CN1105228C - 冷却叶片 - Google Patents

冷却叶片 Download PDF

Info

Publication number
CN1105228C
CN1105228C CN97119332A CN97119332A CN1105228C CN 1105228 C CN1105228 C CN 1105228C CN 97119332 A CN97119332 A CN 97119332A CN 97119332 A CN97119332 A CN 97119332A CN 1105228 C CN1105228 C CN 1105228C
Authority
CN
China
Prior art keywords
blade
cooling
cavity
rib
cooling channel
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.)
Expired - Lifetime
Application number
CN97119332A
Other languages
English (en)
Other versions
CN1177676A (zh
Inventor
K·哈尔
B·维加德
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
General Electric Technology GmbH
Original Assignee
Alstom SA
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Alstom SA filed Critical Alstom SA
Publication of CN1177676A publication Critical patent/CN1177676A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN1105228C publication Critical patent/CN1105228C/zh
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

Links

Images

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
    • F01D5/187—Convection cooling
    • 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
    • F05D2260/201—Heat transfer, e.g. cooling by impingement of a fluid

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Turbine Rotor Nozzle Sealing (AREA)

Abstract

一种主要由叶根(11)和叶片(1)构成的冷却叶片(10)，由一压力侧壁(6)和一进气侧壁(5)构成。该两侧壁(6)、(5)主要通过一后缘区域(4)和一前缘区域(3)如此地相互连接，即设置至少一个用作冷却流体通道的空腔(2)。在该后缘区域(4)中设置一基本上沿径向延伸的并呈扩散型的冷却通道(7)。

Description

冷却叶片
技术领域
本发明涉及一种冷却叶片，特别是一种包括叶根和叶片的冷却叶片，它由一压力侧壁和一进气侧壁构成，该压力侧壁和进气侧壁通过一后缘区域和一前缘区域如此地相互连通，即设置至少一个用作冷却流体通过的空腔。
背景技术
这种冷却叶片由英国专利GB2165315所公开。在此，冷却流体通过由隔壁构成的弯道从叶片的后缘导流至叶片的前缘，然后通过该叶尖中的出孔流出。为了对叶片的后缘区域进行足够的冷却，人们使空气从叶片的后缘吹出。然而这种方法因制造原因不能用在半径小的叶片后缘区域。因此，为了对这种叶片的后缘区域进行足够的冷却，从而还需要大量的薄膜式冷却孔，这就使该叶片的制造成本大大增加。此外，该后缘排气将导至叶片的空气动力学效率下降，从而需要具有一更大的后缘半径。
德国专利DE1601627也公开了一种冷却叶片，在该叶片的后缘区域设置一朝径向延伸的并朝叶尖扩展的冷却通道。通过一更大的入口向该冷却通道供给冷却空气，因此在该叶片中部该冷却通道的横截面积大约等于该主通道的横截面积，而在叶片顶部区域的横截面积比主通道的横截面积要大。因此该叶片的后缘区域中的传热率不比该叶片中部的传热率高，并且在叶片处于高热负荷作用时不再能保证该叶片后缘区域具有足够的冷却作用。
发明内容
本发明的任务在于提供一种本文开头的先有技术部分所述的冷却叶片，该叶片的后缘的冷却作用可得到改善并具有高的空气动力学效率。
本发明的主题是这样的，即一种包括叶根和叶片的冷却叶片，它由一压力侧壁和一进气侧壁构成，该压力侧壁和进气侧壁通过一后缘区域和一前缘区域如此地相互连通，即设置至少一个用作冷却流体通过的空腔，其特征在于，在该后缘区域中设置一基本上沿径向延伸并且随着半径的增加面积增大的冷却通道，该通道通过入口与空腔相连并且该冷却通道通过至少一个连接通道与该空腔相连。
此外，本发明的优点是：通过该冷却通道输送的冷却流体将在该叶片的尖部排出该叶片，因此对该叶片的空气动力学特性不会有影响。此外，由于冷却流体不必一定在该叶片后缘排出，因此可采用小的后缘半径。通过这种扩散结构的冷却通道可获得对该叶片后缘区域的有效冷却作用。借助该扩散结构的通道可很好的调节局部冷却效果。此外，对于具有压板的涡轮叶片受很大蠕变危险的上区域至叶尖可被冷却得特别好。
在采用扩散型冷却通道时例如与后缘区域薄模式冷却相比明显需要更少的冷却空气。此外带扩散型冷却通道的叶片可用铸造方法制造。
较好的是，该带空腔的冷却通道通过至少一连接通道相连。该空腔和冷却通道之间的连接通道用于将冷却空气从空腔中吸出，并提高该空腔后缘区域中的传热性。冷却流体通过该连接通道呈喷射状喷入该冷却通道并产生极高的传热效率。
本发明的结构的其它优点也在于：该扩散型通道为一扩压器。该冷却通道至少从该叶片的中部区域延伸至该叶尖。在该空腔中至少一肋是如此设置的，即该肋设有一肋尖和两肋边，并且该肋的肋边相对冷却流体的主流方向构成一锐角。
在下列附图中，借助于对一流体机械的叶片的示意性说明对本发明的实施例进行说明，其中：
附图说明
图1是该叶片的局部纵剖视图；
图2是沿图1中II-II线剖开的该叶片的局部横剖视图；
图3是沿图1中III-III线剖开的该叶片的局部横剖视图；
图4是本发明另一叶片的局部纵剖视图；
图5是本发明再一叶片的局部纵剖视图。
具体实施方式
为了清楚起见，这里只示出本发明的主要相关元件。
图1和2表示一流体机械的叶片10，其由一叶片1和一叶根11组成，该叶片10可由叶根11安装固定。在该一叶片1和一叶根11之间通常设有一平台12，该平台12由该绕叶片流动的流体遮住该叶根。该叶片1具有一前缘区3，一后缘区4，一进气侧壁5和一压力侧壁6。因此，该进气侧壁5和压力侧壁6在该前缘区3和后缘区4的区域相互连结，从而构成一带一横截面A2的空腔。该前缘区3总是由绕该叶片流动的流体加载。该空腔2基本上沿径向延伸通过该叶片10，并用作冷却流体20的冷却通道。
在该后缘4的区域设有一横截面为A7的径向延伸冷却通道7，该通道7在至该叶片10的叶尖13的流动方向是扩大的，但特别是在该叶尖的区域是平行延伸的。因此，该冷却通道7可特别由扩散器构成。该冷却通道7通过横截面为A8的连接通道8和一个处于该叶片中部区域14的入口9与该空腔2相通。没有示出的是：该冷却通道7的入口9也可设置在任何地方，例如在该叶根附近或在该叶根中。通常，该冷却通道7设置在大约从该叶片的中部14起的下游部分中，因为在此处负荷和蠕变危害最大。
冷却流体20从该空腔20通过该入口9和连接通道8流入该冷却通道7。借此在该空腔2中在该后缘区域形成流体循环。因局部的摩擦增大在后缘区呈滞留趋势而变热的冷却流体在此与起冷却作用的冷却流体混合，特别是与进入该冷却通道7的冷却流体混合。
该后缘区域由通过该冷却通道7流入的冷却流体冷却，因此，该冷却通道7中从叶中到叶尖导热系数增大。这是因为冷却通道7中的冷却流体的流量上升造成的，这就会促进通过该连接通道8进一步输送冷却流体。这样就可改善该叶尖13的冷却。
通过对该冷却通道的参数的设计，该入口及连接通道可调节该空腔的后缘区域中的流动循环及该后缘区域的冷却效果。此外，该冷却通道的扩散角与该空腔的连接通道的数量是如此配合的，即该叶片的冷却作用达到最佳。
该连接通道8的横截面A8比该冷却通道7的横截面A7小，并比该空腔2的的横截面A2小得多(A8＜A7＜＜A2)。较好的是A8比A2总计为百分之几(特别是1-5％)，A8比A7总计为百分之几十(特别是30-100％)，A7比A2总计为百分之几(特别是1-10％)。
流过该连接通道以及扩散通道7的流体的流动速度通过选择其几何形状比在该冷却通道A2中的流动速度要大得多。
通过适当设置横截面A8，A7及A2可获得：该冷却通道7中的流体的流动速度大约保持匀速或随着半径增大略为增加。
图3表示该冷却通道7的横截面朝该叶片尖部13增大并示出了连接通道8。
努舍尔特准数Nu定义为对流输送的热量与传导的热量的比。该冷却通道的努舍尔特冷数Nu冷却通道较光滑空腔(A2)中的努舍尔特冷数Nu空腔大几倍。例如由实验确定Nu冷却通道/Nu空腔＝10-15。
图4中表示在空腔2中在进气侧壁5上设有带一尖顶部31和两边32，33的V形肋30。因此，该肋的边相对冷却流体20的主流方向构成一角度34。该角度34的值可取为：30-60度，较好是40-50度，最好是45度。该肋高与空腔的高度之比对每个肋基本上是相同的，并处于5-50％之间。肋30的尖部为肋高最大的位置。在其前后缘区域中的空腔2的区域，该肋30逐渐变小，以便不会阻塞冷却流体流过该区域。
图中未示出的是，在该压力侧壁6的内侧设置的肋也是V形的。该V形的尖部处于该肋的高度为最大的地方。该肋是在该压力-和进气侧壁上在流动方向相互错开设置的，所以流体依次对该进气侧5的肋30和压力侧的肋进行冲击。较好的是该些肋每个都设置在该相对布置的肋壁构成的肋的中间。通过这些肋与冷却通道7的结合就可确保对该叶片的冷却效果从而使该叶片获得均匀的温度分布。
图5示出了空腔2的另一种可能的结构，这种结构例如由本文开头所述的英国专利：GB2165315中所公开的那种。此时冷却流体20通过由隔壁40，41形成的弯道从叶片的后缘区域导向叶片的前缘区域，并通过叶片尖部13中的孔42流出。此时该后缘区域中也设置一让冷却该后缘区域的冷却流体流过的扩散型冷却通道。
显然，本发明并不限制于所示和说明所述的实施例。该空腔及冷却流体流过的结构也可用另外的结构，例如多个单独的冷却通道而获得。重要的是该扩散型冷却通道的结构是与该扩压器及主通道之间的连接通道相通的。横截面A2、A7和A8每个都是垂直于流过该空腔的流体的流动方向。
              标号1，叶片                            2，空腔3，前缘区                          4，后缘区5，进气侧壁                        6，压力侧壁7，冷却通道                        8，连接通道9，入口                            10，叶片12，平台                           13，叶尖14，叶片中部区域                   20，冷却流体30，肋                             31，肋尖部32，33，肋边                       34，夹角40，41，隔壁                       42，孔A2空腔的横截面积A7冷却通道的横截面积A8连接通道的横截面积

Claims (4)

1、一种包括叶根(11)和叶片(1)的冷却叶片(10)，它由一压力侧壁(6)和一进气侧壁(5)构成，该压力侧壁(6)和进气侧壁(5)通过一后缘区域(4)和一前缘区域(3)如此地相互连通，即设置至少一个用作冷却流体通过的空腔(2)，其特征在于：在后缘区域(4)中设置基本上径向延伸的一扩散型冷却通道(7)，该冷却通道(7)由一入口(9)与该空腔(2)相通，并且该冷却通道(7)通过至少一个连接通道(8)与该空腔(2)相通。
2、如权利要求1所述冷却叶片，其特征在于：该扩散型通道(7)为一扩压器。
3、如权利要求1或2所述冷却叶片，其特征在于：该冷却通道(7)至少从该叶片(1)的中部区域(14)延伸至该叶尖(13)。
4、如权利要求1所述冷却叶片，其特征在于：在该空腔(2)中至少一肋(30)是如此设置的，即该肋设有一肋尖(31)和两肋边(32，33)，并且该肋的肋边相对冷却流体(20)的主流方向构成一锐角(34)。
CN97119332A 1996-08-23 1997-08-23 冷却叶片 Expired - Lifetime CN1105228C (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE19634237.6 1996-08-23
DE19634237A DE19634237A1 (de) 1996-08-23 1996-08-23 Kühlbare Schaufel

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN1177676A CN1177676A (zh) 1998-04-01
CN1105228C true CN1105228C (zh) 2003-04-09

Family

ID=7803585

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN97119332A Expired - Lifetime CN1105228C (zh) 1996-08-23 1997-08-23 冷却叶片

Country Status (6)

Country Link
US (1) US5934874A (zh)
EP (1) EP0825333B1 (zh)
JP (1) JP4152458B2 (zh)
CN (1) CN1105228C (zh)
CZ (1) CZ267997A3 (zh)
DE (2) DE19634237A1 (zh)

Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103089335A (zh) * 2013-01-21 2013-05-08 上海交通大学 适用于涡轮叶片后部冷却腔的w形肋通道冷却结构
US10400608B2 (en) * 2016-11-23 2019-09-03 General Electric Company Cooling structure for a turbine component
US11492908B2 (en) 2020-01-22 2022-11-08 General Electric Company Turbine rotor blade root with hollow mount with lattice support structure by additive manufacture
US11242760B2 (en) 2020-01-22 2022-02-08 General Electric Company Turbine rotor blade with integral impingement sleeve by additive manufacture
US11248471B2 (en) 2020-01-22 2022-02-15 General Electric Company Turbine rotor blade with angel wing with coolant transfer passage between adjacent wheel space portions by additive manufacture
US11220916B2 (en) 2020-01-22 2022-01-11 General Electric Company Turbine rotor blade with platform with non-linear cooling passages by additive manufacture

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4288201A (en) * 1979-09-14 1981-09-08 United Technologies Corporation Vane cooling structure
US4820123A (en) * 1988-04-25 1989-04-11 United Technologies Corporation Dirt removal means for air cooled blades

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3171631A (en) * 1962-12-05 1965-03-02 Gen Motors Corp Turbine blade
GB1070130A (en) * 1966-01-31 1967-05-24 Rolls Royce Aeofoil shaped blade for a fluid flow machine such as a gas turbine engine
SU364747A1 (ru) * 1971-07-08 1972-12-28 Охлаждаемая лопатка турбол1ашины
GB2165315B (en) * 1984-10-04 1987-12-31 Rolls Royce Improvements in or relating to hollow fluid cooled turbine blades
WO1986002406A1 (en) * 1984-10-10 1986-04-24 Paul Marius A Gas turbine engine
US5122033A (en) * 1990-11-16 1992-06-16 Paul Marius A Turbine blade unit
US5695321A (en) * 1991-12-17 1997-12-09 General Electric Company Turbine blade having variable configuration turbulators
US5536143A (en) * 1995-03-31 1996-07-16 General Electric Co. Closed circuit steam cooled bucket

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4288201A (en) * 1979-09-14 1981-09-08 United Technologies Corporation Vane cooling structure
US4820123A (en) * 1988-04-25 1989-04-11 United Technologies Corporation Dirt removal means for air cooled blades

Also Published As

Publication number Publication date
CZ267997A3 (cs) 1998-03-18
EP0825333B1 (de) 2001-05-23
JP4152458B2 (ja) 2008-09-17
CN1177676A (zh) 1998-04-01
JPH1089007A (ja) 1998-04-07
DE59703585D1 (de) 2001-06-28
US5934874A (en) 1999-08-10
EP0825333A1 (de) 1998-02-25
DE19634237A1 (de) 1998-02-26

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US5468125A (en) Turbine blade with improved heat transfer surface
EP1118747B1 (en) An aerofoil for an axial flow turbomachine
JP4416417B2 (ja) ガスタービンノズルを冷却するための方法及び装置
JP4801513B2 (ja) ターボ機械の可動な翼のための冷却回路
EP1091092B1 (en) Coolable gas turbine airfoil
US7273351B2 (en) Component having a film cooling arrangement
US7390168B2 (en) Vortex cooling for turbine blades
US8262355B2 (en) Cooled component
EP0945595A2 (en) Gas turbine cooled blade
EP1798374B1 (en) Cooled turbine blade
US4515523A (en) Cooling arrangement for airfoil stator vane trailing edge
US7497655B1 (en) Turbine airfoil with near-wall impingement and vortex cooling
US20190178089A1 (en) Turbine blade cooling system with tip diffuser
US5584651A (en) Cooled shroud
US7887294B1 (en) Turbine airfoil with continuous curved diffusion film holes
US5486093A (en) Leading edge cooling of turbine airfoils
US6428273B1 (en) Truncated rib turbine nozzle
US6746209B2 (en) Methods and apparatus for cooling gas turbine engine nozzle assemblies
US7641445B1 (en) Large tapered rotor blade with near wall cooling
CN1008646B (zh) 用于燃气轮机涡轮的叶片
CN1629449A (zh) 涡轮叶片的经频率调节的销组
US7670112B2 (en) Turbine blade with cooling and with improved service life
CN1105228C (zh) 冷却叶片
RU2285804C1 (ru) Элемент газотурбинного двигателя и способ его изготовления
CN1721670A (zh) 燃烧管路后端冷却的改善

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
ASS Succession or assignment of patent right

Owner name: ALSTOM COMPANY

Free format text: FORMER OWNER: ABB(SWITZERLAND)CO., LTD.

Effective date: 20020615

C41 Transfer of patent application or patent right or utility model
TA01 Transfer of patent application right

Effective date of registration: 20020615

Address after: France

Applicant after: Alstom

Address before: Baden, Switzerland

Applicant before: ABB (Switzerland) Ltd.

C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant
ASS Succession or assignment of patent right

Owner name: ALSTOM SWITZERLAND LTD.

Free format text: FORMER OWNER: ALSTOM

Effective date: 20120727

C41 Transfer of patent application or patent right or utility model
TR01 Transfer of patent right

Effective date of registration: 20120727

Address after: Baden, Switzerland

Patentee after: Alstom Technology Ltd.

Address before: France

Patentee before: Alstom

C56 Change in the name or address of the patentee
CP03 Change of name, title or address

Address after: Swiss Baden 5400 Bulangbo Fairui Street No. 7

Patentee after: ALSTOM TECHNOLOGY LTD

Address before: Baden, Switzerland

Patentee before: Alstom Technology Ltd.

CX01 Expiry of patent term
CX01 Expiry of patent term

Granted publication date: 20030409