CN103016067A - 用于翼型件冷却孔的偏移沉孔 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于翼型件冷却孔的偏移沉孔。本申请因此提供了用于使用在涡轮(40)中的翼型件(100)。该翼型件(100)可包括壁(105)、内冷却室(120)以及延伸穿过壁(105)到达冷却室(120)的冷却孔(130)。冷却孔(130)可在其中包括偏移沉孔(150)。

Description

用于翼型件冷却孔的偏移沉孔
技术领域
本申请和作为结果的专利大体涉及燃气涡轮发动机，并且更特别地讲，涉及偏移沉孔，其用于翼型件冷却孔以便用作涂料收集器，同时确保冷却空气流可穿过其中。
背景技术
涡轮动叶和静叶的翼型件通常可具有在其中的多个冷却孔，以便向翼型件的外表面等提供冷却空气流。由于涡轮翼型件通常在其中操作的恶劣的温度和条件，经常在制造(翼型件和相关的构件)后向翼型件和相关的构件应用保护性的涂料。可能已知不同类型的保护性涂料。这些保护性的涂料通常被喷洒在翼型件和相关的构件上。
尽管如此，与应用这种保护性的涂料有关的一个问题是，喷洒物可堵塞一个或多个冷却孔。为了避免该情况，在喷洒涂料的应用期间，可使用不同类型的罩等来覆盖冷却孔。尽管如此，应用和移除这些罩可能会很困难并且耗费时间。其它已知的实践包括至少在冷却孔的开口周围使用沉孔，以便作为“涂料收集器”，即喷洒物可在沉孔内积聚，但为冷却空气留出穿过冷却孔开口的主要通道。尽管这些涂料收集器可能是有效的，但因为翼型件的壁变得越来越薄，典型的沉孔设计可能会侵入到铸造型腔中。
因此存在对其中带有冷却孔的改进的翼型件设计的期望。优选地，该翼型件设计可提供冷却孔，其可随着越来越薄的翼型件的壁来适应保护性的喷洒涂层的应用。
发明内容
本申请和作为结果的专利因此提供了用于使用在涡轮中的翼型件。该翼型件可包括壁、内冷却室以及延伸穿过壁到达冷却室的冷却孔。冷却孔可在其中包括偏移沉孔。
本申请和作为结果的专利还提供了制造用于和涡轮一起使用的翼型件的方法。该方法可包括以下步骤：在翼型件的壁中定位与内冷却室连通的冷却孔，为冷却孔提供计量孔(metering hole)和偏移沉孔，将涂料喷洒到翼型件上，在偏移沉孔内积聚一定量的涂料以及保持计量孔不被涂料阻塞。
本申请和作为结果的专利还提供了一种涡轮构件。该涡轮构件可包括具有外表面的壁，内部空腔以及从外表面到内部空腔延伸穿过壁的多个冷却孔。各个冷却孔可包括延伸离开外表面的计量孔和偏移沉孔。
在审阅随后的详细描述之后，当连同若干附图和所附的权利要求考虑时，本申请和作为结果的专利的这些和其它的特征以及改进对本领域内普通技术人员来说将变得显而易见。
附图说明
图1是具有压缩机、燃烧器和涡轮的燃气涡轮发动机的示意图。
图2是具有从中延伸穿过的冷却孔的翼型件的侧视图。
图3是图2的冷却孔的正视平面图。
图4是具有多个冷却孔的翼型件的俯视截面图。
图5是如可在本文中描述的具有偏移沉孔的冷却孔的侧视图。
图6是图5的翼型件的截面图。
图7是如可在本文中描述的冷却孔的备选实施例的截面图。
图8是如可在本文中描述的冷却孔的侧视截面图。
图9是如可在本文中描述的冷却孔的备选实施例的侧视图。
图10是如可在本文中描述的冷却孔的备选实施例的侧视图。
图11是具有如在本文中所描述的延伸穿过平台的冷却孔的叶片的侧视图。
部件列表
10     燃气涡轮发动机
15     压缩机
20     空气流
25     燃烧器
30     燃料流
35     燃烧气体流
40     涡轮
45     轴
50     负载
55     翼型件
60     外壁
65     冷却孔
70     计量孔
75     沉孔
100    翼型件
105    壁
110    外表面
120    冷却室
130    冷却孔
140    计量孔
145    圆形形状
150    偏移沉孔
155    圆形形状
160    冷却孔
170    计量孔
180    偏移沉孔
200    涂料收集器
210    喷洒涂料
220    冷却流
230    后侧
240    前侧
250    冷却孔
260    计量孔
270    圆形形状
280    偏移沉孔
290    椭圆形状
300    椭圆形状
310    冷却孔
320    计量孔
330    圆形形状
340    偏移沉孔
350    扩展椭圆形状
360    梨形
400    叶片
410    翼型件
420    平台
430    冷却孔
440    外表面
450    柄部腔
460    内冷却通道。
具体实施方式
现在参考附图，其中贯穿若干附图，相同的数字指代相同的元件，图1示出了如在本文中可使用的燃气涡轮发动机10的示意图。燃气涡轮发动机10可包括压缩机15。压缩机15压缩进入的空气流20。压缩机15将压缩的空气流20输送到燃烧器25。燃烧器25将压缩的空气流20与加压的燃料流30混合，并且点燃混合物以便产生燃烧气体流35。尽管只示出了单个燃烧器25，但燃气涡轮发动机10可包括任意数量的燃烧器25。燃烧气体流35又被输送到涡轮40。燃烧气体流35驱动涡轮40以便产生机械功。在涡轮40中产生的机械功经由轴45驱动压缩机15，以及外部负载50，诸如发电机等。
燃气涡轮发动机10可使用天然气、不同类型的合成气和/或其它类型的燃料。燃气涡轮发动机10可为由纽约州斯卡奈塔第(Schenectady)的通用电气公司提供的许多不同的燃气涡轮发动机中的任何一种，包括但不限于诸如7系列或者9系列的重载燃气涡轮发动机的那些燃气涡轮发动机等。燃气涡轮发动机10可具有不同的构造，并且可使用其它类型的构件。在本文中还可使用其它类型的燃气涡轮发动机。多个燃气涡轮发动机、其它类型的涡轮以及其它类型的发电设备也可在本文中一起使用。
图2和图3示出了可与上面描述的涡轮40等一起使用的翼型件55的一部分。翼型件55包括外壁60。外壁60包括延伸穿过它的一个或多个冷却孔65。可使用任何数量的冷却孔65。冷却孔65可具有延伸穿过其的计量孔70。计量孔70可大小设置为用于穿过其的期望的空气流量。冷却孔65还可包括在其外壁60附近的沉孔75。如在图3中所示，沉孔75以同心或同轴的方式基本上包围主通道(main shaft)70。如上所述，沉孔75可充当涂料收集器，以便允许任何喷洒涂料在其中积聚，同时允许冷却孔65的计量孔70保持敞开，以用于使足够量的冷却空气从其中穿过。冷却孔65可通过钻、EDM(放电加工)以及相似类型的制造技术生产。其它的构件和其它的构造可在本文中使用。
图4示出了如可在本文中描述的翼型件100的一部分。翼型件100可包括具有外表面110的壁105。翼型件100还可包括一个或多个内冷却室120。内冷却室120可与来自压缩机15或其它源的空气流20连通。翼型件100还可在其中包括多个冷却孔130。冷却孔130可从壁105的外表面110延伸到内冷却室120等中的一个。翼型件100可为任何类型的涡轮构件，诸如叶片或喷嘴。其它的构件和其它的构造可在本文中使用。
图5和图6示出了如可在本文中使用的冷却孔130的示例。如图所示，各个冷却孔130包括计量孔140。计量孔140可大小设置为用于穿过其的期望的空气流。各个冷却孔130还可在其中具有偏移沉孔150。偏移沉孔150可具有相对于外表面110的偏移位置，使得计量孔140的一侧延伸到(或者接近)外表面110。偏移沉孔150可具有与上面所描述的标准沉孔75同样的大小，但朝向冷却室120的有效深度可能会更小以便防止穿透。计量孔140可具有基本圆形形状145。同样地，偏移沉孔150可具有基本圆形形状155。冷却孔130的计量孔140和偏移沉孔150可通过钻、EDM(放电加工)以及相似类型的制造技术生产。其它的构件和其它的构造可在本文中使用。
图7示出了冷却孔160的备选实施例。在该示例中，冷却孔160包括计量孔170和偏移沉孔180。在该示例中，偏移沉孔180不是完全如图6中示出的那样朝外表面110偏移。这样，主通道(main shaft)170没有一直持续到外表面110。其它的长度、角度以及其它类型的偏移可在本文中使用。
如在图8中所示，在本文中描述的冷却孔130、160等因此可使用偏移沉孔150、180作为涂料收集器200，以便在其中收集一定量的喷洒涂料210，同时保持计量孔140、170畅通，以便冷却流220从中穿过。因此偏移沉孔150、180可在冷却孔130、160的后侧230的附近收集喷洒涂料210，而不从冷却孔130、160的前侧240移除材料。前侧240同样地起作用来防护冷却孔130、160以免被喷洒涂料210堵塞。
偏移沉孔150、180还允许冷却孔130、160与具有更薄的壁105的翼型件100一起使用。在降低壁的温度、热应变以及翼型件的拉力负载方面，使用更薄的壁105可能会是有利的。在本文中可使用其它的深度。使用偏移沉孔可允许壁105做得更薄－薄了大约等于所应用的涂料厚度的量。壁105因此可具有大约0.03英寸(大约0.762毫米)的最小深度。假设如此，在本文中描述的翼型件100可促进更高的效率、更长的零件寿命，以及更轻、更便宜的零件。冷却孔130、160还防止穿透，同时保持孔的遮蔽和计量长度。
图9示出了如可在本文中使用的冷却孔250的另一个示例。如图所示，冷却孔250包括计量孔260。计量孔260可大小设置为用于穿过其的期望的空气流。计量孔260可具有基本圆形形状270。各个冷却孔250可在其中具有偏移沉孔280。偏移沉孔280可具有基本椭圆形状290，使得冷却孔250的在外表面110附近的总体形状也可具有基本椭圆形状300。其它的大小、形状以及构造也可在本文中使用。
图10示出了如可在本文中使用的冷却孔310的另一个示例。如图所示，冷却孔310包括计量孔320。计量孔320可大小设置为用于穿过其的期望的空气流。计量孔320可具有基本圆形形状330。冷却孔310还可在其中具有偏移沉孔340。偏移沉孔340可具有基本扩展椭圆形状350，使得整个冷却孔310可在外表面110附近具有基本梨形360。其它的大小、形状以及构造也可在本文中使用。
除了本文所描述的翼型件，冷却孔可用在任何类型的经涂覆的涡轮构件上。例如，冷却孔可用在围罩、喷嘴侧壁、叶片平台等上。例如，图11示出了叶片400。叶片400可包括从平台420延伸的翼型件410。一个或多个冷却孔430因此可从平台420的外表面440延伸到位于相邻的叶片之间的内部的柄部腔450。一个或多个另外的冷却孔430可从平台420的外表面440延伸到内冷却通道460。其它的位置和其它的构造可在本文中使用。
应显而易见的是，前述内容只涉及本申请和作为结果的专利的某些实施例。在不背离所附的权利要求和其等效物所限定的本发明的总的精神和范围的情况下，本领域普通技术人员可在此做出许多改变和修改。

Claims (15)

1. 一种用于在涡轮(40)中使用的翼型件(100)，包括：
壁(105);
内冷却室(120)；以及
延伸穿过所述壁(105)到达所述冷却室(120)的冷却孔(130)；
其中，所述冷却孔(130)包括偏移沉孔(150)。
2. 根据权利要求1所述的翼型件(100)，其特征在于，所述壁(105)包括外表面(110)，并且其中，所述冷却孔(130)从所述外表面(110)延伸到所述内冷却室(120)。
3. 根据权利要求2所述的翼型件(100)，其特征在于，所述偏移沉孔(150)延伸离开所述外表面(110)。
4. 根据权利要求2所述的翼型件(100)，其特征在于，所述冷却孔(130)包括与所述偏移沉孔(150)连通的计量孔(140)。
5. 根据权利要求4所述的翼型件(100)，其特征在于，所述计量孔(140)延伸到所述外表面(110)。
6. 根据权利要求4所述的翼型件(100)，其特征在于，所述计量孔(140)延伸到接近于所述外表面(110)。
7. 根据权利要求4所述的翼型件(100)，其特征在于，所述偏移沉孔(150)在其中包括一定量的喷洒涂料(210)，同时所述计量孔(140)保持不被阻塞。
8. 根据权利要求4所述的翼型件(100)，其特征在于，针对从中穿过的冷却流(220)来设置所述计量孔(140)的大小。
9. 根据权利要求1所述的翼型件(100)，其特征在于，所述偏移沉孔(150)在其中包括用于一定量的喷洒涂料(210)的涂料收集器(200)。
10. 根据权利要求1所述的翼型件(100)，其特征在于，所述冷却孔(140)包括沿着所述壁(105)的前侧(240)和后侧(230)，并且其中，所述偏移沉孔(150)位于所述后侧(230)附近。
11. 根据权利要求1所述的翼型件(100)，其特征在于，所述内冷却室(120)与冷却流(220)连通。
12. 根据权利要求1所述的翼型件(100)，其特征在于，还在其中包括多个冷却孔(130)。
13. 根据权利要求1所述的翼型件(100)，其特征在于，所述壁(105)包括低到大约0.03英寸(大约0.762毫米)的深度。
14. 根据权利要求1所述的翼型件(100)，其特征在于，所述偏移沉孔(150)包括圆形形状(155)、椭圆形状(300)或者扩展椭圆形状(350)。
15. 一种制造用于与涡轮(40)一起使用的翼型件(100)的方法，包括：
在所述翼型件(100)的壁(105)中定位与内冷却室(120)连通的冷却孔(130)；
为所述冷却孔(130)提供计量孔(140)和偏移沉孔(150)；
将涂料(210)喷洒到所述翼型件(100)上；
在所述偏移沉孔(150)内积聚一定量的所述涂料(210)；以及
保持所述计量孔(140)不被所述涂料(210)阻塞。
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