CN101960097A - 具有尖端冷却的涡轮叶片以及相应的涡轮和涡轮机 - Google Patents

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Abstract

一种涡轮叶片(2)，在其远尖端(3)具有开放腔(5)，所述腔(5)通过底壁(7)和侧壁(9，10)限定，所述侧壁(9，10)沿所述远尖端(3)的周边沿所述叶片(2)的下表面(8)和上表面(11)的壁的延伸方向延伸，所述腔(5)的侧壁(9，10)在所述叶片(2)的前边缘(12)近处具有通入所述腔(5)的开口(20)。偏转部(21)在所述前边缘(12)与后边缘(14)之间至少在所述腔(5)的中间部分延伸。

Description

具有尖端冷却的涡轮叶片以及相应的涡轮和涡轮机
技术领域
本发明涉及一种涡轮叶片，更具体地说，可涉及一种涡轮喷气发动机的高压类型的气体涡轮转子的中空叶片。
背景技术
如图1和2中所示，已知的是，在中空叶片2的远尖端3处提供开放腔5或“凹盆”，腔5由在叶片整个尖端上延伸的底壁7和包括两个边沿9和10的侧壁限定。这些边沿在叶片的前边缘12和后边缘14之间延伸。边沿9使壁8在叶片下表面上延伸，而另一边沿10使壁11在叶片上表面上延伸。这些边沿在下文中被称为上表面和下表面边沿。
边沿9和10可确保在底壁7与壳体16之间的磨损区，其可吸收叶片3远尖端与壳体16之间的接触。而且，它们可限制气体从上表面朝向下表面通过而产生对产出有害的气动损失。由于通过涡轮的气体的高温和叶片的高旋转速度，叶片和腔5的壁可能局部达到临界温度。
文献EP 1 221 537提出，通过在叶片前边缘近处的腔侧壁上(优选在下表面侧上)形成开口而冷却这些壁。而且，这种开口可能具有使进入腔中的气体通过所述开口的小内边沿。然而，此文献提出的方案不允许充分冷却所述腔的多个区。
实际上，叶片腔中气体的温度T的梯度取决于气体脉路的高度H(图3)，并对腔的多个区特别有害。这样，这种温度梯度与沿叶片的气体流的布局相结合，使得最热的气体冲击叶片临界区C。此区C位于前边缘14近处的叶片尖端3处并在下表面侧8上。
发明内容
本发明的目的在于改善涡轮叶片远尖端的所述区和整个开放腔的冷却。更具体地说，本发明提出改善位于叶片顶点处，邻近后边缘，在下表面侧的区的局部冷却。
为实现这一目标，本发明的目的在于，提供一种涡轮叶片，在其远尖端具有开放腔，所述腔通过一底壁和一侧壁限定，所述侧壁沿所述远尖端的周边沿所述叶片的下表面和上表面的壁的延伸方向延伸，所述腔的侧壁在所述叶片的前边缘近处具有通入所述腔的开口，一偏导器在所述前边缘与后边缘之间至少在所述腔的中间部分延伸。
如此叶片的优点是，偏导器可将已通过侧壁开口进入腔中的相对较冷的气流(见图3)直接朝向腔壁的优选区导引。这种气流冲击此优选区并可由该优选区增大的对流进行冷却。此目的在于，在热学方面将优化量的气体导引至特别重点的区。这样，除了正确冷却该区以外，可实现腔的所有壁的均匀冷却。
本发明还涉及一种涡轮，其包括至少一个根据本发明的叶片；以及一种涡轮机，例如飞机涡轮喷气发动机，其包括至少一个这样的涡轮。
附图说明
通过阅读以下对作为非限制性示例显示的不同实施例的详细描述，将会更好地理解本发明及其优点。这些描述参照附图，其中：
图1是已知叶片的远尖端的透视图；
图2是图1所示叶片沿切面II的视图；
图3是表示在叶片近处的气体的脉路的高度H上的气体温度梯度T演变的视图；
图4是根据本发明的叶片的第一实施例的透视图；
图5是根据本发明的叶片的第二实施例的透视图；
图6是根据本发明的叶片的第三实施例的透视图。
具体实施方式
参照图4描述本发明的第一实施例。在此实施例中，腔5的侧壁9、10的开口20位于叶片2的前边缘12的近处，并在下表面侧8上。非限制性地，此开口位置20可特别有效地缩回气体脉路外部分中的冷却气体(即较冷气体)。当然，根据叶片的几何形状和气体的入射角，开口20可设置在下边沿9上的更下游处或设置在上边沿10上的另一侧上。
在此示例中，腔5的侧壁9、10的开口20是一凹部。此凹部的高度可以根据不同实施例而变化。在此，凹部在腔5的侧壁9、10的整个高度上延伸。对于给定宽度，此凹部高度的优点是，向所述腔提供最大气流。
在此第一实施例中，偏导器21具有多个有趣的特征。偏导器21大致垂直于腔5的底壁7。偏导器21相对于腔5底壁7的这种定位改善了朝向将被冷却的区C的气体取向。
偏导器21的作用面24为凹形，偏导器21的凹度与叶片2的凹度具有大致相同的取向。以此方式，偏导器21具有双重优点。第一，对于给定长度，凹形偏导器最优地装配于腔5中。然后，这使偏导器21可使气流采取与腔5的下边沿9的形状最匹配的流线。这样，虽然冷却气流朝向区C取向，但腔5的其他区也可通过此冷却气流(其沿下边沿9循环)冷却。当然，偏导器21的凹度不限于所示的示例，而且可有利地针对每种类型的叶片进行调整。
偏导器21的上游尖端18远离叶片2的前边缘12。同样地，偏导器21的下尖端19远离叶片2的后边缘14。这些相对于前后边缘的距离使得可以调节被引导的冷却气体的流向和流量。偏导器相对于上、下边沿9、10的相对距离也是可用于优化这种系统的重要参数。
仍然参见图4，偏导器21的上游部分22朝向叶片2的前边缘12取向。同样地，偏导器21的下游部分23朝向叶片2的后边缘14取向。偏导器21的上、下游部分22、23的这些取向对于朝向区C引导冷却气体流是有利的。而且，这些取向使得气流可采取对于腔5的所有壁的冷却均匀性特别有效的流线。
参照图5描述本发明的第二实施例。在此示例中，腔5的侧壁9、10的开口20是孔。在此示例中所示的孔的圆柱形状并非限定。该孔可具有长方形或三角形形状，等等。作为腔5的侧壁开口，该孔的优点是，能够准确调节进入腔5中的冷却气流。
此第二示例显示出：一中空的叶片2被供应以冷却气体，偏导器21包括与叶片的至少一个中空部分连通的冷却孔26。这些冷却孔是在偏导器21中的径向钻孔。冷却孔通入叶片2的位于偏导器21之下的内腔中。偏导器21的冷却因而通过泵送和热传导得以确保。而且，偏导器21的冷却可通过对流而降低由此偏转的气体的温度，从而提高系统热效率。
参照图6描述本发明的第三实施例。此第三示例显示出：一中空的叶片2被供应以冷却气体，偏导器21包括与叶片的至少一个中空部分连通的抽尘孔25。这些抽尘孔类似于冷却孔，并同样确保腔5的冷却。然而，抽尘孔的直径大于传统冷却孔的直径。抽尘孔的较大直径能抽空可能存在于叶片内腔中的灰尘。这样，在偏导器同时具有两种类型孔的情况下，灰尘将优选通过抽尘孔而不是通过较窄的冷却孔。因此，避免遮盖直径较小的冷却孔。
由于这些抽尘孔的较大直径，因而偏导器21必须具有大于前述例子中的厚度。

Claims (14)

1.一种涡轮叶片(2)，在其远尖端(3)具有开放腔(5)，所述腔(5)由底壁(7)和侧壁(9，10)限定，所述侧壁(9，10)沿所述远尖端(3)的周边沿所述叶片(2)的下表面(8)和上表面(11)的壁的延伸方向延伸，所述腔(5)的侧壁(9，10)在所述叶片(2)的前边缘(12)近处具有通入所述腔(5)的开口(20)，其特征在于，一偏导器(21)在所述前边缘(12)与后边缘(14)之间至少在所述腔(5)的中间部分中延伸。
2.根据权利要求1所述的叶片，其特征在于，所述腔(5)的侧壁(9，10)的开口(20)位于所述叶片(2)的前边缘(12)近处并在所述下表面侧(8)上。
3.根据权利要求1或2所述的叶片，其特征在于，所述偏导器(21)大致垂直于所述腔(5)的底壁(7)。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的叶片，其特征在于，所述偏导器(21)的作用面(24)为凹形，所述偏导器(21)的凹度与所述叶片(2)的凹度具有大致相同的取向。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的叶片，其特征在于，所述偏导器(21)的上游尖端(18)远离所述叶片(2)的前边缘(12)。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的叶片，其特征在于，所述偏导器(21)的上游尖端(19)远离所述叶片(2)的后边缘(14)。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的叶片，其特征在于，所述偏导器(21)的上游部分(22)朝向所述叶片(2)的前边缘(12)取向。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的叶片，其特征在于，所述偏导器(21)的下游部分(23)朝向所述叶片(2)的后边缘(14)取向。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的叶片，其特征在于，所述腔(5)的侧壁(9，10)的开口(20)是孔。
10.根据权利要求1至8中任一项所述的叶片，其特征在于，所述腔(5)的侧壁(9，10)的开口(20)是凹部。
11.根据权利要求1至10中任一项所述的叶片，其特征在于，其为中空的，并被供应以冷却气体，所述偏导器(21)包括与所述叶片(2)的至少一个中空部分相连的冷却孔(26)。
12.根据权利要求1至11中任一项所述的叶片，其特征在于，其为中空的，并被供应以冷却气体，所述偏导器(21)包括与所述叶片(2)的至少一个中空部分连通的抽尘孔(25)。
13.一种涡轮，其特征在于，其包括至少一个根据权利要求1至12中任一项所述的叶片。
14.一种涡轮机，例如飞机涡轮喷气发动机，其特征在于，其包括至少一个根据权利要求13所述的涡轮。
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