[發明專利]用于冷卻渦輪發動機的翼型件頂端的設備和方法

有效

• 申請號: 201810420793.0
• 申請日: 2018-05-04
• 公開（公告）號: CN108868898B
• 公開（公告）日: 2021-03-12
• 發明（設計）人: K.R.費爾德曼;R.C.格羅夫斯二世;W.N.杜利;J.M.霍夫曼
• 申請（專利權）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: 金飛;劉林華

本申請提供了用于冷卻渦輪發動機的翼型件頂端的設備和方法，其可以包括翼型件(例如被冷卻的渦輪葉片)，其具有頂端軌道，所述頂端軌道延伸超出頂端壁，頂端壁在頂端處包圍翼型件的內部。可以在頂端軌道中提供多個冷卻孔。冷卻流體流可以通過冷卻孔從翼型件的內部提供以冷卻翼型件的頂端。

技術領域

本申請涉及用于冷卻渦輪發動機的翼型件頂端的設備和方法。

背景技術

渦輪發動機，特別是燃氣或燃燒渦輪發動機，是旋轉發動機，其將能量從通過發動機的燃燒氣體流中提取到眾多旋轉渦輪葉片上，并且在一些情況下(例如飛行器)產生用于推進的推力。

用于飛行器的燃氣渦輪發動機設計成在高溫下運行，以最大化發動機效率，所以某些發動機部件(例如高壓渦輪和低壓渦輪)的冷卻可能是有益的。通常，冷卻是通過用管道將較冷空氣從高壓和/或低壓壓縮機送到需要冷卻的發動機部件來完成的。高壓渦輪中的溫度可能為1000℃到2000℃，來自壓縮機的冷卻空氣可能為500℃到700℃，這種溫差足以冷卻高壓渦輪。

現代的渦輪葉片以及輪葉或噴嘴通常包括一個或多個內部冷卻回路，用以通過葉片傳送冷卻空氣從而冷卻葉片的不同部分，并且可以包括用于冷卻葉片的不同部分(例如葉片的前緣、后緣和頂端)的專用冷卻回路。

發明內容

在一方面，本申請涉及一種用于渦輪發動機的葉片，其包括：外壁，所述外壁限定內部并具有壓力側和吸力側，所述吸力側在限定弦向方向的前緣和后緣之間軸向地延伸，并在限定展向方向的根部和頂端之間徑向地延伸。冷卻回路位于所述內部中并具有至少一個冷卻通道。頂端壁在所述頂端處包圍內部。頂端軌道從所述外壁延伸超出所述頂端壁，并具有外表面和內表面。多個冷卻孔提供于所述頂端軌道中，并流體地連接到所述冷卻通道，所述多個冷卻孔中的每一個包括沿所述外表面定位的出口。

在另一方面，本申請涉及一種用于渦輪發動機的翼型件，所述翼型件包括：外壁，所述外壁限定內部并具有壓力側和吸力側，所述吸力側在限定弦向方向的前緣和后緣之間軸向地延伸，并在限定展向方向的根部和頂端之間徑向地延伸。頂端軌道在所述頂端處從外壁延伸，并具有外表面。多個冷卻孔提供于所述頂端軌道中，并聯接到所述內部，所述多個冷卻孔中的每一個具有在所述外表面上并圍繞所述頂端軌道間隔開的出口。

在又一方面，本申請涉及一種冷卻用于渦輪發動機的翼型件的頂端的方法，所述方法包括通過在頂端軌道內提供的多個冷卻孔排出冷卻流體，所述頂端軌道形成于翼型件的頂端處，并具有提供于所述頂端軌道的外表面處的出口。

技術方案1.一種用于渦輪發動機的葉片，其包括：外壁，所述外壁限定內部且具有壓力側和吸力側，所述吸力側在限定弦向方向的前緣和后緣之間軸向地延伸以及在限定展向方向的根部和尖端之間徑向地延伸；至少一個冷卻通道，所述至少一個冷卻通道形成于所述內部中；頂端壁，所述頂端壁在所述頂端處包圍所述內部；頂端軌道，所述頂端軌道從所述外壁延伸超出所述頂端壁，且具有外表面和內表面；以及多個冷卻孔，所述多個冷卻孔提供于所述頂端軌道中，且流體地連接到所述冷卻通道，所述多個冷卻孔中的每一個包括沿所述外表面或所述內表面定位的出口。

技術方案2.根據技術方案1所述的葉片，所述頂端軌道還包括前緣部分，所述前緣部分相對于所述前緣間隔開，所述多個冷卻孔中的一些在所述前緣部分中不存在。

技術方案3.根據技術方案1所述的葉片，所述多個冷卻孔布置成覆蓋所述頂端軌道的弦向長度的至少25％。

技術方案4.根據技術方案3所述的葉片，所述多個冷卻孔布置成覆蓋所述頂端軌道的弦向長度的至少50％。

技術方案5.根據技術方案1所述的葉片，所述多個冷卻孔中的至少一些形成為擴散區段，所述擴散區段鄰近所述出口。

技術方案6.根據技術方案1所述的葉片，所述頂端壁部分地限定所述至少一個冷卻通道。