[發(fā)明專利]使用和改造用于渦輪翼面的膜冷卻增強(qiáng)裝置的方法

無(wú)效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201010157254.6
• 申請(qǐng)日: 2010-03-17
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN101839150A
• 公開(kāi)（公告）日: 2010-09-22
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: S·D·德雷珀
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 通用電氣公司
• 主分類號(hào): F01D5/18
• 分類號(hào): F01D5/18;F02C7/12
• 代理公司: 中國(guó)專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 周心志;譚祐祥

技術(shù)領(lǐng)域

本文所公開(kāi)的主題大體而言涉及燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)，且更特定而言，涉及使用和改造其中的膜冷卻增強(qiáng)裝置的方法。

背景技術(shù)

燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)大體上包括壓縮機(jī)，其對(duì)空氣進(jìn)行加壓，空氣然后與燃料在燃燒器中混合以生成熱燃燒氣體。在多個(gè)渦輪級(jí)中從這些燃燒氣體提取能量以向壓縮機(jī)提供動(dòng)力并產(chǎn)生有用功，通常通過(guò)向飛機(jī)渦輪風(fēng)扇應(yīng)用中的風(fēng)扇提供動(dòng)力，或者通過(guò)向海洋、工業(yè)和其它應(yīng)用的輸出軸桿提供動(dòng)力。

燃燒氣體沿著渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)的各個(gè)構(gòu)件流動(dòng)并向渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)的各個(gè)構(gòu)件傳熱。這些熱構(gòu)件部分地由冷卻系統(tǒng)冷卻，冷卻系統(tǒng)在冷卻回路中使用由壓縮機(jī)生成的加壓空氣的一部分來(lái)提供其向熱燃燒氣體暴露或由此加熱的表面的膜冷卻，冷卻回路延伸到這些構(gòu)件的表面。膜冷卻的渦輪構(gòu)件包括燃燒器、噴嘴、轉(zhuǎn)子盤、槳葉(blade)、葉片(vane)、護(hù)罩、襯套和其它構(gòu)件。

熱燃燒氣體最初從燃燒器排放到固定高壓渦輪入口，其包括第一級(jí)渦輪噴嘴，第一級(jí)渦輪噴嘴包括周向間隔開(kāi)的徑向延伸的定子噴嘴葉片陣列，定子噴嘴葉片包括在內(nèi)帶與外帶(inner?and?outer?bands)之間延伸的葉片翼面。葉片翼面是部分中空的且形成冷卻回路的一部分且包括延伸穿過(guò)其側(cè)壁的膜冷卻孔的各個(gè)行和其它圖案用于排放膜冷卻空氣以在其外表面上形成邊界層，特別是在翼面的前邊緣和尾邊緣。渦輪的其它級(jí)還包括類似的噴嘴和葉片陣列。

渦輪的第一級(jí)還包括渦輪轉(zhuǎn)子，渦輪轉(zhuǎn)子包括周向間隔開(kāi)的徑向延伸的渦輪轉(zhuǎn)子槳葉陣列，渦輪轉(zhuǎn)子槳葉附連到支承的轉(zhuǎn)子盤的外部。每個(gè)槳葉包括部分中空的燕尾榫頭部分，其附連到部分中空的渦輪翼面(turbine?airfoil)，其中，它們的中空部分形成冷卻回路的一部分且包括穿過(guò)其側(cè)壁延伸的膜冷卻孔的各個(gè)行和其它圖案用于其外表面的膜冷卻，特別是翼面的前邊緣和尾邊緣。渦輪的其它級(jí)還包括類似的轉(zhuǎn)子盤和葉片陣列。

膜冷卻孔還存在于典型燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的其它構(gòu)件中且被布置成各種圖案，用于促進(jìn)在直接地或間接地向熱燃燒氣體暴露的表面上的空氣的膜冷卻覆蓋層(blanket)。膜冷卻孔通常布置成線性行，且這些行在橫向(laterally)間隔開(kāi)用于根據(jù)需要來(lái)分配膜冷卻空氣，以調(diào)節(jié)自燃燒氣體的局部熱負(fù)荷并形成冷卻空氣覆蓋層。

典型膜冷卻孔是管狀的或圓柱形的且由(例如)激光鉆孔制成。另一形式的膜冷卻孔是擴(kuò)散孔，其在本技術(shù)領(lǐng)域中具有各種構(gòu)造。在擴(kuò)散孔中，其出口部分的流動(dòng)面積從上游入口在下游向后方向上發(fā)散或增加用于減小從中的排放速度。示范性擴(kuò)散孔具有梯形出口和內(nèi)區(qū)(inner?land)，梯形出口的側(cè)邊緣以合適的小擴(kuò)散角發(fā)散，內(nèi)區(qū)以比穿過(guò)孔的入口部分的標(biāo)稱傾斜角更淺的傾斜角與構(gòu)件外側(cè)表面融合。以此方式，典型擴(kuò)散孔有效地用于在橫向傳播所排放的冷卻空氣射流且局部地提高膜冷卻性能。

對(duì)于預(yù)期熱負(fù)荷，具體地設(shè)計(jì)膜冷卻孔的構(gòu)造、數(shù)量和圖案，包括其截面形狀、長(zhǎng)度以及與待冷卻表面的角度，其在構(gòu)件之間且在個(gè)別構(gòu)件的外側(cè)表面上不同。一般而言，膜冷卻孔的設(shè)計(jì)(包括大小、形狀、圖案、位置和其它方面)具有減少?gòu)膲嚎s機(jī)抽出的膜冷卻空氣量的目的，這是由于用于膜冷卻的這些空氣的使用阻止其在燃燒過(guò)程中的使用且因此降低了發(fā)動(dòng)機(jī)效率。

膜冷卻孔的性能受到許多因素的影響，包括其幾何形狀，包括其表面積；以及在具體構(gòu)件中的局部條件，包括在膜冷卻孔的外側(cè)與內(nèi)側(cè)之間的壓差或壓力比，以及在外側(cè)表面上燃燒氣體的速度和壓力分布。

雖然包括擴(kuò)散孔的膜冷卻孔有用于以上文所述的方式提供膜冷卻，但控制膜冷卻孔的外側(cè)與內(nèi)側(cè)之間的壓差或壓力比和通過(guò)它們的空氣流動(dòng)以及鄰近該孔的翼面?zhèn)缺诘膶?duì)流冷卻量的能力大體上被限制為控制孔自身的特征，諸如其位置、間距、大小、形狀、方位(即，孔入口相對(duì)于冷卻回路的方位以及與翼面表面的角度)、數(shù)目等，而這受到用于形成它們的制造方法以及其它考慮(諸如翼面的總性能要求)的限制。

因此，希望提供從燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)構(gòu)件中利用的膜冷卻孔來(lái)冷卻燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)構(gòu)件的改進(jìn)的方法。

發(fā)明內(nèi)容

根據(jù)本發(fā)明的一方面，公開(kāi)了一種使用用于渦輪翼面的膜冷卻插入件的方法。該方法包括：形成具有膜冷卻孔的翼面?zhèn)缺?，膜冷卻孔在翼面冷卻回路與翼面表面之間延伸。該方法還包括形成膜冷卻插入件和將膜冷卻插入件設(shè)置于膜冷卻孔中。

根據(jù)本發(fā)明的另一方面，公開(kāi)了一種改造(reconstructing)用于渦輪翼面的膜冷卻插入件的方法。該方法包括從渦輪翼面的膜冷卻孔移除剩余的膜冷卻插入件。該方法還包括將第二膜冷卻插入件設(shè)置于膜冷卻孔中。