CN117730192A - 设置有冷却回路的涡轮机轮叶以及这种轮叶的失蜡制造方法 - Google Patents

Abstract

一种用于飞行器涡轮机的轮叶(20)，轮叶包括叶片(21)和叶片内部的冷却回路(28)，冷却回路(28)包括至少一个冷却空气流(RF)的纵向流动空腔(28)，冷却回路还包括突出到空腔中的突出元件，这些突出元件被构造成扰乱空气流，其特征在于，突出元件中的每一个通常是弧形(50)的，突出元件中的每一个在内部与第一壁(56)限定第一横截面流动区域(Sl‑S1’)，突出元件中的每一个在外部与第二壁(60)限定第二横截面流动区域(S2‑S2’)，第二壁与第一壁(56)相对，并且元件中的每一个被构造成使得第一横截面流动区域和第二横截面流动区域相对于空气流的方向从上游到下游减小。

Description

设置有冷却回路的涡轮机轮叶以及这种轮叶的失蜡制造方法

技术领域

本发明涉及涡轮机领域，尤其涉及一种涡轮机轮叶，该涡轮机轮叶设置有旨在对该涡轮机轮叶进行冷却的冷却回路。本发明还涉及这种轮叶的失蜡制造方法。

背景技术

技术背景特别包括文献US-A1-2019/316472、US-A1-2019/112942和CN-A-101 007337。

涡轮机轮叶(特别是高压涡轮轮叶)承受非常高的温度，这会缩短它们的使用寿命并降低涡轮机的性能。涡轮机涡轮被布置在涡轮机的燃烧室的下游，该燃烧室喷射热气体流，该热气体流通过涡轮膨胀，并使得涡轮被驱动旋转以使涡轮机运行。直接位于燃烧室的出口处的高压涡轮承受最高的温度。

为了使涡轮轮叶能够经受这些严重的热约束，已知提供了冷却回路，相对较冷的空气在该冷却回路中进行流通，该相对较冷的空气来自压缩机，压缩机位于燃烧室的上游。更具体地，每个涡轮轮叶包括叶片，该叶片具有压力侧壁和吸力侧壁，该压力侧壁和该吸力侧壁在上游通过前缘连接，在下游通过后缘连接。

冷却回路通常包括位于轮叶的叶片内的多个空腔，这些空腔中的一些彼此连通，并且这些空腔从轮叶的根部被供应冷却空气，该冷却空气的一部分通向位于后缘附近的出口孔。这些孔将冷却空气射流输送到叶片的壁。

已知冷却回路包括多个隔板，多个隔板在叶片中径向地延伸，以形成沿冷却空气的流通方向连续布置的“上升”和“下降”空腔，这些空腔经由弯曲的通道彼此连通。这些空腔和通道被称为“回形针”回路。

冷却回路的空腔通常由至少一个铸造型芯形成，该铸造型芯用于使用失蜡铸造技术制造轮叶的方法。

冷却回路的空腔通常设置有湍流促进器以增加热交换。湍流促进器是空腔中的突出元件，湍流促进器的功能是在空腔中流通的空气流中产生扰动和湍流，以增加该空气流和空腔的壁之间的热交换(例如参见文献FR-A1-3 065 985)。

通常的湍流促进器有各种类型，但过去一直受到用于形成空腔的型芯和湍流促进器所需的脱模能力的限制。

常见的形状包括简单的、直的或倾斜的人字形干扰器，圆柱形或泪珠形的简单突起或凹陷，或穿过空腔并连接两个相对壁(通常为压力侧壁和吸力侧壁)的桥。

根据干扰器的类型、间距和几何尺寸，这些干扰器具有不同的热效率，但这种效率仍然与所产生的压力损失成比例：在压力损失/热效率图表中，所有这些几何形状基本上是对齐的。由于可用于使空气在回路中流通的过压率是有限的，因此有充分的理由增加热交换/压力损失比。

所获得的热交换也不是很均匀。

也很难增加一个面(通常为热壁)上的热交换，同时限制相对面(通常为冷的内隔板)上的热交换，因为这不必要地增加了压力损失，并增加了冷的内隔板和热的外壁之间的温度梯度，这不利于轮叶的机械强度。

因此，需要定义一种为这些问题中的至少一部分提供解决方案的技术。

发明内容

本发明的目的是通过使用湍流促进器的新构型来改善热壁上的热交换与空腔中的压力损失的比率。

根据本发明，该目的通过飞行器涡轮机轮叶来实现，该轮叶包括叶片和叶片内部的冷却回路，该冷却回路包括至少一个用于冷却空气流的流动的纵向空腔，冷却回路还包括突出到所述空腔中的突出元件，突出元件被构造成扰乱所述空气流，其特征在于，所述突出元件中的每一个具有拱形件的大致形状，并且包括两个侧腿部和中间顶部，腿部在空腔的第一壁和所述顶部之间延伸，该顶部与所述腿部相互连接，所述元件中的每一个在内部与所述第一壁限定第一通道横截面，并且所述元件中的每一个在外部与第二壁限定第二通道横截面，第二壁与第一壁相对，并且所述元件中的每一个被构造成使得所述第一通道横截面或所述第二通道横截面相对于所述空气流的方向从上游到下游减小。

因此，本发明提出了使用拱形的突出元件。这些突出元件具有允许其内部或外部的空气通道横截面减小的特殊性，从而加速空气穿过该空腔通道横截面。增加突出元件所连接的壁上或相对壁上的空气的流动速度，增加了空气和该壁之间的热交换，因此优化了轮叶的冷却。

因此，本发明的原理是通过影响空气的流动速度而不是湍流来增加热交换。事实上，湍流在热交换的同时增加了压力损失，而加速增加了热交换，同时细化了边界层，从而减少了压力损失。此外，湍流的建立需要多个促进器才能达到增加热交换的最佳水平，因此湍流不能用于非常局部的冷却。

轮叶还包括单独或组合的以下特征中的一个或多个特征：

-顶部包括面向第一壁的第一面和面向第二壁的第二面，第一面和第二面中的至少一个相对于所述空气流的方向从上游到下游相对于所面向的壁倾斜，从而减小对应的通道横截面；

-所述突出元件中的每一个的所述顶部相对于所述第一壁和所述第二壁倾斜；

-所述第一面和所述第二面彼此基本上平行；

-所述突出元件在所述空腔内部一个接一个地布置，并形成沿着所述空气流的所述方向延伸的一排突出元件，这一排突出元件包括例如5个至10个突出元件；

-所述突出元件中的每一个的所述腿部彼此分隔开一距离，所述距离代表所述空腔的宽度的40％以上；

-所述突出元件中的每一个的所述腿部以从上游到下游会聚的方式定向；

-所述突出元件中的每一个的所述腿部和所述顶部包括凸圆形的上游边缘；

-所述突出元件中的每一个的所述顶部基本上位于所述空腔中的一半高度处，该高度在所述第一壁和所述第二壁之间测得；

-所述突出元件中的每一个限定内空气通道横截面，该内空气通道横截面通常具有矩形、圆形、长圆形或梯形形状；

-通道横截面从突出元件中的每一个的入口到出口减小了至少10％；

-突出元件中的每一个的内部和入口处的通道横截面可以代表空腔的总通道横截面的至少25％；

-突出元件中的每一个具有标注为L3的长度，并且具有高度标注为h的入口，长度L3介于0.5h至3h之间。

本发明还涉及一种如上所述的轮叶的失蜡制造方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

-提供用于形成所述空腔的耐火陶瓷或金属型芯，该型芯具有细长的形状并包括内U形管道，内U形管道被构造成通过模制形成所述突出元件，所述管道中的每一个各自包括两个端部，这两个端部通向型芯的被构造成通过模制形成所述第一壁的同一面，

-注射蜡以涂覆型芯并形成模型，

-制造封围模型的壳，

-将熔融金属浇注到壳中以形成轮叶，以及

-剥离壳和型芯以释放轮叶并形成具有空腔和突出元件的冷却回路。

本发明还涉及一种涡轮机涡轮，该涡轮机涡轮包括至少一个具有上述特征的涡轮机轮叶。

本发明还涉及一种涡轮机，该涡轮机包括至少一个前述的涡轮机涡轮。

附图说明

通过阅读以下以纯粹说明性和非限制性示例的方式给出的本发明的实施例的详细解释性描述，将更好地理解本发明，并且本发明的其他目的、细节、特征和优点将变得更清楚，参照附图，在附图中：

[图1]图1是本发明适用的涡轮机的示例的轴向局部横截面示意图；

[图2]图2是根据本发明的具有冷却回路的涡轮机轮叶的示意性轴向截面图；

[图3]图3是包括具有各种空腔的冷却回路的涡轮机轮叶的叶片的示意性横截面图；

[图4]图4是位于根据本发明的轮叶的冷却回路的空腔中的突出元件的透视图；

[图5A-图5B]图5A和图5B分别是从空腔的上方看到的突出元件的示意图，以及沿着图5A的线B-B截取的突出元件的横截面的示意图；

[图5C-图5D]图5C和图5D分别是沿着图5A的线C-C截取的突出元件的横截面的示意图，以及沿着图5A的线D-D截取的突出元件的横截面的示意图；

[图6A-图6B]图6A是根据本发明的轮叶的冷却回路的空腔的示意性横截面图，横截面平面穿过位于该空腔中的突出元件的腿部，图6B是图6A的细节的较大比例图；

[图7A-图7B]图7A是根据本发明的轮叶的冷却回路的空腔的示意性横截面图，横截面平面穿过位于该空腔中的突出元件的顶部，图7B是图7A的细节的较大比例图；

[图8]图8是用于模制根据本发明的轮叶的空腔的陶瓷型芯的示意图；以及

[图9]图9是沿着图8的线IX-IX截取的示意性横截面图。

具体实施方式

图1示出了本发明所适用的纵向轴线为X的涡轮机1的局部轴向横截面。所示的涡轮机是双流双体涡轮机，该双流双体涡轮机旨在安装在根据本发明的飞行器上。当然，本发明不限于这种类型的涡轮机。

该双流涡轮机1通常包括风扇2，该风扇安装在气体发生器3的上游。在本发明中，一般来说，术语“上游”和“下游”是相对于气体在涡轮机中(这里是沿着纵向轴线X(在图1中从左到右))的流通来限定的。术语“轴向”和“轴向地”是相对于纵向轴线X来限定的。类似地，术语“径向”、“内”和“外”是相对于与纵向轴线X垂直的径向轴线Z和相对于距纵向轴线X的距离来限定的。

气体发生器3从上游到下游包括低压压缩机4a、高压压缩机4b、燃烧室5、高压涡轮6a和低压涡轮6b。

风扇2被由短舱8承载的风扇壳体7包围，将进入涡轮机的空气分成主空气流和次级空气流，该主空气流特别是在主管道(veine)9中穿过气体发生器3，该次级空气流在次级管道10中围绕气体发生器流通。

次级空气流由终止于短舱的次级喷嘴11喷射，而主空气流经由位于气体发生器3下游的喷射喷嘴12喷射到涡轮机的外部。

高压涡轮6a(与低压涡轮6b一样)包括一个或多个级。每个级包括定子叶片部，该定子叶片部安装在移动叶片部的上游。定子叶片部包括多个定子或固定轮叶(称为分配器)，该多个定子或固定轮叶围绕纵向轴线X沿圆周分布。移动叶片部包括多个移动轮叶，该多个移动轮叶围绕以纵向轴线X为中心的圆盘沿圆周均匀地分布。分配器使离开燃烧室的空气动力学流朝向移动轮叶偏转并加速，使得移动轮叶被驱动旋转。

参照图2和图3，每个涡轮轮叶(这里是高压涡轮移动轮叶20)包括叶片21，该叶片从平台22径向地升起。平台由根部23承载，该根部旨在植入涡轮圆盘的对应的凹槽中的一个中。每个叶片21包括压力侧壁24和吸力侧壁25，该压力侧壁和该吸力侧壁通过前缘26在上游连接，并通过后缘27在下游连接。压力侧壁24和吸力侧壁25沿着横向轴线T彼此相对，该横向轴线与纵向轴线X和径向轴线Z垂直。

对性能需求的增加和航空法规的发展促使当今的发动机制造商设计在日益恶劣的环境(温度、压力、旋转速度、排放等)下运行的发动机。这意味着需要限定能够经受这种类型的应力的“新一代”高压涡轮轮叶。

增加驱动轮叶的气体的温度可以提高涡轮机的效率。该温度比轮叶中使用的超级合金的熔点高几百度。因此，必须越来越有效地对轮叶进行冷却。

为了实现这一点，轮叶20包括冷却回路28，该冷却回路被布置在叶片21的内部，并被设计成对叶片的壁进行冷却，该叶片受到离开燃烧室5并穿过该叶片的主空气流的高温。该冷却回路28包括多个空腔，该多个空腔彼此连通以形成“回形针”型管道。该“回形针”型管道包括多个通道或回转道，使得冷却流体(在这种情况下是冷却空气)扫过叶片的组件并沿着径向轴线上下扫动。

根部23包括供应通路30，该供应通路包括源自燃烧室5的上游(诸如源自低压压缩机4a)的冷却空气入口31，并且通向回形针型管道。通路30还通向轮叶的根部的径向内部面32，该径向内部面包括冷却空气入口31。冷却回路28还包括出口孔33，该出口孔被布置在叶片的后缘27的附近。出口孔33大致沿着纵向轴线X定向，并且大致沿着径向轴线对准并均匀地分布。以这种方式，从轮叶的根部流出的冷却空气RF穿过叶片内部的空腔，并通向出口孔33。

如图3中详细示出的，冷却回路28包括多个空腔，该多个空腔从叶片21的上游到下游连续地布置。特别地，第一空腔34和第二空腔35各自沿着径向轴线在叶片中延伸。第二空腔35沿冷却空气的流通方向(并且沿着纵向轴线X从上游到下游)被布置在第一空腔34的下游。第一空腔34和第二空腔35由具有径向内自由端部37的第一径向隔板36至少部分地分隔开。该径向内自由端部位于轮叶的根部连接端部38(与叶片的自由端部39径向地相对)处。叶片的自由端部39还包括闭合壁(未示出)，该闭合壁使得冷却空气能够被容纳在叶片内部以进行冷却。第一隔板36在其径向外端部(与其径向内自由端部37相对)处连接到闭合壁。

冷却回路28还包括第三空腔42，该第三空腔在叶片内部径向地延伸。第三空腔42沿冷却空气RF的流通方向位于第一空腔34的上游。第三空腔42通过包括径向外自由端部44的第二径向隔板43与第一空腔34至少部分地分隔开。第三空腔42和第一空腔34通过第二冷却流体通道45连接，该第二冷却流体通道至少部分地由径向外自由端部44界定出。闭合壁也界定出第二通道45。

沿冷却流体的流通方向连续布置的空腔34、35和42形成回形针型管道。

叶片21可以包括另一冷却回路46，该冷却回路也对叶片进行冷却。冷却回路46包括压力侧空腔47，该压力侧空腔在轮叶内部径向地延伸。压力侧空腔47专门用于沿着径向轴线对压力侧壁和叶片的上部分进行冷却。例如，注入到该空腔中的空气可以经由出口孔33或经由位于压力侧壁上的其他孔离开叶片。如图3所示，压力侧空腔47在内壁41和压力侧壁24之间横向地延伸。压力侧空腔还沿空腔35、42之间的空气流的流通方向纵向地延伸。换言之，空腔35横向地覆盖空腔34和47。压力侧空腔的长度沿冷却空气的流通方向(轴向方向)与第一空腔34的长度基本上相同。

第三空腔42的上游是用于叶片21的另一冷却回路的上游空腔48，该空腔48沿着前缘26径向地延伸。

从上面可以清楚地看出，涡轮机轮叶可以包括一个或多个内冷却回路，并且这些回路中的每一个可以包括一个或多个用于使冷却空气流流通的空腔。

已知湍流促进器被设置在这些空腔中的至少一个中。这些湍流促进器是在空气流的流通空腔的壁上的突出元件，这些湍流促进器的目的是在空气流中产生扰动和湍流，以增加空气流和空腔的壁之间的热交换。

如图4所示，本发明提出了这些突出元件的一种新的有利构型，这些突出元件呈拱形件50的形式。每个拱形件50或突出元件包括两个侧腿部52和中间顶部54。腿部52在空腔58的第一壁56和顶部54之间延伸，该顶部54在腿部52之间延伸并将腿部连接在一起。

如图5A至图5D所示，每个拱形件50在内部与第一壁56限定第一通道横截面S1-S1’，并在外部与第二壁60限定第二通道横截面S2-S2’，每个拱形件连接到第一壁，第二壁与第一壁相对。通道横截面在拱形件50的内部和入口处或上游表示为S1，在拱形件的内部和出口处或下游表示为S1’，在拱形件的外部和入口处表示为S2，在拱形件的外部和出口处表示为S2’。每个拱形件50被构造成使得第一通道横截面或第二通道横截面S1-S1’、S2-S2’相对于空气流的方向(箭头RF)从上游到下游减小。换言之，每个拱形件50被构造成使得拱形件的出口处的通道横截面S1’小于拱形件的入口处的通道横截面S1，或者使得拱形件的出口处的通道横截面S2’小于拱形件的入口处的通道横截面S2。每个通道横截面的形状通常为矩形、圆形、长圆形、梯形等。

通道横截面的减小使得空气流的速度能够增加。因此，当通道横截面在拱形件50的内部减小并且因此在第一壁56的侧面上减小时，流过该第一壁56的空气流被加速，这增加了该空气流和壁56之间的热交换。

当通道横截面在拱形件50的外部减小并且因此在第二壁60的侧面上减小时，流过该第二壁的空气流被加速，这增加了该空气流和壁60之间的热交换。

通过调节拱形件50的尺寸，特别是调节拱形件入口和出口的宽度和/或高度、拱形件50的腿部52和顶部54的长度和厚度等，可以减小通道横截面。两个连续的拱形件50之间的距离也使得能够调节交换水平。

顶部54包括第一面54a，该第一面面向第一壁56，拱形件50或元件从该第一壁突出。顶部54包括第二面54b，该第二面面向第二壁60并与壁54a相对。

因此，根据冷却要求和制造限制，拱形件50可以定位在壁56上，该壁位于叶片21的压力侧或吸力侧上。然后通过调节速度来冷却壁56，并且相对的壁60也被冷却，但相对的壁60是通过优化涡流并因此优化空气流RF中的湍流来冷却的。根据壁60的冷却要求，可以调节在拱形件50的上拐角70处产生的涡流的强度，例如，通过调节拱形件50的斜度(入口/出口高度相对于拱形件的长度的差)，或者更一般地，通过调节拱形件的发生器的形状来实现。在附图中，拱形件50的轴向横截面(图5D)为矩形形状，其拐角为圆角，其尺寸线性减小以形成会聚截面，但该横截面可以是圆弧、椭圆形、正弦曲线或任何其他形状的形状，这取决于壁60上所期望的流动类型。如上所述，入口横截面和出口横截面S1、S1’、S2、S2’因此可以变化，并且会聚可以是非线性的，以例如使压力损失最小化。

替代性地，拱形件50可以被构造成在壁60处而不是在壁56处对空气流进行加速。在这种情况下，拱形件50仍沿流动的方向、但在该壁60的侧面上形成会聚点。

根据图4和图6A至图6D所示的本发明的实施例，面54a、54b中的至少一个相对于空气流RF的方向从上游到下游相对于相对的壁56、60倾斜，从而减小对应的通道横截面S1-S1’、S2-S2’。

顶部54的两个面或者顶部的面54a、54b中的一个的倾斜度可以通过顶部54的倾斜度、顶部厚度的变化或两者的组合来获得。

在所示的示例中，面54a、54b基本上彼此平行。面54a朝向壁56从上游向下游倾斜，因此减小了拱形件50内部的、拱形件的入口和出口之间的第一通道横截面S1-S1’，从而使得壁56上的空气流加速。

每个拱形件50的腿部52和顶部54包括上游边缘62，在图4所示的示例中，上游边缘是凸圆形的。腿部52还可以包括凸圆形的下游边缘64。腿部52的与顶部54相对的端部可以通过圆角66连接到壁56。腿部52通过拐角70连接到顶部54，拐角是弯曲的并且没有尖锐的脊。总之，这些特征改善了拱形件50的空气动力学，使得拱形件可以执行对穿过拱形件内部的空气流进行加速的功能，同时在该空气流中产生尽可能小的扰动。

拱形件50优选地在空腔58内部一个接一个地布置并形成一排拱形件。如图6A和图7A所示，每一排包括例如5个至10个突出元件。

图6A和图6B示出了腿部52还可以相对于彼此倾斜以及相对于空腔58的侧壁72倾斜。例如，腿部52从上游到下游朝向彼此会聚，从而加强通道横截面的减小。

在所示的示例中，腿部52紧邻侧壁68定位。腿部52彼此分隔开最小距离L1，该最小距离代表空腔58的宽度L2的至少40％，甚至60％。

图7A和图7B示出了该实施例的拱形件50的顶部54的倾斜度。在所示的示例中，顶部54位于空腔58的大致中间位置。

图6A至图7B还示出了拱形件50内部的空气流的加速区域Z1和空腔58中的空气流(箭头RF)的总加速。还可以看出，热交换的平衡水平早在第一拱形件50就达到了。此外，交换水平在空腔58的宽度L2上更加均匀。发明人发现，采用这种几何形状，相对于传统的湍流促进器，热流增加了5.1％，而压力损失仅增加了2.7％。拱形件50产生受控的涡流Z2，与传统的促进器相比，该涡流还更有效地对相对壁60进行冷却。

如上所述，拱形件50内部或外部的通道横截面的减小可以是至少10％。例如，在拱形件50的内通道横截面S1-S1’减小的情况下，这意味着比值S1’/S1小于或等于0.9。

拱形件50内部和入口处的通道横截面可以代表空腔的总通道横截面的至少25％。换言之，比值S1/(S1+S2)至少是0.25。

拱形件的长度标注为L3，拱形件的入口的高度标注为h。优选地，长度L3介于0.5h至3h之间(参见图5D)。

这些不同的参数可以根据空腔58和拱形件50的其他尺寸(厚度等)来优化，以控制拱形件的外部段的变化，从而控制可能产生的涡流。因此，如果与拱形件50的壁相对的壁60不需要额外的冷却，则目的将是将拱形件外部的部段的膨胀限制在小于30％，以限制分层并因此限制压力损失。相反，如果需要改善相对壁的冷却，则可能会对拱形件外部的上膨胀感兴趣，因为拱形件下方的横截面的会聚会增加(同时避免过高的加速导致空腔中的马赫数为1，例如，这会产生高压力损失)。

拱形件50的壁的厚度必须尽可能薄，同时仍允许具有可制造性并在运行过程中确保轮叶20的机械强度。优选地，拱形件50的入口处的材料横截面不应占空腔总横截面的40％以上。

有利地但不限于，轮叶20使用基于失蜡铸造技术的制造方法由金属合金制成。金属合金优选地为镍基的并且可以是单晶的。

该方法包括制造一个或多个铸造型芯的第一步骤。在本示例中，包括设置有至少一个用于使冷却空气流通的空腔的叶片的轮叶由铸造型芯制成，其实施例如图8和图9所示。

铸造型芯通常通过陶瓷注射(然后对陶瓷进行脱胶和烧结)来获得。然而，本发明中所使用的型芯不能通过注射来生产，因为型芯不容易脱模。

另一方面，该型芯可以通过陶瓷或任何其他合适的材料(诸如难熔金属)的增材制造来获得。

在图8和图9的情况下，陶瓷型芯74是细长的，并包括内U形管道76，该内U形管道被构造成通过模制形成突出元件，即拱形件50。这些管道76中的每一个都包括两个端部76a，两个端部通向型芯的被构造成通过模制形成前述第一壁56的同一面78。型芯74包括面80，该面80与面78相对并被构造成通过模制形成前述壁60。型芯74的侧面82被构造成通过模制形成前述侧壁72。

在该方法的另一步骤中，蜡或等效材料被注射到型芯70或型芯的组件周围，型芯或型芯的组件有利地但不排他地预先放置在压机中。一旦蜡冷却，就获得了一个包括嵌入在蜡中的型芯的模型。

该模型与其他类似的模型一起布置成一列，形成集群。

该方法还包括在该集群周围生成耐火材料的壳，该耐火材料的壳充当模具。在该示例中，耐火材料是陶瓷。壳是通过在陶瓷泥浆中浸没多次而制成的。

在该方法的另一步骤中，熔融金属被倒入或铸造到壳中，以填充在从模型中去除蜡时获得的空腔，并旨在形成金属部件(在这种情况下是涡轮轮叶)。事实上，在浇注金属的这一步骤之前，要进行去除蜡的步骤。

一旦壳冷却并固化，剥离步骤允许金属部件(轮叶)中的壳和型芯被破坏，从而露出最终的轮叶和冷却流体流通空腔。

本发明提供了多个优点，包括：

-改善了轮叶的冷却空腔中的热交换/压力损失比，

-改进了突出元件与交换表面的体积比以及因此改进了拱形件(以及因此轮叶的质量)与交换表面的体积比，

-更好地控制交换改善区域，并且在该区域内交换的均匀性更好，

-潜在减少了冷却临界区域的突出元件的数量(以及因此轮叶的质量)，

-如果需要，通过改变突出元件的形状(特别是其顶部的外表面的坡度以增加或减少在拱形件的拐角处释放的涡流的强度)来冷却相对壁，

-等等。

Claims (15)

1.一种用于飞行器涡轮机的轮叶(20)，该轮叶包括叶片(21)和所述叶片内部的冷却回路(28)，该冷却回路(28)包括至少一个用于冷却空气流(RF)的流动的纵向空腔(58)，所述冷却回路还包括突出到所述空腔中的突出元件，所述突出元件被构造成扰乱所述空气流，其特征在于，所述突出元件中的每一个突出元件具有拱形件(50)的大致形状，并且包括两个侧腿部(52)和中间顶部(54)，所述腿部(52)在所述空腔(58)的第一壁(56)和所述顶部(54)之间延伸，该顶部(54)与所述腿部(52)相互连接，所述元件中的每一个元件在内部与所述第一壁(56)限定第一通道横截面(S1-S1’)，并且所述元件中的每一个元件在外部与第二壁(60)限定第二通道横截面(S2-S2’)，所述第二壁与所述第一壁(56)相对，并且所述元件中的每一个元件被构造成使得所述第一通道横截面或所述第二通道横截面相对于所述空气流的方向从上游到下游减小。

2.根据权利要求1所述的轮叶(20)，其特征在于，所述顶部(54)包括面向所述第一壁(56)的第一面(54a)和面向所述第二壁(60)的第二面(54b)，所述第一面和所述第二面(54a，54b)中的至少一个面相对于所述空气流(RF)的方向从上游到下游相对于所面向的壁(56，60)倾斜，从而减小对应的所述通道横截面(S1-S1’，S2-S2’)。

3.根据前一项权利要求所述的轮叶(20)，其特征在于，所述第一面和所述第二面(54a，54b)彼此基本上平行。

4.根据前述权利要求中任一项所述的轮叶(20)，其特征在于，所述突出元件中的每一个突出元件的所述顶部(54)相对于所述第一壁和所述第二壁(56，60)倾斜。

5.根据前述权利要求中任一项所述的轮叶(20)，其特征在于，所述突出元件在所述空腔(58)内部一个接一个地布置，并形成沿着所述空气流的所述方向延伸的一排突出元件，所述一排突出元件包括例如5个至10个突出元件。

6.根据前述权利要求中任一项所述的轮叶(20)，其特征在于，所述突出元件中的每一个突出元件的所述腿部(52)彼此分隔开一距离(L1)，所述距离代表所述空腔(58)的宽度(L2)的40％以上。

7.根据前述权利要求中任一项所述的轮叶(20)，其特征在于，所述突出元件中的每一个突出元件的所述腿部(52)以从上游到下游会聚的方式定向。

8.根据前述权利要求中任一项所述的轮叶(20)，其特征在于，所述突出元件中的每一个突出元件的所述腿部(52)和所述顶部(54)包括凸圆形的上游边缘(62)。

9.根据前述权利要求中任一项所述的轮叶(20)，其特征在于，所述突出元件中的每一个突出元件的所述顶部(54)基本上位于所述空腔(58)中的一半高度处，该高度在所述第一壁和所述第二壁(56，60)之间测得。

10.根据前述权利要求中任一项所述的轮叶(20)，其特征在于，所述突出元件中的每一个突出元件限定内空气通道横截面(S1-S1’)，该内空气通道横截面通常具有矩形、圆形、长圆形或梯形形状。

11.根据前述权利要求中任一项所述的轮叶(20)，其特征在于，所述通道横截面从所述突出元件中的每一个突出元件的入口到出口减小了至少10％。

12.根据前述权利要求中任一项所述的轮叶(20)，其特征在于，所述突出元件中的每一个突出元件的内部和入口处的所述通道横截面可以代表所述空腔的总通道横截面的至少25％。

13.根据前述权利要求中任一项所述的轮叶(20)，其特征在于，所述突出元件中的每一个突出元件具有标注为L3的长度，并且具有高度标注为h的入口，所述长度L3介于0.5h至3h之间。

14.一种涡轮机涡轮，所述涡轮机涡轮包括至少一个根据前述权利要求中任一项所述的轮叶(20)。

15.一种根据权利要求1至13中任一项所述的轮叶(20)的失蜡制造方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

-提供用于形成所述空腔(58)的耐火陶瓷或金属型芯(74)，该型芯具有细长的形状并包括内U形的管道(76)，所述管道被构造成通过模制形成所述突出元件，所述管道(76)中的每一个管道各自包括两个端部(76a)，所述两个端部通向所述型芯的被构造成通过模制形成所述第一壁(56)的同一面(78)，

-注射蜡以涂覆所述型芯(74)并形成模型，

-制造封围所述模型的壳，

-将熔融金属浇注到所述壳中以形成所述轮叶，以及

-剥离所述壳和所述型芯(74)以释放所述轮叶(20)并形成具有空腔(58)和突出元件的所述冷却回路(28)。