[發(fā)明專利]渦輪翼型件后緣冷卻槽口

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201380018845.7
• 申請(qǐng)日: 2013-03-27
• 公開（公告）號(hào): CN104271887A
• 公開（公告）日: 2015-01-07
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: R.F.小貝格霍爾斯;D.L.杜爾斯托克
• 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
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 李強(qiáng);譚祐祥

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明大體涉及燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)翼型件冷卻，以及更特別地，涉及渦輪翼型件后緣冷卻槽口。

背景技術(shù)

在燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)中，空氣在壓縮器中加壓，并且與燃料在燃燒器中混合，以生成熱燃燒氣體。該熱氣體被導(dǎo)引通過渦輪的各級(jí)，各級(jí)從熱氣體抽取能量，以驅(qū)動(dòng)壓縮器以及做功，諸如驅(qū)動(dòng)典型的航空渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)應(yīng)用中的上游風(fēng)扇。

渦輪級(jí)包括具有成排的中空導(dǎo)葉的靜止渦輪噴嘴，所述導(dǎo)葉將燃燒氣體導(dǎo)引至從支承轉(zhuǎn)子盤朝外徑向延伸的相應(yīng)的成排的轉(zhuǎn)子葉片。導(dǎo)葉和葉片具有相應(yīng)的中空翼型件，其具有在其中的相應(yīng)的冷卻回路。

冷卻空氣典型地是壓縮器排氣，其從燃燒過程轉(zhuǎn)移，并且因此降低發(fā)動(dòng)機(jī)的總體效率。冷卻空氣的量必須被最小化，以最大化發(fā)動(dòng)機(jī)的效率，但是仍然必須使用足夠的冷卻空氣，以充分冷卻渦輪翼型件，以最大化其在運(yùn)行期間的使用壽命。每個(gè)翼型件包括大體凹形的壓力側(cè)壁和相對(duì)的大體凸形的吸力側(cè)壁，這些側(cè)壁在前緣和后緣之間沿從翼型件基部到翼型件頂端的翼展縱向或徑向朝外以及沿弦向軸向延伸。對(duì)于渦輪葉片來說，翼型件翼展從位于徑向內(nèi)側(cè)平臺(tái)處的根部延伸到與周圍的渦輪護(hù)罩間隔開的徑向外側(cè)頂端。對(duì)于渦輪導(dǎo)葉來說，翼型件從與徑向內(nèi)側(cè)帶一體的根部延伸到與外側(cè)帶一體的徑向外側(cè)頂端。

每個(gè)渦輪翼型件還首先在前緣后方增加厚度，且然后厚度減小至相對(duì)薄或鋒利的后緣，壓力側(cè)壁和吸力側(cè)壁在該后緣處接合在一起。翼型件的較寬部分具有充分的內(nèi)部空間，以容納各種形式的內(nèi)部冷卻回路以及紊流器，以增強(qiáng)翼型件內(nèi)部的傳熱冷卻，同時(shí)，相對(duì)薄的后緣相應(yīng)地具有有限的內(nèi)部冷卻空間。

每個(gè)翼型件典型地包括延伸通過其側(cè)壁的多排膜冷卻孔，其將用過的冷卻空氣從內(nèi)部回路排出。膜冷卻孔典型地沿朝后緣的向后方向傾斜，并且在翼型件的外部表面上產(chǎn)生冷卻空氣膜，其提供絕熱空氣墊，以針對(duì)在運(yùn)行期間流過翼型件表面的熱燃燒氣體進(jìn)行額外的保護(hù)。

薄的后緣典型地通過成排的后緣冷卻槽口保護(hù)，槽口在后緣的上游不遠(yuǎn)處的破口(breakout)處突破壓力側(cè)壁，以將膜冷卻空氣排出到其上。每個(gè)后緣冷卻槽口具有在壓力側(cè)中的出口孔，該出口孔始于破口處，并且可或可不通過限定冷卻槽口的在軸向延伸的分隔件的后端處的暴露的槽脊沿徑向方向限定。

軸向分隔件可與翼型件的壓力側(cè)以及吸力側(cè)一體地形成，并且其自身必須由通過由其限定的冷卻槽口排出的空氣來冷卻。分隔件典型地沿向后方向朝后緣會(huì)聚，使得冷卻槽口以淺的擴(kuò)散角朝后緣擴(kuò)散，該擴(kuò)散角促進(jìn)排出的冷卻空氣的發(fā)散，而沿分隔件的側(cè)面有小的(如果存在的話)流分離。

后緣冷卻槽口的空氣動(dòng)力學(xué)和冷卻性能與冷卻槽口和介于中間的分隔件的特定構(gòu)型直接相關(guān)。冷卻槽口的流動(dòng)面積調(diào)節(jié)通過冷卻槽口排出的冷卻空氣流，并且冷卻槽口的幾何形狀影響其冷卻性能。?

冷卻槽口的擴(kuò)散或發(fā)散角可影響排出的冷卻空氣的不合需要的流分離，該流分離可降低排出空氣的性能和冷卻效率。這還增加負(fù)面地影響渦輪效率的損失。薄后緣在單獨(dú)冷卻槽口下方不遠(yuǎn)處的部分通過排出的冷卻空氣有效冷卻，其中排出的空氣還分布在分隔件的后端處的介于中間的暴露的槽脊上。該槽脊是壓力側(cè)壁的與吸力側(cè)壁一體形成的實(shí)心部分，并且必須依賴于從鄰近的后緣冷卻槽口排出的空氣來冷卻。

雖然這些出口槽脊有小尺寸以及后緣冷卻槽口有充分冷卻性能，但是渦輪翼型件的薄后緣典型地仍然限制了那些翼型件的壽命，這是因?yàn)槠湓谌細(xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的惡劣環(huán)境中的高運(yùn)行溫度。

因此，期望提供一種渦輪翼型件，其具有改進(jìn)的后緣冷卻和冷卻槽口，以改進(jìn)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

一種燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪翼型件(12)包括沿橫向間隔開的壓力側(cè)壁和吸力側(cè)壁(42,44)，其沿從翼型件基部(34)到翼型件頂端(36)的翼展(S)朝外延伸，且在相對(duì)的前緣和后緣(LE,TE)之間沿弦向(C)延伸。在壓力側(cè)壁和吸力側(cè)壁(42,44)之間封閉在翼型件(12)中的沿翼展方向成排(38)的沿翼展方向間隔開的后緣冷卻孔(30)終止于相應(yīng)的沿翼展方向間隔開的后緣冷卻槽口(66)處，后緣冷卻槽口(66)大致沿弦向延伸至后緣(TE)。每個(gè)冷卻孔(30)包括沿翼展方向擴(kuò)散區(qū)段(102)，其通往后緣冷卻槽口(66)。布置在冷卻孔(30)中的插塞(110)向下游延伸通過擴(kuò)散區(qū)段(102)的至少一部分。

按照向下游串聯(lián)的冷卻流關(guān)系，冷卻孔(30)還可包括彎曲入口(70)、恒定面積且恒定寬度流動(dòng)橫截面計(jì)量區(qū)段(100)和擴(kuò)散區(qū)段(102)。