)，如圖3中示出的。本文示出的計(jì)量區(qū)段100具有優(yōu)選的第一長(zhǎng)度LI，其等于水力直徑的1.5倍(1.5*Dh)。
[0058]本發(fā)明已經(jīng)以說明性方式描述。將理解，所使用的術(shù)語意圖具有詞語的描述而非限制的性質(zhì)。雖然已經(jīng)在本文中描述了被認(rèn)為是本發(fā)明的優(yōu)選且示例性的實(shí)施例，但是從本文的教導(dǎo)，本發(fā)明的其它修改將對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員顯而易見，并且因此，期望在所附權(quán)利要求中保護(hù)落在本發(fā)明的真正精神和范圍內(nèi)的所有此類修改。
[0059]因此，期望通過美國專利特許證所保護(hù)的是在以下權(quán)利要求中限定和區(qū)分的本發(fā)明。
【權(quán)利要求】
1.一種燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪翼型件，包括: 沿寬度方向間隔開的壓力側(cè)壁和吸力側(cè)壁，它們沿著從翼型件基部到翼型件末端的翼展向外延伸； 所述壓力側(cè)壁和所述吸力側(cè)壁在相對(duì)的前緣和后緣之間沿弦向延伸； 沿翼展方向成排的沿翼展方向間隔開的分叉式后緣冷卻孔，其包封在所述壓力側(cè)壁中，并且在對(duì)應(yīng)的沿翼展方向間隔開的后緣冷卻槽口處結(jié)束，所述后緣冷卻槽口沿弦向基本上延伸到所述后緣； 沿軸向延伸的孔間分隔件，其沿翼展方向使所述冷卻孔彼此分開； 所述冷卻孔中的各個(gè)包括在相鄰的成對(duì)的孔間分隔件之間的入口； 所述入口包括發(fā)散的入口區(qū)段； 軸向孔內(nèi)分隔件，其向下游延伸向所述后緣，從而使所述冷卻孔在所述發(fā)散入口區(qū)段的下游和后部，分叉為沿翼展方向間隔開的上部發(fā)散區(qū)段和沿翼展方向發(fā)散的下部發(fā)散區(qū)段； 所述孔內(nèi)分隔件的前端將所述發(fā)散入口區(qū)段的后端或下游端分成或分為沿翼展方向間隔開的上部入口流徑和下部入口流徑，它們分別通往所述上部發(fā)散區(qū)段和所述下部發(fā)散區(qū)段；以及 所述冷卻孔中的每一個(gè)的所述上部發(fā)散區(qū)段和所述下部發(fā)散區(qū)段通入所述后緣冷卻槽口中的對(duì)應(yīng)的一個(gè)中。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的翼型件，其特征在于，所述翼型件進(jìn)一步包括，沿翼展方向的高度基本上大于通過所述上部發(fā)散區(qū)段和所述下部發(fā)散區(qū)段的孔寬度。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的翼型件，其特征在于，所述翼型件進(jìn)一步包括，在所述孔中的所述壓力側(cè)壁和所述吸力側(cè)壁的相應(yīng)的壓力側(cè)壁表面和吸力側(cè)壁表面，和所述壓力側(cè)壁表面在整個(gè)上部發(fā)散區(qū)段和下部發(fā)散區(qū)段上是平坦的。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的翼型件，其特征在于，所述翼型件進(jìn)一步包括，寬度在所述上部發(fā)散區(qū)段和所述下部發(fā)散區(qū)段上是恒定的。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的翼型件，其特征在于，所述翼型件進(jìn)一步包括設(shè)置在所述后緣冷卻槽口中的沿翼展方向相鄰的后緣冷卻槽口之間的槽脊，以及在所述槽脊之間設(shè)置在所述后緣冷卻槽口中的槽口底面。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的翼型件，其特征在于，所述翼型件進(jìn)一步包括，所述槽脊遠(yuǎn)離所述外表面以在0-5度之間的范圍中的槽脊角成角度。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的翼型件，其特征在于，所述翼型件進(jìn)一步包括，所述槽脊與圍繞所述冷卻槽口中的各個(gè)的所述壓力側(cè)壁的外表面共面或齊平。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的翼型件，其特征在于，所述翼型件進(jìn)一步包括，所述入口為收斂發(fā)散入口，包括處于下游連續(xù)流關(guān)系的收斂入口區(qū)段、喉部和所述發(fā)散入口區(qū)段。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的翼型件，其特征在于，所述翼型件進(jìn)一步包括: 沿翼展方向的高度基本上大于通過所述上部和下部發(fā)散區(qū)段的孔寬度， 在所述孔中的所述壓力側(cè)壁和所述吸力側(cè)壁的相應(yīng)的壓力側(cè)壁表面和吸力側(cè)壁表面，和所述壓力側(cè)壁表面在整個(gè)上部發(fā)散區(qū)段和下部發(fā)散區(qū)段上是平坦的， 所述寬度在所述上部發(fā)散區(qū)段和所述下部發(fā)散區(qū)段上是恒定的，以及 設(shè)置在所述后緣冷卻槽口中的沿翼展方向相鄰的后緣冷卻槽口之間的槽脊，以及在所述槽脊之間設(shè)置在所述后緣冷卻槽口中的槽口底面。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的翼型件，其特征在于，所述翼型件進(jìn)一步包括，所述槽脊與圍繞所述冷卻槽口中的各個(gè)的所述壓力側(cè)壁的外表面共面或齊平。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的翼型件，其特征在于，所述翼型件進(jìn)一步包括所述上部發(fā)散區(qū)段和所述下部發(fā)散區(qū)段中的各個(gè)和所述后緣冷卻槽口中的對(duì)應(yīng)的后緣冷卻槽口分別以不同的第一發(fā)散角和第二發(fā)散角發(fā)散。
12.根據(jù)權(quán)利要求5所述的翼型件，其特征在于，所述翼型件進(jìn)一步包括: 所述上部發(fā)散區(qū)段和所述下部發(fā)散區(qū)段中的各個(gè)具有跑道形流橫截面， 所述跑道形流橫截面包括在沿翼展方向間隔開的圓形或半圓形內(nèi)部端部區(qū)段和外部端部區(qū)段之間的長(zhǎng)方形區(qū)段， 所述跑道形流橫截面包括在沿翼展方向間隔開的圓形或半圓形內(nèi)部端部區(qū)段和外部端部區(qū)段之間的具有角部半徑的長(zhǎng)方形區(qū)段， 在所述槽脊和所述槽口底面之間的槽口角部中的圓角，以及 所述圓角具有大小與所述流橫截面的角部半徑基本上相同的圓角半徑。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的翼型件，其特征在于，所述翼型件進(jìn)一步包括，所述槽脊與圍繞所述冷卻槽口中的各個(gè)的所述壓力側(cè)壁的外表面共面或齊平。
14.根據(jù)權(quán)利要求12所述的翼型件，其特征在于，所述翼型件進(jìn)一步包括，所述槽脊遠(yuǎn)離所述外表面以在0-5度之間的范圍中的槽脊角成角度。
15.根據(jù)權(quán)利要求13所述的翼型件，其特征在于，所述翼型件進(jìn)一步包括，所述上部發(fā)散區(qū)段和所述下部發(fā)散區(qū)段中的各個(gè)和所述后緣冷卻槽口中的對(duì)應(yīng)的后緣冷卻槽口分別以不同的第一發(fā)散角和第二發(fā)散角發(fā)散。
16.根據(jù)權(quán)利要求5所述的翼型件，其特征在于，所述翼型件進(jìn)一步包括所述上部發(fā)散區(qū)段和所述下部發(fā)散區(qū)段中的各個(gè)和所述后緣冷卻槽口中的對(duì)應(yīng)的后緣冷卻槽口分別以不同的第一發(fā)散角和第二發(fā)散角發(fā)散。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的翼型件，其特征在于，所述翼型件進(jìn)一步包括，所述槽脊與圍繞所述冷卻槽口中的各個(gè)的所述壓力側(cè)壁的外表面共面或齊平。
18.根據(jù)權(quán)利要求16所述的翼型件，其特征在于，所述翼型件進(jìn)一步包括，所述槽脊遠(yuǎn)離所述外表面以在0-5度之間的范圍中的槽脊角成角度。
19.根據(jù)權(quán)利要求5所述的翼型件，其特征在于，所述翼型件進(jìn)一步包括: 所述冷卻孔中的至少一個(gè)包括凸起底面，所述凸起底面向下游延伸通過所述上部發(fā)散區(qū)段和所述下部發(fā)散區(qū)段中的各個(gè)的至少一部分，并且延伸到所述對(duì)應(yīng)的冷卻槽口中，并且至少部分地延伸通過所述對(duì)應(yīng)的冷卻槽口； 所述凸起底面包括成下游連續(xù)關(guān)系的在所述發(fā)散區(qū)段中的平直斜上部、在所述后緣冷卻槽口中的平直斜降部，以及在所述斜上部和所述斜降部之間的過渡區(qū)段； 所述斜上部從所述吸力側(cè)壁表面向上斜升，并且向下游延伸；以及 所述斜降部向下斜降，并且向下游從所述過渡區(qū)段延伸到所述后緣。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的翼型件，其特征在于，所述翼型件進(jìn)一步包括，所述槽脊與圍繞所述冷卻槽口中的各個(gè)的所述壓力側(cè)壁的外表面共面或齊平。
21.根據(jù)權(quán)利要求20所述的翼型件，其特征在于，所述翼型件進(jìn)一步包括，所述入口為收斂發(fā)散入口，包括成下游連續(xù)流關(guān)系的收斂入口區(qū)段、喉部和所述發(fā)散入口區(qū)段。
22.根據(jù)權(quán)利要求21所述的翼型件，其特征在于，所述翼型件進(jìn)一步包括: 沿翼展方向的高度基本上大于通過所述上部發(fā)散區(qū)段和所述下部發(fā)散區(qū)段的孔寬度，在所述孔中的所述壓力側(cè)壁和所述吸力側(cè)壁的相應(yīng)的壓力側(cè)壁表面和吸力側(cè)壁表面，和所述壓力側(cè)壁表面在整個(gè)所述上部發(fā)散區(qū)段和所述下部發(fā)散區(qū)段上是平坦的， 所述寬度在所述上部發(fā)散區(qū)段和所述下部發(fā)散區(qū)段上是恒定的，以及設(shè)置在所述后緣冷卻槽口中的沿翼展方向相鄰的后緣冷卻槽口之間的槽脊，以及在所述槽脊之間設(shè)置在所述后緣冷卻槽口中的槽口底面。
23.根據(jù)權(quán)利要求22所述的翼型件，其特征在于，所述翼型件進(jìn)一步包括所述上部發(fā)散區(qū)段和所述下部發(fā)散區(qū)段中的各個(gè)和所述后緣冷卻槽口中的對(duì)應(yīng)的后緣冷卻槽口分別以不同的第一發(fā)散角和第二發(fā)散角發(fā)散。
24.根據(jù)權(quán)利要求1所述的翼型件，其特征在于，所述翼型件進(jìn)一步包括: 所述入口是在所述發(fā)散入口區(qū)段上游的面積恒定的入口， 所述入口具有向下游延伸的第一長(zhǎng)度， 所述入口包括計(jì)量區(qū)段，所述計(jì)量區(qū)段具有面積恒定的流橫截面，以及 計(jì)量區(qū)段包括通過所述整個(gè)第一長(zhǎng)度的恒定寬度和恒定高度。
25.根據(jù)權(quán)利要求24所述的翼型件，其特征在于，所述翼型件進(jìn)一步包括: 沿翼展方向的高度基本上大于通過所述上部發(fā)散區(qū)段和所述下部發(fā)散區(qū)段的孔寬度，在所述孔中的所述壓力側(cè)壁和所述吸力側(cè)壁的相應(yīng)的壓力側(cè)壁表面和吸力側(cè)壁表面，和所述壓力側(cè)壁表面在整個(gè)所述上部發(fā)散區(qū)段和所述下部發(fā)散區(qū)段上是平坦的， 所述寬度在所述上部發(fā)散區(qū)段和所述下部發(fā)散區(qū)段上是恒定的，以及設(shè)置在所述后緣冷卻槽口中的沿翼展方向相鄰的后緣冷卻槽口之間的槽脊，以及在所述槽脊之間設(shè)置在所述后緣冷卻槽口中的槽口底面。
26.根據(jù)權(quán)利要求25所述的翼型件，其特征在于，所述翼型件進(jìn)一步包括，所述槽脊與圍繞所述冷卻槽口中的各個(gè)的所述壓力側(cè)壁的外表面共面或齊平。
27.根據(jù)權(quán)利要求25所述的翼型件，其特征在于，所述翼型件進(jìn)一步包括，所述槽脊遠(yuǎn)離所述外表面以在0-5度之間的范圍中的槽脊角成角度。
28.根據(jù)權(quán)利要求26所述的翼型件，其特征在于，所述翼型件進(jìn)一步包括所述上部發(fā)散區(qū)段和所述下部發(fā)散區(qū)段中的各個(gè)和所述后緣冷卻槽口中的對(duì)應(yīng)的后緣冷卻槽口分別以不同的第一發(fā)散角和第二發(fā)散角發(fā)散。
29.根據(jù)權(quán)利要求28所述的翼型件，其特征在于，所述翼型件進(jìn)一步包括: 所述上部發(fā)散區(qū)段和所述下部發(fā)散區(qū)段中的各個(gè)具有跑道形流橫截面， 所述跑道形流橫截面包括在沿翼展方向間隔開的圓形或半圓形內(nèi)部和外部端部區(qū)段之間的長(zhǎng)方形區(qū)段， 所述跑道形流橫截面包括在沿翼展方向間隔開的圓形或半圓形內(nèi)部和外部端部區(qū)段之間的具有角部半徑的長(zhǎng)方形區(qū)段， 在所述槽脊和所述槽口底面之間的槽口角部中的圓角，以及 所述圓角具有大小與所述流橫截面的角部半徑基本上相同的圓角半徑。
【文檔編號(hào)】F01D5/18GK104285039SQ201380024105
【公開日】2015年1月14日 申請(qǐng)日期:2013年4月11日 優(yōu)先權(quán)日:2012年5月8日
【發(fā)明者】R.F.小伯格霍爾斯, D.L.杜爾斯托克 申請(qǐng)人:通用電氣公司