[發(fā)明專利]渦輪翼型件及對渦輪翼型件進(jìn)行薄膜冷卻的方法

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310029642.X
• 申請日: 2013-01-25
• 公開（公告）號: CN103225517A
• 公開（公告）日: 2013-07-31
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: A.O.本森;張修章;G.M.伊策爾
• 申請（專利權(quán)）人: 通用電氣公司
• 主分類號: F01D5/18
• 分類號: F01D5/18
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 肖日松;譚祐祥

技術(shù)領(lǐng)域

本申請總體涉及燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)，并且更具體地，涉及用于對燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)內(nèi)所使用的翼型件進(jìn)行薄膜冷卻的方法和裝置。

背景技術(shù)

燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)典型地包括壓縮機(jī)、燃燒器、和渦輪。對進(jìn)入壓縮機(jī)的空氣流進(jìn)行壓縮并且將經(jīng)過壓縮的空氣流引導(dǎo)至燃燒器，在燃燒器處，壓縮空氣流與燃料混合并且點(diǎn)燃，從而產(chǎn)生熱燃燒氣體，所產(chǎn)生的熱燃燒氣體用于驅(qū)動渦輪。燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)的渦輪部段中所使用的輪葉和葉片均具有翼型部段，該翼型部段沿徑向延伸跨過發(fā)動機(jī)流路。在發(fā)動機(jī)操作期間，渦輪機(jī)輪葉和葉片暴露于升高的溫度，該升高的溫度能夠?qū)е聶C(jī)械故障和腐蝕。因此，常見的做法是使用耐高溫合金來制造輪葉和葉片并且將耐腐蝕和隔熱的涂層施布于翼型件以及其它暴露于流路的表面。通過使冷卻劑流過翼型件的內(nèi)部來對翼型件進(jìn)行冷卻也是普遍的做法。

例如，渦輪葉片或轉(zhuǎn)子輪葉典型地包括空心翼型件，該空心翼型件的外側(cè)暴露于熱燃燒氣體，并且向該空心翼型件的內(nèi)側(cè)供給冷卻流體(典型地為壓縮空氣)。翼型件包括前緣和后緣、壓力側(cè)、以及吸力側(cè)。壓力側(cè)和吸力側(cè)在翼型件前緣和后緣處連接，并且沿徑向橫跨在翼型件根部與翼型件尖端之間。薄膜冷卻孔在被限定于翼型件內(nèi)的內(nèi)部冷卻回路與翼型件的外表面之間延伸。薄膜冷卻孔將冷卻流體從內(nèi)部冷卻回路引向翼型件的外側(cè)，以用于對翼型件進(jìn)行薄膜冷卻。

冷卻孔中的螺旋肋已經(jīng)用于隨著肋的轉(zhuǎn)動而沿相同方向產(chǎn)生縱向旋渦的二次流對?？赡芷谕媚た字性撘阎男袨閬砀倪M(jìn)薄膜冷卻、提高薄膜冷卻的覆蓋率并且提高冷卻效率。

發(fā)明內(nèi)容

在一個示例性實(shí)施例中，一種渦輪翼型件包括：輪葉，輪葉具有在沿弦向相對的前緣和后緣處連接在一起的壓力側(cè)壁和吸力側(cè)壁；以及至少一個冷卻孔，該至少一個冷卻孔鄰近前緣布置在壓力側(cè)壁與吸力側(cè)壁之間。多個彎曲膜孔在該至少一個冷卻孔與輪葉的外部之間延伸。

在另一個示例性實(shí)施例中，一種渦輪翼型件包括輪葉和多個膜孔，輪葉具有前緣和后緣以及內(nèi)部冷卻回路，多個膜孔在內(nèi)部冷卻回路與輪葉的外部之間延伸。多個膜孔成形為鄰近前緣產(chǎn)生離開膜孔的旋流，由此提高局部對流并且向氣路流提供隔離屏障。

在又一個示例性實(shí)施例中，一種對渦輪翼型件進(jìn)行薄膜冷卻的方法包括以下步驟：將冷卻空氣輸送至內(nèi)部冷卻回路；以及使冷卻空氣從內(nèi)部冷卻回路流過多個膜孔，多個膜孔在內(nèi)部冷卻回路與輪葉的外部之間延伸。流動步驟包括使冷卻空氣在膜孔中打旋并且由此向氣路流提供隔離屏障。

附圖說明

圖1是渦輪翼型件的輪葉部分的透視圖；

圖2示出了螺旋膜孔的示例性布置；以及

圖3示出了雙螺旋膜孔。

具體實(shí)施方式

薄膜冷卻孔或膜孔在現(xiàn)代燃?xì)鉁u輪機(jī)中廣泛用于對在渦輪機(jī)操作期間暴露于熱燃燒氣體的渦輪翼型件進(jìn)行冷卻。薄膜冷卻孔以若干方式提供對翼型件的冷卻。首先，其提供對翼型件表面的薄膜冷卻。薄膜冷卻通過保持受到溫度比操作環(huán)境低的流體影響的區(qū)域上方的薄流體層對主體或表面進(jìn)行冷卻。流體薄膜將薄膜冷卻表面與外部操作環(huán)境隔離，由此減少從外部操作環(huán)境向翼型件中的對流傳熱。此外，冷卻流體薄膜還從翼型件表面除熱。其次，隨著冷卻空氣沿孔的長度流過薄膜冷卻孔，薄膜冷卻還提供從包繞薄膜冷卻孔的翼型件側(cè)壁的對流傳熱并且對包繞薄膜冷卻孔的翼型件側(cè)壁進(jìn)行冷卻。第三，薄膜冷卻孔通過提供用于冷卻空氣的排放路徑來除熱，該冷卻空氣隨著接著對通過經(jīng)由翼型件冷卻回路對翼型件進(jìn)行冷卻而受熱。

圖1示出了渦輪翼型件的輪葉部段10。該輪葉包括在沿弦向相對的前緣16和后緣18處連接在一起的壓力側(cè)壁12和吸力側(cè)壁14。通過布置在壓力側(cè)12與吸力側(cè)14之間的多個冷卻通路或冷卻孔20限定冷卻回路。至少一個冷卻孔21定位成鄰近前緣16。

已知膜孔或薄膜冷卻孔從冷卻孔20中的一個或多個冷卻孔20延伸至輪葉的外部。薄膜冷卻孔典型地成直線并且將冷卻空氣從冷卻孔20引導(dǎo)至輪葉外部。通過繼續(xù)參照圖1并且參照圖2，根據(jù)優(yōu)選實(shí)施例的翼型件包括多個彎曲膜孔22，多個彎曲膜孔22在冷卻孔21與輪葉10的外部之間延伸。即，冷卻孔21與輪葉10的外部之間的通路包括彎曲凹槽或扭曲凹槽等，使得流過膜孔22和離開膜孔22的空氣轉(zhuǎn)向。用于膜孔的示例性形狀可以為螺旋形，但是可以構(gòu)想出其它的形狀，并且本發(fā)明并不一定意味著限于附圖中所示的布置。通過螺旋形或者其它的彎曲或扭曲形狀的膜孔22，出自孔的薄膜流不再具有直接路徑，而是以渦流模式離開，從而通過孔使得局部對流提高，并且向氣路流提供隔離屏障。