CN1619108A - 沿翼展方向密度可变的支座排 - Google Patents

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Abstract

一种如翼叶或叶片之类的涡轮发动机部件，存在一个用于冷却其后缘部分的系统。此系统包括沿着部件的翼展方向密度变化的若干支座排。在本发明的一个优选实施例中，支座排的数量沿着部件的翼展方向从内径区域到外径区域增加。

Description

沿翼展方向密度可变的支座排
政府权益声名
通过由海军部的合同No.N00019-02-C-3003美国政府在本发明中可享有一些权利。
技术领域
本发明涉及一种在涡轮发动机中使用的部件，如翼叶或者叶片，带有改善的后缘冷却。
背景技术
涡轮发动机的部件，如翼叶或者叶片，处于温度极限状态下。因此，冷却各部件的不同部位是必要的。通常，这些部件的的后缘部分设有冷却通道和一系列沿后缘与这些通道连通的出口。尽管存在这样的结构，仍然需要改善这些部件的后缘冷却。
发明概要
本发明的一个目的是为了提供一种涡轮发动机的部件，该部件具有一个沿翼展方向密度可变的支座(pedestal)排，以改善排出的冷却剂沿翼展方向的均匀性。
本发明的另一目的是提供一种涡轮发动机的部件，该部件具有一个沿翼展方向密度可变的支座排，其能够优化内部冷却流体的温升。
通过本发明涡轮发动机的部件能够实现上述目标。
根据本发明，涡轮发动机部件具有冷却叶片后缘部分的装置，该装置包括沿该部件翼展方向密度变化的多排支座。在本发明的一个优选实施例中，支座排的数量沿该部件的翼展方向从内径区域到外径区域增加。
本发明的沿翼展方向密度可变的支座排的其它的细节、目的和伴随的优点，说明于下面的详细描述和附图中，其中相同的参考标号表示相同的元件。
附图的简要说明
图1是根据本发明的装有沿翼展方向密度可变的支座排的涡轮发动翼面叶的示意图。
图2是图1中翼叶的外径部分支座排的放大图。
图3是图1中翼叶的内径部分支座排的放大图。
图4是一个表示通过本发明的多排支座后缘的温升曲线图。
图5是一个表示使用本发明的支座排的翼叶后缘两边的压力降曲线图。
图6是一个表示通过使用本发明的支座排的翼叶后缘的流量分配的曲线图。
优选实施例的详细描述
在涡轮发动机的部件中安装有沿翼展方向密度可变的支座排，如翼叶或叶片，通过平衡径向和轴向上冷却流体的温升和压力损失，能够优化内部冷却流体，特别是冷却空气的温升。内部对流效率的优化能力是流体不得不从已知热源中吸收热量的潜在措施，并且对于确定部件的氧化能力方面以便使给定的可适用的流动速度达到最小化是十分关键的。
在部件外径入口处的轴向方向上增加支座排的密度，此处冷却流体源更冷，就能够冷却更宽的部件横截面区域。有利的是，流动空穴的马赫数能达到一个足够的水平，以满足通过流动空穴与后缘相近部分的抗氧化寿命的需要。
参见图1-3所示，涡轮发动机的部件10，如翼叶或叶片的翼面部分。部件10有外径边缘12和内径边缘14。为了冷却部件10的后缘16，一个冷却通道18装在部件10上，冷却流体如发动机的放气通过此冷却通道。冷却通道18在部件10的外径边缘还有一个进口20。在冷却通道中的冷却流体通过许多后缘的狭槽22从部件10的后缘中排出。
为了提高后缘处的冷却效率，布置了多排支座24。每排支座24包括以任意理想的形状和结构设计的多个支座26。相邻的支座26形成能从冷却通道1 8中接收冷却流体的冷却通道28，并且此通道能分配冷却流体并使冷却流体从一个或者更多的狭槽22中排出。
如图1-3所示，支座排24的密度沿着发动机部件10的翼展方向变化。如图1所示，支座排24沿着部件10的翼展方向从内径边缘到外径边缘增加。特别的，支座排24的密度在部件10的外径区域30比内径区域32大。在优选实施例中，在外径区域30的支座排至少是内径区域32的两倍。在一个最优选实施例中，在外径区域30有7个支座排24，在内径区域32中有3个支座。
在部件10的外径区域30由于较高的轴向支座排密度而增加的压力损失使通过后缘狭槽泪珠状的区域40排入主流道的冷却剂的流量减到最小。由于在外径区域30支座排24的数量增加，随着冷却剂流体，特别是冷却空气，当它通过本发明密度增加的支座排后就被更加显著地加热，从而对流的效率被优化。这在曲线图4中能反映出来。由于在外径边缘12的冷却剂的质量流能吸收更多的热，因此一个不变的径向冷却剂质量流量具有一个更高的净热流量值。
在部件10的内径区域32由于较低的轴向支座排密度而减少的压力损失能从两方面得到益处。部件10在内径部分32处的绝对驱动压力大小的减少，使通过较低密度的内径支座排的轴向压力损失减到最小。这样就能使局部后缘狭槽冷却剂达到最适宜的流量。这在图5中能反映出来。较低的轴向支座密度也能使沿轴向流过密度变少的支座排的总的冷却空气的温升减少，并在图4中反映出来。由于不断的温升，冷却剂流体沿着径向通道从部件后缘通道的外径区域30到内径区域21流动并在轴向方向上通过部件10的内径区域32密度减少的支座排时，流速能被减缓。
根据本发明采用的沿翼展方向密度可变的支座排，借助于抵消工作流体产生的摩擦损失和温升，能使排出冷却剂的狭槽流动速度均匀一致，如图6所示。
随着冷却剂被从内径部分被排入外径部分后缘狭槽，通过使产生的总温升最小，能使冷却剂温度更加均匀分布。因此，能使冷却效果更加分布均匀，进而导致沿着部件后缘表面具有更均匀一致的径向分布型式。
将沿翼展方向密度可变的支座排安装到涡轮发动机部件，如翼叶或叶片中，通过抵消径向压力损失和通过密度可变的支座排所产生的轴向压力损失，随着冷却空气温度升高能使后缘狭槽冷却剂的马赫数及速度和局部对流效率和性能得到均匀的优化。通过保持后缘狭槽出口速度的均匀性，能使高速主流气流和狭槽出口冷却剂流之间的混合损失减至最小。
很明显，根据本发明已经提出了一种沿翼展方向可变密度的支座排，该排能完全达到上文中提出的目标，方法，和优点。尽管在上文的特定实施例中对本发明进行了说明，在阅读了上述说明后，本技术领域的普通技术人员可以显而易见地得出其他各种替换，修改和变化。因此，这些替换，修改和变化将落在后附的权利要求书的宽广范围内。

Claims (12)

1、一种带有后缘部分的涡轮发动机部件，所述部件包括：冷却该后缘部分的装置和沿该部件翼展方向密度变化的多排支座。
2、如权利要求1所述的涡轮发动机部件，其特征在于支座排的数量沿该部件翼展方向从内径区域到外径区域增加。
3、如权利要求1所述的涡轮发动机部件，其特征在于所述部件在外径区域的支座排的数量多于所述部件在内径区域的支座排的数量。
4、如权利要求3所述的涡轮发动机部件，其特征在于该外径区域内的支座排的数量至少是在该内径区域的支座排的数量的两倍。
5、如权利要求3所述的涡轮发动机部件，其特征在于该外径区域的支座排的数量是7，而该内径区域的支座排的数量是3。
6、如权利要求1所述的涡轮发动机部件，其特征在于所述冷却装置还包括：一条在该部件外径区域处有一入口的冷却通道，该冷却通道提供流到所述支座排的冷却流体，多条沿所述部件后缘延伸的狭槽，该冷却流体经这些狭槽排出，这些狭槽与包含所述支座排的区域连通。
7、如权利要求6所述的涡轮发动机部件，其特征在于所述可变密度支座排随着空气冷却剂温度升高使后缘狭槽冷却剂的马赫数和速度及局部对流传热效率和性能最优化。
8、如权利要求1所述的涡轮发动机部件，其特征在于所述的部件包括一翼叶和设置在所述翼叶的翼面部分的所述冷却装置。
9、如权利要求1所述的涡轮发动机部件，其中所述的部件包括一叶片和设置在所述叶片翼面部分的所述冷却装置。
10、一种涡轮发动机部件，包括：一个有一外缘部分和一内缘部分的翼面部分；配置于所述翼面部分的冷却通道对所述翼面部分的后缘部分提供冷却流体；在所述后缘部分中的多条冷却狭槽用于排出所述冷却流体；随着空气冷却剂温度升高，使后缘狭槽冷却剂马赫数和速度及局部对流传热效率和性能均匀优化的装置。
11、如权利要求10所述的涡轮发动机部件，其特征在于所述的均匀优化的装置包括具有沿翼展方向密度可变的多排支座。
12、如权利要求11所述的涡轮发动机部件，其特征在于与所述内边缘邻近的所述支座排的数量比与所述外边缘邻近的所述支座排的数量少。
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