[發(fā)明專利]渦輪機翼型構(gòu)件及其冷卻方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201210012813.3
• 申請日: 2012-01-04
• 公開（公告）號: CN102536333A
• 公開（公告）日: 2012-07-04
• 發(fā)明（設(shè)計）人: G·M·伊策爾;A·O·本森
• 申請（專利權(quán)）人: 通用電氣公司
• 主分類號: F01D5/18
• 分類號: F01D5/18;F01D9/02
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 朱鐵宏;楊楷

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及在高溫下操作的構(gòu)件，例如渦輪機的渦輪翼型構(gòu)件。更具體而言，本發(fā)明涉及一種翼型構(gòu)件，其配備有連接到能夠促進構(gòu)件內(nèi)的熱傳遞特性的一個或多個內(nèi)部冷卻腔室上的一個或多個內(nèi)部冷卻通道。

背景技術(shù)

渦輪機的構(gòu)件如輪葉(葉片)、噴嘴(導(dǎo)葉)以及工業(yè)和飛行器燃氣渦輪發(fā)動機的其它熱氣體通路構(gòu)件通常由鎳基、鈷基或鐵基超級合金形成，這些超級合金具有對于渦輪操作溫度和條件而言的期望機械性質(zhì)和環(huán)境性質(zhì)。由于渦輪機的效率取決于其操作溫度，故需要構(gòu)件且特別是諸如渦輪輪葉和噴嘴的翼型構(gòu)件能夠耐受日益更高的溫度。當(dāng)超級合金構(gòu)件的最大局部溫度接近超級合金的熔化溫度時，利用適合的流體特別是空氣的強制冷卻就變得需要。為此，燃氣渦輪輪葉和噴嘴的翼型件通常需要復(fù)雜的冷卻方案(scheme)，在其中冷卻流體，通常為壓縮機放出空氣，強制穿過翼型件內(nèi)的內(nèi)部冷卻通道，且然后經(jīng)由翼型件表面處的冷卻孔排出以從構(gòu)件傳遞熱。在冷卻流體流經(jīng)冷卻通道時，在翼型件內(nèi)通過將熱傳遞至冷卻流體而產(chǎn)生對流冷卻。在稱為沖擊冷卻的技術(shù)中，通過直接抵靠翼型件外壁的內(nèi)表面引送冷卻流體的細小內(nèi)部孔口可實現(xiàn)附加冷卻。冷卻孔還可構(gòu)造成以便冷卻流體在構(gòu)件表面上的特定位置處釋放到氣體通路中以提供在構(gòu)件表面上流動的冷卻流體層，從而產(chǎn)生減少熱從熱氣體通路傳遞至構(gòu)件的邊界層(膜)。

充分地降低翼型構(gòu)件的表面溫度通常需要大量的冷卻流體。為了促進從翼型件至冷卻流體的熱傳遞效率，可能期望或需要在冷卻回路的內(nèi)部表面中提供內(nèi)部特征。這些特征包括肋條、湍流促進裝置、交叉孔、后緣槽口、蛇線通道等。還已提出的是包括金屬泡沫或類似的多孔可滲透材料以促進翼型構(gòu)件內(nèi)的熱傳遞。例如，美國公開專利申請No.2006/0021730,2007/0274854,2008/0250641，2009/0081048,2010/0239409和2010/0239412提出了使用金屬泡沫或類似的材料來填充翼型件的內(nèi)部和/或冷卻孔，使得穿過泡沫的空氣流主要是單向的。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提供了一種適于在渦輪機的熱氣體通路中使用的流體冷卻式渦輪機翼型構(gòu)件，以及促進構(gòu)件內(nèi)的熱傳遞特性的方法。

根據(jù)本發(fā)明的第一方面，翼型構(gòu)件包括翼型部分，該翼型部分具有由根部和尖端(tip)界定的翼展方向、由前緣和后緣界定的翼弦方向，以及由在前緣與后緣之間延伸的壁所形成的凹入表面和凸出表面界定的厚度方向。翼型構(gòu)件還具有位于翼型部分內(nèi)的腔室、位于腔室內(nèi)的多孔可滲透泡沫部件、適于將腔室流體地連接到冷卻流體源上的位于翼型部分內(nèi)的第一通道，以及適于將腔室流體地連接到處于翼型部分表面處的第一冷卻孔上的位于翼型部分內(nèi)的第二通道。根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選方面，腔室相對于第一通道和第二通道定位以便自其沿翼弦方向偏離，使得經(jīng)由第一通道進入翼型部分的冷卻流體進入腔室且在經(jīng)由第一冷卻孔離開翼型部分之前通過泡沫部件沿翼弦方向轉(zhuǎn)移。

根據(jù)本發(fā)明的另一方面，通過在翼型部分內(nèi)產(chǎn)生內(nèi)部腔室來促進冷卻流體冷卻式渦輪機翼型構(gòu)件的翼型部分，該內(nèi)部腔室連接到冷卻流體源和定位在翼型部分表面處的冷卻孔上。腔室包含多孔可滲透泡沫部件，且渦輪機經(jīng)操作使得冷卻流體進入腔室且在經(jīng)由冷卻孔離開翼型部分之前通過泡沫部件沿翼型部分的翼弦方向轉(zhuǎn)移。

本發(fā)明的技術(shù)效果在于能夠通過使用泡沫材料來顯著地提高翼型構(gòu)件的熱傳遞效率，其中，泡沫材料不但通過增大暴露于冷卻流體流的表面面積來促進在構(gòu)件與穿過構(gòu)件的冷卻流體流之間的熱傳遞，而且通過使用泡沫材料來重新引送構(gòu)件內(nèi)的冷卻流體流，例如朝向趨于在較高溫度下操作的翼型區(qū)來促進熱傳遞。

本發(fā)明的其它方面和優(yōu)點將通過以下詳細說明而較好地認(rèn)識到。

附圖說明

圖1為根據(jù)本發(fā)明實施例的具有包含泡沫部件的內(nèi)部腔室的渦輪輪葉翼型部分的透視圖。

圖2代表位于圖1的翼型部分內(nèi)的冷卻流體流型。

圖3至圖5示意性地表示根據(jù)本發(fā)明的附加實施例的具有填充泡沫的內(nèi)部腔室的渦輪輪葉翼型部分的透視圖。

零件清單

10110?????部分

12112?????表面

14114?????表面

16116?????邊緣

18118?????邊緣

20120?????尖端

22122?????根部

24124?????通道

24A124????通道

24B124????通道