CN102200033B - 包括冷却孔旗状区域的翼型件 - Google Patents

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Abstract

本申请涉及翼型件冷却孔旗状区域。提供一种翼型件(10)且该翼型件(10)包括主体(20)，主体(20)形成为限定在其中的基本上径向延伸的冷却孔(30)和在其中的旗状区域(40)，冷却孔(30)构造成接收冷却剂(11)供应以从主体(20)移除热，旗状区域(40)与冷却孔(30)流体连通并且因此构造成接收冷却剂(11)供应的一部分，使得该冷却剂部分被导向以在旗状区域(40)内形成漩涡以增加从主体(20)的热移除超过由经过冷却孔(30)的冷却剂流提供的热移除。

Description

包括冷却孔旗状区域的翼型件
技术领域
本文所公开的主题涉及翼型件(airfoil)，其具有带旗状(flag)区域的冷却孔。
背景技术
在诸如燃气涡轮发动机或蒸汽涡轮发动机的涡轮发动机中，相对高温的流体接触叶片，叶片构造成从流体提取机械能从而便于产生功率和/或电力。虽然这个过程对于给定时段可能高效，但在长时间，高温流体倾向于造成损坏，损坏可使性能降级且增加操作成本。
因此，冷却叶片以至少防止或延迟过早故障常常是必要且可取的。这可通过递送相对较冷的压缩空气到叶片而实现。在许多传统燃气涡轮中，特别地，此压缩空气进入叶片中每一个的底部且在径向上流经一个或多个圆形加工的通路以通过对流与传导的组合来冷却叶片。
在这些传统燃气涡轮中，随着流体温度升高，增加经过叶片的冷却流量变得必要。此增加的流量可通过增加冷却孔的大小而实现。但是，随着冷却孔的大小增加，每个孔到叶片外表面的壁厚减小且最终到达维持叶片的可制造性和结构完整性所需的最小壁厚。
发明内容
根据本发明的一方面，提供一种翼型件且该翼型件包括主体，其形成为限定在其中的基本上径向延伸的冷却孔和在其中的旗状区域，冷却孔构造成接收冷却剂供应以从主体移除热，旗状区域与冷却孔流体连通并且因此构造成接收冷却剂供应的一部分，使得该冷却剂部分被导向以在旗状区域内形成漩涡以增加从主体的热移除超过由经过 冷却孔的冷却剂流提供的热移除。
根据本发明的另一方面，提供一种涡轮动叶(bucket)的翼型件且该翼型件包括主体，该主体具有相对的压力面和吸力面，压力面和吸力面在相对的前缘与后缘之间轴向延伸且在内部与外部之间径向延伸，该主体被形成为限定在其中的基本上径向延伸的冷却孔，冷却孔构造成接收冷却剂供应从而迫使冷却剂沿着其长度流动以从主体移除热，且该主体还被形成为限定在其中的旗状区域，旗状区域与冷却孔流体连通并且因此构造成接收冷却剂供应的一部分，使得该冷却剂部分被导向以在旗状区域内形成漩涡以增加从主体的热移除超过由经过冷却孔的冷却剂流提供的热移除。
通过下文的描述并且结合附图，这些和其它优点和特征将变得更明显。
附图说明
被认为是本发明的主题在说明书结束部分处的权利要求中特别地指出且明确地主张。通过结合附图来理解下文的详细描述，本发明的前述和其它特征和优点将明显，其中：
图1是翼型件的透视图；
图2和图3是图1的翼型件的垂直平面图；以及
图4和图5是根据另外实施例的翼型件的透视图。
详细描述参看附图以举例说明的方式解释本发明的实施例以及优点和特征。
部件列表
10        翼型件
11        冷却剂
20        主体
21        压力面
22         吸力面
23         前缘
24         后缘
25         内部
26         外部
30         冷却孔
40         旗状区域
W          宽度
41         拐角
401        非矩形形状
402        非对称形状
42         侧壁
43         局部
TW         壁厚
具体实施方式
参看图1至图3，提供涡轮动叶的翼型件10。翼型件10包括冷却剂11和主体20，主体20具有相对的压力面21和吸力面22，压力面21和吸力面22在相对的前缘23与后缘24之间轴向延伸且在内部25与外部26之间径向延伸。
主体20可为翼型件叶片主体且形成为限定在其中的基本上径向延伸的冷却孔30，其构造成接收冷却剂11供应从而迫使冷却剂11沿着其长度流动以从主体20移除热。冷却孔30可为卵形或圆形或非卵形或非圆形，诸如椭圆形、跑道形、矩形等。主体20还被形成为限定在其中的旗状区域40。旗状区域40与冷却孔30流体连通并且因此构造成接收冷却剂11供应的一部分，使得该冷却剂11部分被导向以在旗状区域40内形成漩涡12。漩涡形成增加从主体20的热移除超过由经过冷却孔30的冷却剂11的流所提供的热移除。
旗状区域40的宽度W可基本上类似于冷却孔30在周向上的宽度。旗状区域40可从冷却孔30的最大周向宽度位置在轴向上切向地延伸。旗状区域40的拐角41可限定为直角，且在某些情况下，旗状区域40可形成为在径向和轴向中的至少一个上具有基本上矩形或正方形的截面。
参看图4和图5，尽管旗状区域40在上文描述为具有基本上矩形的形状，但是应了解这只是示范性的且其它形状和构造也是可能的。举例而言，如图4所示，旗状区域40可在某些情况下具有带直角或非直角的边缘的非矩形形状401，且其为圆形的或非圆形。同样，如图5所示，旗状区域40也可具有对称形状或不对称形状402。在每种情况下，如将在下文中所述，旗状区域40的形状和旗状区域40与另一旗状区域40之间的径向间距可沿着冷却孔30的长度而不同。
旗状区域40的数量可为多个，如图1所示。多个旗状区域40可沿着冷却孔30在径向上排列。在某些实施例中，多个旗状区域40可沿着冷却孔30的整个长度在径向上排列。相反，多个旗状区域40可沿着冷却孔30长度的仅仅一部分排列。
多个旗状区域40各可具有类似形状或在某些情况下不同形状，且可相互对准或偏移。在旗状区域40偏移的情况下，根据主体20的扭曲来设置偏移程度。但是，即使在旗状区域40相互偏移的情况下，它们仍可在至少一个维度上对准。举例而言，如图2所示，即使主体20以图2未示出的方式扭曲，旗状区域40也在径向上对准。
多个旗状区域40也可径向地离散，其中旗状区域40在径向上相互对准且由翼型件材料的区域分开。此处，径向离散的多个旗状区域40可以以均匀径向距离或可变的径向距离彼此间隔开，该距离基于翼型件10的已知加热分布来确立。
如图3所示，旗状区域40可基本上距压力面21和吸力面22等距且相对于前缘23更靠近后缘24，但这也不是必需的。界定旗状区域40的至少一个侧壁42可基本上或近似地平行于压力面21和吸力 面22中的至少一个的局部43。但在任何情况下，在旗状区域40与压力面21和吸力面22之间的壁厚TW至少为预先限定的最小厚度。此预先限定的最小厚度应为保留翼型件10的可操作性和可制造性的最小厚度。
根据本发明的另一方面，翼型件10可限定为具有多个冷却孔30，其中每个冷却孔30与零个、一个或多个旗状区域40相关。举例而言，一系列冷却孔30可沿着翼型件10的弧线轴向排列，其中仅最下游的一个或两个冷却孔30具有旗状区域40。
根据本发明的另外的方面，冷却孔30和旗状区域40可通过加工过程，诸如电化学机械加工(ECM)或类似技术，形成于翼型件10内。特别地，翼型件10的加热分布可通过测试来确定以说明翼型件10的什么位置最可能被加热超过安全水平。然后，冷却孔30和旗状区域40可在这些区域中加工出从而在其中维持较低温度。
此外，如果发现仅翼型件的一小部分倾向于被加热超过安全水平，那么冷却孔30和旗状区域40的加工可严格地限于该小部分。因此，例如可显著地减小冷却孔30和旗状区域40在高应力的局部区域方面的结构影响。
虽然仅关于有限数目的实施例详细地描述了本发明，但应易于了解本发明并不限于这些公开的实施例。而是，可修改本发明以合并之前未描述的任意数目的变型、更改、替代或等效布置，但这些仍与本发明的精神和范围相符。此外，虽然描述了本发明的各种实施例，应了解本发明的方面可包括所描述实施例中的仅仅某些。因此，本发明不应视作受前文描述限制，而是仅受所附权利要求的范围限制。

Claims (24)

1.一种翼型件，包括：
主体，其被形成为限定：
在其中的基本上径向延伸的冷却孔，其构造成接收冷却剂供应以从所述主体移除热，以及
在其中的旗状区域，其与所述冷却孔流体连通并且因此构造成接收所述冷却剂供应的一部分，使得所述冷却剂部分被导向以在所述旗状区域内形成漩涡来增加从所述主体的热移除超过由经过所述冷却孔的所述冷却剂流提供的热移除；
所述旗状区域在周向维度上具有与冷却孔在周向维度上的宽度类似的宽度，所述旗状区域在一轴端开放以允许与所述冷却孔流体流通，且在相对的轴端上封闭以促进在所述旗状区域形成所述漩涡。
2.根据权利要求1所述的翼型件，其特征在于，所述旗状区域的拐角为成角度的。
3.根据权利要求1所述的翼型件，其特征在于，所述旗状区域在径向和轴向上具有基本上矩形的截面。
4.根据权利要求1所述的翼型件，其特征在于，所述旗状区域在径向和轴向上具有基本上正方形的截面。
5.根据权利要求1所述的翼型件，其特征在于，所述旗状区域具有非矩形形状和一个或多个直角边缘、非直角边缘和圆形边缘中的至少一个。
6.根据权利要求1所述的翼型件，其特征在于，所述旗状区域为对称的和非对称的中的一种。
7.根据权利要求1所述的翼型件，其特征在于，所述旗状区域在轴向上从所述冷却孔延伸。
8.根据权利要求1所述的翼型件，其特征在于，所述旗状区域为多个且沿着所述冷却孔在径向上排列。
9.根据权利要求8所述的翼型件，其特征在于，所述多个旗状区域沿着所述冷却孔在径向上排列。
10.根据权利要求8所述的翼型件，其特征在于，所述多个旗状区域沿着所述冷却孔的一部分在径向上排列。
11.根据权利要求8所述的翼型件，其特征在于，所述多个旗状区域各具有类似形状。
12.根据权利要求8所述的翼型件，其特征在于，所述多个旗状区域相互偏移。
13.根据权利要求12所述的翼型件，其特征在于，所述偏移的程度根据所述主体的径向扭曲。
14.根据权利要求8所述的翼型件，其特征在于，所述多个旗状区域在至少一个维度上相互对准。
15.根据权利要求8所述的翼型件，其特征在于，所述多个旗状区域为径向离散的。
16.根据权利要求15所述的翼型件，其特征在于，所述径向离散的多个旗状区域以均匀的径向距离相互间隔开。
17.根据权利要求8所述的翼型件，其特征在于，所述多个旗状区域具有沿着所述冷却孔的长度变化的形状和径向间距。
18.根据权利要求1所述的翼型件，其特征在于，所述冷却孔在径向维度上是伸长的且具有卵形形状截面。
19.一种涡轮动叶的翼型件，包括：
主体，其具有相对的压力面和吸力面，所述压力面和所述吸力面在相对的前缘与后缘之间轴向延伸且在内部与外部之间径向延伸，
所述主体被形成为限定在其中的基本上径向延伸的冷却孔，所述冷却孔构造成接收冷却剂供应从而迫使所述冷却剂沿着其长度流动以从所述主体移除热，以及
所述主体还被形成为限定在其中的旗状区域，所述旗状区域与所述冷却孔流体连通并且因此构造成接收冷却剂供应的一部分，使得所述冷却剂部分被导向以在所述旗状区域内形成漩涡来增加从所述主体的热移除超过由经过所述冷却孔的所述冷却剂流提供的热移除；
所述旗状区域在周向维度上具有与冷却孔在周向维度上的宽度类似的宽度，所述旗状区域在一轴端开放以允许与所述冷却孔流体流通，且在相对的轴端上封闭以利于在所述旗状区域形成所述漩涡。
20.根据权利要求19所述的翼型件，其特征在于，所述旗状区域距所述压力面和所述吸力面基本上是等距的。
21.根据权利要求19所述的翼型件，其特征在于，所述旗状区域相对于所述前缘更靠近所述后缘。
22.根据权利要求19所述的翼型件，其特征在于，界定所述旗状区域的至少一个侧壁基本上平行于所述压力面和所述吸力面中的至少一个的局部。
23.根据权利要求19所述的翼型件，其特征在于，在所述旗状区域与所述压力面和所述吸力面之间的壁厚至少为预先限定的最小厚度。
24.根据权利要求19所述的翼型件，其特征在于，所述主体包括翼型件叶片。
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