CN107237653A - 翼型 - Google Patents
翼型 Download PDFInfo
- Publication number
- CN107237653A CN107237653A CN201710197963.9A CN201710197963A CN107237653A CN 107237653 A CN107237653 A CN 107237653A CN 201710197963 A CN201710197963 A CN 201710197963A CN 107237653 A CN107237653 A CN 107237653A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- aerofoil profile
- edge
- tip
- sophisticated
- aero
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
- F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
- F01D5/00—Blades; Blade-carrying members; Heating, heat-insulating, cooling or antivibration means on the blades or the members
- F01D5/12—Blades
- F01D5/14—Form or construction
- F01D5/18—Hollow blades, i.e. blades with cooling or heating channels or cavities; Heating, heat-insulating or cooling means on blades
- F01D5/186—Film cooling
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
- F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
- F01D25/00—Component parts, details, or accessories, not provided for in, or of interest apart from, other groups
- F01D25/08—Cooling; Heating; Heat-insulation
- F01D25/12—Cooling
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
- F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
- F01D5/00—Blades; Blade-carrying members; Heating, heat-insulating, cooling or antivibration means on the blades or the members
- F01D5/12—Blades
- F01D5/14—Form or construction
- F01D5/141—Shape, i.e. outer, aerodynamic form
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
- F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
- F01D5/00—Blades; Blade-carrying members; Heating, heat-insulating, cooling or antivibration means on the blades or the members
- F01D5/12—Blades
- F01D5/14—Form or construction
- F01D5/20—Specially-shaped blade tips to seal space between tips and stator
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
- F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
- F01D9/00—Stators
- F01D9/02—Nozzles; Nozzle boxes; Stator blades; Guide conduits, e.g. individual nozzles
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
- F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
- F05D2220/00—Application
- F05D2220/30—Application in turbines
- F05D2220/32—Application in turbines in gas turbines
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
- F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
- F05D2240/00—Components
- F05D2240/20—Rotors
- F05D2240/30—Characteristics of rotor blades, i.e. of any element transforming dynamic fluid energy to or from rotational energy and being attached to a rotor
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
- F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
- F05D2260/00—Function
- F05D2260/20—Heat transfer, e.g. cooling
- F05D2260/202—Heat transfer, e.g. cooling by film cooling
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Fluid Mechanics (AREA)
- Turbine Rotor Nozzle Sealing (AREA)
Abstract
本发明涉及翼型,公开用于在涡轮发动机的工作流体路径中使用的翼型,翼型沿翼展宽度方向从基底延伸到尖端,且呈现吸力侧、压力侧、前缘和后缘。翼型包括翼型气动主体,气动主体包括吸力侧表面、压力侧表面、前缘、后缘和尖端,气动主体的所述尖端具有尖端横截面和包围尖端横截面的横截面轮廓。边沿安置在气动主体的尖端处且延伸到翼型的尖端且沿循压力侧、吸力侧上的所述横截面轮廓,和在翼型的前缘上延伸,边沿界定在翼型的尖端处开放的尖端腔。边沿还在翼型的后缘处开放,使得尖端腔在翼型的后缘处开放。至少一个流体管道包括通过所述排放孔口向外开放到尖端腔的底部上的排放孔口。至少一个流体管道被设置、布置和配置为薄膜冷却管道。
Description
技术领域
本公开涉及用于在涡轮发动机的工作流体路径中使用的翼型。
背景技术
如本领域技术人员公知的那样,涡轮发动机包括叶片和导叶。所述叶片和导叶包括翼型,所述翼型具有吸力侧、压力侧、前缘和后缘。对于本领域技术人员而言,在看到翼型的时刻,吸力侧、压力侧、前缘和后缘的位置就将变得立即显而易见。比如,作为一般的经验法则,至少对于旨在被用于亚音速应用的翼型,能够声明的是,翼型在压力侧上是凹入形,且在吸力侧上是凸出形。前缘和后缘连接压力侧和吸力侧。对于所提供的用于亚音速和跨音速应用的翼型的情形,当相比于后缘时,前缘呈现相对更大的半径,同时后缘成形为带有显著地更小的半径,或甚至被成形为实际上锋利的边缘。
当流体围绕翼型从前缘流动到后缘时,压力侧上的压力高于吸力侧上的压力,这在静止导叶的情形中引起所需要的流动偏转,且在旋转叶片的情形中额外地导致驱动力,或者更一般地说,导致涡轮发动机中的能量转换。在翼型处不希望的效果是在翼型的尖端上从压力侧到吸力侧的流动。那些流动不只仅仅构成泄漏流动,而且如将理解的那样在尖端区域中减小压力侧上的压力、增大吸力侧上的压力,且因此损害能量转换的有效性。此外,沿翼型的翼展宽度的压力梯度可导致另外的不规则流动模式,且因此诱发额外的损失。
虽然使用有围带的叶片可提供补救,但是出于各种原因,有围带的叶片的使用经常不可行。从本领域中已知用以减少翼型尖端上的泄漏流动的许多尝试,其集中在减小翼型尖端上的间隙,和/或密封布置的提供上,所有尝试均具有减小泄漏质量流动的目标。不言而喻的是,仅无接触的密封布置是可行的,且因此在没有围带的叶片的情况下不能完全避免翼型尖端流动。
US 7,118,329和US 2015/0292335公开了一种用于在涡轮发动机的工作流体路径中使用的翼型,该翼型沿翼展宽度方向从基底延伸到尖端。翼型呈现吸力侧、压力侧、前缘和后缘。翼型包括翼型气动主体,该气动主体包括吸力侧表面、压力侧表面、前缘、后缘和尖端,气动主体的所述尖端具有尖端横截面和包围尖端横截面的横截面轮廓。边缘安置在气动主体的尖端处,且从气动主体的尖端延伸到翼型的尖端,并且进一步沿循压力侧、吸力侧上的所述横截面轮廓,且在翼型的前缘上延伸。边沿恰好延伸到后缘。边沿界定在翼型的尖端处开放的尖端腔,且边缘还在翼型的后缘处开放,使得尖端腔在翼型的后缘处开放。尖端腔因此与设在翼型的后缘处(即低压区)的流体流体连通。因此,从压力侧流动且分别在翼型尖端上或者朝向翼型尖端流动的流体因此被吸入尖端腔,且在后缘处被排放。应当注意的是,边沿是薄壁结构构件,具体地当在燃气涡轮发动机的膨胀涡轮中使用时,其会暴露于高温流体流。此外,当在内燃燃气涡轮发动机中使用时,边缘暴露于烟道气体流。
发明内容
本公开的目的是提供上文提及的类型的改进的翼型。在更具体的方面,目的是提供一种翼型,其被设计为提供尖端泄漏流动对翼型效率的减少的影响。在又更具体的方面,将提供翼型以减少无意的尖端泄漏流动对翼型性能和效率的影响。
这由在权利要求1中描述的主题实现。
所公开的主题的其它效果和优势,不论是否明确地提及,都将根据下文提供的公开变得显而易见。
相应地,公开的是一种用于在涡轮发动机的工作流体路径中使用的翼型,该翼型沿翼展宽度方向从基底延伸到尖端。翼型的基底可大体附接到叶片脚部,或者可设有用于将其附接到叶片脚部构件的附接器件。在某些实施例中,涡轮发动机可以是燃气涡轮发动机,且在更具体的实施例中,可以是重型燃气涡轮发动机。翼型可旨在被用于在膨胀涡轮中使用。翼型呈现吸力侧、压力侧、前缘和后缘。翼型包括翼型气动主体,气动主体包括吸力侧表面、压力侧表面、前缘、后缘和尖端,气动主体的所述尖端具有尖端横截面和包围尖端横截面的横截面轮廓。应当注意的是,在该方面,翼型和翼型气动主体两者都不需要是分立式构件。翼型可以是叶片装置构件的一体部分。翼型气动主体是翼型构件的一体部分,或者翼型的一体部分,其相应地可以是叶片装置构件的一体部分。翼型气动主体将被理解为是呈现气动形状的翼型构件的部段或者叶片装置构件的部段,包括:吸力侧表面、压力侧表面、前缘和后缘,其影响压力侧和吸力侧之间的压力差的积累,连同流动偏离和/或驱动转子的关联的力。在该方面,叶片装置构件可以是用于静止导叶排的叶片装置构件以及用于旋转叶片排的叶片装置构件。翼型可相应地是旨在用于用作用于导叶的静止翼型的翼型以及旨在用于用作用于旋转叶片的旋转翼型的翼型。翼型可以比如以平行于翼展宽度方向的扭转轴线扭转。如将容易地理解的那样,在某些实施例中,气动主体可以包括本领域技术人员所熟悉的、在气动主体的外表面上向外开放的任何类型的内部冷却剂管道和/或冷却剂排放孔口。边沿安置在气动主体的尖端处,且从气动主体的尖端延伸到翼型的尖端,并且进一步在压力侧、吸力侧上沿循所述横截面轮廓,且在翼型的前缘上延伸。具体地,边沿可恰好延伸到后缘。边沿界定在翼型的尖端处开放的尖端腔,且边沿还在翼型的后缘处开放,使得尖端腔在翼型的后缘处开放。尖端腔因此与设在翼型的后缘处(即,低压区)的流体流体连通。因此,从压力侧流动且分别在翼型尖端上或者朝向翼型尖端流动的流体因此被吸入尖端腔,且在后缘处被排放。来自压力侧的流体因此至少部分地(如果不是全部地)被防止在尖端上流动到吸力侧。因此会不完全防止压力侧上的流体的损耗,但是,所述流体不能够对吸力侧产生影响,或者至少所述影响很大程度地被减小。包括排放孔口的至少一个流体管道通过所述排放孔口向外开放到尖端腔的底部上。所述管道可以具体地与气动主体的内部流体连通,且可以比如被设为冷却剂管道。至少一个流体管道被设置、布置和配置为薄膜冷却管道,且可更具体地被布置和配置成以从前缘指向后缘的速度分量排放冷却剂。应当理解的是,由排放孔口的形状确定薄膜冷却剂管道的排放特性,具体地冷却剂排放轨迹。在这种程度上假定本领域技术人员熟悉薄膜冷却的原理和当设置薄膜冷却剂排放管道和孔口时所服从的规则。至少部分地与尖端腔中的主要流动方向一致的、排放的冷却剂的所述取向帮助维持冷却剂薄膜处于尖端腔的底部上。在更具体的方面中,设置至少一个薄膜冷却管道,使得冷却剂的流动被引导至界定尖端腔的边沿的内表面。因此,实现边沿的冷却。此外,带有指向尖端腔的开放端的速度分量的排放的冷却剂支持在尖端腔中设置在后缘处排放的流动。
在另一方面,设置至少两个薄膜冷却管道,其中,至少一个薄膜冷却管道被设置成朝向设置在吸力侧上的边沿的部段引导冷却剂流动,以及至少一个薄膜冷却管道被设置成朝向设置在翼型的压力侧上的边沿的部段引导冷却剂流动。
将进一步理解和应当被认为是不证自明的是,边沿的外部表面设有到气动主体的外表面的连续、平滑和无缝的过渡。
在某些实施例中,当从构成气动主体的外表面的延伸部的外表面和界定尖端腔的内表面测量时,边沿的厚度在后缘处比在前缘处更小。这导致边沿的优异的气动性质,并且其中,在翼型的后缘处设置分离边缘。
在另外的情形中,至少一个第一流体管道设有位于距边沿第一距离处的第一排放孔口,且至少一个第二流体管道设有相比于第一流体管道的第一排放孔口位于距边沿更大的距离处的第二排放孔口。在某些示例性实施例中,至少一个第一流体管道的排放孔口定位成邻近边沿,且可更具体地被定位成在翼型的吸力侧上邻近边沿。可以正如第一流体管道那样设置第二流体管道以将薄膜冷却剂排放到尖端腔的底表面上,且可以将第二流体管道布置成满足类似的条件,即,以与尖端腔中的主要流动方向一致地指向的至少一个速度分量排放冷却剂流动。
根据又更加具体的实施例,至少一个第一流体管道的第一排放孔口以圆筒形几何形状成形,且至少一个第二流体管道的第二排放孔口是扇形孔口。相应地理解的是,在倾斜的第一流体管道的情况中,相应的排放孔口在尖端腔的底部上呈现椭圆几何形状。将理解的是,扇形排放孔口非常适合在尖端腔的底部的表面上提供低冲击冷却剂薄膜,同时可设置第一流体管道的非扇形排放孔口从而以沿边沿的增强的速度分量排放冷却剂,以便从边沿腔内侧提供边沿的冷却。
根据又一方面,至少一个另外的边沿冷却剂管道可设有排放孔口,该排放孔口在气动主体的尖端区域中且邻近边沿设在气动主体的外轮廓上。所述至少一个另外的边沿冷却剂管道设有相应排放孔口的一定几何形状,从而促进冷却剂在翼型的外表面上的排放,其中冷却剂包括指向翼型的尖端以及指向后缘的速度分量,或者更一般地说,如果根据翼型设计的预期提供入射流,则沿循沿翼型的外轮廓的流体的流动。因此设置至少一个另外的边沿冷却剂管道以遍及边沿的外表面分散冷却剂。因此,边沿的两个侧向表面均由薄膜冷却来冷却。边沿因此甚至被更强烈地冷却,且甚至更可靠地避免边沿的过热。在更具体的实施例中,所述另外的排放孔口可以是扇形。在某些实施例中,所述至少另外的边沿冷却剂管道可以设有相应的排放孔口,其位于翼型的压力侧上和/或在前缘区域中。冷却剂或更一般地来说,从至少一个另外的边沿冷却剂管道排放的流体还可被用于提供额外的气动阻挡层,以防工作流体在边沿上从翼型的压力侧流动且流动到翼型的尖端区域。另外地,至少一个另外的边沿冷却剂管道可在气动主体的尖端区域中且邻近前缘的区域中的边沿设置在气动主体的外轮廓上。因此,在其中存在相对高压的翼型的区域中,由设置在边沿的外周向区上的冷却剂实现边沿的冷却,因此同时提供额外屏蔽以防泄漏流动,同时在低压力侧上,可从尖端腔内通过至少一个第一流体管道提供冷却。
如上文所指示的那样,在某些实施例中,至少一个第一流体管道或多个第一流体管道可设有位于尖端腔内侧且邻近吸力侧的边沿部段的相应排放孔口,因此实现吸力侧上的边沿的冷却。在更具体的实施例中,至少一个另外的边沿冷却剂管道或多个另外的边沿冷却剂管道可设有位于压力侧上和/或在尖端区域中翼型的前缘区域的相应排放孔口。参考上文提及的排放轨迹。因此,实现压力侧上的边沿的冷却,同时提供额外的气动屏蔽以防工作流体泄漏。
在某些实施例中,至少在翼型的后缘区域中,分别安置或布置在翼型的中弧线的相对侧上的边沿的两个部段从气动主体的尖端叉开到翼型的尖端,使得从后缘观察的翼型上的视图类似于郁金香形、杯形,或者结合后缘几何上大致Y形。这一方面用以在狭窄的后缘处提供尖端腔的增强的排放横截面。另一方面,这种几何形状也可以用以为泄漏流动提供另一障碍,因为其需要用于在压力和吸力侧中的任一者和翼型的尖端区域之间经过的任何流体的放大的流动偏转。
然而,可设置的是,至少在前缘区域中,边沿至少基本上平行于翼型的翼展宽度方向从气动主体的尖端延伸到翼型的尖端。这还可用于增强翼型的总体气动性质。
还可设置的是,由气动主体的尖端表面提供尖端腔的底部。也就是说,换言之,气动主体包括尖端表面,其在尖端处或朝向翼型的尖端界定气动主体。至于边沿,所述边沿界定尖端腔,从气动主体的尖端延伸到翼型的尖端且沿气动主体的横截面轮廓延伸,特别适当的是设置气动主体的尖端表面作为边沿的底部,即,设置尖端腔朝向翼型的基底的界限。
从翼型尖端到尖端腔的底部的距离构成尖端腔的深度。在某些实施例中,可设置的是,从翼型的尖端到腔的底部测量的尖端腔的深度在后缘处比在前缘处更小。在某些更具体的实施例中,尖端腔的深度从前缘到后缘连续地减小。
在所公开的主题的又一方面中,可设置尖端腔,使得垂直于翼型的中弧线取得的尖端腔的横截面面积从前缘和后缘之间的一定位置且沿分别朝向后缘或者尖端腔的排放开口的范围缩窄。更具体地,可设置尖端腔,使得在后缘处且垂直于中弧线截取的尖端腔的后缘横截面面积是分别在翼型弦线长度或中弧线范围的50%处且垂直于中弧线取得的尖端腔的中心横截面面积的60%或更小。这可具体地在成型边沿或尖端腔的底部或者相应地组合地成型两者时实现。在相应地成形尖端腔的横截面时,可控制在其中流动和在后缘处排放的流体流动的速度,和相应地边沿腔中的静压力。这允许用于被纳入尖端腔内的流体的吸力强度的控制,根据某些方面,这可以被调整,使得一方面至少基本上所有来自翼型的压力侧且在邻近翼型的尖端设置的间隙中的尖端泄漏流动被排至尖端腔内,同时避免过度地增强来自压力侧的流体的损耗。
进一步公开的是用于涡轮发动机的叶片装置构件,该叶片装置构件包括脚部和至少一个翼型,翼型沿翼展宽度方向从基底延伸到尖端,基底连接到叶片装置构件的脚部,其中,翼型是如上所述的翼型。应当理解的是,脚部包括附接特征,以便将叶片装置构件附接到涡轮发动机的定子或转子。叶片装置构件可包括附接到脚部的单个翼型,或者可包括附接到公共脚部的多个翼型。至少一个翼型和脚部可被设置成与彼此一体化,但是在其它情形中可以被设置为分离构件,且叶片装置构件可相应地是从至少一个翼型构件和脚部构件组装的叶片装置构件。
进一步公开的是涡轮发动机,其包括如上文所公开的至少一个叶片装置构件和/或翼型。涡轮发动机可具体地是燃气涡轮发动机,且叶片装置构件和/或翼型可更具体地被设在燃气涡轮发动机的膨胀涡轮中。
应当理解的是,在如上文所使用的背景中,“至少一个”元件或构件的具体陈述公开了单个元件或构件的存在以及多个元件或构件的存在。
应当理解的是,上文中所公开的特征和实施例可以彼此组合。将进一步理解的是,在本公开和要求保护的主题的范围内能够预想到对本领域技术人员而言是明显和显而易见的另外得到实施例。
附图说明
现在借助于在附图中示出的选定示例性实施例更详细地解释本公开的主题。附图示出:
图1是根据本公开的翼型的尖端区域的第一视图;
图2是根据本公开的翼型的尖端区域的第二视图;
图3是根据本公开的翼型的尖端的俯视图,其概括绘出示例性冷却布置的细节;以及
图4是绘出示例性冷却布置的另外的细节的另一视图。
应当理解的是,附图是高度示意性的,且出于理解和描述的简易性,可能已经省略对于教导的目的而言不需要的细节。还应当理解的是,附图仅示出选定的、说明性实施例,且未示出的实施例可仍然在本文所公开的和/或要求保护的主题的范围内。
具体实施方式
图1描绘根据上文描述的翼型的尖端区域。翼型1沿翼展宽度方向从基底延伸到尖端,其中翼展宽度方向由箭头s标记,而且翼型的基底在当前描绘中未示出。翼型1大体包括气动主体2,且还包括前缘4、后缘5、凹入形压力侧和凸出形吸力侧。压力侧和吸力侧不由附图标记标记,但是对于本领域技术人员而言,其在附图中的位置将变得容易地显而易见。大体上能够说,图1提供从前缘、压力侧和翼型的尖端观察的视图。气动主体2包括尖端,其由尖端表面6限定。在从尖端且平行于翼展宽度方向的取向观察的视图中,气动主体2呈现包围气动主体的尖端的横截面轮廓。如变得容易地显而易见的那样,所述横截面轮廓包括压力侧轮廓线、吸力侧轮廓线、前缘点和后缘轮廓。边沿3从气动主体的尖端延伸到翼型的尖端且沿气动主体的尖端处的所述横截面轮廓延伸。边沿的外部表面设有到气动主体的外表面的连续、平滑和无缝的过渡。边沿在翼型的后缘处开放。边沿因此界定尖端腔7,其朝向翼型的尖端且在后缘处开放,且尖端腔7还由气动主体的尖端表面6界定,因此尖端表面6同时限定尖端腔7的底部。如将理解的那样,当根据预期在涡轮发动机中使用时,翼型的尖端被置放成与对应元件相对。由于对应元件和翼型的尖端在涡轮发动机的操作期间执行相对运动的事实,在翼型的尖端和对应元件之间设置间隙。能够声明的是,尖端腔7提供在后缘处开放的管道。在其中使用翼型1的涡轮发动机的操作期间,某一尖端泄漏流动将无意地从翼型的压力侧出现,且通过形成在翼型的尖端和上文提及的对应元件之间的间隙。由于尖端腔7与翼型的外部在后缘处流体连通,因此所述泄漏流动至少部分地被吸入尖端腔7内且在后缘处被排放。来自压力侧的泄漏流动可因此不(或仅其小部分)到达吸力侧和在吸力侧上诱发压力梯度,这与二次流动潜在地相关联。
参考图2,提供在翼型1的尖端区域上的从尖端、吸力侧和后缘5观察的视图。边沿的后缘区域34和35分别设置在翼型的吸力侧和压力侧上,且沿从气动主体的尖端到翼型的尖端的方向叉开。边沿的前缘部段31至少基本上平行于翼展宽度方向延伸。由于后缘边沿部段34和35的相互叉开,因此在翼型尖端区域上从后缘观察的视图类似于大体的Y形、郁金香形或杯形。如从构成气动主体的外表面的延伸的外表面和界定尖端腔的内表面测量的边沿的宽度在后缘部段34和35中分别比在前缘部段31、吸力侧部段32和压力侧部段33中更小。如变得显而易见的那样,尖端腔7可被认为是基本上沿翼型的中弧线延伸且在后缘处与翼型的外部流体连通的管道。垂直于中弧线且在后缘处取得的排放横截面B小于垂直于中弧线且在翼型弦线长度的近似50%处取得的横截面A。比如,B中的横截面面积是A中的横截面面积的百分之六十或更少。因此,沿从前缘到后缘的方向通过尖端腔7的流体流动朝向后缘加速。因此,如果流体在后缘处从尖端腔7被排放,则尖端腔7中的静压力在前缘区域中比在后缘处更高。可以一方面因为边沿至少近似地沿循翼型气动主体的总体轮廓,因此从最大型件厚度(profile thickness)的位置到后缘缩窄尖端腔7的范围而实现横截面的所述变化。横截面的所述变化可进一步因为从翼型的尖端到尖端腔7的底部6测量的尖端腔的深度在后缘处比在尖端腔的其它区域中更小而实现。
参考图3和4,图示了用于冷却边沿的薄膜冷却孔的示例性布置。图3示出到翼型1的尖端上的视图。在吸力侧上邻近边沿3在尖端腔7的底部6中设置包括第一排放孔口8的第一流体管道。第一流体管道与气动主体的内部流体连通,该气动主体的内部包括本领域技术人员大体熟悉的类型的内部冷却配置。第一流体管道在当前情形中是大体圆筒形的流体管道,且作为圆筒形管道在底部6上终止。流体管道被设置成关于尖端腔7的底部6的表面倾斜,以便以平行于尖端腔的底部的速度分量在尖端腔7的底部6处排放冷却剂。第一排放孔口8因此在尖端腔7的底部6上表现为椭圆。从第一排放孔口8排放的冷却剂用于冷却尖端腔的底部6以及吸力侧上的边沿。进一步地,包括扇形第二排放孔口9的第二流体管道设置在底部6上。第二流体管道与气动主体的内部流体连通。第二流体管道可以是圆筒形,但是也可以呈现其它适当的几何形状。设置扇形第二排放孔口9和第二流体管道,以便为排放流动提供取向为尖端腔7中的流体的主要流动方向的下游的速度分量,所述主要流动方向如所提及的那样,指向后缘且至少基本上沿循中弧线。本领域技术人员将借由描述容易地理解,从排放孔口8、9排放的冷却剂也将遍及边沿的内表面被分散,且实现边沿3的冷却。来自第二排放孔口9的排放流动在所示出的情形的一些中还取向成包括额外的速度分量。在该情形中定位成更接近后缘5的第二排放孔口也以指向翼型的压力侧的速度分量排放排放流动。应当理解的是,向外开放到尖端腔的底部6上的第二流体管道还可关于底部的表面以本领域技术人员公知的方式适当地倾斜,以支持预想的排放方向。
图4描绘另外的边沿冷却孔口10,其设置在翼型的外部上且被成形为以便以排放轨迹排放流体流动,其中排放轨迹具有沿循在涡轮发动机中翼型的预期使用时围绕翼型的流体流动的流线以及朝向翼型的尖端两者取向的分量。另外的边沿冷却孔口10设置在翼型的压力侧上且处于前缘区域中。另外的边沿冷却孔口是邻近边沿3设置的另外的边沿冷却剂管道的排放孔口,其以本领域技术人员所熟悉的方式,与设置在气动主体内侧的冷却剂管道流体连通。设置另外的边沿冷却孔口和相关的冷却剂管道,以便在前缘区域中和在压力侧上提供边沿3的薄膜冷却。
关于上文,假定本领域技术人员完全熟悉薄膜冷却的原理和当设置旨在用于薄膜冷却目的的流体管道和排放孔口时将服从的规则。
虽然已经借助于示例性实施例解释了本公开的主题,但是应当理解的是,这些不以任何方式旨在限制要求保护的本发明的范围。将理解的是,权利要求覆盖在本文中未明确地示出或者公开的实施例,且偏离以执行本公开的教导的示例性模式公开的那些实施例的实施例将仍然被权利要求所覆盖。
附图标记列表
1翼型
2翼型的气动主体
3边沿
4前缘
5后缘
6气动主体的尖端表面;尖端腔的底部
7尖端腔
8第一排放孔口
9第二排放孔口
10另外的边沿冷却孔口
31边沿的前缘部段
32边沿的吸力侧部段
33边沿的压力侧部段
34边沿的后缘部段,安置在吸力侧上
35边沿的后缘部段,安置在压力侧上
A垂直于中弧线取得的尖端腔的中心横截面
B垂直于中弧线取得的尖端腔的后缘横截面
S翼展宽度方向
Claims (15)
1.一种用于在涡轮发动机的工作流体路径中使用的翼型,所述翼型(1)沿翼展宽度方向(s)从基底延伸到尖端,
所述翼型呈现吸力侧、压力侧、前缘(4)和后缘(5),
所述翼型(1)包括翼型气动主体(2),所述气动主体包括吸力侧表面、压力侧表面、前缘、后缘和尖端,所述气动主体的所述尖端具有尖端横截面和包围所述尖端横截面的横截面轮廓,
边沿(3),其安置在所述气动主体的尖端处且延伸到所述翼型的尖端并在所述压力侧、所述吸力侧上沿循所述横截面轮廓,且在所述翼型的前缘(4)上延伸,所述边沿(3)界定在所述翼型的尖端处开放的尖端腔,
其中,所述边沿(3)在所述翼型的后缘(5)处开放,使得所述尖端腔(7)在所述翼型的后缘处开放,
包括排放孔口(8、9)的至少一个流体管道通过所述排放孔口(8、9)向外开放到所述尖端腔(7)的底部(6)上,
其特征在于,所述至少一个流体管道被设置、布置和配置为薄膜冷却管道。
2.根据权利要求1所述的翼型,其特征在于,所述薄膜冷却管道被设置、布置和配置成以从所述前缘(4)指向所述后缘(5)的速度分量排放冷却剂。
3.根据前述权利要求中的任一项所述的翼型,其特征在于,设置至少两个薄膜冷却管道,其中,至少一个薄膜冷却管道被设置成朝向设置在所述翼型的吸力侧上的所述边沿(3)的部段引导冷却剂流动,并且至少一个薄膜冷却管道被设置成朝向设置在所述翼型的压力侧上的所述边沿(3)的部段引导冷却剂流动。
4.根据前述权利要求中的任一项所述的翼型,其特征在于,所述至少一个流体管道与所述气动主体(2)的内部流体连通。
5.根据前述权利要求中的任一项所述的翼型,其特征在于,至少一个第一流体管道设有位于距所述边沿(3)第一距离处的第一排放孔口(8),且至少一个第二流体管道设有位于比所述第一排放孔口(8)距所述边沿更大距离处的第二排放孔口(9)。
6.根据前一权利要求所述的翼型,其特征在于,所述至少一个第一流体管道的第一排放孔口(8)定位成邻近所述边沿(3)。
7.根据前一权利要求所述的翼型,其特征在于,所述至少一个第一流体管道的第一排放孔口(8)定位成在所述翼型的吸力侧上邻近所述边沿(3)。
8.根据权利要求5-7中的任一项所述的翼型,其特征在于,所述至少一个第一流体管道的第一排放孔口(8)成形为圆筒形几何形状,且所述至少一个第二流体管道的第二排放孔口(9)是扇形孔口。
9.根据前述权利要求中的任一项所述的翼型,其特征在于,至少一个另外的边沿冷却剂管道设有排放孔口,所述排放孔口在所述气动主体的尖端区域中且邻近所述边沿设置在所述气动主体的外轮廓上,其中,所述至少一个另外的边沿冷却剂管道设有相应的所述排放孔口的一定几何形状,所述排放孔口被成形和布置成以便在所述翼型的外表面上排放冷却剂以及遍及所述边沿的外表面分散所述冷却剂,其中所述冷却剂包括指向所述翼型的尖端以及指向所述后缘的速度分量。
10.根据前述权利要求中的任一项所述的翼型,其特征在于,至少在所述翼型的后缘区域中,所述边沿的两个部段(34、35)安置在翼型中弧线的相对侧上,从所述气动主体(2)的尖端叉开到所述翼型的尖端,使得在所述翼型上从所述后缘观察的视图类似郁金香形几何形状。
11.根据前述权利要求中的任一项所述的翼型,其特征在于,在前缘区域(31)中,所述边沿(3)至少基本上平行于所述翼型的翼展宽度方向(s)从所述气动主体(2)的尖端延伸到所述翼型的尖端。
12.根据前述权利要求中的任一项所述的翼型,其特征在于,从所述翼型的尖端到所述腔的底部测量的所述尖端腔(7)的深度在所述后缘(5)处比在所述前缘(4)处更小。
13.根据前一权利要求所述的翼型,其特征在于,所述尖端腔(7)的深度从所述前缘(4)到所述后缘(5)连续地减小。
14.根据前述权利要求中的任一项所述的翼型,其特征在于,在所述后缘处且垂直于所述中弧线取得的所述尖端腔的后缘横截面面积(B)是在所述翼型弦线长度的50%处且垂直于所述中弧线取得的所述尖端腔的中心横截面面积(A)的60%或更少。
15.一种用于涡轮发动机的叶片装置构件,所述叶片装置构件包括脚部和至少一个翼型,所述翼型沿翼展宽度方向从基底延伸到尖端,所述基底连接到所述叶片装置构件的脚部,其特征在于,所述翼型是根据前述权利要求中的任一项所述的翼型。
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
EP16162708.8A EP3225782B1 (en) | 2016-03-29 | 2016-03-29 | Airfoil and corresponding blading member |
EP16162708.8 | 2016-03-29 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN107237653A true CN107237653A (zh) | 2017-10-10 |
CN107237653B CN107237653B (zh) | 2021-12-14 |
Family
ID=55637304
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CN201710197963.9A Active CN107237653B (zh) | 2016-03-29 | 2017-03-29 | 翼型 |
Country Status (5)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US11035234B2 (zh) |
EP (1) | EP3225782B1 (zh) |
JP (1) | JP2017180463A (zh) |
KR (1) | KR20170113349A (zh) |
CN (1) | CN107237653B (zh) |
Families Citing this family (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CA2958459A1 (en) | 2016-02-19 | 2017-08-19 | Pratt & Whitney Canada Corp. | Compressor rotor for supersonic flutter and/or resonant stress mitigation |
EP3828388B1 (en) | 2019-11-28 | 2023-06-28 | Ansaldo Energia Switzerland AG | Blade for a gas turbine and electric power production plant comprising said blade |
Citations (12)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP0684364A1 (en) * | 1994-04-21 | 1995-11-29 | Mitsubishi Jukogyo Kabushiki Kaisha | Gas turbine rotor blade tip cooling device |
US6224336B1 (en) * | 1999-06-09 | 2001-05-01 | General Electric Company | Triple tip-rib airfoil |
US20020182074A1 (en) * | 2001-05-31 | 2002-12-05 | Bunker Ronald Scott | Film cooled blade tip |
US6652235B1 (en) * | 2002-05-31 | 2003-11-25 | General Electric Company | Method and apparatus for reducing turbine blade tip region temperatures |
US20070237637A1 (en) * | 2005-08-25 | 2007-10-11 | General Electric Company | Skewed tip hole turbine blade |
US20080118367A1 (en) * | 2006-11-21 | 2008-05-22 | Siemens Power Generation, Inc. | Cooling of turbine blade suction tip rail |
EP2230383A1 (en) * | 2009-03-18 | 2010-09-22 | Alstom Technology Ltd | Blade for a gas turbine with cooled tip cap |
US20110176929A1 (en) * | 2010-01-21 | 2011-07-21 | General Electric Company | System for cooling turbine blades |
US20140037458A1 (en) * | 2012-08-03 | 2014-02-06 | General Electric Company | Cooling structures for turbine rotor blade tips |
US20140311164A1 (en) * | 2011-12-29 | 2014-10-23 | Rolls-Royce North American Technologies, Inc. | Gas turbine engine and turbine blade |
US20140322028A1 (en) * | 2011-11-17 | 2014-10-30 | Snecma | Gas turbine blade with tip sections offset towards the pressure side and with cooling channels |
US20150292335A1 (en) * | 2014-04-10 | 2015-10-15 | Rolls-Royce Plc | Rotor blade |
Family Cites Families (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5927946A (en) * | 1997-09-29 | 1999-07-27 | General Electric Company | Turbine blade having recuperative trailing edge tip cooling |
GB2409006B (en) | 2003-12-11 | 2006-05-17 | Rolls Royce Plc | Tip sealing for a turbine rotor blade |
US9429027B2 (en) * | 2012-04-05 | 2016-08-30 | United Technologies Corporation | Turbine airfoil tip shelf and squealer pocket cooling |
US9334742B2 (en) * | 2012-10-05 | 2016-05-10 | General Electric Company | Rotor blade and method for cooling the rotor blade |
US20160245095A1 (en) * | 2015-02-25 | 2016-08-25 | General Electric Company | Turbine rotor blade |
US10107108B2 (en) * | 2015-04-29 | 2018-10-23 | General Electric Company | Rotor blade having a flared tip |
-
2016
- 2016-03-29 EP EP16162708.8A patent/EP3225782B1/en active Active
-
2017
- 2017-03-28 US US15/471,683 patent/US11035234B2/en active Active
- 2017-03-29 KR KR1020170039893A patent/KR20170113349A/ko unknown
- 2017-03-29 JP JP2017065106A patent/JP2017180463A/ja active Pending
- 2017-03-29 CN CN201710197963.9A patent/CN107237653B/zh active Active
Patent Citations (12)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP0684364A1 (en) * | 1994-04-21 | 1995-11-29 | Mitsubishi Jukogyo Kabushiki Kaisha | Gas turbine rotor blade tip cooling device |
US6224336B1 (en) * | 1999-06-09 | 2001-05-01 | General Electric Company | Triple tip-rib airfoil |
US20020182074A1 (en) * | 2001-05-31 | 2002-12-05 | Bunker Ronald Scott | Film cooled blade tip |
US6652235B1 (en) * | 2002-05-31 | 2003-11-25 | General Electric Company | Method and apparatus for reducing turbine blade tip region temperatures |
US20070237637A1 (en) * | 2005-08-25 | 2007-10-11 | General Electric Company | Skewed tip hole turbine blade |
US20080118367A1 (en) * | 2006-11-21 | 2008-05-22 | Siemens Power Generation, Inc. | Cooling of turbine blade suction tip rail |
EP2230383A1 (en) * | 2009-03-18 | 2010-09-22 | Alstom Technology Ltd | Blade for a gas turbine with cooled tip cap |
US20110176929A1 (en) * | 2010-01-21 | 2011-07-21 | General Electric Company | System for cooling turbine blades |
US20140322028A1 (en) * | 2011-11-17 | 2014-10-30 | Snecma | Gas turbine blade with tip sections offset towards the pressure side and with cooling channels |
US20140311164A1 (en) * | 2011-12-29 | 2014-10-23 | Rolls-Royce North American Technologies, Inc. | Gas turbine engine and turbine blade |
US20140037458A1 (en) * | 2012-08-03 | 2014-02-06 | General Electric Company | Cooling structures for turbine rotor blade tips |
US20150292335A1 (en) * | 2014-04-10 | 2015-10-15 | Rolls-Royce Plc | Rotor blade |
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
周凯等: "跨声速叶栅中气膜冷却对平面叶尖流动和传热特性的影响", 《航空动力学报》 * |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
EP3225782A1 (en) | 2017-10-04 |
JP2017180463A (ja) | 2017-10-05 |
EP3225782B1 (en) | 2019-01-23 |
KR20170113349A (ko) | 2017-10-12 |
CN107237653B (zh) | 2021-12-14 |
US11035234B2 (en) | 2021-06-15 |
US20170284207A1 (en) | 2017-10-05 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP5711741B2 (ja) | 二次元プラットフォームタービンブレード | |
US8246307B2 (en) | Blade for a rotor | |
JP4659206B2 (ja) | 勾配付きフイルム冷却を備えるタービンノズル | |
JP6506514B2 (ja) | 動翼エンジェルウイングを冷却する方法およびシステム | |
EP2666964B1 (en) | Gas turbine engine blades with cooling hole trenches | |
CN108026773A (zh) | 具有流动移位特征部的带有部分密封的径向通路的涡轮翼型件 | |
WO2012005324A1 (ja) | タービン翼、及び、エンジン部品 | |
EP1273758B1 (en) | Method and device for airfoil film cooling | |
JPH10502150A (ja) | 回転機械の圧縮領域のための流れ配向アッセンブリ | |
JPH0370084B2 (zh) | ||
CN104884741B (zh) | 用于涡轮机的叶片 | |
CN107075956A (zh) | 具有端盖的涡轮叶片 | |
CN107709707A (zh) | 带罩涡轮机叶片 | |
JP2010169089A (ja) | 冷却を改善したタービンのブレード又はベーン | |
CN107407150A (zh) | 具有非约束性流动转向引导结构的涡轮叶片 | |
CN107237653A (zh) | 翼型 | |
JPH09195705A (ja) | 軸流タービン翼 | |
CN107109950A (zh) | 膜冷却燃气轮机部件 | |
JP2021032082A5 (zh) | ||
CN109798154A (zh) | 具有带冷却尖端的部件的涡轮发动机 | |
CN107208488A (zh) | 具有集成的翼型件和平台冷却的涡轮机翼型件冷却系统 | |
JP4137508B2 (ja) | リフレッシュ用孔のメータリング板を備えるタービン翼形部 | |
EP3940212B1 (en) | Devices and methods for guiding bleed air in a turbofan engine | |
CN110735664A (zh) | 用于具有冷却孔的涡轮发动机的部件 | |
KR20190101887A (ko) | 유체를 압력측 경계층 필름에 전달하기 위한 배출 구멍을 갖는 터빈 로터 블레이드 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PB01 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
GR01 | Patent grant | ||
GR01 | Patent grant |