CN106460526A - 具有被优化的冷却的涡轮叶片 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于涡轮机的涡轮叶片(51)，涡轮机诸如为涡轮螺旋桨发动机或涡轮喷气发动机，所述叶片包括根部(P)、由所述根部(P)支承并沿翼展方向(EV)延伸的轮叶，该轮叶终止于尖端(S)，所述轮叶包括彼此隔开的压力侧壁和吸力侧壁，以及：‑至少一个管道(53)，该至少一个管道被构造成在根部(P)处收集冷却空气并在轮叶中产生冷却空气流以便冷却轮叶；‑孔和/或槽(55，67)，该孔和/或槽在轮叶的壁中制成以便将冷却空气排出到轮叶外；‑上部内空腔(52)，该上部内空腔位于轮叶的尖端(S)处以便冷却该尖端；并且其中，至少一个所述管道(53)将在根部(P)中收集的冷却空气直接供给上部空腔。

Description

具有被优化的冷却的涡轮叶片

技术领域

本发明涉及涡轮机类型的飞行器发动机的叶片，该涡轮机类型的飞行器发动机例如为双流式涡轮增压发动机或双流式涡轮螺旋桨发动机。

背景技术

在这种发动机中，外部空气被吸入到入口套筒中以便在被分成中心主流和围绕主流的二次流之前穿过包括一系列旋转轮叶的鼓风机。

然后，主流在到达燃烧室之前被压缩，然后，在通过产生推力被排出到后部之前，主流通过穿过一组涡轮而膨胀。二次流通过鼓风机被直接推动到后部以便产生附加的推力。

由于在燃烧之后立刻产生膨胀的事实，涡轮中的膨胀在高温下发生，这种膨胀能够驱动压缩机和鼓风机。该涡轮本身被设计并被尺寸化以在苛刻的温度、压力以及流体流动条件下工作。

每个涡轮包括连续的级，每个级包括一系列叶片，该一系列的叶片被径向地定向并围绕发动机的旋转轴规则地间隔开。该中心轴支承涡轮的旋转元件以及压缩机和鼓风机的旋转元件。

具体地，涡轮的经受最苛刻条件的叶片是该涡轮的第一膨胀级的那些叶片，第一膨胀级即最接近燃烧区域的级，并且这些级通常被称为高压级。

通常，性能方面的增加需求以及规则的改变导致设计出在愈加恶劣的环境中工作的更小尺寸的发动机。这意味着要增加高压涡轮叶片的尤其与它们在温度方面的抵抗力有关的抵抗力以及性能。

然而，关于这些叶片的材料以及涂层的现有改进不足以允许它们经受燃烧室的下游流动所能达到的高温。这种情况导致需要重新考虑这些叶片的冷却以便对其进行改进以使它们能够经受这些新的工作条件。

这种冷却通过使这些叶片内的在燃烧的上游处的涡轮增压发动机中获取的冷却空气进行流通来提供。这些空气是在叶片根部处获取的，沿叶片的内回路被运送以便冷却叶片，并且这些空气通过穿过该叶片的壁并分布在该壁上的孔被排出到叶片的外部。这些孔被用于排出冷却空气，但是它们还在叶片的外表面上产生比来自燃烧的空气更冷的空气薄膜，该空气薄膜还有助于限制叶片的温度。

为了增加冷却的效果，叶片的其中流通有冷却空气的内部区域包括如下的策略：即干扰冷却空气的流体流动的内浮突部以便增加从叶片的壁转移到在叶片的内部管道中流通的该冷却空气的热量。

这些常规的冷却架构受到以下事实的不利影响，所述事实即叶片的内回路的长度导致空气在其到达该回路的端部时按照如下的方式被过度地加热，所述方式即空气在行程的端部的区域中并且尤其在叶片尖端处的冷却效果被限制，然而相反地，人们寻求的是在叶片尖端处获得增加的冷却效果。

本发明的目的在于提出能够改进叶片的冷却效果的叶片结构。

发明内容

为实现该效果，本发明的目的在于涡轮机的涡轮叶片，该涡轮机诸如为涡轮螺旋桨发动机或涡轮增压发动机，该叶片包括根部、由该根部承载并沿翼展方向延伸的轮叶，该轮叶终止于尖端，该轮叶包括前缘以及位于该前缘的下游处的后缘，该轮叶包括彼此侧向隔开的压力侧壁和吸力侧壁，并且每一个压力侧壁和吸力侧壁将前缘连接到后缘，该轮叶包括：

-至少一个管道，该至少一个管道被构造成在叶片的根部处收集冷却空气并使冷却空气在轮叶中流通以便冷却轮叶；

-孔和/或槽，该孔和/或槽在轮叶的壁中实现以便将冷却空气排出到该轮叶的外部；

-上部内空腔，该上部内空腔位于轮叶的尖端处以便冷却该轮叶尖端；

并且其中，管道中的至少一个将在根部中收集的冷却空气直接供给到上部空腔。

本发明还涉及如上文中所定义的叶片，其中，上部空腔从轮叶的前部延伸到后部，以便供给轮叶的后缘的至少一个冷却槽。

本发明还涉及如上文中所定义的叶片，其中，压力侧壁包括退出(exit)到上部空腔中的至少一个通孔或通槽。

本发明还涉及如上文中所定义的叶片，包括第一内侧部空腔，该第一内侧部空腔沿压力侧壁行进，同时与直接供给管道隔开，以便形成使该直接供给管道与压力侧壁热隔绝的防热罩。

本发明还涉及如上文中所定义的叶片，进一步包括第二内侧部空腔，该第二内侧部空腔沿吸力侧壁行进，同时与直接供给管道隔开，以便形成使该直接供给管道与吸力侧壁热隔绝的防热罩。

本发明还涉及如上文中所定义的叶片，其中，每个内侧部空腔设置有湍流的激发器(promoters)和/或偏转器以便增加内侧壁空腔中的热交换，并且其中，每个直接供给管道具有平滑的壁以便限制负载损耗。

本发明还涉及如上文中所定义的叶片，其中，上部空腔的直接供给管道是叶片的前缘的上游冷却坡道。

本发明还涉及如上文中所定义的叶片，其中，直接供给管道是排他性地专用于将冷却空气供给到上部空腔的中心管道。

本发明还涉及如上文中所定义的叶片，其中，两个侧部空腔通过位于直接供给管道的下游处的接合区域被汇集到一起以便形成单个空腔，所述单个空腔通过延伸越过该直接供给管道的大部分长度而围绕直接供给管道的周长的四分之三。

本发明还如上文中所定义的叶片，包括下游坡道以及下游管道，下游坡道用于供给后缘的位于压力侧壁中的冷却槽，下游管道用于该下游坡道的校准供给且被每个侧部空腔热隔绝。

本发明还涉及如上文中所定义的叶片，包括上游坡道以及上游管道，上游坡道用于供给前缘的冷却孔，上游管道用于该上游坡道的校准供给且被每个侧部空腔热隔绝。

本发明还涉及用于制造根据权利要求1至7中任一项所述的叶片的模制装置，包括压机(imprint)以及一组芯，该一组芯用于形成内部管道和内部坡道，并且有可能形成形成罩的内部空腔。

本发明还涉及涡轮机的涡轮，该涡轮包括如上文中所定义的叶片。

本发明还涉及涡轮机，该涡轮机包括如上文中所定义的涡轮。

附图说明

图1为双流式涡轮增压发动机的作为纵向横截面的示意图；

图2为图1中所示的涡轮增压发动机涡轮的叶片的透视图；

图3为示出了根据本发明的第一实施例的涡轮叶片的内部中空部分的透视图；

图4为示出了根据本发明的第二实施例的涡轮叶片的内部中空部分的透视图；

图5为示出了根据本发明的第三实施例的涡轮叶片的内部中空部分的透视图；

图6为示出了根据本发明的第四实施例的涡轮叶片的内部中空部分的透视图；

图7为示出了根据本发明的第五实施例的涡轮叶片的内部中空部分的透视图；

图8为示出了根据本发明的第六实施例的涡轮叶片的内部中空部分的透视图。

具体实施方式

如在图1中可看到的，双流式涡轮增压发动机1的前部包括入口套管2，空气在被鼓风机3的轮叶吸入之前被获取到该入口套管中。在穿过鼓风机的区域之后，空气被分成中心主流以及围绕主流的二次流。

然后，空气的主流穿过紧接着位于鼓风机3后面的第一压缩机4，而二次流被推动到后部以便通过围绕主流被吹动而直接产生附加的推力。

然后，主流在到达使其燃烧的室7之前、燃料喷射以及汽化之后穿过第二压缩级6。在燃烧之后，该主流在高压涡轮8中膨胀，然后在未示出的低压涡轮中膨胀，以便在朝向发动机的后部被驱逐以便产生推力之前驱动压缩级和鼓风机旋转。

发动机1与其组件具有关于纵向轴线AX回转的形状。具体地，它包括外壳9，该外壳同样具有回转的形状并从发动机的前部延伸到后部，外壳在发动机的前部处界定出空气入口套管，在后部处界定出主流和二次流被排出时所穿过的管道，该前部和后部是相对于设置有该涡轮增压发动机的飞行器的向前方向来考虑的。该外壳9支撑位于发动机的中心处的旋转组件，并且旋转组件包括对鼓风机的轮叶以及压缩级和具有它们的叶片的涡轮进行支承的旋转轴。

在图2中被标记为11的这种叶片包括：根部P，叶片通过根部被固定到被称为涡轮盘的未示出的旋转本体；以及轮叶12，该轮叶由该根部P承载并构成该叶片的气动部分。如在图2中可看到的，叶片11在根部P和轮叶12之间包括被称为平台的中间区域13。

由根部P和轮叶12形成的单元是铸造而成并包括冷却空气流通时所穿过的内部管道的唯一中空单件式部件。图2中未示出的这些内部管道包括进气口，该进气口通入根部P的下面部14，并且这些管道通过进气口被供给冷却空气。轮叶12的中空壁包括通孔和槽，冷却空气穿过该通孔和槽被排出。

轮叶12具有向左扭转的形状，其具有的轮廓基本上为矩形，近似于平行六面体。轮叶包括基部16，轮叶通过该基部被连接到根部P，并且基部大致平行于旋转轴线AX延伸。轮叶还包括前缘17，该前缘相对于轴线AX被径向地定向并且相对于它所提供服务的发动机的向前方向位于叶片的上游AM处，即位于该叶片的前部区域。该叶片还包括后缘18，该后缘通过沿轴线AX与前缘隔开而被大致定向为平行于前缘17以便位于叶片的下游区域AV或叶片后部。叶片进一步包括尖端S，该尖端大致平行于基部16并相对于轴线AX按照径向方向与基部隔开。

该叶片的两个主要的壁为叶片的压力侧壁21以及叶片的吸力侧壁，该压力侧壁为图2中的可见壁，该吸力侧壁为与压力侧壁隔开的相反的壁，并且由于该吸力侧壁被压力侧壁21所遮掩而在图2中不可见。压力侧壁和吸力侧壁在前缘17处、后缘18处以及在该叶片的尖端S的区域中被汇集到一起。这些壁在基部16处彼此隔开，以便允许冷却空气被吸入到轮叶的内部区域中。

前缘17具有凸形形状，并且前缘设置有一系列冷却孔22，该一些列冷却孔在该区域中穿过叶片的壁。后缘18具有锥形形状，并且它包括一系列冷却槽23。这些槽23为沿翼展方向延伸的长度较小的槽，并且这些槽通过在彼此的延伸部中位于距后缘的较小距离处而彼此隔开。

每个槽23穿过叶片的壁以便将冷却空气吸入到该叶片内部，并在后缘处将冷却空气吹到压力侧壁上。互补地，后缘设置有被定向成平行于轴线AX的外部肋以便引导来自于这些槽的冷却空气。

在工作期间，该叶片11位于其中的流体通过沿压力侧部21和吸力侧部流动而相对于叶片从前缘17移动到后缘18。在工作期间经受显著加热的压力侧壁包括：一系列的孔24，该一系列的孔24基本上平行于前缘17，并位于该前缘的下游处；以及另一系列的孔26，该另一系列的孔通过位于该后缘和其所包括的槽23的上游而基本上平行于后缘18。该一系列的孔24和26本身都按照轮叶的翼展方向EV延伸，该翼展方向是关于轴线AX的径向方向。

与前缘17以及后缘18相反地，叶片11的尖端S的区域具有一定的厚度，而且它具有界定出中空部分的形状，该中空部分被称为筒。

更具体地，该尖端S具有连接压力侧壁和吸力侧壁的封闭壁，该封闭壁具有整体垂直于压力侧壁和吸力侧壁并平行于轴线AX的定向，该定向与垂直于翼展方向EV的定向一致。在图2中不可见的该封闭壁按照如下的方式相对于压力侧壁的自由边缘以及吸力侧壁的自由边缘位于朝向轴线AX缩回的位置处，所述方式即：该封闭壁沿与轴线AX相反的方向与这些边缘共同构成敞开的中空部分。

穿过压力侧壁的一系列附加的孔27沿尖端S被设置，以便确保该轮叶尖端被显著地冷却，由于轮叶尖端构成关于流体具有最高速度的部分，因此该轮叶尖端经受大的应力。

该一系列的孔27平行于封闭壁延伸，并且互补地，轮叶包括在图2中不可见的孔，该孔穿过封闭壁以便退出到处于轮叶的尖端处的被称为筒的中空部分中。

如上文所述，这种叶片是中空的单件式部件。通过使用一组芯以便界定出叶片的中空部分的内部管道并且通过使用杆的部分以便形成叶片的通孔，叶片通过模制金属材料而制成。一旦模制的工作被完成，通常通过能够溶解这些元件的化学侵蚀过程来移除芯、杆以及其它，而不需要变更模制材料。

以下附图示出了根据本发明的叶片的内部区域，能够制造这种叶片的芯的形状在该内部区域中被示出。换句话说，其在附图中所遵循的显著的(in relief)形状构成根据本发明的叶片的中空形式的表示。

本发明的基部处的想法改善了叶片在压力侧壁的处于后缘附近以及叶片的尖端附近的区域中的冷却，在实践中，该区域在叶片的使用寿命期间最先被恶化。

这是通过在叶片的尖端的区域中提供上部空腔获得的，该上部空腔从叶片的前部延伸到后部，并且该上部空腔通过该上部空腔的供给管道被直接供给有来自叶片的根部的空气。

根部中吸入的空气本身以基本直通的方式被运送到上部空腔中而没有绕路。该空气在供给管道中的行程的长度使得它本身到达上部空腔的长度小于或等于轮叶的按照翼展方向EV的长度。换句话说，通过实施直接供给，该管道能够使供给到上部空腔的空气的加热最小化。

在对应于图3的第一实施例中，该供给管道由前缘的位于上游处的冷却坡道形成。在对应于图4至图8的其他实施例中，该供给管道由叶片的中心管道构成，即由处于其前缘和其后缘之间的基本中间处的管道构成。

在本发明的第一实施例中，在图3中被示出并在图3中被标记为31的叶片本身包括内部管道，该内部管道被布置以在叶片的尖端的位于压力侧部上的区域中供给冷却空气，该冷却空气按照如下所述的方式被尽可能地冷却，所述方式即：以在内部管道中增加冷却效果。

该叶片31的内部本身在其被标记为AM的上游区域中包括上游坡道32，该上游坡道按照叶片的翼展方向EV被定向并沿其前缘行进。该上游坡道32直接供给叶片的上部空腔33，同时仍将冷却空气供给到从壁的形成叶片前缘的部分穿过的冷却孔。该上游坡道32从叶片的被标记为P的根部延伸，并且该上游坡道穿过根部将空气直接供给到叶片的被标记为S的尖端。

位于尖端附近的上部空腔33沿该叶片31的封闭壁并沿其压力侧壁从叶片的前部延伸到叶片的被标记为AV的后部。由于图3示出的是该叶片的中空区域，因此这两个壁在图3中不可见。

叶片31的尖端S的位于其压力侧的侧部上的所有部分，在基本上该尖端的全部长度上并且尤其是直到该尖端S的下游端，本身通过上部空腔33被供给空气，而该上部空腔本身由形成管道的上游坡道32来供给。

上部空腔33在下游区域AV中到达叶片的后缘，以便将冷却空气供给到该后缘的至少一个冷却槽，即最接近尖端的槽，该槽对应于叶片的最苛刻请求区域(the mostseverely solicited regions)中的一个区域。

该上部空腔33通过延伸越过的宽度小于轮叶的宽度或厚度而沿压力侧壁行进，即，上部空腔具有的宽度小于压力侧壁和吸力侧壁隔开的距离。它通过沿压力侧部行进的第一面部34以及与第一面部隔开的第二面部36被侧向地界定。第一面部34和第二面部36在该上部空腔的前部和后部处被汇集在一起。

上部空腔33通过平行于封闭壁并与封闭壁隔开的底部37以及上面部38被竖直地界定，该上面部为封闭壁的下面部。

在轮叶的尖端S的区域中，压力侧壁可包括未示出的通孔，该通孔允许上部空腔33在该区域中进一步冷却压力侧壁的外面部。

叶片31的内部进一步包括下游坡道41，该下游坡道沿后缘从根部P延伸到尖端S的区域并且终止于上部空腔33的后部下方。该下游坡道41供给后缘的在图3中不可见的一系列冷却槽。

后缘的大多数冷却槽本身通过下游坡道41被供给空气，但是是上部空腔供给最接近尖端S的槽，最接近尖端的槽是经受最大热应力的区域。最接近尖端的槽本身被供给有冷却空气和/或与其他的区域相比具有更大的流量。

图3的叶片进一步包括第一中心管道42、第二中心管道43以及下游管道44，该第一中心管道、第二中心管道以及下游管道按照翼展方向被定向，并且按照所谓的回形针布置彼此连通。沿上游坡道32行进的第一中心管道42在叶片的根部处收集空气，并且它在尖端S处与第二中心管道43连通以便为第二中心管道供给空气。

该第二中心管道43在叶片的基部处与下游管道44连接以便为下游管道供给空气。该下游管道44以直通的方式从根部P延伸到尖端S，并平行于下游坡道41，该下游管道通过位于该下游坡道41的上游处而沿下游坡道行进。

如在附图中可见的，下游管道44的端部通过沿上部空腔33的第二面部36行进而终止于尖端S的区域中，以便绕开(circumvent)上部空腔。压力侧壁可设置有通孔，该通孔允许管道42、43、44将冷却空气供给到该壁的外面部上，以便通过在该壁的外面部上形成外膜来冷却该壁。

压力侧壁在下游管道44处可包括通孔，该下游管道44通过该通孔来供给空气以冷却压力侧壁在轮叶后缘的上游处的外面部。

作为对压力侧壁在后缘的上游处的那些冷却孔的互补或替代，下游管道44可通过未示出的一系列校准通道来供给下游坡道41，该一系列的校准通道沿翼展方向EV彼此规则地隔开。在这种情况下，代替通过第二管道43来供给的是，下游管道44随后直接在叶片的根部处收集冷却空气，以使供给到下游坡道的空气是尽可能冷却的。

就其本身而论，根据设计选择，下游坡道41可通过下游管道44以校准的方式被供给，或者相反地，它可在叶片的根部的区域中被直接供给。

这些通道随后被校准以获得大约为后缘的每个冷却槽中所期望的空气的流量。给定的槽所期望的空气的流量通过前缘在由该槽冷却的区域中的热应力来调节。

在图4中示出的本发明的第二实施例中，被标记为51的叶片包括上部空腔52，该上部空腔由完全专用于该上部空腔52的中心管道53来直接供给。就其本身而论，与图3的第一实施例相反地，上部空腔的供给管道不参与前缘的冷却。

此外，在图4的该叶片51中，第一侧部空腔54被设置成沿压力侧壁行进，并且，第二侧部空腔56沿吸力侧壁行进。这两个侧部空腔与中心管道以及上游管道热隔绝，以用于对由围绕轮叶的气流所加热的叶片、压力侧壁以及吸力侧壁进行校准供给。

该叶片51的上部空腔52具有的形状与图3的叶片31的上部空腔的形状基本相同。它位于尖端S的附近，沿封闭壁和压力侧壁从轮叶的前部延伸到后部。这里同样地，尖端S的位于压力侧部上的所有部分在基本上尖端的整个长度上直至后端部通过该上部空腔52被供给空气。该上部空腔52还延伸到后缘，以便至少将冷却空气供给最接近尖端S的被标记为55的槽，并且可能会将冷却空气供给到一些邻近的槽。

该上部空腔52的厚度在这里同样小于轮叶的厚度。它通过沿压力侧部行进的第一面部57以及与第一面部隔开的第二面部58被侧向地界定，这些面部在前部和后部处汇集到一起。根据竖直方向，上部空腔52由与封闭壁平行的底部59以及该封闭壁的下面部61来界定。

在轮叶的尖端S的区域中，压力侧壁还可包括通孔，以冷却压力侧壁在尖端的区域中的外面部。

中心管道53通过从叶片的根部P延伸到该叶片的尖端来供给该上部空腔52，中心管道通过叶片的根部被供给空气，空气在叶片的尖端处完全退出到该上部空腔52的底部59中。

叶片51的前缘由上游坡道62来冷却，该上游坡道从轮叶的基部延伸到尖端S，但上游坡道不由根部直接来供给，而是由上游管道63以校准的方式来供给。该校准供给由校准通道64提供，该校准通道沿叶片的翼展方向EV被规则地隔开，并且各自将上游管道63连接到上游坡道62。每个通道64具有校准直径，即在设计时被选择以在坡道62的区域中获得的校准直径，该坡道供给期望的空气流量，而期望的空气流量是通过叶片在该区域中的热来调节的。

叶片的壁在前缘的区域中包括未示出的孔，通过该孔，空气穿过壁在坡道中流通，以便冷却前缘的外面部。

如在图4中可见的，第一侧部空腔54具有小的厚度，并且它以总体为矩形的轮廓从根部P延伸到尖端S的区域。该第一侧部空腔54以不覆盖上部空腔的方式终止于上部空腔52下方。该第一侧部空腔具有的宽度足以遮盖或覆盖中心管道53以及沿该中心管道行进的上游管道63。

以类似的方式，第二侧部空腔56也具有小的厚度，并且它从根部P延伸到尖端S的区域，但是它是通过覆盖上部空腔52来延伸的。该第二侧部空腔具有总体为矩形的轮廓，其具有的宽度足以遮盖或覆盖中心管道以及上游管道63和吸力侧部的上部空腔52。

由于这两个侧向空腔，通过中心管道53被供给到上部空腔52的空气在其在该管道中的运送期间被维持为冷却的，这归因于形成侧部空腔54和56的防热罩。同样地，通过上游管道63被供给的空气也在其在该上游管道中的运送期间被维持为冷却的。

如上文中所述的，后缘的位于尖端S的区域中的冷却槽通过上部空腔52被供给空气。后缘的被标记为67的其他槽通过下游坡道66被供给，该下游坡道从根部P延伸到尖端S的区域以终止于上部空腔52的后部下方，该下游坡道在根部处经由该根部直接被供给。

槽67本身通过下游坡道66被供给空气，但是是上部空腔52将更加冷却的和/或具有更大流量的空气供给到最接近尖端S的槽。

在图5所示的本发明的第三实施例中，被标记为71的叶片也包括由专用的中心管道73来供给的上部空腔72，该专用的中心管道被两个侧部空腔74和76热隔绝。这两个侧部空腔还使得由叶片的前缘的冷却坡道进行校准供给的上游管道隔绝。但是在该第三实施例中，两个侧部空腔74和76在叶片的后部或下游部分中被汇集在一起，以便按照如下所述的方式围绕该中心管道73越过其周长的四分之三，所述方式即：为该管道73提供更好的热隔绝。

该上部空腔72具有的形状与图3和图4的叶片的上部空腔的形状基本相同。它位于尖端S的附近，沿封闭壁和压力侧壁从轮叶的前部延伸到后部。尖端S的位于压力侧部上的所有部分在尖端的整个长度上直至后端部通过该上部空腔72被供给。该上部空腔72也延伸到后缘，以便至少供给最接近尖端S的被标记为75的槽，并且可能会供给一些邻近的槽。

该上部空腔72的厚度在这里同样小于轮叶的厚度。它通过沿压力侧部行进的第一面部77以及与第一面部隔开的第二面部78被侧向地界定，这些面部在前部和后部处汇集到一起。根据竖直方向，上部空腔72由与封闭壁平行的底部79以及该封闭壁的下面部81来界定。在轮叶的尖端S的区域中，压力侧壁还可包括通孔，以冷却压力侧壁在尖端的区域中的外面部。

中心管道73通过从叶片的根部延伸到尖端S来供给该上部空腔72，中心管道通过叶片的根部被供给空气，在叶片的尖端处，空气完全地退出到上部空腔的底部79中。

叶片71的前缘由从轮叶的基部延伸到尖端S的上游坡道82来冷却，并且该上游坡道由上游管道83通过沿叶片的翼展方向EV规则间隔的校准通道以校准的方式供给，并且该校准通道各自将上游管道连接到上游坡道。叶片的壁在前缘的区域中包括未示出的孔，通过这些孔，坡道的空气穿过壁以便冷却前缘的外面部。

第一侧部空腔74具有小的厚度并以总体为矩形的轮廓从根部延伸到尖端S的区域。它终止于上部空腔72下方，而并未覆盖该上部空腔。该第一侧部空腔具有的宽度足以遮盖或覆盖中心管道73以及沿该中心管道行进的上游管道83。

第二侧部空腔76也具有小的厚度，并且它从根部延伸到尖端S的区域，但是它是通过覆盖上部空腔72延伸的。该第二侧部空腔具有总体为矩形的轮廓，其具有的宽度足以遮盖或覆盖中心管道73和上游管道83以及吸力侧部的上部空腔72。

与第二实施例相反，这里，该两个侧部空腔74和76在后部或下游部分中被汇集在一起，而不是被隔开的。以这种方式，这两个侧部空腔按照如下所述的方式围绕中心管道73越过其周长的四分之三，所述方式即：进一步改善其对外部环境的热隔绝，以使侧部空腔能够供给上部空腔72，并甚至使该侧部空腔供给更加冷却的空气。

如在图5中可见的，这两个空腔通过相对于中心管道位于下游处的接合区域被汇集到一起，并且这两个空腔延伸越过该中心管道的大部分高度。具有它们的接合区域的这两个空腔本身构成围绕中心管道越过其大部分外表面的单个空腔。在实践中，并且如在图5中可见的，接合区域沿翼展方向EV的高度或长度相当于第一侧部空腔沿翼展方向EV的高度或长度。

这两个侧部空腔的供给可分别通过分别在叶片的根部获取空气的两个供给管道来实施，然后侧部空腔仅在轮叶的区域中被汇集在一起。还可以考虑提供两个侧部空腔的单个供给通路，该单个供给通路具有与字母U的形状一致的横截面形状。

后缘的位于尖端S的区域中的冷却槽通过上部空腔72被供给空气。后缘的被标记为86的其他槽通过下游坡道87被供给，该下游坡道从根部延伸到尖端S的区域以终止于上部空腔72的后部下方，该下游坡道在根部处经由该根部直接被供给。

在图6所示的本发明的第四实施例中，被标记为91的叶片也包括由中心管道93供给的上部空腔92，该中心管道通过两个侧部空腔94和96而被热隔绝。但在该第四实施例中，后缘通过下游坡道来冷却，该下游坡道通过下游管道以校准的方式被供给。

该上部空腔92具有的形状与图3至图5的叶片的上部空腔的形状基本相同。它位于尖端S的附近，沿封闭壁和压力侧壁从轮叶的前部延伸到后部。尖端S的位于压力侧部上的所有部分在尖端的整个长度上直至后端部通过该上部空腔92而被供给有冷却空气。该上部空腔92也延伸到后缘，以便至少供给最接近尖端S的被标记为95的槽，并且可能会供给一些邻近的槽。

该上部空腔92通过沿压力侧部行进的第一面部97以及与第一面部隔开的第二面部98被侧向地界定，这些面部在前部和后部处汇集到一起。该上部空腔通过与封闭壁平行的底部99以及该封闭壁的下面部101被竖直地界定。压力侧壁还可在尖端S的区域中包括通孔，以冷却压力侧壁在尖端的区域中的外面部。中心管道93通过从叶片的根部延伸到尖端S来供给该上部空腔92，中心管道通过叶片的根部被供给空气，在尖端处，空气完全地退出到底部99中。

叶片91的前缘通过上游坡道102来冷却，该上游坡道从轮叶的基部延伸到尖端S，并通过上游管道103凭借沿叶片的翼展方向EV规则间隔的校准通道105以校准的方式供给，并且该校准通道各自将上游管道103连接到上游坡道102。叶片的壁在前缘的区域中包括未示出的孔，通过该孔，坡道的空气穿过壁以便冷却前缘的外面部。

第一侧部空腔94具有小的厚度并以总体为矩形的轮廓从根部延伸到尖端S的区域。它终止于上部空腔92下方，而并未覆盖该上部空腔。该第一侧部空腔具有的宽度足以遮盖或覆盖中心管道93以及沿该中心管道93行进的上游管道103。

第二侧部空腔96也具有小的厚度，并且它从根部延伸到尖端S的区域，但是它是通过覆盖上部空腔92延伸的。该第二侧部空腔具有总体为矩形的轮廓，其具有的宽度足以遮盖或覆盖中心管道93和上游管道103以及吸力侧部的上部空腔92。

后缘的位于尖端S的区域中的冷却槽通过上部空腔92被供给空气。后缘的被标记为106的其他槽通过从根部延伸到尖端S的区域的下游坡道107被供给。

这里，该下游坡道107通过下游管道108以校准的方式被供给，该下游管道从叶片的根部延伸到其尖端S的区域，在尖端的区域中，该下游管道绕开上部空腔92的后部。该下游管道108位于中心管道93和下游坡道107之间，并且它未被侧部空腔94或侧部空腔96遮盖。下游管道108通过一系列校准通道109以校准的方式来供给下游坡道107，该一系列校准通道109沿翼展方向EV彼此规则地间隔，并且每一个校准通道将下游管道连接到坡道107。

在图7所示的本发明的第五实施例中，被标记为111的叶片也包括由中心管道113供给的上部空腔112，该中心管道通过两个侧部空腔114和116而被热隔绝。这里同样地，后缘通过下游坡道来冷却，该下游坡道通过下游管道以校准的方式被供给，但是该下游管道按照如下所述的方式通过叶片的侧部空腔受到热防护，所述方式即：供给更冷却的空气以用于后缘的冷却。

上部空腔112具有的形状与图3至图6的叶片的上部空腔的形状基本相同。它位于尖端S的附近，沿封闭壁和压力侧壁从轮叶的前部延伸到后部。尖端S的位于压力侧部上的所有部分在尖端的整个长度上直至后端部通过该上部空腔112被供给有冷却空气。该上部空腔112也延伸到后缘，以便至少供给最接近尖端S的被标记为115的槽，并且可能会供给一些邻近的槽。

该上部空腔112通过沿压力侧部行进的第一面部117以及与第一面部隔开的第二面部118被侧向地界定，这些面部在前部和后部处汇集到一起。该上部空腔通过与封闭壁平行的底部119以及该封闭壁的下面部121被竖直地界定。中心管道113通过从叶片的根部延伸到尖端S来供给该上部空腔112，中心管道通过叶片的根部被供给空气，在尖端处，空气完全地退出到底部119中。

叶片111的前缘通过从轮叶的基部延伸到尖端S的上游坡道122来冷却，该上游坡道通过上游管道123借助沿叶片的翼展方向EV规则间隔的校准通道124以校准的方式被供给，并且该校准通道各自将上游管道123连接到上游坡道122。

叶片的壁在前缘的区域中包括未示出的孔，通过该孔，坡道的空气穿过壁以便冷却前缘的外面部。第一侧部空腔114具有小的厚度并以总体为矩形的轮廓从根部延伸到尖端S的区域。该第一侧部空腔终止于上部空腔112下方，而并未覆盖上部空腔，并且它具有的宽度足以遮盖或覆盖中心管道113以及沿该中心管道113行进的上游管道123，以及用于下游坡道的校准供给的下游管道。

第二侧部空腔116也具有小的厚度，并且它从根部延伸到尖端S的区域，但是它是通过覆盖上部空腔112延伸的。该第二侧部空腔具有总体为矩形的轮廓，其具有的宽度足以遮盖或覆盖中心管道113、上游管道123和吸力侧部的上部空腔112，以及用于下游坡道的校准供给的下游管道。

后缘的位于尖端S的区域中的冷却槽115通过上部空腔112被供给空气。后缘的被标记为126的其他槽通过下游坡道127被供给，该下游坡道从根部延伸到尖端S的区域。

这里，该下游坡道127通过下游管道128以校准的方式被供给，该下游管道从叶片的根部延伸到其尖端的区域，以通过绕开上部空腔112而终止于尖端S处。该下游管道128位于中心管道113和下游坡道127之间。下游管道128通过一系列校准通道129以校准的方式供给下游坡道127，该一系列校准通道彼此规则地间隔，并且每一个校准通道将下游管道128连接到坡道127。

如在图7中可见的，侧部空腔114和116在这里被布置成按照如下的方式覆盖上游管道123、中心管道113以及下游管道128，所述方式即共同覆盖这三个元件以便使它们与压力侧壁和吸力侧壁热隔绝。

在图8所示的本发明的第六实施例中，被标记为131的叶片也包括由中心管道133供给的上部空腔132，该中心管道通过位于压力侧部上的单个侧部空腔134被热隔绝。这能够简化叶片的制造，同时由于以下事实仍提供了令人满意的冷却效果，该事实即：在实践中，与吸力侧壁相比，压力侧壁趋向于更加显著地变热。

上部空腔132具有的形状与图3至图7的叶片的上部空腔的形状基本相同。它位于尖端S的附近，沿封闭壁和压力侧壁从轮叶的前部延伸到后部。尖端S的位于压力侧部上的所有部分在尖端的整个长度上直至后端部通过该上部空腔132被供给有冷却空气。该上部空腔132也延伸到后缘，以便至少供给最接近尖端S的被标记为135的槽，并且可能会供给一些邻近的槽。

该上部空腔132通过沿压力侧部行进的第一面部137以及与第一面部隔开的第二面部138被侧向地界定，这些面部在前部和后部处汇集到一起。该上部空腔通过与封闭壁平行的底部139以及该封闭壁的下面部141被竖直地界定。中心管道133通过从叶片的根部延伸到尖端S来供给该上部空腔132，中心管道通过叶片的根部被供给空气，在尖端处，空气完全地退出到底部139中。

叶片131的前缘通过从轮叶的基部延伸到尖端S的上游坡道142来冷却，该上游坡道通过上游管道143凭借沿叶片的翼展方向EV规则间隔的校准通道144以校准的方式被供给，并且该校准通道各自将上游管道143连接到上游坡道142。叶片的壁在前缘的区域中包括未示出的孔，通过该孔，坡道的空气穿过壁以便冷却前缘的外面部。

侧部空腔134具有小的厚度并以总体为矩形的轮廓从根部延伸到尖端S的区域。它终止于上部空腔132下方，而并未覆盖该上部空腔。该侧部空腔具有的宽度足以遮盖或覆盖中心管道133以及沿该中心管道133行进的上游管道143。

后缘的位于尖端S的区域中的冷却槽135通过上部空腔132被供给空气。后缘的被标记为146的其他槽通过从根部延伸到尖端S的区域的下游坡道147被供给。

这里，该下游坡道147通过下游管道148以校准的方式被供给，该下游管道从叶片的根部延伸到其尖端S的区域，以通过绕开上部空腔132而终止于尖端S处。该下游管道148位于中心管道133和下游坡道147之间。下游管道148通过沿翼展方向EV彼此规则间隔的一系列校准通道149以校准的方式来供给下游坡道147，并且每一个校准通道将该下游管道148连接到坡道147。

如在图8中可见的，侧部空腔134按照如下所述的方式覆盖上游空腔143以及中心管道133和下游管道148，所述方式即：使这三个元件与压力侧壁热隔绝以便减小它们所运送的空气的加热。

通常，如将被理解地，在本发明的每一个实施例中，尖端的区域关于尖端的沿压力侧部延伸的所有部分通过上部空腔被供给空气。尖端的其他部分通过叶片的其他管道、坡道或空腔被供给空气，例如尤其为上游坡道并且可能为上游管道、尤其为下游坡道并且可能为下游管道，并且在适用的情况下，还通过沿压力侧部行进的第二侧部空腔被供给空气。

在已描述的示例中，上部空腔具有的厚度小于轮叶的厚度，即小于压力侧部与吸力侧部所隔开的距离。在实践中，该空腔的厚度可被减小为小于轮叶的厚度的一半。

在不同的实施例中，上部空腔尤其通过将完全冷却的空气供给到后缘的最接近尖端的槽以使其能够显著地改善叶片的尖端的区域的冷却。该上部空腔还通过叶片的对其进行界定的壁(例如叶片的封闭壁)的热传导来提供冷却。

此外，穿过叶片的壁并通入形成防热罩的内侧部空腔的孔可被提供以便在这些空腔中产生最优的空气流通。有利地，这些孔中的每一个位于低压区域以便有利于空气的流通。这些孔中的每一个确保在叶片根部处被收集并在形成防热罩的空腔中被运送的空气在该空腔中被运送之后被吸出叶片。

在不同的实施例中，叶片的冷却通过以下方式被进一步优化，所述方式即：使每个内部管道中的负载损耗最小化以便减小其中的热交换，以及相反地，在每个侧部空腔中提供湍流的激发器以便在其中增加热交换。

侧部空腔本身因为防热罩而具有增强的效果，因为它们吸收来自它们所沿其行进的外壁的热量，并且在内部管道中流通的空气经受很小的负载损耗以便快速地流通以便被尽可能少地加热。

诸如为上游管道、中心管道以及下游管道的内部管道本身具有光滑的内壁以便通过使空气和其中运送有空气的导管的壁之间的热交换最小化而有利于冷却空气的快速流通。有利地，每个侧部空腔设置有偏转器，该偏转器有利于空气在空腔的所有区域中的流通。另外，空腔的内面部设置有偏转器和/或触发器，以便在空气的流通中产生湍流以有利于空气和空气沿其行进的壁之间的高程度的热交换。

通常，所述的叶片可通过直接制造、附加的制造或者铸造来实现。

Claims (14)

1.涡轮机的涡轮叶片(31；51；71；91；111；131)，所述涡轮机诸如为涡轮螺旋桨发动机或涡轮增压发动机，所述叶片包括根部(P)、由所述根部承载并沿翼展方向(EV)延伸的轮叶，所述轮叶终止于尖端(S)，所述轮叶包括前缘以及位于所述前缘的下游处的后缘，所述轮叶包括彼此侧向隔开的压力侧壁和吸力侧壁，并且每一个压力侧壁和吸力侧壁将所述前缘连接到所述后缘，所述轮叶包括：

-至少一个管道(32；42；53；73；93；113；133)，所述至少一个管道被构造成在所述叶片的根部处收集冷却空气并使冷却空气在所述轮叶中流通以便冷却所述轮叶；

-孔和/或槽(55，67；75，86；95，106；115，126；135，146)，所述孔和/或槽在所述轮叶的壁中制成以便将所述冷却空气排出到所述轮叶外；

-上部内空腔(33；52；72；92；112；132)，所述上部内空腔位于所述轮叶的尖端处以便冷却所述轮叶的尖端(S)；

并且其中，所述管道(32；52；73；93；113；133)中的至少一个将在所述根部(P)中收集的冷却空气直接供给所述上部空腔(33；52；72；92；112；132)。

2.根据权利要求1所述的叶片(31；51；71；91；111；131)，其中，所述上部空腔(33；52；72；92；112；132)从所述轮叶的前部延伸到后部，以便供给所述轮叶的后缘的至少一个冷却槽(55；75；95；115；135)。

3.根据权利要求1或2所述的叶片(31；51；71；91；111；131)，其中，所述压力侧壁包括至少一个通孔或通槽，所述至少一个通孔或通槽退出到所述上部空腔(33；52；72；92；112；132)中。

4.根据前述权利要求中任一项所述的叶片(51；71；91；111；131)，包括第一内侧部空腔(54；74；94；114；134)，所述第一内侧部空腔沿所述压力侧壁行进，同时与直接供给管道(53；73；93；113；133)隔开，以便形成使所述直接供给管道(53；73；93；113；133)与所述压力侧壁热隔绝的防热罩。

5.根据权利要求4所述的叶片(51；71；91；111)，进一步包括第二内侧部空腔(56；76；96；116)，所述第二内侧部空腔沿所述吸力侧壁行进，同时与所述直接供给管道(53；73；93；113)隔开，以便形成使所述直接供给管道(53；73；93；113)与所述吸力侧壁热隔绝的防热罩。

6.根据权利要求4或5所述的叶片(51；71；91；111)，其中，每个内侧部空腔(54，56；74，76；94，96；114，116；134)设置有湍流的激发器和/或偏转器以便在所述内侧壁空腔中增加热交换，并且其中，每个直接供给管道(53；73；93；113)具有平滑的壁以便限制负载损耗。

7.根据前述权利要求中任一项所述的叶片(31)，其中，所述上部空腔(33)的直接供给管道(32)是所述叶片的前缘的上游冷却坡道(32)。

8.根据权利要求1至6中任一项所述的叶片(51；71；91；111；131)，其中，所述直接供给管道是排他性地专用于将冷却空气供给到所述上部空腔(53；72；92；112；132)的中心管道(53；73；93；113；133)。

9.根据权利要求5所述的叶片(71)，其中，两个侧部空腔(74，76)通过位于所述直接供给管道(73)的下游处的接合区域被汇集到一起，以便形成单个空腔，所述单个空腔通过延伸越过所述直接供给管道(73)的大部分长度而围绕所述直接供给管道(73)的周长的四分之三。

10.根据权利要求4所述的叶片(111；131)，包括下游坡道(127；147)以及下游管道(128；148)，所述下游坡道用于供给所述后缘的位于所述压力侧壁中的冷却槽(126；146)，所述下游管道用于所述下游坡道(127；147)的校准供给且被每个侧部空腔(114，116；134)热隔绝。

11.根据权利要求4所述的叶片，包括上游坡道(62；82；102；122；142)以及上游管道(63；83；103；123；143)，所述上游坡道用于供给所述前缘的冷却孔，所述上游管道具有上游坡道(62；82；102；122；142)的校准供给且被每个侧部空腔(54，56；74，76；94，96；114，116；134)热隔绝。

12.用于制造根据权利要求1至7中任一项所述的叶片的模制装置，包括压机以及一组芯，所述一组芯用于形成内部管道和内部坡道，并且有可能形成形成罩的内部空腔。

13.涡轮机的涡轮，所述涡轮包括根据权利要求1至7中任一项所述的叶片。

14.涡轮机，所述涡轮机包括前一项权利要求所述的涡轮。