具有顺翼展延伸流阻断器的涡轮翼型件冷却系统技术方案

公开了一种用于燃气涡轮发动机的涡轮翼型件（12）的冷却系统（10），其中，所述冷却系统（10）包括定位在一个或多个冷却通道（16）内的顺翼展延伸的中流阻断器（14）以维持内部通流通道马赫数。一个或多个冷却通道（16）可以在靠近所述翼型件（12）的外端（18）具有比在内端处更大的截面面积。一个或多个冷却通道（16）可以包括延伸到所述冷却通道（16）中的中流阻断器（14）。在至少一个实施例中，所述中流阻断器（14）可以从所述翼型件（12）的所述外端（18）径向向内延伸。所述中流阻断器（14）可以限制冷却流体从压力侧（36）至抽吸侧（38）的移动或者反之亦然。所述中流阻断器（14）可以在径向向外移动时增加尺寸，随之所述冷却通道（16）的截面面积也增加。这种构造使得内部通流通道马赫数保持在设计极限内。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术大体上涉及涡轮翼型件（turbineairfoil），并且更加具体地涉及中空涡轮翼型件中的冷却系统。
技术介绍
通常，燃气涡轮发动机包括：用于压缩空气的压缩器、用于使压缩空气与燃料混合且点燃该混合物的燃烧器、以及用于产生功率的涡轮叶组件。燃烧器通常在可以超过2,260华氏度的较高温度下操作。典型的涡轮燃烧器构造使涡轮叶片组件暴露至该较高温度下。因此，涡轮叶片必须由能够经受该较高温度的材料制成。此外，涡轮叶片通常包括冷却系统，用于延长叶片的寿命并且减小由于过度温度引起的故障的可能性。通常，涡轮叶片是由翼型件形成，该翼型件具有在内侧端处的内径（ID）平台以及具有在外侧端处的外径（OD）平台。该叶片通常包括前缘和后缘，其中，大多数涡轮叶片的内部方面通常包含形成冷却系统的冷却通道的复杂曲径。叶片中的冷却通道通常从涡轮发动机的压缩器接收空气并且使该空气穿过叶片。冷却通道通常包括多个流路，该多个流路设计为使涡轮叶片的所有方面维持在相对均匀的温度下。为在ID和OD处具有较大截面流动面积的涡轮叶片提供充足冷却一直存在挑战性。
技术实现思路
公开了一种用于燃气涡轮发动机的涡轮翼型件的冷却系统，由此，该冷却系统包括定位在一个或多个冷却通道内的顺翼展延伸的中流阻断器以维持内部通流通道马赫数。一个或多个冷却通道可以在靠近翼型件的外端处具有比在内端处更大的截面面积。一个或多个冷却通道可以包括延伸到冷却通道中的中流阻断器。在至少一个实施例中，中流阻断器可以从翼型件的外端径向向内延伸。中流阻断器可以限制冷却流体从压力侧至抽吸侧的移动或者反之亦然。中流阻断器可以在径向向外移动时增加尺寸，随之冷却通道的截面面积也增加。这种构造使得内部通流通道马赫数保持在设计极限内。在至少一个实施例中，涡轮翼型件可以包括大体上细长的中空翼型件，所述大体上细长的中空翼型件由外壁形成，并且具有：前缘、后缘、压力侧、抽吸侧、翼型件的第一端和与该第一端相对的第二端、以及定位在大体上细长的中空翼型件的内部方面内的冷却系统。冷却系统的一个或多个冷却通道可以在靠近翼型件的外径端具有比在翼型件的内径端处更大的截面面积。一个或多个中流阻断器可以在顺翼展延伸方向上在形成至少一个冷却通道的内表面处从第一端朝着定位为更接近冷却通道的中点的第二端延伸，并且在该内表面处从基部延伸至定位为更接近至少一个冷却通道的中心线轴线的尖端。中流阻断器可以从第一端至第二端逐渐变小，该第一端具有较大截面面积，该第二端具有定位为更接近冷却通道的中点的较小截面面积。中流阻断器的基部可以与形成冷却通道的内表面接触，该冷却通道从中流阻断器的第一端至中流阻断器的第二端。中流阻断器还可以从中流阻断器的基部至尖端逐渐变小。中流阻断器在从基部开始从基部至尖端的长度的25%内的截面面积可以大于中流阻断器在从尖端开始从基部至尖端的长度的25%内的截面面积。在至少一个实施例中，中流阻断器可以具有圆形尖端。中流阻断器可以包括两个中流阻断器，其中，第一中流阻断器可以从至少一个冷却通道的第一侧延伸，并且第二中流阻断器可以从至少一个冷却通道的第二侧延伸。冷却通道的第一侧大体上在冷却通道的冷却通道的第二侧的相对侧上。冷却通道的第一侧可以从形成压力侧的外壁延伸至形成抽吸侧的外壁。冷却通道的第二侧可以从形成压力侧的外壁延伸至形成抽吸侧的外壁。中流阻断器的第一端可以定位在外径平台处。冷却系统的冷却通道可以包括前缘冷却通道，该前缘冷却通道具有在外径平台处的进口以及在内径平台处的出口。冷却系统的冷却通道可以包括弦线中点弯曲冷却通道，该弦线中点弯曲冷却通道从外径平台延伸至具有弦向延伸的冷却通道腿部的内径平台。多个行进带可以从形成压力侧的外壁延伸到冷却通道中，并且多个行进带可以从形成抽吸侧的外壁延伸到至少一个冷却通道中。冷却通道可以由形成顺翼展延伸的弯曲冷却通道的多个冷却通道形成，其中，至少一个内侧流动冷却通道可以包括至少一个中流阻断器，并且其中，至少一个外侧流动冷却通道包括至少一个中流阻断器。前缘内侧流动冷却通道可以包括一个或多个中流阻断器，并且至少两个内侧流动冷却通道和至少两个外侧流动冷却通道可以包括至少一个中流阻断器。在使用期间，冷却流体可以通过前缘冷却通道的进口从冷却流体供应源流到冷却系统中。当冷却流体流到前缘冷却通道中时，流体遇到中流阻断器，该中流阻断器使得冷却流体的速度增加，因为中流阻断器使前缘冷却通道的截面面积减小。流过第一腿部的流体的速度处于或者高于设计内部通流通道马赫数。冷却流体还遇到行进带，该行进带使热传递的量增加。冷却流体可以流过前缘冷却通道并且可以通过第一转弯部而排放到第二腿部中。当冷却流体在第二腿部中径向向外流动时，涡轮翼型件的截面面积在朝着外端径向向外移动时扩大。然而，中流阻断器在径向向外移动时增加尺寸，以维持设计内部通流通道马赫数。中流阻断器可以大体上将第二腿部从单个开口流动通道转变为靠近外端的两个狭窄流动通道，用于维持设计内部通流通道马赫数。冷却流体可以径向向外地流过第二腿部并且可以通过第二转弯部排放到第三腿部中。在第三腿部中，冷却流体径向向内地流过由第三腿部中的中流阻断器形成的两个狭窄流动通道并且在第三腿部中的中流阻断器的内部径向地结合在一起。中流阻断器维持通过第三腿部、第四腿部和第五腿部的冷却流体流。冷却流体在该冷却流体的温度增加的情况下流过第三腿部、第四腿部和第五腿部并且通过后缘排放孔口排放。该冷却系统的优点在于：该冷却系统对于冷却具有较大外端的翼型件（诸如，通常在第二级翼型件和第三级翼型件中）起到非常好的作用，该翼型件具有冷却通道，该冷却通道在外端处具有比在内端处更大的截面面积。该冷却系统的另一个优点在于：一个或多个中流阻断器的使用避免了通道流动马赫数的急剧减小。该冷却系统的另一个优点在于：通过将一个或多个中流阻断器并入到弯曲冷却通道的外部分中（在该外部分中，弯曲通道流动面积变得太大以致于不能维持通流通道马赫数），可以消除针对外径平台处的低质量流量的扩散问题。该冷却系统的另一个优点在于：本文所描述的中流阻断器的布置可以消除通常在低质量流量流动通道中发现的冷却流分布不均匀，并且代替地朝着翼型件壁的外壁推动冷却空气且促进流动通道通流速度，从而增加通道热传递增强。该冷却系统的另一个优点在于：中流阻断器的尺寸可以进行定制以在冷却通道的全部或者一部分内实现恒定的冷却流通道截面面积。这些以及其它实施例在下文更加详细地描述。附图说明并入本说明书且形成本说明书的一部分的附图示出了当前公开的专利技术的实施例，并且与描述一起公开了本专利技术的原理。图1是具有冷却系统的翼型件的透视图。图2是在图1中的剖面线2-2处截取的翼型件的截面图。图3是在图1中的剖面线3-3处截取的翼型件的角截面图（cross-sectional,filletedview）。图4是在图3中的剖面线4-4处截取的翼型件的截面图。具体实施方式如在图1至图4中示出的，公开了一种用于燃气涡轮发动机的涡轮翼型件12的冷却系统10，由此，该冷却系统10包括定位在一个或多个冷却通道16内的顺翼展延伸的中流阻断器14以维持内部通流通道马赫数。一个或多个冷却通道16可以在靠近翼型件12的外端18处具有比在内端20处更大的截面面积。一个或多个冷却通道16可以包本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种涡轮翼型件（12），其特征在于，大体上细长的中空翼型件（28），该大体上细长的中空翼型件（28）由外壁（30）形成，并且具有前缘（32）、后缘（34）、压力侧（36）、抽吸侧（38）、所述翼型件（28）的第一端（40）和与所述第一端（40）相对的第二端（42）、以及定位在所述大体上细长的中空翼型件（28）的内部方面内的冷却系统（10）；所述冷却系统（10）的至少一个冷却通道（16），该至少一个冷却通道（16）在靠近所述翼型件（28）的外径端（44）具有比在所述翼型件（28）的内径端（46）处更大的截面面积；以及至少一个中流阻断器（14），该至少一个中流阻断器（14）在顺翼展延伸方向上在形成所述至少一个冷却通道（16）的内表面（50）处从第一端（48）朝着定位为比所述第一端（48）更接近所述至少一个冷却通道（16）的中点（54）的第二端（52）延伸，并且在所述内表面（50）处从基部（56）延伸至定位为比所述基部（56）更接近所述至少一个冷却通道（16）的中心线轴线（60）的尖端（58）。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种涡轮翼型件（12），其特征在于，大体上细长的中空翼型件（28），该大体上细长的中空翼型件（28）由外壁（30）形成，并且具有前缘（32）、后缘（34）、压力侧（36）、抽吸侧（38）、所述翼型件（28）的第一端（40）和与所述第一端（40）相对的第二端（42）、以及定位在所述大体上细长的中空翼型件（28）的内部方面内的冷却系统（10）；所述冷却系统（10）的至少一个冷却通道（16），该至少一个冷却通道（16）在靠近所述翼型件（28）的外径端（44）具有比在所述翼型件（28）的内径端（46）处更大的截面面积；以及至少一个中流阻断器（14），该至少一个中流阻断器（14）在顺翼展延伸方向上在形成所述至少一个冷却通道（16）的内表面（50）处从第一端（48）朝着定位为比所述第一端（48）更接近所述至少一个冷却通道（16）的中点（54）的第二端（52）延伸，并且在所述内表面（50）处从基部（56）延伸至定位为比所述基部（56）更接近所述至少一个冷却通道（16）的中心线轴线（60）的尖端（58）。2.根据权利要求1所述的涡轮翼型件（12），其特征在于，所述至少一个中流阻断器（14）从所述第一端（48）至所述第二端（52）逐渐变小，所述第一端（48）具有较大截面面积，所述第二端（52）具有定位为更接近所述至少一个冷却通道（16）的所述中点（54）的较小截面面积。3.根据权利要求1所述的涡轮翼型件（12），其特征在于，所述至少一个中流阻断器（14）的所述基部（56）与形成所述至少一个冷却通道（16）的所述内表面（50）接触，所述至少一个冷却通道（16）从所述至少一个中流阻断器（14）的第一端（48）至所述至少一个中流阻断器（14）的第二端（52）。4.根据权利要求1所述的涡轮翼型件（12），其特征在于，所述至少一个中流阻断器（14）从所述至少一个中流阻断器（14）的所述基部（56）至所述尖端（58）逐渐变小。5.根据权利要求1所述的涡轮翼型件（12），其特征在于，所述至少一个中流阻断器（14）在从所述基部（56）开始从所述基部（56）至所述尖端（58）的长度的25%内的截面面积大于所述至少一个中流阻断器（14）在从所述尖端（58）开始从所述基部（56）至所述尖端（58）的长度的25%内的截面面积。6.根据权利要求1所述的涡轮翼型件（12），其特征在于，所述至少一个中流阻断器（14）是由与形成所述大体上细长的中空翼型件（28）的材料不同的材料形成。7.根据权利要求1所述的涡轮翼型件（12），其特征在于，所述至少一个中流阻...

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