翼形件結構的溝槽冷卻的制作方法
【專利說明】翼形件結構的溝槽冷卻
[0001]相關串請的交叉引用
本PCT實用申請主張對具有美國專利申請編號N0.61/842,693的標題為“翼形件結構的溝槽冷卻”且具有2013年7月3日的提交日期的當前未決臨時申請的優(yōu)先權和來自其的益處,通過引用將其全部并入本文。
[0002]聯(lián)邦發(fā)起的研究或發(fā)展的聲明
依照由美國陸軍航空技術局授予的合同N0.W911W6-11-2-0009,政府具有在本發(fā)明中的權利。
[0003]參與研究協(xié)定的團體的名稱
無。
技術領域
[0004]公開的實施例大體涉及用于冷卻翼形件的一個或更多個結構。更特定地,但是不借助于限制,本實施例涉及包括但不限于噴嘴的翼形件的溝槽冷卻。
【背景技術】
[0005]典型的燃氣渦輪發(fā)動機大體擁有前端和后端,其中,其數(shù)個芯推進構件軸向地定位在它們之間??諝馊肟诨蜻M口位于發(fā)動機的前端處。按順序朝向后端移動,進口后跟隨有:壓縮機、燃燒室、渦輪、以及在發(fā)動機的后端處的出口 /排氣口。本領域技術人員將易于理解,附加構件也可包括在燃氣渦輪發(fā)動機中,例如低壓與高壓壓縮機,和高壓與低壓渦輪。但是,這不是詳盡的列表。燃氣渦輪發(fā)動機還典型地具有內軸,其沿著發(fā)動機的中心縱向軸線布置。內軸連接至渦輪和壓縮機兩者,使得渦輪向空氣壓縮機提供旋轉輸入來驅動壓縮機葉片。
[0006]在操作中,空氣在壓縮機中被加壓并且在燃燒器中與燃料混合以用于產生向下游流動穿過渦輪級的熱燃燒氣體。這些渦輪級從燃燒氣體取得能量。高壓渦輪首先接受來自燃燒器的熱燃燒氣體并且包括定子噴嘴組件,其引導燃燒氣體向下游穿過從支撐轉子盤徑向向外延伸的一組高壓渦輪轉子葉片。在二級渦輪中,第二級定子噴嘴組件定位在第一級葉片的下游,該第一級葉片依次跟隨有從第二支撐轉子盤徑向向外延伸的一組第二級轉子葉片。渦輪將燃燒氣體能量轉化成機械能量,其中,各組定子靜葉轉動且加速燃燒氣體,來接合相鄰組的旋轉渦輪葉片。
[0007]在用于航空器和航空發(fā)動機的構件的形成中,如,例如非限制的,渦輪結構、葉片、靜葉以及護罩,各種構件通過隔熱涂層(“TBC”)與熱隔離,但是主要依靠各種類型的空氣冷卻來減少或控制溫度。例如,薄膜冷卻在構件的一個或更多個表面上方噴射冷卻空氣的薄毯,而瀉流冷卻將冷卻空氣推動穿過在構件中的由接近地分開的不連續(xù)細孔、或孔形成的格子。
[0008]利用冷卻薄膜孔,以便實現(xiàn)在部分的限制內的溫度,使得部分或構件不在燃氣渦輪發(fā)動機的高溫、壓力和應力環(huán)境下退化或變得受損。這些冷卻薄膜孔接收在航空發(fā)動機內的旁通或冷卻空氣來行進穿過部分或構件,并且提供在極限條件下的操作必須的冷卻。現(xiàn)有的冷卻薄膜孔通過在構件已經被鑄造之后將冷卻薄膜孔加工入構件形成。這增加了形成構件的工序的成本和時間。此外,為成型擴散器孔的現(xiàn)有技術高度依賴于擴散器的幾何形狀,其導孔和鑄造壁厚。
[0009]目前擴散器孔的可靠和精確檢查是困難的,并且有時需要構件的破壞性評估或切開。這是不被期望的。
[0010]如通過前述可看出,將期望克服燃氣渦輪發(fā)動機構件的冷卻系統(tǒng)的這些和其它缺點。
【發(fā)明內容】
[0011]根據(jù)本實施例,可利用一個或更多個溝槽以用于向翼形件表面提供冷卻空氣。這些溝槽與內部翼形件空腔流連通,并且利用簡單幾何形狀的冷卻薄膜孔。溝槽與翼形件的前緣分開并且相對于熱燃燒氣體流處于某一角度。
[0012]根據(jù)一些實施例,翼形件包括至少一個壁,其限定前緣、后緣、在前緣和后緣之間延伸的壓力側、和在前緣和后緣之間延伸的吸引側。翼形件在三個維度上彎曲,并且具有由至少一個壁的內表面限定的至少一個空腔。多個冷卻薄膜孔在內部空腔和至少一個溝槽之間延伸,該至少一個溝槽定位在與前緣分開的壓力側和吸引側中的至少一者上。溝槽具有與翼形件的外表面分開的底部。多個冷卻薄膜孔以不垂直于底部的某一角度延伸穿過底部。
[0013]所有上述概括的特征應理解為僅作為示范,并且可從在本文中的公開收集更多的結構和方法的特征和目的。因此,沒有對整個說明書、權利要求以及在此包括的附圖的進一步閱讀,就不能理解本總結的限制闡述。
【附圖說明】
[0014]通過參考結合附圖做出的實施例的下列說明,本公開的上述和其它特征和優(yōu)點以及獲得它們的方式將變得更顯而易見,并且翼形件結構的溝槽冷卻將被更好地理解,其中:
圖1是燃氣渦輪發(fā)動機的側視剖視圖;
圖2是示例性翼形件的軸測圖。
[0015]圖3是在翼形件中的冷卻溝槽的軸測圖;
圖4是在圖3中顯示的示例性冷卻溝槽的軸測剖視圖;
圖5是示例性噴嘴節(jié)段的軸測圖;
圖6是外端壁溝槽的軸測圖;
圖7是內端壁溝槽的軸測圖;
圖8是具有壓力側溝槽的排氣葉片的軸測圖;以及圖9是具有吸引側溝槽的排氣葉片的軸測圖。
【具體實施方式】
[0016]現(xiàn)在將詳細地參照在附圖中示出其一個或更多個實例的提供的實施例。借助于說明而不是對公開實施例的限制提供各個實例。事實上,在本實施例中可進行各種修改和變型而不脫離本公開的精神和范疇這點對于本領域專業(yè)人員是顯而易見的。例如,示出或描述為一個實施例的部分的特征可用于另一實施例以仍產生其它實施例。因此,本發(fā)明不意圖覆蓋落入所附權利要求的范圍內的這樣的修改和變型,以及它們的等同物。
[0017]參照圖1至9,其為適用于翼形件的溝槽冷卻實施例的各種實施例。溝槽與翼形件的前緣分開,并且可定位在翼形件的各種表面上。多個冷卻薄膜孔延伸穿過在溝槽內的翼形件并且隨后在翼形件的表面上方提供冷卻空氣。溝槽可以相對于燃燒氣體流的某一角度延伸并且可加工或形成為,使得其沿著3維表面的曲率來保持一致或不變的深度和寬度。在該構造中,向溝槽內供應薄膜孔,冷卻空氣展開來填充溝槽,并且然后冷卻空氣的薄膜可作為完全覆蓋薄膜在3維表面上方移動。
[0018]如在本文中所使用的,用語“軸向”或“軸向地”意指沿著發(fā)動機的縱向軸線的尺寸。結合“軸向”或“軸向地”使用的用語“向前”意指在朝向發(fā)動機入口的方向上移動、或者與另一構件相比構件相對更接近發(fā)動機入口。結合“軸向”或“軸向地”使用的用語“向后”意指在朝向發(fā)動機出口的方向上移動、或者與發(fā)動機入口相比構件相對更接近發(fā)動機出口。如在本文中所使用的,術語“徑向”和“徑向地”意指在發(fā)動機的中心縱向軸線和外部發(fā)動機環(huán)境之間延伸的尺寸。
[0019]首先參照圖1,燃氣渦輪發(fā)動機10的示意側視剖視圖顯示為具有發(fā)動機入口端部12,其中,空氣進入芯推進器13,其大體由壓縮機14、燃燒器16以及多級高壓渦輪20限定。共同地,芯推進器13在操作期間提供功率,使得燃氣渦輪發(fā)動機10可用于航空、功率產生、產業(yè)、航海等。
[0020]在操作中,空氣進入穿過燃氣渦輪發(fā)動機10的發(fā)動機入口端12,并移動穿過在其中氣壓增加并被引導至燃燒器16的至少一個壓縮級。將壓縮空氣與燃料混合并燃燒,從而提供朝向高壓渦輪20排出燃燒器16的熱燃燒氣體。在高壓渦輪20處,將能量從引起渦輪葉片的旋轉的熱燃燒氣體取出,該旋轉轉而引起第一、高壓軸24的旋轉。高壓軸24朝向發(fā)動機的前部行進,來繼續(xù)壓縮機14的一級或更多級的旋轉。風扇18通過第二、低壓軸28連接至低壓渦輪21并產生對燃氣渦輪發(fā)動機10的推進。也可利用低壓渦輪21來取得進一步的能量,并且推動額外的壓縮機級。高壓壓縮機空氣也可用來有助于冷卻發(fā)動機的構件。
[0021]燃氣渦輪發(fā)動機10繞發(fā)動機軸線26軸對稱,使得各種發(fā)動機構件繞其旋轉。軸對稱高壓軸24穿過燃氣渦輪發(fā)動機10前端延伸入后端,并且通過沿著軸結構的長度的軸承可旋轉地支撐。高壓軸24可為中空的來允許在其中且與高壓軸24的旋轉獨立的低壓軸28的旋轉。低壓軸28還可繞發(fā)動機軸線26旋轉。
[0022]現(xiàn)參照圖2,其為翼形件30的軸測圖。盡管翼形件30繪出為排氣葉片,但是各種類型的翼形件可適用于在本文中顯示的實施例,并且任何單個翼形件實施例的描述不應當被認為是限制。例如,在本文中進一步描述的冷卻溝槽