具有特征为轴向分隔壁的后缘冷却的涡轮翼型件制造技术

一种用于涡轮翼型件(10)的后缘冷却特征，后缘冷却特征包括朝向后缘(20)定位在翼型件内部(11)中的多个销(22a‑221)，每个销从压力侧(14)延伸至吸力侧(16)并且还在径向(R)上呈长形。销(22a‑221)布置成沿弦轴线(30)隔开的多个径向排(A‑L)，每排(A‑L)中的销(22a‑22l)隔开以在销之间限定冷却剂通道(24a‑241)。一排径向隔开的分隔壁(26)定位在销(22a‑221)的后方。每个分隔壁(26)从压力侧(14)延伸至吸力侧(16)并且在大致轴向上呈长形，沿着弦轴线(30)延伸以终止于后缘(20)处。轴向延伸的冷却剂的出口槽(28)限定在相邻分隔壁(26a‑26b)之间的空间中，出口槽(28)引导离开最后一排(L)销(22l)的冷却剂从翼型件(10)排出到热气体路径中。

Turbine airfoil with characteristic trailing edge cooling

A rear edge cooling feature for a turbine airfoil (10), the rear edge cooling feature includes a plurality of pins (22a 221) positioned in the rear edge (20) in the interior of the airfoil (11), each pin extends from the pressure side (14) to the suction side (16) and is also a long form on the radial (R). The pin (22a 221) is arranged into a plurality of radial rows (A L) separated by the string axis (30), and the pin (22a 22L) in each row (A L) is separated to limit the coolant channel between the pins (24a 241). A row of radial partitioned walls (26) are positioned at the rear of the pin (22a 221). Each partition wall (26) extends from the pressure side (14) to the suction side (16) and is generally long in axial shape, extending along the chord axis (30) to terminate at the trailing edge (20). The outlet slot (28) of the axial extension of the coolant (28) is limited to the space between the adjacent partition wall (26b), and the outlet slot (28) guides the coolant leaving the last row (L) pin (22L) from the airfoil (10) to the hot gas path.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】具有特征为轴向分隔壁的后缘冷却的涡轮翼型件
技术介绍
1.
本专利技术总体上涉及涡轮发动机中的翼型件，并且具体地涉及结合在涡轮翼型件中的后缘冷却特征。2.
技术介绍
在燃气涡轮发动机中，从压缩机区段排出的压缩空气和从燃料源引入的燃料在燃烧区段中混合在一起并燃烧，从而产生限定高温工作气体的燃烧产物。工作气体被引导通过发动机的涡轮区段中的热气体路径，其中，工作气体膨胀以提供涡轮转子的旋转。涡轮转子可以联接至轴向轴以为上游压缩机和发电机提供动力，其中，涡轮转子的旋转可以用于在发电机中产生电力。考虑到在现代发动机中实施的高压比和高发动机点火温度，某些部件诸如翼型件必须用冷却流体来进行冷却以防止部件过热，这些部件例如为涡轮区段中的固定静叶片和旋转动叶片，冷却流体例如为从压缩机区段中的压缩机排出的空气。涡轮翼型件的有效冷却需要将相对较冷的空气例如沿着涡轮动叶片或固定静叶片的后缘输送到关键区域。相关联的冷却孔例如可以在翼型件内的上游的、压力相对较高的腔与涡轮动叶片的外表面中的一个外表面之间延伸。动叶片腔通常相对于机器的转子和定子在径向上延伸。翼型件通常包括内部冷却通道，内部冷却通道从压力侧壁和吸力侧壁移除热量以使热应力最小化。为了使从压缩机转移的用于冷却的冷却剂空气的体积最小化，基于传热率来实现高冷却效率是重要的设计考虑因素。然而，燃气涡轮翼型件的相对较窄的后缘部分可以包括例如高达翼型件外表面总面积的大约三分之一的面积。为了空气动力学效率，后缘做得相对较薄。因此，随着后缘在彼此相对靠近的两个相对的壁表面上接收热量输入，需要相对较高的冷却剂流量来提供必要的传热率以保持机械完整性。
技术实现思路
简而言之，本专利技术的方面提供了用于涡轮翼型件的改进的后缘冷却特征。翼型件可以包括外壁，外壁由在前缘处和后缘处接合的压力侧和吸力侧形成。外壁可以沿着涡轮发动机的径向的翼展方向延伸并且可以界定翼型件内部。弦轴线可被限定在压力侧和吸力侧之间居中地延伸。根据本专利技术的第一方面，多个销可朝向后缘定位在翼型件内部中。每个销可以从压力侧延伸至吸力侧并且可以在径向上呈长形。多个销可布置成沿弦轴线间隔开的多个径向排，其中，每排中的销间隔开以在销之间限定冷却剂通道。径向间隔开的一排分隔壁可以定位在最后一排销的后方。每个分隔壁可以从压力侧延伸至吸力侧。每个分隔壁可以在大致轴向上呈长形，沿着弦轴线延伸以终止于后缘处。轴向延伸的冷却剂的出口槽可以限定在相邻分隔壁之间的空间中，该出口槽引导离开最后一排销的冷却剂从翼型件排出到热气体路径中。根据本专利技术的第二方面，多个销可朝向后缘定位在翼型件内部中。每个销可以从压力侧延伸至吸力侧并且可以在径向上呈长形。多个销可布置成沿弦轴线间隔开的多个径向排，其中，每排中的销间隔开以在销之间限定冷却剂通道，并且相邻排中的销沿径向交错排列。径向间隔开的一排分隔壁可以定位在最后一排销的后方。每个分隔壁可以从压力侧延伸至吸力侧。每个分隔壁可以在大致轴向上呈长形，沿着弦轴线延伸以终止于后缘处。轴向延伸的冷却剂出口槽可以限定在相邻分隔壁之间的空间中，该出口槽引导离开最后一排销的冷却剂从翼型件排出到热气体路径中。多个湍流器可以定位在每个出口槽中。湍流器可以成角度地朝向相邻分隔壁以引导出口槽中的冷却剂流。附图说明借助于附图更详细地示出本专利技术。附图示出了优选的构型并且不限制本专利技术的范围。图1是包括后缘冷却特征的涡轮翼型件的横截面图；图2是翼型件的包括长形销的阵列的后缘部分的横截面图；图3是沿着图2的截面III-III截取的截面图；图4是根据本专利技术的一个实施方式的翼型件的包括后缘冷却特征的后缘部分的横截面图；以及图5是沿着图4的截面V-V截取的截面图。具体实施方式在对优选实施方式的以下详细描述中，参考了构成本文一部分的附图，并且其中通过说明而不是限制的方式示出了可以实施本专利技术的特定实施方式。应该理解，可以使用其它实施方式，并且可以在不脱离本专利技术的主旨和范围的情况下做出改变。参照图1，涡轮翼型件10可以包括外壁12，外壁12界定大致中空的翼型件内部11。外壁12在沿涡轮发动机的径向的翼展方向上延伸，该径向垂直于图1的平面。外壁12由在前缘18处和后缘20处接合的大致凹形的压力侧14和大致凸形的吸力侧16形成。弦轴线30可以被限定为在压力侧14和吸力侧16之间居中地延伸。在本说明中，相关术语“前方”是指沿着弦轴线30朝向前缘18的方向，而相关术语“后方”是指沿着弦轴线30朝向后缘20的方向。如示出的，内部通道和冷却回路由径向腔41a-41e形成，径向腔41a-41e由连接压力侧14和吸力侧16的内部分隔壁或肋40a-40d形成。如示出的，翼型件10是用于燃气涡轮发动机的涡轮动叶片。然而，应该注意的是，本专利技术的各方面可以另外被结合到燃气涡轮发动机中的固定静叶片中。在本示例中，冷却剂可以经由设置在动叶片10的根部中的开口进入径向腔41a-41e中的一个或多个径向腔。例如，冷却剂可以通过根部中的开口进入径向腔41e并且径向向外行进以供给到前方冷却分支和后方冷却分支中。在前方冷却分支中，冷却剂可以朝向翼型件10的中弦部分(未进一步详细示出)穿过蛇形冷却回路。在后方冷却分支中，冷却剂可以在经由沿着后缘20布置的排气口离开翼型件10之前轴向地穿过后缘冷却特征的内部布置，该后缘冷却特征由阴影区域50示意性地标出，定位在径向腔41e的后方。传统的后缘冷却特征包括数量通常为两个或三个的一系列冲击板，这些冲击板沿着弦轴线30彼此相邻布置。然而，这种布置使得冷却剂在后缘20处离开翼型件之前仅行进很短的距离。为了改善冷却效率并减少冷却剂流量需求，可能期望沿后缘部分具有较长的冷却剂流动路径以具有更多表面面积用于传递热量。图2-3示出了后缘冷却特征的替代布置。在这种情况下，冲击板由销22的阵列代替。如图2所示，每个销22具有沿径向呈长形的长形形状，并且从压力侧14横跨弦轴线30延伸到吸力侧16。销22布置成如图3中的A-N所示的径向排。每排中的销22间隔开以限定轴向冷却剂通道24。在这种情况下数量为14个的排A-N沿着弦轴线30隔开以限定径向冷却剂通道25。如图3所示，相邻排中的销22可以在径向R上交错排列。离开最后一排销22、即最后方的第N排销22的冷却剂通过定位在后缘20处的一排排气孔27(见图2)排出。与双重或三重冲击板相比，所描述的布置为冷却剂提供更长的流动路径，并且已经示出增加传热和压降从而限制了冷却剂流量。因此，这种布置可适用于需要较少量冷却空气的先进涡轮动叶片的应用。然而，本专利技术人已认识到，在一些应用中，上述布置可导致热气体再循环到或吸入到紧接在最后或最后方的第N排长形销22的下游并位于排气孔27的上游的后缘20中。这可能由最后的第N排销22的下游的尾流引起，该尾流可能产生压力等于或小于翼型件10外部的热气体压力的区域。由于吸入高温流体，后缘处的热通量可能增加，由此来自热流体的热量被传递到翼型件外壁。理想的是具有可防止热气体再循环进入翼型件后缘20的改进设计。解决该问题的一种方式可包括将多排销22一直延伸至后缘20。然而，目前许多涡轮翼型件是通过铸造制造的，并且该技术可以在铸造之后的后缘加工期间提供减小的公差。对于加工非常尖锐的后缘尤其如此。解决热气体再循环或吸本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.用于涡轮发动机的翼型件(10)，包括：外壁(12)，所述外壁(12)界定翼型件内部(11)，所述外壁(12)在沿所述涡轮发动机的径向(R)的翼展方向上延伸并且由在前缘(18)处和后缘(20)处接合的压力侧(14)和吸力侧(16)形成，其中，弦轴线(30)被限定在所述压力侧(14)和所述吸力侧(16)之间居中地延伸；多个销(22a‑221)，所述多个销(22a‑221)朝向所述后缘(20)定位在所述翼型件内部(11)中，每个销从所述压力侧(14)延伸至所述吸力侧(16)并且还在径向上呈长形，所述多个销(22a‑221)布置成沿着所述弦轴线(30)间隔开的多个径向排(A‑L)，其中，每排中的所述销(22a‑221)间隔开以在所述销(22a‑221)之间限定冷却剂通道(24a‑24l)；以及径向间隔开的一排分隔壁(26)，所述一排分隔壁(26)定位在最后一排(L)销(22l)的后方，其中，每个分隔壁(26)从所述压力侧(14)延伸至所述吸力侧(16)并且在大致轴向上呈长形，沿着所述弦轴线(30)延伸以终止于所述后缘(20)处，由此轴向延伸的冷却剂的出口槽(28)被限定在相邻分隔壁(26a‑26b)之间的空间中，所述出口槽(28)引导离开所述最后一排(L)销(221)的冷却剂从所述翼型件(10)排出到热气体路径中。...

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.用于涡轮发动机的翼型件(10)，包括：外壁(12)，所述外壁(12)界定翼型件内部(11)，所述外壁(12)在沿所述涡轮发动机的径向(R)的翼展方向上延伸并且由在前缘(18)处和后缘(20)处接合的压力侧(14)和吸力侧(16)形成，其中，弦轴线(30)被限定在所述压力侧(14)和所述吸力侧(16)之间居中地延伸；多个销(22a-221)，所述多个销(22a-221)朝向所述后缘(20)定位在所述翼型件内部(11)中，每个销从所述压力侧(14)延伸至所述吸力侧(16)并且还在径向上呈长形，所述多个销(22a-221)布置成沿着所述弦轴线(30)间隔开的多个径向排(A-L)，其中，每排中的所述销(22a-221)间隔开以在所述销(22a-221)之间限定冷却剂通道(24a-24l)；以及径向间隔开的一排分隔壁(26)，所述一排分隔壁(26)定位在最后一排(L)销(22l)的后方，其中，每个分隔壁(26)从所述压力侧(14)延伸至所述吸力侧(16)并且在大致轴向上呈长形，沿着所述弦轴线(30)延伸以终止于所述后缘(20)处，由此轴向延伸的冷却剂的出口槽(28)被限定在相邻分隔壁(26a-26b)之间的空间中，所述出口槽(28)引导离开所述最后一排(L)销(221)的冷却剂从所述翼型件(10)排出到热气体路径中。2.根据权利要求1所述的翼型件(10)，其中，在相邻排中的所述销(22a-221)在径向(R)上交错排列。3.根据权利要求1所述的翼型件(10)，其中，每个长形销(22a-221)的平行于所述径向(R)的长度尺寸大于平行于所述弦轴线(30)的宽度尺寸。4.根据权利要求3所述的翼型件(10)，其中，每个长形销(22a-221)由大致平行于所述径向(R)的第一侧面(32a)和第二侧面(32b)以及垂直于所述径向(R)延伸的第三侧面(32c)和第四侧面(32d)构成。5.根据权利要求4所述的翼型件(10)，其中，所述第三侧面(32c)和第四侧面(32d)是凸形的。6.根据权利要求1所述的翼型件(10)，其中，沿着所述径向(R)，每个出口槽(28)的宽度(w28)大致大于每个分隔壁(26)的宽度(w26)。7.根据权利要求1所述的翼型件(10)，其中，所述分隔壁(26)占据相对于所述最后一排(L)销(221)中的冷却剂通道(241)交错排列的径向位置。8.根据权利要求5所述的翼型件(10)，其中，每个所述分隔壁(26)占据与所述最后一排(L)销(221)中的相应销(221)的中间部分对齐的径向位置。9.根据权利要求1所述的翼型件(10)，其中，一个或多个湍流器(34a-34b，36a-36b)在每个出口槽(28)中分别定位在所述压力侧(14)处和所述吸力侧(16)处。10.根据权利要求9所述的翼型件(10)，其中，在所述压力侧(14)处和所述吸力侧(16)处的所述湍流器(34a-34b，36a-36b)沿着所述弦轴线(30)偏移。11.根据权利要求9所述的翼型件(10)，其中，在所述压力侧(14)处和所述吸力侧(16)处的所述湍流器(34a-34b，36a-36b)在横向于所述弦轴线(30)的方向上重叠。12.根据权利要求9所述的翼型件(10)，其中，所述湍流器(34a-34b，36a-36b)成角度地朝向所述相邻分隔壁(26a-26b)以引导所述出口槽中的冷却剂流。13.根据权利要求12所述的翼型件...

【专利技术属性】
技术研发人员：李经邦，
申请(专利权)人：西门子股份公司，
类型：发明
国别省市：德国,DE