CN103206261A - 翼型件 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种翼型件。更具体而言，一种翼型件包括平台和连接到平台的外表面。多个沟槽段在外表面上，并且在每个沟槽段中的单冷却通道将冷却介质供应至外表面。

Description

翼型件
技术领域
本发明大体涉及一种例如可能在涡轮中使用的翼型件。
背景技术
涡轮被广泛用于各种航空、工业和功率生成应用中以做功。每个涡轮通常包括周向安装的定子导叶和旋转叶片的交替的级。每个定子导叶和旋转叶片可包括成形为翼型件的高合金钢和/或陶瓷材料，并且诸如蒸汽、燃烧气体或空气的压缩的工作流体沿涡轮中的气体路径跨(across)定子导叶和旋转叶片流动。定子导叶将压缩的工作流体加速并导向至旋转叶片的后续级上以赋予旋转叶片运动并做功。
与压缩的工作流体相关联的高温可导致定子导叶和/或旋转叶片的增加的磨损和/或损坏。因此，可以在翼型件内部供应冷却介质并将其通过翼型件释放以便为翼型件的外部提供膜冷却。翼型件中的沟槽(trench)使冷却介质跨翼型件的外表面均匀分布。然而，改变冷却介质跨翼型件的外表面的分布的改进的翼型件将是有用的。
发明内容
本发明的方面和优点在下面的描述中提出，或者可由该描述显而易见，或者可通过实施本发明来了解。
本发明的一个实施例是一种包括内表面和与内表面相对的外表面的翼型件。外表面包括压力侧、与压力侧相对的吸力侧、在压力侧和吸力侧之间的滞止(stagnation)线、以及在压力侧和吸力侧之间以及滞止线下游的后缘。一个或多个沟槽段在外表面上，并且每个沟槽段中的单冷却通道提供从内表面到外表面的流体连通。
本发明的另一个实施例是一种包括平台和连接到平台的外表面的翼型件。一个或多个沟槽段在外表面上，并且每个沟槽段中的单冷却通道将冷却介质供应至外表面。
在又一实施例中，翼型件包括内表面和与内表面相对的外表面。外表面包括压力侧、与压力侧相对的吸力侧、在压力侧和吸力侧之间的滞止线、以及在压力侧和吸力侧之间以及滞止线下游的后缘。一个或多个沟槽段在压力侧、吸力侧、滞止线或后缘中的至少一个上，并且在每个沟槽段中的单冷却通道提供从内表面到外表面的流体连通。
本发明的另一个实施例是一种包括内表面和与内表面相对的外表面的翼型件，其中外表面包括压力侧、与压力侧相对的吸力侧、在压力侧和吸力侧之间的滞止线、以及在压力侧和吸力侧之间及滞止线下游的后缘。平台或侧壁中的至少一个邻近外表面。一个或多个沟槽段在平台或侧壁上，并且单冷却通道在每个沟槽段中。
通过阅读说明书，本领域的普通技术人员将更好地理解这些实施例的特征和方面及其它。
附图说明
在说明书的其余部分中参考附图更具体地描述了本发明的全面并能够实施的公开，包括对于本领域技术人员来说的最佳模式，在附图中：
图1是根据本发明的一个实施例的翼型件的透视图；
图2是图1所示翼型件沿线A—A截取的轴向剖视图；
图3是图1所示翼型件沿线B—B截取的径向剖视图；
图4是根据本发明的第二实施例的翼型件的透视图；
图5是根据本发明的第三实施例的翼型件的透视图；以及
图6是图5所示翼型件沿线C—C截取的径向剖视图。
部件列表
10  翼型件
12  平台
16  内表面
18  外表面
20  压力侧
22  吸力侧
24  滞止区域
26  后缘
30  径向长度
32  轴向长度
40  沟槽段
42  壁
46  沟槽段(较长)
50  单冷却通道
52  第一分段
54  第二分段
56  冷却通道。
具体实施方式
现在将详细参照本发明的当前实施例，其一个或多个示例在附图中示出。详细描述使用数字和字母标记来指代附图中的特征。在附图和描述中相似或类似的标记用于指代本发明的相似或类似的部件。如本文中所用，术语“第一”、“第二”和“第三”可互换使用以区分一部件与另一部件而并非意图表示单个部件的位置或重要性。此外，术语“上游”和“下游”是指部件在流体路径中的相对位置。例如，如果流体从部件A流至部件B，则部件A在部件B的上游。反之，如果部件B接纳来自部件A的流体流，则部件B在部件A的下游。
每个示例通过对本发明进行解释而不是对本发明进行限制的方式提供。实际上，对本领域技术人员而言，显而易见的是，在不脱离本发明的范围或精神的情况下，可在本发明中作出修改与变型。例如，作为一个实施例的部分而显示或描述的特征可用于另一实施例，以得到又一实施例。因此，本发明意图包括这样落入所附权利要求及其等同物的范围内的修改与变型。
图1提供了根据本发明的一个实施例的翼型件10的透视图，并且图2和图3分别提供了图1所示翼型件10沿线A—A和B—B截取的轴向剖视图和径向剖视图。翼型件10可例如用作涡轮中的旋转叶片或固定导叶，以将与压缩工作流体相关联的动能转化为机械能。压缩的工作流体可以是蒸汽、燃烧气体、空气或具有动能的任何其它流体。如图1至图3所示，翼型件10通常连接到平台或侧壁12。平台或侧壁12通常用作涡轮内部的气体路径的径向边界并为翼型件10提供附连点。翼型件10可包括内表面16和与内表面16相对且连接到平台12的外表面18。外表面通常包括压力侧20和与压力侧20相对的吸力侧22。如图1和图2所示，压力侧20通常为凹面的，并且吸力侧22通常为凸面的，以提供压缩的工作流体在其上流动的空气动力学表面。在压力侧20和吸力侧22之间的翼型件10的前缘处的滞止线24表示外表面18上通常具有最高温度的位置。后缘24在压力侧20和吸力侧22之间以及滞止线24的下游。这样，外表面18形成适于将与压缩的工作流体相关联的动能转化为机械能的空气动力学表面。
外表面18通常包括从平台12延伸的径向长度30和从滞止线24延伸至后缘26的轴向长度32。一个或多个沟槽段40在外表面18中径向和/或轴向延伸，并且每个沟槽段40包括提供从内表面16到外表面18的流体连通的单冷却通道50。这样，可以在翼型件10的内部供应冷却介质，并且冷却通道50允许冷却介质流过翼型件10以向外表面18提供膜冷却。
沟槽段40可位于在翼型件10和/或平台或侧壁12上的任何位置处且可具有一致或变化的长度。此外，沟槽段40可以是直的或弓形的，并可相对于彼此对齐或交错。例如，如图1所示，沟槽段40可以在平台或侧壁12、压力侧20和滞止线24上布置成列和/或行。备选地或此外，沟槽段40可位于吸力侧22和/或后缘26上。在图1所示的特定实施例中，每个沟槽段40大致为直的且沿外表面18径向延伸。此外，相邻列中的沟槽段40具有不同的长度且相对于彼此交错，使得在相邻列中的沟槽段40的端部不一致。这样，沟槽段40的行彼此重叠以促进流过冷却通道50的冷却介质的径向分布。在备选实施例中，沟槽段40的单冷却通道50可与具有多于一个冷却通道50的沟槽段40结合，并且沟槽段40的长度可最多变化至外表面18的整个径向长度30。
如图2和图3中最清楚示出地，每个沟槽段40通常包括相对的壁42，其限定在外表面18中的凹陷或凹槽。相对的壁42可以是直的或弯曲的，并且可限定用于沟槽段40的恒定或变化的宽度。相邻沟槽段40中的单冷却通道50可彼此对齐或偏移。每个单冷却通道50可包括终止于内表面16处的第一分段52和终止于外表面18处的第二分段54。第一分段52可具有柱形形状，并且第二分段54可具有锥形或球形形状。如图3所示，第一分段52可相对于第二分段54和/或沟槽段40成角度，以便为流过单冷却通道50且进入沟槽段40中的冷却介质提供定向流动。备选地或此外，第二分段54和/或沟槽段40的壁42可以是不对称的，以便优先地使冷却介质跨外表面18分布。
图4提供了根据本发明的第二实施例的旋转叶片10的透视图。如图所示，翼型件10也包括此前关于图1至图3所述的平台或侧壁12、沟槽段40和单冷却通道50。在该特定实施例中，沟槽段40是直的且沿外表面18对角地延伸。此外，每个沟槽段40延伸过小于50%的外表面18的径向长度30和/或轴向长度32，且具有变化的宽度和/或深度。沟槽段40的变化的宽度和/或深度和对角放置改变了冷却介质跨外表面18的分布。例如，加宽沟槽段40并在其移动离开冷却通道50时使其更浅可有助于跨外表面18扩散冷却介质。
图5提供了根据本发明的第三实施例的翼型件10的透视图，并且图6提供了图5所示翼型件10沿线C—C截取的径向剖视图。如图所示，翼型件10也包括此前结合图1至图3所述的平台12、沟槽段40和冷却通道50。在该特定实施例中，沟槽段40沿外表面18为弯曲或弓形的且具有变化的宽度和/或深度。这样，弯曲的沟槽段40使通过沟槽段40的冷却介质流弯曲或转向。此外，一些沟槽段40延伸过小于50%的外表面18的径向长度30和/或轴向长度32，且包括单冷却通道50，如在图1至图3中那样。然而，其它沟槽段46延伸过大于50%的外表面18的径向长度30和/或轴向长度32，且包括多个冷却通道56。
一个或多个冷却通道56可相对于沟槽段46成角度以优先地在沟槽段46中导向冷却介质。具体而言，如图6中最清楚示出的，一个或多个冷却通道56中的第一分段52和/或第二分段54可朝沟槽段46的较宽和/或较浅部分成角度。这样，成角度的冷却通道58与沟槽段46的变化的宽度和/或深度结合促进了冷却介质沿外表面18的分布。
该书面描述使用示例来公开包括最佳模式的本发明，并且还使本领域任何技术人员能实施本发明，包括制造和使用任何装置或系统以及执行任何包括在内的方法。本发明的可专利范围由权利要求所限定，并且可包括本领域技术人员所想到的其它示例。如果这种其它示例包括与所附权利要求的字面语言没有不同的结构元件，或者如果它们包括与所附权利要求的字面语言无实质差别的等同结构元件，则这种其它示例预期在所附权利要求的范围内。

Claims (21)

1. 一种翼型件，包括：
a. 内表面；
b. 外表面，其与所述内表面相对，其中，所述外表面包括压力侧、与所述压力侧相对的吸力侧、在所述压力侧和吸力侧之间的滞止线、以及在所述压力侧和吸力侧之间且在所述滞止线下游的后缘；
c. 一个或多个沟槽段，其在所述外表面上；以及
d. 单冷却通道，其在每个沟槽段中，其中，每个单冷却通道提供从所述内表面到所述外表面的流体连通。
2. 根据权利要求1所述的翼型件，其特征在于，至少一个沟槽段至少部分地位于在所述压力侧和所述吸力侧之间的滞止线上。
3. 根据权利要求1所述的翼型件，其特征在于，至少两个相邻沟槽段相对于彼此交错。
4. 根据权利要求1所述的翼型件，其特征在于，至少两个相邻沟槽段具有不同的长度。
5. 根据权利要求1所述的翼型件，其特征在于，至少一个沟槽段为弓形的。
6. 根据权利要求1所述的翼型件，其特征在于，至少一个沟槽段沿所述至少一个沟槽段的长度具有变化的维度。
7. 根据权利要求1所述的翼型件，其特征在于，至少一个沟槽段具有减小的维度，并且在所述至少一个沟槽段中的单冷却通道朝所述减小的维度成角度。
8. 根据权利要求1所述的翼型件，其特征在于，相邻沟槽段中的单冷却通道彼此偏移。
9. 根据权利要求1所述的翼型件，其特征在于，每个单冷却通道包括终止于所述内表面处的第一分段和终止于所述外表面处的第二分段，并且所述第一分段具有柱形形状，并且所述第二分段具有锥形或球形形状。
10. 一种翼型件，包括：
a. 平台；
b. 外表面，其连接到所述平台；
c. 一个或多个沟槽段，其在所述外表面上；以及
d. 单冷却通道，其在每个沟槽段中，其中，每个单冷却通道将冷却介质供应至所述外表面。
11. 根据权利要求10所述的翼型件，其特征在于，还包括在所述外表面上的滞止线，其中，至少一个沟槽段至少部分地位于所述滞止线上。
12. 根据权利要求10所述的翼型件，其特征在于，至少两个相邻沟槽段相对于彼此交错。
13. 根据权利要求10所述的翼型件，其特征在于，至少两个相邻沟槽段具有不同的长度。
14. 根据权利要求10所述的翼型件，其特征在于，至少一个沟槽段为弓形的。
15. 根据权利要求10所述的翼型件，其特征在于，至少一个沟槽段沿所述至少一个沟槽段的长度具有变化的维度。
16. 根据权利要求10所述的翼型件，其特征在于，至少一个沟槽段具有减小的维度，并且在所述至少一个沟槽段中的单冷却通道朝所述减小的维度成角度。
17. 根据权利要求10所述的翼型件，其特征在于，还包括在所述平台中的平台沟槽段。
18. 根据权利要求10所述的翼型件，其特征在于，在相邻沟槽段中的单冷却通道彼此偏移。
19. 根据权利要求10所述的翼型件，其特征在于，每个单冷却通道包括具有柱形形状的第一分段和具有锥形或球形形状的第二分段。
20. 一种翼型件，包括：
a. 内表面；
b. 外表面，其与所述内表面相对，其中，所述外表面包括压力侧、与所述压力侧相对的吸力侧、在所述压力侧和吸力侧之间的滞止线、以及在所述压力侧和吸力侧之间且在所述滞止线下游的后缘；
c. 沟槽段，其在所述压力侧、吸力侧、滞止线或后缘中的至少一个上；以及
d. 单冷却通道，其在所述沟槽段中，其中，所述单冷却通道提供从所述内表面到所述外表面的流体连通。
21. 一种翼型件，包括：
a. 内表面；
b. 外表面，其与所述内表面相对，其中，所述外表面包括压力侧、与所述压力侧相对的吸力侧、在所述压力侧和吸力侧之间的滞止线、以及在所述压力侧和吸力侧之间且在所述滞止线下游的后缘；
c. 平台或侧壁中的至少一个，其邻近所述外表面；
d. 一个或多个沟槽段，其在所述平台或侧壁上；以及
e. 单冷却通道，其在每个沟槽段中。
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