带有具备分流器特征的内部冷却通道的涡轮翼型件制造技术

一种翼型件(10)，该翼型件(10)包括至少一个内部冷却通道(A‑F)，所述内部冷却通道(A‑F)沿径向方向延伸，并且所述内部冷却通道(A‑F)与翼型件压力侧壁(16)和翼型件吸力侧壁(18)在相对两侧上邻接。翼型件压力侧壁(16)的内表面(16a)和翼型件吸力侧壁(18)的内表面(18b)限定与流动通过内部冷却通道(A‑F)的冷却剂有关的热传递表面。在压力侧壁(16)与吸力侧壁(18)之间的内部冷却通道(A‑F)中的冷却剂的流动路径中定位有分流器特征(90)。分流器特征(90)在分流器特征(90)的下游有效地形成流分离区域，其中，冷却剂的流速沿着压力侧壁(16)的内表面(16a)和吸力侧壁(18)的内表面(18b)局部地增大。

Turbine airfoil with internal cooling passage with shunt characteristics

An airfoil (10) includes at least one internal cooling channel (A_F), which extends radially and is adjacent to the pressure side wall (16) of the airfoil and the suction side wall (18) of the airfoil. The inner surface (16a) of the pressure side wall (16) of the airfoil and the inner surface (18b) of the suction side wall (18) of the airfoil limit the heat transfer surface associated with the flow of coolant through the internal cooling channel (A F). The distributor feature (90) is located in the coolant flow path in the internal cooling passage (A_F) between the pressure side wall (16) and the suction side wall (18). The distributor feature (90) effectively forms a flow separation zone downstream of the distributor feature (90), in which the coolant flow rate increases locally along the inner surface (16a) of the pressure side wall (16) and the inner surface (18b) of the suction side wall (18).

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】带有具备分流器特征的内部冷却通道的涡轮翼型件
本专利技术总体上涉及涡轮翼型件，并且更具体地涉及具有内部冷却通道的涡轮翼型件，内部冷却通道用于引导冷却剂通过翼型件。
技术介绍
在涡轮机比如燃气涡轮发动机中，空气在压缩机部段中被加压并且然后在燃烧室部段中与燃料混合并燃烧以产生热燃烧气体。热燃烧气体在发动机的涡轮部段内膨胀，在涡轮部段中，能量被提取以为压缩机部段提供动力并且产生有用功，比如使发电机转动以产生电力。热燃烧气体行进通过涡轮部段内的一系列涡轮级。涡轮级可以包括一排固定翼型件，即静叶片(vane)，所述一排固定翼型件后面跟着一排旋转翼型件，即涡轮动叶片(blade)，其中，涡轮动叶片从热燃烧气体中提取能量以用于提供输出动力。由于翼型件，即静叶片和涡轮动叶片直接地暴露于热燃烧气体，因此翼型件，即静叶片和涡轮动叶片通常设置有内部冷却通道，内部冷却通道引导冷却流体比如压缩机引气通过翼型件。一种类型的涡轮翼型件包括径向延伸的外壁，该外壁由相对的压力侧壁和吸力侧壁构成，压力侧壁和吸力侧壁从翼型件的前缘延伸至后缘。冷却通道在翼型件内在压力侧壁与吸力侧壁之间延伸，并且冷却通道引导冷却流体沿交替的径向方向通过翼型件。冷却通道从压力侧壁和吸力侧壁移除热并且因此避免了这些零部件过热。在涡轮翼型件中，基于热传递率实现高冷却效率是重要的设计考虑因素，以使从压缩机转移的用于冷却的冷却剂空气的体积减至最小。
技术实现思路
简言之，本专利技术的各方面提供了一种具有内部冷却通道的涡轮翼型件，所述内部冷却通道具有分流器特征以增强压力侧壁和吸力侧壁处的热传递。根据本专利技术的第一方面，提供了一种涡轮翼型件。该涡轮翼型件包括外壁，该外壁限定出翼型件内部。沿着涡轮发动机的径向方向沿翼展方向延伸的外壁由压力侧壁和吸力侧壁形成，压力侧壁和吸力侧壁在前缘处和后缘处被接合。涡轮翼型件包括位于翼型件内部中的至少一个内部冷却通道。内部冷却通道沿径向方向延伸，并且内部冷却通道与压力侧壁和吸力侧壁在相对两侧上邻接使得压力侧壁的内表面和吸力侧壁的内表面限定与流动通过内部冷却通道的冷却剂有关的热传递表面。分流器特征定位在压力侧壁与吸力侧壁之间的内部冷却通道中的冷却剂的流动路径中。分流器特征在分流器特征的下游有效地形成流分离区域，其中，冷却剂的流速沿着压力侧壁的内表面和吸力侧壁的内表面局部地增大，以增强冷却剂与外壁之间的热传递。根据本专利技术的第二方面，提供了一种涡轮翼型件。该涡轮翼型件包括外壁，该外壁限定出翼型件内部。沿着涡轮发动机的径向方向沿翼展方向延伸的外壁由压力侧壁和吸力侧壁形成，压力侧壁和吸力侧壁在前缘处和后缘处被接合。在翼型件内部中定位有至少一个间隔壁，所述间隔壁沿着径向范围将压力侧壁与吸力侧壁连接以便在翼型件内部中限定多个径向腔。在径向腔中的至少一个径向腔中定位有长形的阻流体以便占据该径向腔中的非活动体积。沿径向方向延伸的阻流体与压力侧壁、吸力侧壁和间隔壁间隔开，其中，在阻流体与压力侧壁之间限定有第一近壁冷却通道，在阻流体与吸力侧壁之间限定有第二近壁冷却通道，并且在阻流体与间隔壁之间限定有连接通道。连接通道沿着径向范围连接至第一近壁冷却通道和第二近壁冷却通道以限定径向延伸的内部冷却通道。在内部冷却通道的入口处定位有分流器特征。分流器特征的形状设定为在连接通道中在分流器特征的下游形成有流分离区域，其中，与连接通道相比，冷却剂的流速在第一近壁冷却通道和第二近壁冷却通道中局部地增大，以增强冷却剂与外壁之间的热传递。附图说明本专利技术借助于附图被更详细地示出。附图示出了优选构型但不限制本专利技术的范围。图1是以本专利技术的实施方式为特征的涡轮翼型件的立体图；图2是沿着图1的截面II-II截取的穿过涡轮翼型件的径向横截面图；图3是沿着图2中的截面III-III截取的翼展方向(span-wise)横截面图；图4、图5和图6分别是沿着图3中的截面IV-IV、V-V和VI-VI截取的示意性横截面图；图7图示了在冷却剂通道中在三角形分流器特征周围的流线；以及图8是结合有根据本专利技术的一个实施方式的分流器特征且图示了通过翼型件的示例性蛇形流动方案的流程图。具体实施方式在优选实施方式的以下详细描述中，参照构成本专利技术的一部分的附图，并且在附图中，通过说明的方式而非限制的方式示出了可以实施本专利技术的特定实施方式。应当理解的是，可以利用其他实施方式，并且可以在不脱离本专利技术的精神和范围的情况下做出改变。本专利技术的各方面涉及内部冷却的涡轮翼型件。在燃气涡轮发动机中，供给至涡轮翼型件中的内部冷却通道的冷却剂通常包括从压缩机部段转移的空气。基于热传递率实现高冷却效率是重要的设计考虑因素，以便使被从压缩机转移的用于冷却的冷却剂空气的体积减至最小。许多涡轮动叶片和静叶片包含双壁式结构，该双壁式结构包括在前缘处和后缘处被接合的压力侧壁和吸力侧壁。内部冷却通道通过采用将压力侧壁和吸力侧壁以直接线性方式连接的内部间隔壁或肋而形成。已经注意到的是，尽管上述设计提供了低的热应力水平，但是该设计可能在热效率方面存在限制，这是因冷却剂流的简单向前或向后流动的蛇形冷却通道以及相对较大的流动横截面区域而引起的增大的冷却剂流量所造成的。在如上面所描述的典型的双壁式涡轮翼型件中，径向冷却剂流中的一大部分径向冷却剂流保持朝向压力侧壁与吸力侧壁之间的流动横截面的中央并且因此该部分径向冷却剂流对于对流冷却而言是未充分使用的。燃气涡轮发动机的热效率可以通过降低涡轮冷却剂流率(flowrate)而增大。然而，由于可用的冷却剂空气减少，因此对翼型件进行冷却可能变得非常困难。例如，除了能够将更少的热从翼型件带出之外，温度更低的冷却剂流还使得更难以产生足够高的速度和热传递率以满足冷却要求。为了解决这一问题，已经研发了实现近壁冷却的技术，比如在由本申请人所提交的国际申请No.PCT/US2015/047332中所公开的技术，并且该申请的全部内容通过参引并入本文中。简言之，这种近壁冷却技术使用流移位元件来减小冷却剂的流动横截面区域，从而增大对流热传递，同时还由于流动横截面的变窄而增大了目标壁速度。此外，这促成了冷却剂的有效利用，这是因为冷却剂流被从流动横截面的中央朝向需要最多冷却的热壁、即压力侧壁和吸力侧壁而移位。本专利技术的各实施方式提供了对于上述近壁冷却技术的进一步改进。现在参照图1，图示了根据一个实施方式的涡轮翼型件10。如所图示的，翼型件10是用于燃气涡轮发动机的涡轮动叶片。然而，应当注意的是，本专利技术的各方面还可以结合到燃气涡轮发动机中的固定静叶片中。翼型件10可以包括外壁14，该外壁14适于例如在轴流式燃气涡轮发动机的高压级中使用。外壁14沿着涡轮发动机的径向方向R沿翼站方向延伸并且外壁14包括大致凹形的压力侧壁16和大致凸形的吸力侧壁18。压力侧壁16和吸力侧壁18在前缘20处和后缘22处被接合。外壁14可以在平台58处联接至根部56。根部56可以将涡轮翼型件10联接至涡轮发动机的盘(未示出)。外壁14在径向方向上由径向外端面或翼型件梢部52和联接至平台58的径向内端面54定界。在其他实施方式中，翼型件10可以是具有径向内端面和径向外端面的固定涡轮静叶片，其中，径向内端面联接至涡轮发动机的涡轮部段的内径，并且径向外端面联接至涡轮发动机的涡轮部本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种涡轮翼型件(10)，包括：外壁(14)，所述外壁(14)限定出翼型件内部(11)，所述外壁(14)沿着涡轮发动机的径向方向(R)沿翼展方向延伸，并且所述外壁(14)由压力侧壁(16)和吸力侧壁(18)形成，所述压力侧壁(16)和所述吸力侧壁(18)在前缘(20)处和后缘(22)处被接合；位于所述翼型件内部(11)中的至少一个内部冷却通道(A‑F)，所述内部冷却通道(A‑F)沿所述径向方向(R)延伸，并且所述内部冷却通道(A‑F)与所述压力侧壁(16)和所述吸力侧壁(18)在相对两侧上邻接使得所述压力侧壁(16)的内表面(16a)和所述吸力侧壁(18)的内表面(18a)限定与流动通过所述内部冷却通道(A‑F)的冷却剂有关的热传递表面；以及分流器特征(90)，所述分流器特征(90)定位在所述压力侧壁(16)与所述吸力侧壁(18)之间的所述内部冷却通道(A‑F)中的所述冷却剂的流动路径中，所述分流器特征(90)在所述分流器特征(90)的下游有效地形成流分离区域，其中，冷却剂的流速沿着所述压力侧壁(16)的内表面(16a)和所述吸力侧壁(18)的内表面(18b)局部地增大，以增强所述冷却剂与所述外壁(14)之间的热传递。...

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种涡轮翼型件(10)，包括：外壁(14)，所述外壁(14)限定出翼型件内部(11)，所述外壁(14)沿着涡轮发动机的径向方向(R)沿翼展方向延伸，并且所述外壁(14)由压力侧壁(16)和吸力侧壁(18)形成，所述压力侧壁(16)和所述吸力侧壁(18)在前缘(20)处和后缘(22)处被接合；位于所述翼型件内部(11)中的至少一个内部冷却通道(A-F)，所述内部冷却通道(A-F)沿所述径向方向(R)延伸，并且所述内部冷却通道(A-F)与所述压力侧壁(16)和所述吸力侧壁(18)在相对两侧上邻接使得所述压力侧壁(16)的内表面(16a)和所述吸力侧壁(18)的内表面(18a)限定与流动通过所述内部冷却通道(A-F)的冷却剂有关的热传递表面；以及分流器特征(90)，所述分流器特征(90)定位在所述压力侧壁(16)与所述吸力侧壁(18)之间的所述内部冷却通道(A-F)中的所述冷却剂的流动路径中，所述分流器特征(90)在所述分流器特征(90)的下游有效地形成流分离区域，其中，冷却剂的流速沿着所述压力侧壁(16)的内表面(16a)和所述吸力侧壁(18)的内表面(18b)局部地增大，以增强所述冷却剂与所述外壁(14)之间的热传递。2.根据权利要求1所述的涡轮翼型件(10)，其中，所述分流器特征(90)包括钝体(90)。3.根据权利要求2所述的涡轮翼型件(10)，其中，所述钝体(90)垂直于所述内部冷却通道(A-F)中的所述冷却剂的流动方向至少部分地延伸横过所述内部冷却通道(A-F)，并且其中，所述钝体(90)的横截面的形状设定为在所述钝体(90)的下游形成有所述流分离区域。4.根据权利要求3所述的涡轮翼型件(10)，其中，所述钝体(90)包括第一边(92)和第二边(94)，所述第一边(92)和所述第二边(94)沿所述冷却剂的所述流动方向分开，并且所述第一边(92)和所述第二边(94)分别面向所述压力侧壁(16)和所述吸力侧壁(18)。5.根据权利要求4所述的涡轮翼型件(10)，其中，所述钝体(90)的所述横截面具有三角形形状。6.根据权利要求1所述的涡轮翼型件(10)，其中，所述分流器特征(90)居中地定位在所述压力侧壁(16)与所述吸力侧壁(18)之间。7.根据权利要求1所述的涡轮翼型件(10)，其中，所述分流器特征(90)定位在所述内部冷却通道(A-F)的入口处。8.根据权利要求1所述的涡轮翼型件(10)，包括定位在所述内部冷却通道(A-F)中的多个分流器特征(90)，所述多个分流器特征(90)在所述内部冷却通道(A-F)中沿所述冷却剂的流动方向间隔开。9.根据权利要求1所述的涡轮翼型件(10)，包括多个径向延伸的内部冷却通道(A-F)，其中，相邻的内部冷却通道(A-F)被相应的间隔壁(24)分离，所述间隔壁(24)沿着径向范围将所述压力侧壁(16)与所述吸力侧壁(18)连接，并且其中，所述内部冷却通道(A-F)中的一个或更多个内部冷却通道设置有分流器特征(90)。10.根据权利要求9所述的涡轮翼型件(10)，其中，所述分流器特征(90)从所述间隔壁(24)中的一个间隔壁突出到所述内部冷却通道(A-F)中。11.根据权利要求9所述的涡轮翼型件(10)，其中，相邻的内部冷却通道(A-F)沿相反的径向方向引导冷却剂以形成蛇形冷却路径。12.根据权利要求1所述的涡轮翼型件(10)，其中，所述内部冷却通道(B-E)由第一近壁冷却通道(72)、第二近壁冷却通道(74)和连接通道(76)形成，其中，所述第一近壁冷却通道(72)邻近所述压力侧壁(16)定位，所述第二近壁冷却通道(74)邻近...

【专利技术属性】
技术研发人员：扬·H·马尔什，保罗·A·桑德斯，埃万·C·兰德勒姆，
申请(专利权)人：西门子股份公司，
类型：发明
国别省市：德国,DE