涡轮翼面制造技术

带有冷却系统（10）的燃气涡轮发动机的涡轮翼面（12）被公开，其中，该翼面（12）具有弓形构造。翼面（12）可以构造成使得前缘（16）或后缘（18）或二者都可以具有比前缘和后缘（16、18）的外端部在上游更远地定位的中段。冷却系统（10）的一个或多个冷却通道（28）可以具有接近翼面（12）的端部的横截面面积，比在翼展中心位置处的大。一个或多个冷却通道（28）可以具有一个或多个拐角阻流器（30），该拐角阻流器（30）在冷却通道（28）中在翼弦方向上延伸，并且从拐角（54）朝向中心线轴线（34）延伸，由此降低冷却通道（28）的横截面面积。拐角阻流器（30）可以定位在冷却系统（10）内以维持通过翼面（12）的冷却流体流在期望的设计参数内。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术总地指向涡轮翼面，并且特别地指向在中空涡轮静叶中的冷却系统。
技术介绍
典型地，燃气涡轮发动机包括用于压缩空气的压缩机，用于将压缩空气与燃料混合并点燃该混合物的燃烧室，以及用于产生功率的涡轮叶片组件。燃烧室经常在可能超过2,260华氏度的高温下操作。典型的涡轮燃烧室构造将涡轮静叶组件暴露于这些高温，如在图1和图3中所示。这样一来，涡轮静叶必须由能够承受这样的高温的材料制成。此外，涡轮静叶经常包括冷却系统，该冷却系统用于延长静叶寿命并降低由于过度的温度所导致的失效的可能性。典型地，涡轮静叶由翼面形成，该翼面在内侧端部处具有内径（ID）平台，并且在外侧端部处具有外径（OD）平台。静叶通常地包括前缘和后缘，具有大部分涡轮静叶的内部结构，典型地包括形成冷却系统的错综复杂的冷却通道迷宫。在静叶中的冷却通道典型地从涡轮发动机的压缩机接收空气，并且通过静叶传递该空气。冷却通道经常包括设计成将涡轮静叶的全部结构（aspect）维持在相对均匀的温度下的多个流动路径。向在ID和OD处具有大的横截面流面积的涡轮静叶提供充足的冷却被证明是具有挑战性的。
技术实现思路
用于燃气涡轮发动机的涡轮翼面的冷却系统被公开，其中，涡轮翼面具有弓形构造。涡轮翼面可以构造成使得前缘或后缘或二者都具有前缘和后缘的外端部，该外端部在上游方向上比中段更远地定位。冷却系统的一个或多个冷却通道可以具有横截面面积接近翼面的端部比在翼展中心（midspan）位置处的大。一个或多个冷却通道可以具有一个或多个拐角阻流器，该拐角阻流器在冷却通道中在翼弦方向（chordwise）上延伸，并且从拐角朝向中心线轴线延伸，由此降低冷却通道的横截面面积。拐角阻流器可以定位在冷却系统内以维持通过翼面的冷却流体流在期望的设计参数内。涡轮翼面可以由大致细长的中空翼面形成，其包括外壁，具有前缘、后缘、压力侧、吸入侧、在翼面的第一端部处的内径平台以及在与第一端部相对的第二端部处的外径平台，以及定位在大致细长的中空翼面的内部结构内的冷却系统。冷却系统的一个或多个冷却通道可以具有横截面面积接近翼面的端部比在翼展中心位置处的大。冷却系统还可以包括一个或多个拐角阻流器，其从在形成至少一个冷却通道的内部表面的拐角处的第一端部朝向在翼展延伸方向上定位更靠近所述至少一个冷却通道的中点的第二端部延伸，并且其从在内表面处的基底向定位更靠近该至少一个冷却通道的中心线轴线的尖端对角地延伸。拐角阻流器的一个或多个可以从具有较大的横截面面积的第一端部向定位更靠近该冷却通道的中点的具有较小的横截面面积的第二端部渐细。拐角阻流器的基底可以与形成冷却通道的内部表面接触，从拐角阻流器的第一端部至该至少一个拐角阻流器的第二端部。在从尖端开始的在从基底到尖端的长度的25%以内的拐角阻流器的横截面面积可以大于从基底开始的在从基底到尖端的长度的25%以内的拐角阻流器的横截面面积。在至少一个实施例中，拐角阻流器可以具有圆形尖端或其他适当的构造。在至少一个实施例中，冷却系统可以包括两个拐角阻流器，由此，第一拐角阻流器从在冷却通道的吸入侧上的第一拐角延伸，并且第二拐角阻流器从在冷却通道的吸入侧上的第二拐角延伸。冷却系统还可以包括两个拐角阻流器，由此第一拐角阻流器从在冷却通道的吸入侧上的第一拐角延伸，并且从第一内部肋板延伸，该第一内部肋板从压力侧向吸入侧延伸，并且第二拐角阻流器从在冷却通道的压力侧上的第一拐角延伸，并且从第一内部肋板延伸。冷却系统还可以包括四个拐角阻流器，由此第一拐角阻流器从在冷却通道的吸入侧上的第一拐角延伸，第二拐角阻流器从在冷却通道的吸入侧上的第二拐角延伸，第三拐角阻流器从在冷却通道的压力侧上的第一拐角延伸，并且第四拐角阻流器从在冷却通道的压力侧上的第二拐角延伸。一个或多个拐角阻流器可以径向地向内或径向地向外延伸。特别地，拐角阻流器的第一端部可以定位在外径平台处。拐角阻流器的第一端部可以定位在内径平台处。冷却系统还可以包括前缘冷却通道，其在外径平台处带有入口并且在内径平台处带有出口。冷却系统的冷却通道还可以包括中翼弦（mid-chord）蛇形冷却通道，其从外径平台延伸至内径平台，带有在翼弦方向上延伸的冷却通道支路。翼面可以具有弓形的外部形状。特别地，翼面的后缘可以在上游方向上在后缘和外径平台的交叉点处以及在后缘和内径平台的交叉点处定位比在内径平台和外径平台之间的位置处远。类似地，翼面的前缘可以在上游方向上在前缘和外径平台的交叉点处以及在前缘和内径平台的交叉点处定位比在内径平台和外径平台之间的位置处远。冷却系统的优点是，冷却系统非常良好地工作以冷却典型地具有冷却通道的弓形翼面，当与在翼展中心区域之外的内侧或外侧端部处的冷却通道的部分比较时，该冷却通道在翼展中心区域中具有减小的体积。冷却系统的另一个优点是，一个或多个拐角阻流器的使用避免通道流马赫数（Mach number）的急剧降低，该急剧降低可以引起冷却流扩散，或在一些情况中，可以引起在蛇形流内的流分离。还有冷却系统的另一个优点是，通过将一个或多个拐角阻流器结合至蛇形冷却通道的内部或外部部分或两者中（在这里，蛇形通道流面积变得过大以至于不能维持通过流通道马赫数），能够消除在内径平台和外径平台处的低质量通量的扩散问题。冷却系统的另一个优点是，在本文中所描述的拐角阻流器的布置可以消除通常在低质量通量流通道中发现的冷却流分配不均，并且代替地朝向该翼面壁的内侧推动冷却空气，并且提高流通道的通过流速度，由此提高通道热传递的增强。冷却系统的又一个优点是，拐角阻流器的大小可以定制以实现在全部或部分冷却通道内的恒定的冷却流通道横截面面积。这个专利技术的另一个优点是，蛇形冷却通道比传统的钻径向孔的冷却设计产生更高的冷却效率等级。还有这个专利技术的另一个优点是，三程的蛇形冷却通道对于叶片较低翼展产生更低的并且更均匀的叶片截面质量平均温度，其改善叶片蠕变寿命能力。下面更详细地描述这些和其他实施例。附图说明结合至说明书中并形成说明书的一部分的所附附图图示当前公开的专利技术的实施例，并且其与说明书一起公开本专利技术的原理。图1是在燃气涡轮发动机中可用的传统静叶的侧视图。图2是在燃气涡轮发动机中可用的弓形静叶的侧视图。图3是在燃气涡轮发动机中可用的图1的传统静叶的正视图。图4是在燃气涡轮发动机中可用的图2的弓形静叶的正视图。图5是图2的弓形静叶的透视图。图6是沿在图5中的截面线6-6截取的图2的弓形静叶的横截面视图。图7是沿在图5中的截面线7-7截取的图2的弓形静叶的横截面视图。图8是沿在图5中的截面线8-8截取的图2的弓形静叶的横截面视图。图9是在涡轮静叶内的冷却系统的示意图。图10是沿在图5中的截面线9-9截取的涡轮静叶的横截面视图。图11是沿在图10中的截面线11-11截取的涡轮静叶的横截面视图。图12是沿在图11中的截面线13-13截取的在涡轮静叶内的冷却通道的横截面视图。具体实施方式如在图1-12中所示，公开了用于燃气涡轮发动机的涡轮翼面12的冷却系统10，其中，该涡轮翼面12具有弓形构造。涡轮翼面12可以构造成使得前缘16或后缘18或二者都可以具有外端部24、26，该外端部24、26比前缘和后缘16、18的中段20在上游方向22上更远地定位，如在图2、图4和图5中所示。如在本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种涡轮翼面（12），其特征在于：由外壁（38）形成的大致细长的中空翼面（36），并且具有前缘（16），后缘（18），压力侧（40），吸入侧（42），在翼面（36）的第一端部（46）处的内径平台（44）以及在与所述第一端部（46）相对的第二端部（50）处的外径平台（48），以及定位在所述大致细长的中空翼面（36）的内部结构内的冷却系统（10）；所述冷却系统（10）的至少一个冷却通道（28）具有横截面面积接近所述翼面（36）的端部比在翼展中心位置处的大；以及至少一个拐角阻流器（30），所述至少一个拐角阻流器（30）从在形成所述至少一个冷却通道（28）的内部表面（56）的拐角（54）处的第一端部（52）朝向第二端部（58）延伸，所述第二端部（58）在翼展延伸方向上定位更靠近所述至少一个冷却通道（28）的中点（60），并且所述至少一个拐角阻流器（30）从在所述内部表面（56）处的基底（64）对角地延伸到定位更靠近所述至少一个冷却通道（28）的中心线轴线（34）的尖端（66）。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种涡轮翼面（12），其特征在于：由外壁（38）形成的大致细长的中空翼面（36），并且具有前缘（16），后缘（18），压力侧（40），吸入侧（42），在翼面（36）的第一端部（46）处的内径平台（44）以及在与所述第一端部（46）相对的第二端部（50）处的外径平台（48），以及定位在所述大致细长的中空翼面（36）的内部结构内的冷却系统（10）；所述冷却系统（10）的至少一个冷却通道（28）具有横截面面积接近所述翼面（36）的端部比在翼展中心位置处的大；以及至少一个拐角阻流器（30），所述至少一个拐角阻流器（30）从在形成所述至少一个冷却通道（28）的内部表面（56）的拐角（54）处的第一端部（52）朝向第二端部（58）延伸，所述第二端部（58）在翼展延伸方向上定位更靠近所述至少一个冷却通道（28）的中点（60），并且所述至少一个拐角阻流器（30）从在所述内部表面（56）处的基底（64）对角地延伸到定位更靠近所述至少一个冷却通道（28）的中心线轴线（34）的尖端（66）。2.如权利要求1所述的涡轮翼面（12），其特征在于，所述至少一个拐角阻流器（30）从具有较大的横截面面积的所述第一端部（52）向具有较小的横截面面积的所述第二端部（58）渐细，所述第二端部（58）定位更靠近所述至少一个冷却通道（28）的所述中点（60）。3.如权利要求1所述的涡轮翼面（12），其特征在于，所述至少一个拐角阻流器（30）的所述基底（64）从所述至少一个拐角阻流器（30）的第一端部（52）至所述至少一个拐角阻流器（30）的第二端部（58）与形成所述至少一个冷却通道（28）的所述内部表面（56）接触。4.如权利要求1所述的涡轮翼面（12），其特征在于，在从所述尖端（66）开始的从所述基底（64）到所述尖端（66）的长度的25%内的所述至少一个拐角阻流器（30）的横截面面积大于在从所述基底（64）开始的从所述基底（64）到所述尖端（66）的长度的25%内的所述至少一个拐角阻流器（30）的横截面面积。5.如权利要求1所述的涡轮翼面（12），其特征在于，所述至少一个拐角阻流器（30）具有圆形尖端（66）。6.如权利要求1所述的涡轮翼面（12），其特征在于，所述至少一个拐角阻流器（30）包括两个拐角阻流器（30），其中，第一拐角（72）阻流器从在所述至少一个冷却通道（28）的所述吸入侧（42）上的第一拐角（74）延伸，并且第二拐角阻流器（76）从在所述至少一个冷却通道（28）的所述吸入侧（42）上的第二拐角（78）延伸。7.如权利要求1所述的涡轮翼面（12），其特征在于，所述至少一个拐角阻流器（30）包括两个拐角阻流器（30），...

【专利技术属性】
技术研发人员：梁北震，
申请(专利权)人：西门子公司，
类型：发明
国别省市：德国;DE