CN105339593A - 翼形件结构的沟槽冷却 - Google Patents

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Abstract

根据一些实施例,翼形件(30)包括至少一个壁,其限定前缘(32)、后缘(34)、在前缘和后缘之间延伸的压力侧(38)、和在前缘和后缘之间延伸的吸引侧(36)。翼形件在三个维度上弯曲,并且具有通过至少一个壁的内表面限定的一个或更多个空腔(39)。多个冷却薄膜孔(70)在空腔和至少一个冷却沟槽(50)之间延伸,其定位在与前缘分开的压力侧和吸引侧中的至少一者上。该至少一个沟槽具有与翼形件的外表面(31)分开的底部(60)。多个冷却薄膜孔以不垂直的某一角度延伸穿过底部。

Description

翼形件结构的沟槽冷却
相关申请的交叉引用
本PCT实用申请主张对具有美国专利申请编号NO.61/842,693的标题为“翼形件结构的沟槽冷却”且具有2013年7月3日的提交日期的当前未决临时申请的优先权和来自其的益处,通过引用将其全部并入本文。
联邦发起的研究或发展的声明
依照由美国陆军航空技术局授予的合同No.W911W6-11-2-0009,政府具有在本发明中的权利。
参与研究协定的团体的名称
无。
技术领域
公开的实施例大体涉及用于冷却翼形件的一个或更多个结构。更特定地,但是不借助于限制,本实施例涉及包括但不限于喷嘴的翼形件的沟槽冷却。
背景技术
典型的燃气涡轮发动机大体拥有前端和后端,其中,其数个芯推进构件轴向地定位在它们之间。空气入口或进口位于发动机的前端处。按顺序朝向后端移动,进口后跟随有:压缩机、燃烧室、涡轮、以及在发动机的后端处的出口/排气口。本领域技术人员将易于理解,附加构件也可包括在燃气涡轮发动机中,例如低压与高压压缩机,和高压与低压涡轮。但是,这不是详尽的列表。燃气涡轮发动机还典型地具有内轴,其沿着发动机的中心纵向轴线布置。内轴连接至涡轮和压缩机两者,使得涡轮向空气压缩机提供旋转输入来驱动压缩机叶片。
在操作中,空气在压缩机中被加压并且在燃烧器中与燃料混合以用于产生向下游流动穿过涡轮级的热燃烧气体。这些涡轮级从燃烧气体取得能量。高压涡轮首先接受来自燃烧器的热燃烧气体并且包括定子喷嘴组件,其引导燃烧气体向下游穿过从支撑转子盘径向向外延伸的一组高压涡轮转子叶片。在二级涡轮中,第二级定子喷嘴组件定位在第一级叶片的下游,该第一级叶片依次跟随有从第二支撑转子盘径向向外延伸的一组第二级转子叶片。涡轮将燃烧气体能量转化成机械能量,其中,各组定子静叶转动且加速燃烧气体,来接合相邻组的旋转涡轮叶片。
在用于航空器和航空发动机的构件的形成中,如,例如非限制的,涡轮结构、叶片、静叶以及护罩,各种构件通过隔热涂层(“TBC”)与热隔离,但是主要依靠各种类型的空气冷却来减少或控制温度。例如,薄膜冷却在构件的一个或更多个表面上方喷射冷却空气的薄毯,而泻流冷却将冷却空气推动穿过在构件中的由接近地分开的不连续细孔、或孔形成的格子。
利用冷却薄膜孔,以便实现在部分的限制内的温度,使得部分或构件不在燃气涡轮发动机的高温、压力和应力环境下退化或变得受损。这些冷却薄膜孔接收在航空发动机内的旁通或冷却空气来行进穿过部分或构件,并且提供在极限条件下的操作必须的冷却。现有的冷却薄膜孔通过在构件已经被铸造之后将冷却薄膜孔加工入构件形成。这增加了形成构件的工序的成本和时间。此外,为成型扩散器孔的现有技术高度依赖于扩散器的几何形状,其导孔和铸造壁厚。
目前扩散器孔的可靠和精确检查是困难的,并且有时需要构件的破坏性评估或切开。这是不被期望的。
如通过前述可看出,将期望克服燃气涡轮发动机构件的冷却系统的这些和其它缺点。
发明内容
根据本实施例,可利用一个或更多个沟槽以用于向翼形件表面提供冷却空气。这些沟槽与内部翼形件空腔流连通,并且利用简单几何形状的冷却薄膜孔。沟槽与翼形件的前缘分开并且相对于热燃烧气体流处于某一角度。
根据一些实施例,翼形件包括至少一个壁,其限定前缘、后缘、在前缘和后缘之间延伸的压力侧、和在前缘和后缘之间延伸的吸引侧。翼形件在三个维度上弯曲,并且具有由至少一个壁的内表面限定的至少一个空腔。多个冷却薄膜孔在内部空腔和至少一个沟槽之间延伸,该至少一个沟槽定位在与前缘分开的压力侧和吸引侧中的至少一者上。沟槽具有与翼形件的外表面分开的底部。多个冷却薄膜孔以不垂直于底部的某一角度延伸穿过底部。
所有上述概括的特征应理解为仅作为示范,并且可从在本文中的公开收集更多的结构和方法的特征和目的。因此,没有对整个说明书、权利要求以及在此包括的附图的进一步阅读,就不能理解本总结的限制阐述。
附图说明
通过参考结合附图做出的实施例的下列说明,本公开的上述和其它特征和优点以及获得它们的方式将变得更显而易见,并且翼形件结构的沟槽冷却将被更好地理解,其中:
图1是燃气涡轮发动机的侧视剖视图;
图2是示例性翼形件的轴测图。
图3是在翼形件中的冷却沟槽的轴测图;
图4是在图3中显示的示例性冷却沟槽的轴测剖视图;
图5是示例性喷嘴节段的轴测图;
图6是外端壁沟槽的轴测图;
图7是内端壁沟槽的轴测图;
图8是具有压力侧沟槽的排气叶片的轴测图;以及
图9是具有吸引侧沟槽的排气叶片的轴测图。
具体实施方式
现在将详细地参照在附图中示出其一个或更多个实例的提供的实施例。借助于说明而不是对公开实施例的限制提供各个实例。事实上,在本实施例中可进行各种修改和变型而不脱离本公开的精神和范畴这点对于本领域专业人员是显而易见的。例如,示出或描述为一个实施例的部分的特征可用于另一实施例以仍产生其它实施例。因此,本发明不意图覆盖落入所附权利要求的范围内的这样的修改和变型,以及它们的等同物。
参照图1至9,其为适用于翼形件的沟槽冷却实施例的各种实施例。沟槽与翼形件的前缘分开,并且可定位在翼形件的各种表面上。多个冷却薄膜孔延伸穿过在沟槽内的翼形件并且随后在翼形件的表面上方提供冷却空气。沟槽可以相对于燃烧气体流的某一角度延伸并且可加工或形成为,使得其沿着3维表面的曲率来保持一致或不变的深度和宽度。在该构造中,向沟槽内供应薄膜孔,冷却空气展开来填充沟槽,并且然后冷却空气的薄膜可作为完全覆盖薄膜在3维表面上方移动。
如在本文中所使用的,用语“轴向”或“轴向地”意指沿着发动机的纵向轴线的尺寸。结合“轴向”或“轴向地”使用的用语“向前”意指在朝向发动机入口的方向上移动、或者与另一构件相比构件相对更接近发动机入口。结合“轴向”或“轴向地”使用的用语“向后”意指在朝向发动机出口的方向上移动、或者与发动机入口相比构件相对更接近发动机出口。如在本文中所使用的,术语“径向”和“径向地”意指在发动机的中心纵向轴线和外部发动机环境之间延伸的尺寸。
首先参照图1,燃气涡轮发动机10的示意侧视剖视图显示为具有发动机入口端部12,其中,空气进入芯推进器13,其大体由压缩机14、燃烧器16以及多级高压涡轮20限定。共同地,芯推进器13在操作期间提供功率,使得燃气涡轮发动机10可用于航空、功率产生、产业、航海等。
在操作中,空气进入穿过燃气涡轮发动机10的发动机入口端12,并移动穿过在其中气压增加并被引导至燃烧器16的至少一个压缩级。将压缩空气与燃料混合并燃烧,从而提供朝向高压涡轮20排出燃烧器16的热燃烧气体。在高压涡轮20处,将能量从引起涡轮叶片的旋转的热燃烧气体取出,该旋转转而引起第一、高压轴24的旋转。高压轴24朝向发动机的前部行进,来继续压缩机14的一级或更多级的旋转。风扇18通过第二、低压轴28连接至低压涡轮21并产生对燃气涡轮发动机10的推进。也可利用低压涡轮21来取得进一步的能量,并且推动额外的压缩机级。高压压缩机空气也可用来有助于冷却发动机的构件。
燃气涡轮发动机10绕发动机轴线26轴对称,使得各种发动机构件绕其旋转。轴对称高压轴24穿过燃气涡轮发动机10前端延伸入后端,并且通过沿着轴结构的长度的轴承可旋转地支撑。高压轴24可为中空的来允许在其中且与高压轴24的旋转独立的低压轴28的旋转。低压轴28还可绕发动机轴线26旋转。
现参照图2,其为翼形件30的轴测图。尽管翼形件30绘出为排气叶片,但是各种类型的翼形件可适用于在本文中显示的实施例,并且任何单个翼形件实施例的描述不应当被认为是限制。例如,在本文中进一步描述的冷却沟槽还可适用于静叶、叶片或在操作期间需要冷却的任何翼形件结构。
翼形件30三维地弯曲。例如,翼形件30可具有在轴向方向上从前缘向后缘移动的曲率。翼形件30可具有在径向方向上从根部端向顶部端移动的曲率。翼形件30还可具有在周向方向上,例如沿着内部带或内部端壁120从右部向左部移动的曲率。此外,翼形件可具有绕延伸穿过翼形件的径向轴线的曲率或绕延伸穿过翼形件的径向轴线扭转。沟槽可从例如低压或高压压缩机接收旁通冷却空气。
示例性翼形件30包括至少一个壁,其具有外表面31、内表面33、前缘32、后缘34、吸引侧36和压力侧38。吸引和压力侧36、38在径向方向上从根部端向顶部端径向向上延伸,并且还从前缘32延伸至后缘34。翼形件30的内部部分可为中空的,或至少部分地中空,来允许冷却空气从内侧的一个或更多个空腔39移动至外表面。压力侧38的冷却在绘出的图中显示为穿过至少一个冷却沟槽50。冷却沟槽50可由于翼形件30的曲率而在其在径向方向上延伸时弯曲。冷却沟槽50增加了沿着翼形件的表面的薄膜冷却的展开。这更好地适应了涡流效应和与表面沉积或不平整相关的效应。一个或更多个冷却沟槽50也可沿着吸引侧36被利用。在本实施例中,冷却沟槽50还可沿着吸引侧36定位在前缘32附近。
现参照图3,绘出了翼形件30的一部分的详细视图。翼形件30的部分可代表例如吸引侧、压力侧或示例性喷嘴的其它部分、静叶或叶片,或如在本文中进一步描述的外端壁或内端壁或平台。翼形件30的部分包括冷却沟槽50,其延伸跨过高温燃烧气体流27附近的外表面。在该实施例中,例如,冷却沟槽50在发动机径向方向上延伸,而燃烧气体在发动机轴向方向上移动。冷却沟槽50包括第一端部52和第二端部54,并且通过第一壁56和第二壁58进一步限定,它们两者从底部60并在第一和第二端部52、54之间延伸。这些第一和第二壁56、58还可称为相对于移动跨过冷却沟槽50的热气体流的下游和上游壁。而且,尽管利用了用语底部,但是冷却沟槽50可反转,使得底部与顶板或上边界相似,其中,依靠其的壁或冷却沟槽50可例如竖直地延伸。因而,用语底部不应当被认为是限制。冷却沟槽50可被铸造或可加工成翼形件。冷却薄膜孔70从翼形件30的一个或更多个空腔39(图2)延伸至沟槽底部60,从而向冷却沟槽50提供冷却空气,该冷却空气从冷却沟槽50前进并形成在翼形件30的表面上方的薄膜,其保护翼形件30的表面免于热燃烧气体流27。冷却薄膜孔70剖面大体为圆形,但是这样的形状不是限制的,因为可利用各种备选几何形状。此外,冷却薄膜孔70可为直线的、曲线的或由直线状或曲线节段中的任一者或两者限定的有节段的。而且,剖面形状可在冷却薄膜孔70的端部之间变化。
现参照图4,切开在图3中显示的翼形件部分的区段来绘出冷却薄膜孔70和冷却沟槽50。冷却薄膜孔70为大体圆柱形的,并且穿过翼形件30的壁延伸至沟槽底部60。冷却薄膜孔70各具有轴线72,其以不垂直于底部的角度α延伸穿过沟槽底部60。更具体地,与底部(α)的角度关系可为从大约15°至大约50°,并且更具体地为大约20°至大约35°。冷却薄膜孔70剖面大体为圆形,并且以某一角度延伸来限定圆柱形状。但是,这样的形状不是限制性的,因为可利用各种形状。例如,可利用长方形剖面,或者可使用多边形剖面。本实施例的一个优点为圆形形状易于制造,并且不需要可被利用的冷却薄膜孔和多个狭槽的几何形状的改变,该改变由于形成这样的冷却薄膜孔的困难性而需要额外的制造关注。而且,该构造可易于检查,而没有对翼形件30的破坏性动作。
结构关系还存在于冷却沟槽50和冷却薄膜孔70之间。例如,根据一些实施例,冷却沟槽50的深度可处于孔径的50%和100%之间。深度从翼形件30的外表面31向冷却沟槽50的沟槽底部60测量。更具体地,深度可在孔径的大约60%与大约80%之间,并且根据一些示例性实施例,可为孔径的大约70%。冷却沟槽50可具有导孔直径的110%至大约165%的宽度。此外,翼形件30的壁厚可足以确保孔长度为薄膜孔径的至少大约150%。
在第一壁56上方的翼形件的外表面还可包括阻挡闭锁层80,其保护翼形件的外表面免于燃烧气体流27的高温。阻挡闭锁层80可为除冷却薄膜孔70外被利用的热障,该冷却薄膜孔70从翼形件30的内部向外部供应冷却空气更以便限制材料温度。阻挡闭锁层80可在冷却沟槽50形成之后或沟槽形成之前被供应至翼形件30。当在形成冷却沟槽50之后施加阻挡闭锁层80的情况下,阻挡闭锁层80可或不可沿着第一和第二壁56、58以及沟槽底部60延伸入冷却沟槽50。但是,应当注意来防止冷却薄膜孔70的堵塞。而且,应当理解的是,虽然绘出了一个阻挡闭锁层80,但是阻挡闭锁层80可由一层或更多层材料组成。虽然阻挡闭锁层80是可选的,但是如果利用这样的涂层,并且根据涂层是否用在沟槽底部上,那么可相对于涂层应用在上面引用的尺寸和关系。
第一和第二壁56、58和沟槽底部60的关系可变化。第一和第二壁56、58可垂直于沟槽底部60,或处于未垂直于沟槽底部60的一些角度。第一和第二壁56、58可从沟槽底部60直线地延伸。备选地,根据一些实施例,第一和第二壁56、58可从沟槽底部60曲线地延伸。如将在本文中进一步所显示,沟槽底部60在本实施例中绘出为直线节段,但是还可根据冷却沟槽50被应用至其的翼形件表面的曲率从第一端部52向第二端部54成曲线。因而,第一和第二壁56、58还可在第一和第二端部52、54之间为直线的或曲线的。此外,第一和第二壁56、58的上边缘可为有倒角的或可除了绘出的边缘外或备选地成圆角。
在燃气涡轮发动机10(图1)的操作中,冷却沟槽50填充有冷却流体,并且在从冷却沟槽50内排出之前,并且沿着翼形件30的外表面产生薄膜。这防止了与热燃烧气体的直接混合,并且作为更加连续的冷却层排出冷却沟槽50。这还提供了,在翼形件表面上方展开的薄膜更少地受涡流效应影响。冷却沟槽50通常以某一角度延伸至燃烧气体流,并且可或不可垂直于其。
现在参照图5,绘出了示例性喷嘴节段100。喷组节段100定位在其它喷嘴节段附近,来限定绕发动机的轴线26(图1)延伸的周向喷嘴。喷嘴节段100包括外部带或外端壁110和内部带或内端壁。至少一个翼形件130在示例性内和外端壁120、110之间延伸。在示例性实施例中,两个翼形件130绘出为用于在端壁110、120之间的各个喷嘴节段100。如之前所描述,各个翼形件130包括压力侧、吸引侧、前缘和后缘。翼形件130实质上是三维的,因为前缘和后缘可在周向、径向和轴向方向上弯曲。在该喷嘴节段100中绘出了各种冷却沟槽50。根据本实施例,至少一个冷却沟槽50定位在压力侧中的每个上。此外,冷却沟槽150布置在外端壁110和内端壁120的表面上,该外端壁110和内端壁120在相邻的翼形件130之间大体以周向方向延伸,该相邻的翼形件相对燃烧气体流处于某一角度。冷却沟槽150定位在冷却沟槽50的终点附近。冷却沟槽50、150均与翼形件130的前缘分开。冷却沟槽50、150可定位在离翼形件130的前端或后端大体相同的距离处,或备选地可处于不同的距离。而且,根据一些实施例,冷却沟槽150可定位在翼形件130的轴向前部。
现在更具体地参照图6,以冷却沟槽150的详细视图绘出了喷嘴节段100的上轴测图,该冷却沟槽150定位在外端壁110上。绘出的图绘出了沿着面朝翼形件130的外端壁110的表面定位的冷却沟槽150。冷却沟槽150与之前描述的冷却沟槽50相似,因为冷却沟槽150包括从底部延伸的第一壁和第二壁。在该情况下,底部在第一和第二壁上方,并且从在其中的多个冷却薄膜孔170接收冷却空气。冷却沟槽150绘出为接近冷却沟槽50的终点,该冷却沟槽50定位在翼形件130中的一者的压力侧上。但是,冷却沟槽150可定位在轴向地沿着外端壁或外部带110的表面的不同位置处。
现在参照图7,其为更好地显示了内端壁120的轴测图,其中,详细视图绘出了沿着内端壁120延伸的冷却沟槽150。在详细视图中,冷却沟槽50绘出为在翼形件130的吸引侧上,而冷却沟槽150绘出为沿着内端壁120,该内端壁120从压力侧的冷却沟槽50附近延伸至相邻的翼形件130的相邻的吸引侧的冷却沟槽50。
尽管一个沟槽显示为在外端壁110上,而单个冷却沟槽150显示为在内端壁120上,但是各种沟槽可被利用并可沿着构件的轴向尺寸分开,来提供行进穿过喷嘴节段100的燃烧空气的期望的冷却。相似地,一个或更多个沟槽50、150可沿着压力侧和吸引侧被利用于翼形件130上,并且与翼形件的前缘分开。
现参照图8,绘出了翼形件130的压力侧,并绘出了冷却沟槽50以用于改善的可见性。冷却沟槽50可以某一角度延伸完全径向的尺寸。换而言之,冷却沟槽50可不以完全竖直的方式,而是以某一角度延伸,并且可由于翼形件130的表面的曲率而具有某些曲率。备选地,冷却沟槽50可完全或部分地,径向地且直线地或以径向/非径向与直线/非直线节段的组合延伸。
参照图9,还绘出了吸引侧冷却沟槽50。吸引侧冷却沟槽50可沿着翼形件130的表面在轴向方向上定位在各种位置处。冷却沟槽50绘出了由于翼形件130的三维性质的额外的曲率。因而,冷却沟槽50不完全直线地延伸,而是由于翼形件130的三维曲率而具有曲率。
冷却沟槽50、150形成为沿着3维弯曲表面的曲率,并且保持连续或不变的深度和宽度。冷却薄膜孔70向沟槽内供应冷却空气,并且冷却空气扩散开来填充冷却沟槽50、150。然后,冷却空气的薄膜作为完全覆盖薄膜移动至3维弯曲表面上。此外,沟槽允许不需要破坏性技术的改善的检查。
用语“翼形件”结合排气叶片显示和描述。但是,用语不应当被理解为限制成这样的静叶,因为用语“翼形件”还可应用于可使用根据本实施例的与前缘分开的冷却沟槽的叶片。实际上,任何三维弯曲翼形件均可利用在本文中描述的沟槽,例如,包括风扇叶片、压缩机叶片、压缩机静叶以及涡轮静叶和叶片。
已经出于示出的目的表示了结构和方法的之前的描述。不意图为详尽的或将结构和方法限制为公开的精确的形式和/或步骤,并且显然地,根据上述教导许多修改和变型是可能的。在本文中描述的特征可结合在任何组合中。在本文中描述的方法的步骤可以物理上可能的任何顺序执行。应当理解的是,虽然已经示出和描述了结构的特定形式,但是不限制至其并且而是将仅仅通过所附至其的权利要求限制。
虽然在本文中已经描述和示出了多个发明性实施例,但是本领域技术人员将容易想象用于执行功能和/或获得在本文中描述的结果和/或一个或更多个优点的多种其它机构和/或结构,并且认为各个这样的变型和/或修改在本文中描述的实施例的范围内。更一般而言,本领域技术人员将容易理解,在本文中描述的所有参数、尺度、材料和构造仅仅意图为示范,并且实际参数、尺度、材料和/或构造将取决于(一个/多个)本发明性教导用于的具体应用或多个应用。本领域技术人员将理解或能够确定仅仅使用常规实验、在本文中描述的具体发明性实施例的许多等同。因而,应当理解的是,前述实施例仅仅经由实例呈现,并且在所附权利要求和其等同的范围内,可与具体描述和主张不同地实践发明性实施例。本公开的发明性实施例针对在本文中描述的各个单独的特征、系统、物品、材料、工具包和/或方法。此外,如果这些特征、系统、物品、材料、工具包和/或方法不互相矛盾,那么两个或更多个这些特征、系统、物品、材料、工具包和/或方法的任何结合均包括在本公开的发明性范围内。
实例用以公开包括最佳实施方式的本实施例,并且还使本领域技术人员能够实践装置和/或方法,包括制造和使用任何装置或系统并且实行任何合并的方法。这些实例不意图为详尽的或将本公开限制为公开的准确步骤和/或形式,并且根据上述教导许多修改和变型是可能的。在本文中描述的特征可结合在任何结合中。在本文中描述的方法的步骤可以物理上可能的任何顺序执行。
在本文中限定和使用的所有定义应当理解为,控制词典定义、通过引用并入的文档中的定义、和/或限定项的普遍含义。如在本文中使用的不定冠词“一”和“一个”在说明书中和在权利要求中,除非相反地清楚滴指出,应当理解为指“至少一个”。在本文中使用的短语“和/或”在说明书中和在权利要求中应当理解为指如此结合的元件中的“任一或两者”,即在一些情况下位连接地呈现,并且在其它情况下不连接地呈现。
还应当理解的是,除非相反地清楚地指出,在包括多于一个步骤或行动的在本文中主张的任何方法中,该方法的步骤或行动的顺序不必限于叙述的本方法的步骤或行动的顺序。
在权利要求中,和在上述说明书中,所有的过渡短语例如“包括…的”、“含有…的”、“承载…的”、“具有…的”、“包含…的”、“涉及…的”、“保持…的”、“由…组成”等应当理解为无限制的,即,指含有但不限于。如在专利审查程序的美国专利事务所手册中陈述的,只有过渡短语“由…构成”、“本质上由…构成”应当分别地为限定或半限定过渡短语。

Claims (15)

1.一种翼形件(30),包括:
至少一个壁,其限定前缘(32)、后缘(34)、在所述前缘和所述后缘之间延伸的压力侧(38)、和在所述前缘和所述后缘之间延伸的吸引侧(36);
所述翼形件在三个维度上弯曲;
至少一个内部空腔(39),其由所述至少一个壁的内表面(33)限定;
多个冷却薄膜孔(70),其在所述至少一个内部空腔和至少一个冷却沟槽(50)之间延伸,所述至少一个冷却沟槽(50)定位在与所述前缘分开的所述压力侧和所述吸引侧中的至少一者上;
所述至少一个冷却沟槽,其具有与所述翼形件的外表面(31)分开的底部(60);
所述多个孔,其以非垂直的某一角度延伸穿过所述底部。
2.根据权利要求1所述的翼形件,而且其中,所述底部在第一和第二壁(56、58)之间延伸。
3.根据权利要求1所述的翼形件,其中,所述翼形件是涡轮叶片、涡轮排气叶片、压缩机叶片以及压缩机静叶中的一者。
4.根据权利要求1所述的翼形件,其中,所述至少一个冷却沟槽在第一端(52)和第二端(54)之间直线地延伸。
5.根据权利要求1所述的翼形件,其中,所述至少一个冷却沟槽在第一端(52)和第二端(54)之间曲线地延伸。
6.根据权利要求1所述的翼形件,还包括至少一个第二冷却沟槽,其在相邻的翼形件之间延伸。
7.根据权利要求6所述的翼形件,所述至少一个第二冷却沟槽(150)布置在外部带(110)或内部带(120)中。
8.根据权利要求1所述的翼形件,所述沟槽具有第一和第二壁(56、58)。
9.根据权利要求8所述的翼形件,所述第一和第二壁从所述底部延伸。
10.根据权利要求9所述的翼形件,所述第一和第二壁为竖直的。
11.根据权利要求9所述的翼形件,所述第一和第二壁垂直于所述底部。
12.根据权利要求9所述的翼形件,所述第一和第二壁相对所述底部处于某一角度。
13.根据权利要求9所述的翼形件,所述第一和第二侧壁为曲线的。
14.根据权利要求1所述的翼形件,所述至少一个冷却沟槽布置在所述吸引侧上。
15.根据权利要求1所述的翼形件,所述至少一个冷却沟槽布置在所述压力侧上。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113006880A (zh) * 2021-03-29 2021-06-22 南京航空航天大学 一种用于涡轮叶片端壁的新型冷却装置

Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6393178B2 (ja) * 2014-12-15 2018-09-19 三菱日立パワーシステムズ株式会社 蒸気タービン静翼
US10378444B2 (en) 2015-08-19 2019-08-13 General Electric Company Engine component for a gas turbine engine
KR101853550B1 (ko) * 2016-08-22 2018-04-30 두산중공업 주식회사 가스 터빈 블레이드
US10570747B2 (en) * 2017-10-02 2020-02-25 DOOSAN Heavy Industries Construction Co., LTD Enhanced film cooling system
US11401818B2 (en) * 2018-08-06 2022-08-02 General Electric Company Turbomachine cooling trench
CN108843404B (zh) * 2018-08-10 2023-02-24 中国科学院宁波材料技术与工程研究所 一种具有复合异型槽气膜冷却结构的涡轮叶片及其制备方法
GB201819064D0 (en) 2018-11-23 2019-01-09 Rolls Royce Aerofoil stagnation zone cooling

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5419681A (en) * 1993-01-25 1995-05-30 General Electric Company Film cooled wall
US6234755B1 (en) * 1999-10-04 2001-05-22 General Electric Company Method for improving the cooling effectiveness of a gaseous coolant stream, and related articles of manufacture
US20080057271A1 (en) * 2006-08-29 2008-03-06 Ronald Scott Bunker Film cooled slotted wall and method of making the same
US20100040478A1 (en) * 2008-08-14 2010-02-18 United Technologies Corp. Cooled Airfoils and Gas Turbine Engine Systems Involving Such Airfoils
CN102042042A (zh) * 2009-10-23 2011-05-04 通用电气公司 改善膜冷却的结构及方法

Family Cites Families (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4726735A (en) * 1985-12-23 1988-02-23 United Technologies Corporation Film cooling slot with metered flow
US6050777A (en) 1997-12-17 2000-04-18 United Technologies Corporation Apparatus and method for cooling an airfoil for a gas turbine engine
US7303375B2 (en) * 2005-11-23 2007-12-04 United Technologies Corporation Refractory metal core cooling technologies for curved leading edge slots
US8742279B2 (en) 2010-02-01 2014-06-03 United Technologies Corporation Method of creating an airfoil trench and a plurality of cooling holes within the trench
US8608443B2 (en) 2010-06-11 2013-12-17 Siemens Energy, Inc. Film cooled component wall in a turbine engine
US9022737B2 (en) * 2011-08-08 2015-05-05 United Technologies Corporation Airfoil including trench with contoured surface
US20130045106A1 (en) * 2011-08-15 2013-02-21 General Electric Company Angled trench diffuser
US8870536B2 (en) * 2012-01-13 2014-10-28 General Electric Company Airfoil
US8870535B2 (en) * 2012-01-13 2014-10-28 General Electric Company Airfoil
US9080451B2 (en) * 2012-06-28 2015-07-14 General Electric Company Airfoil
US10364680B2 (en) * 2012-08-14 2019-07-30 United Technologies Corporation Gas turbine engine component having platform trench

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5419681A (en) * 1993-01-25 1995-05-30 General Electric Company Film cooled wall
US6234755B1 (en) * 1999-10-04 2001-05-22 General Electric Company Method for improving the cooling effectiveness of a gaseous coolant stream, and related articles of manufacture
US20080057271A1 (en) * 2006-08-29 2008-03-06 Ronald Scott Bunker Film cooled slotted wall and method of making the same
US20100040478A1 (en) * 2008-08-14 2010-02-18 United Technologies Corp. Cooled Airfoils and Gas Turbine Engine Systems Involving Such Airfoils
CN102042042A (zh) * 2009-10-23 2011-05-04 通用电气公司 改善膜冷却的结构及方法

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113006880A (zh) * 2021-03-29 2021-06-22 南京航空航天大学 一种用于涡轮叶片端壁的新型冷却装置
CN113006880B (zh) * 2021-03-29 2022-02-22 南京航空航天大学 一种用于涡轮叶片端壁的冷却装置

Also Published As

Publication number Publication date
CA2916025A1 (en) 2015-04-02
US10221693B2 (en) 2019-03-05
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EP3017148A1 (en) 2016-05-11
JP2016524090A (ja) 2016-08-12
CN105339593B (zh) 2017-10-13
WO2015047516A1 (en) 2015-04-02
BR112015031098A2 (pt) 2017-07-25

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