專利名稱：軸向冷卻翼型件的制作方法
技術領域：
本文所公開的主題涉及翼型件，且更具體而言涉及具有從壓室沿軸向延伸且止于尾緣的至少一個通道的翼型件。
背景技術：
渦輪發動機包括從渦輪轉子沿徑 向向外延伸的轉子葉片。轉子葉片包括柄部和翼型件。熱氣體通常通過位于翼型件內的一系列內冷卻通路或孔行進。在翼型件中的冷卻孔通常沿徑向定向。使冷卻孔沿徑向定向可造成若干問題。例如，徑向定向的冷卻劑通槽通常在靠近翼型件頂端處具有更溫熱的冷卻劑。因此，可發生由于過熱造成頂端損壞。徑向定向的冷卻孔還傾向于在翼型件的前緣處提供更少冷卻，在翼型件的前緣處熱負荷通常較高。此外，由于渦輪轉子在操作期間旋轉，翼型件的冷卻可變得復雜。這是因為在渦輪轉子操作時施加在翼型件上的旋轉力通常垂直于徑向定向的冷卻孔的方位。這種差異可導致翼型件不均勻的冷卻。科里奧利力也作用于翼型件上且也可能會不利地影響到冷卻。科里奧利力與流過冷卻孔的冷卻劑的速度向量和旋轉翼型件的角速度的向量乘積成比例。因此，科里奧利力沿切向作用于位于徑向定向的冷卻孔中的冷卻劑上。這在科里奧利力存在的情況下再分配冷卻劑，這導致翼型件的不均勻傳熱。改進翼型件冷卻的一種方法涉及通過抽出更多的發動機壓縮機空氣來增加冷卻流。但是，這種方法影響到渦輪的效率。因此，將需要提供具有有效冷卻系統的翼型件，其可減小旋轉和科里奧利力的不利影響。
發明內容
根據本公開的一方面，提供一種翼型件。翼型件包括翼型件葉片。翼型件葉片具有尾緣、壓力側壁和吸力側壁，其中翼型件葉片的一部分具有當在吸力側壁與壓力側壁之間測量時的最寬截面。壓室位于翼型件的最寬部段。至少一個通道從壓室沿軸向延伸且止于尾緣處。至少一個通道與壓室流體連通且從壓室接收流。從結合附圖的以下描述，這些和其它優點及特征將變得更顯而易見。
被認為是本發明的主題在說明書的總結處的權利要求中特別地指出且明確地主張權利。從結合附圖的以下詳細描述，本發明的前述和其它特征和優點將顯而易見，在附圖中
圖I為具有翼型件葉片的示例性翼型件的圖示；
圖2為圖I所示的翼型件的頂視 圖3為圖I所示的翼型件的備選實施例的圖示；
圖4為圖I所示的翼型件的另一備選實施例的圖示；圖5為圖I所示的翼型件的能產生湍流的冷卻通道；
圖6為圖I所示的翼型件的又一備選實施例的圖示；
圖7為圖I所示的翼型件的另一備選實施例的圖示；以及 圖8為圖I所示的翼型件的又一備選實施例的圖示。詳細描述參看附圖以舉例說明的方式解釋了本發明的實施例，以及優點和特征。部件列表
10翼型件
20翼型件葉片
24平臺
28根部
30頂端部
32前緣
34尾緣
36壓室
38吸力側壁
40壓力側壁
42至少一個冷卻通道
50冷卻孔
52冷卻流
54孔口
56孔口
120翼型件葉片
130頂端部
132前緣
142剩余通道
180冷卻通道
220翼型件葉片
232尾緣
236壓室
242冷卻通道
252冷卻劑流動
284突起
320翼型件葉片
336壓室
342冷卻通道
388冷卻通道
390冷卻通道
398臺階
399臺階420翼型件
430頂端部
432前緣
436壓室
442冷卻通道
492冷卻通道
494基部 496基部
498冷卻通道
520翼型件葉片
528根部
534尾緣
536蛇形通道
537豎直通路 542冷卻通道 550冷卻孔 552冷卻流 554孔口
Dl第一直徑
D2第二直徑
P成角度的外輪廓
D1’第一直徑
D2’第二直徑。
具體實施例方式圖I示出了由附圖標記10所指示的示例性翼型件的圖示。在一個實施例中，翼型件10在渦輪發動機轉子(未圖示)中被采用。翼型件10包括翼型件葉片20和平臺24。翼型件葉片20從平臺24向外突出。翼型件葉片20在輪轂或根部28處附連或聯接到平臺24。翼型件葉片20向外延伸且止于頂端部30。翼型件葉片20包括前緣32和尾緣34以及壓力側壁40和吸力側壁38。壓室36位于翼型件葉片20內且以虛線示出。在如圖所示的示例性實施例中，壓室36位于翼型件葉片20的前緣30處且可沿著翼型件葉片20的長度從根部28延伸到頂端部30。但是應了解壓室36也可位于翼型件葉片20的其它位置。具體而言，在備選實施例中，壓室36可位于翼型件葉片20具有最寬截面的區域(當從頂端部30觀察時)。具體而言，參看圖2，在頂端部30標示出區域A且區域A表示翼型件葉片20具有最寬截面的部分(當在吸力側壁38與壓力側壁40之間測量時)。壓室36流體地連接到至少一個冷卻通道42并與之連通。冷卻通道42從壓室36軸向延伸且作為一系列冷卻孔50止于尾緣34處。在圖I所示的實施例中，多個冷卻通道42位于根部28與頂端部30之間用于向翼型件葉片20提供冷卻。壓室36被定位成通過位于翼型件葉片20的根部28處的孔口 54來接收冷卻流52。冷卻流52行進通過壓室36且到冷卻通道42。冷卻流52的一部分可通過位于頂端部30的孔口 56離開翼型件葉片20。冷卻流52的剩余量通過位于翼型件葉片20的尾緣34處的孔口 50離開冷卻通道42。在如圖所示的示例性實施例中，翼型件葉片20包括大體上成角度的外輪廓P。冷卻通道42還可包括大體上彎曲的輪廓用于適應翼型件葉片20的大體上成角度的外輪廓P。現轉至圖2，示出了從頂端部30觀察的翼型件葉片20的頂視圖。現參看圖I至圖2這兩個圖，冷卻通道42包括從壓室36延伸到尾緣32的大體上弓形或彎曲的輪廓。冷卻通道42的大體上彎曲的輪廓通常與翼型件葉片20的大體上成角度的外輪廓P的至少一部分相對應。冷卻通道42的大體上彎曲的輪廓可使用多種方法制造。在一個示例性實施例中，使用成形管電化學加工(STEM)工藝來制造冷卻通道42，成形管電化學加工(STEM)工藝便于彎曲的鉆孔過程。但應了解也可使用其它方法來形成冷卻通道42。當前可購買到的常規翼型件葉片通常具有沿徑向定向的冷卻孔。徑向定向的冷卻劑通槽通常具有位于靠近翼型件的頂端處的更溫熱的冷卻劑。因此，可發生由過熱而造成 的頂端損壞。冷卻通道42沿軸向定向，這在翼型件葉片20的頂端部30處提供更均勻的冷卻流。此外，當與具有徑向定向的冷卻孔的常規翼型件葉片相比時，翼型件葉片20也可在前緣32處提供增強的冷卻。在渦輪發動機(未圖示)的操作期間施加旋轉力，其可導致具有徑向定向的冷卻孔的常規翼型件葉片的不均勻冷卻。科里奧利力和旋轉浮力也沿切向和徑向作用于位于冷卻孔中的冷卻劑。徑向定向的冷卻孔垂直于科里奧利力所作用的方向。相比而言，翼型件葉片20的冷卻通道42沿大體上平行于渦輪發動機的旋轉方向的軸向定向。因此，當與具有徑向定向的冷卻孔的常規翼型件葉片相比時，在渦輪葉片20中可減小或大致防止由于旋轉和科里奧利力造成的不利影響。圖3為翼型件葉片120的備選實施例。在圖示實施例中，至少一個冷卻通道180止于翼型件葉片120的頂端部130，而剩余通道142止于翼型件葉片120的前緣132處。SP，冷卻通道180通常部分地沿翼型件葉片120的徑向定向。冷卻通道的部分可沿翼型件葉片120的徑向定向，因為在頂端部130中需要具有徑向出口。圖4為翼型件葉片220的另一備選實施例。在圖示實施例中，冷卻通道242并不大體上彼此徑向對準而是替代地具有相對于彼此交錯的構造。使得冷卻通道242交錯可減小施加到翼型件葉片220上的離心張力。圖4還示出了具有錐形構造的冷卻通道242，其中冷卻通道242的直徑大體上隨著冷卻通道242靠近翼型件葉片220的尾緣232而減小。即，在相對于壓室236的冷卻通道242的近端處測量的冷卻通道242的第一直徑Dl大于第二直徑D2。第二直徑D2在相對于壓室236的冷卻通道242的遠端處測量。現轉至圖5，示出了冷卻通道242中的一個的一部分的放大視圖。冷卻通道242包括充當湍流器的多個突起284。S卩，突起284可在離開冷卻通道242的冷卻劑流254中形成湍流。在圖6所示的又一實施例中，示出了具有帶有變化直徑的多個冷卻通道342的翼型件葉片320。冷卻通道342還包括不同的構造。S卩，冷卻通道342的一部分具有第一構造，其中在相對于壓室336的冷卻通道342的近端測量的冷卻通道388的第一直徑D1’大于第二直徑D2’。第二直徑D2’在相對于壓室336的冷卻通道342的遠端處測量。冷卻通道388具有臺階構造。S卩，在第一直徑D1’與第二直徑D2’之間的直徑改變并非逐漸地改變，而是由位于冷卻通道388中的臺階398改變。剩余冷卻通道390也具有臺階構造，且包括臺階399。在剩余冷卻通道390中，第一直徑D1’小于第二直徑D2’。這種構造可用于試圖增強翼型件葉片320的區域冷卻。這種布置也可用于提高熱管理的效果。這是因為冷卻通道的增加的直徑具有更緩慢的冷卻劑速度且因此導致更低的傳熱系數。因此，位于這種類型的冷卻通道內的冷卻劑包括可保留用于位于冷卻通道中下游位置處的冷卻潛力。在圖7所示的翼型件420的另一實施例中，冷卻通道442布置成對角構造。S卩，冷卻通道442中的至少一個定向為軸向延伸且與冷卻通道442中的另一個交叉。具體而言，由附圖標記492所標示的冷卻通道中的至少一個具有靠近壓室436定位的基部494。基部494位于由附圖標記498所標示的另一冷卻通道的基部496下方。冷卻通道492沿朝向翼型件葉片420的頂端部430的方向軸向延伸，從而與另一冷卻通道498交叉。另一冷卻通道498沿遠離渦輪翼型件420的頂端部430的方向軸向延伸。因此，冷卻通道492定向為軸向延伸且與冷卻通道498交叉。在圖示實施例中，冷卻通道442的一部分也止于翼型件葉片420的頂端部430，而剩余冷卻通道492、498止于翼型件葉片120的前緣432。使得冷卻通道442的至少一部分布置為如圖7所示的對角構造可總體上防止在翼型件葉片420中 的熱點。具體而言，在存在熱條帶的情況下，對角構造可大致減少或大致防止在翼型件葉片420上的熱點。換言之，如果跨流線存在相對較強的溫度梯度，則冷卻通道442的對角構造通常并不遵循熱氣體路徑流線。在圖8所示的翼型件葉片520的又一實施例中，翼型件520包括蛇形通道536而不是如圖I至圖7所示的壓室。冷卻流552通過位于翼型件葉片520的根部528處的孔口554進入翼型件520。在如圖所示的實施例中，當與圖I至圖7所示的壓室中的冷卻流相比，位于蛇形通道536內的冷卻流552以相對較高的速度流動。冷卻劑流552在蛇形通道536的豎直通路537內流動。冷卻劑流552的一部分通過蛇形通道536流動且冷卻劑流552的剩余部分從蛇形通道536流入到多個冷卻通道542內。冷卻通道542從蛇形通道536沿軸向延伸且作為一系列冷卻孔550止于尾緣534處，在那里，冷卻流552離開冷卻孔550。在圖8所示的實施例中，冷卻劑流552的速度足夠高，使得與圖I至圖7所示的冷卻通道相比，作用于位于冷卻通道542中的冷卻劑上的科里奧利力的效果減小。而減小的科里奧利力將繼而導致增加的傳熱系數。更高的傳熱系數傾向于冷卻高熱負荷的區域，同時減小在冷卻通道542中的旋轉力的效果。 雖然僅關于有限數目的實施例描述了本發明，但應易于了解本發明并不限于這些公開的實施例。而是，可修改本發明以合并之前未描述的、但與本發明的精神和范圍相符的任意數目的變型、更改、替代或等效布置。此外，雖然已經描述了本發明的各種實施例，應了解本發明的方面可僅包括所描述實施例中的一些。因此，本發明不應視作受前文的描述限制，而是僅受所附權利要求的范圍限制。
權利要求
1.一種翼型件(10),包括 翼型件葉片(20)，其具有尾緣(34)、壓力側壁(40)和吸力側壁(38)，所述翼型件葉片(20)的最寬截面限定于所述吸力側壁(38)與所述壓力側壁(40)之間； 壓室(36)，其沿著所述最寬截面定位；以及 至少一個通道(42)，其從所述壓室(36)沿軸向延伸且止于所述尾緣(34)處，所述至少一個通道(42)與所述壓室(36)流體連通且從所述壓室(36)接收流。
2.根據權利要求I所述的翼型件(10)，其特征在于，所述翼型件葉片(20)包括根部(28)和頂端部(30)，其中，所述多個通道(42)位于所述根部(28)與所述頂端部(30)之間。
3.根據權利要求2所述的翼型件(10)，其特征在于，所述根部(28)聯接到所述翼型件(10)的平臺(24)。
4.根據權利要求2所述的翼型件(10)，其特征在于，包括至少一個頂端通道(180)，其止于所述翼型件葉片(120)的頂端部(130)處。
5.根據權利要求I所述的翼型件(10)，其特征在于，所述至少一個通道(42)包括大體上彎曲的輪廓。
6.根據權利要求I所述的翼型件(10)，其特征在于，包括多個通道(242)，其具有相對于彼此交錯的構造。
7.根據權利要求I所述的翼型件(10)，其特征在于，所述至少一個通道(242)具有錐形構造，其中，所述至少一個通道(242)的第一直徑(Dl)在相對于所述壓室(236)的至少一個通道(242)的近端處測量且第二直徑(D2)在相對于所述壓室(236)的至少一個通道(242)的遠端處測量，其中，所述第一直徑(Dl)大于所述第二直徑(D2)。
8.根據權利要求I所述的翼型件(10)，其特征在于，所述至少一個通道(242)包括多個突起(284)，其在位于所述至少一個通道(242)中的流中形成湍流。
9.根據權利要求I所述的翼型件(10)，其特征在于，所述至少一個通道(342)為多個通道(342)，所述多個通道(388)的一部分具有臺階構造，其中，所述多個通道(388)的一部分的第一直徑(D1’)在相對于壓室(336)的多個通道(388)的近端處測量，且第二直徑(D2’)在相對于所述壓室(336)的多個通道(388)的遠端處測量，其中，所述第一直徑(D1’)大于所述第二直徑(D2’)，且由位于所述多個通道(388)中的臺階(398)使得所述第一直徑(D1’)變化為所述第二直徑(D2’)。
10.根據權利要求9所述的翼型件(10)，其特征在于，所述多個通道(390)的剩余部分具有小于所述第二直徑(D2’)的第一直徑(D1’)。
全文摘要
本發明涉及一種軸向冷卻翼型件。翼型件(10)包括翼型件葉片(20)。該翼型件葉片(20)具有尾緣(34)、壓力側壁(40)和吸力側壁(38)，其中翼型件葉片(20)的一部分具有在吸力側壁(38)與壓力側壁(40)之間測量的最寬截面。壓室(36)沿著最寬的截面定位。至少一個通道(42)從壓室(36)沿軸向延伸且止于尾緣(34)處。至少一個通道(42)與壓室(36)流體連通且從壓室(36)接收流。
文檔編號F01D5/18GK102953766SQ20121030335
公開日2013年3月6日 申請日期2012年8月24日 優先權日2011年8月24日
發明者S.杜塔, A.E.史密斯 申請人:通用電氣公司