NO20130204A1 - Turbintrinn med bølgete overflate og spylekanal - Google Patents

Abstract

Et turbintrinn innbefatter en rad av luftfoiler sammenføyd med korresponderende plattformer for å avgrense strømningspassasjer derimellom. Hver luftfoil innbefatter motsatte trykk- og sugesider og strekker seg i korde mellom motsatte fremre og bakre kanter. Hver plattform har en bølgeformet strømningsoverflate innbefattende et spyletrau som begynner tangensialt i et blandeområde av plattformen. Spyletrauet strekker seg aksialt mot sugesiden av luftfoilen, aktenfor den fremre kant, for å kanalisere en spylestrøm.

Description

BAKGRUNN

[0001]Den foreliggende offentliggjøring vedrører generelt gassturbin-motorer, og turbomaskineri, og mer bestemt turbiner deri.

[0002]I en gassturbin-motor blir luft trykksatt i en kompressor og blandet med drivstoff i et brennkammer for generering av varme forbrenningsgasser. Turbintrinn trekker ut energi fra forbrenningsgassene for å drive kompressoren, samtidig som de også driver en oppstrøms vifte i en applikasjon med en turbovifte-flymotor, eller driver en ekstern drivaksel for marine og industrielle applikasjoner.

[0003]En høytrykksturbin (high pressure turbine, HPT) følger umiddelbart etter brennkammeret og innbefatter en stasjonær turbindyse som avgir forbrenningsgasser inn i en rad av roterende førstetrinns turbinrotorblader som strekker seg radialt utover fra en bærende rotorskive. HPT-en kan innbefatte ett eller flere trinn eller rotorblader og korresponderende turbindyser.

[0004]Etter HTP-en er det en lavtrykksturbin (low pressure turbine, LPT) som typisk innbefatter flere trinn av rotorblader og korresponderende turbindyser.

[0005]Hver turbindyse innbefatter en rad av statorskovler med radialt ytre og indre endevegger i form av bueformede ringer som bærer skovlene. Turbinrotorbladene innbefatter tilsvarende luftfoiler helt sammenføyd med radialt indre endevegger eller plattformer, som i sin tur bæres av korresponderende svalehaler som tilveiebringer montering av de individuelle blader i svalehalespor tildannet i perimeteren av den bærende rotorskive. En ringformet kappe omgir de radialt ytre tupper av rotor-luftfoilene i hvert turbintrinn.

[0006]Statorskovlene og rotorbladene har korresponderende luftfoiler som inkluderer generelt konkave trykksider og generelt konvekse sugesider som strekker seg aksialt i korde mellom motsatte fremre og bakre kanter. Nærliggende skovler og nærliggende blader danner korresponderende strømningspassasjer derimellom, avgrenset av de radialt indre og ytre endevegger.

[0007]Under operasjon blir forbrenningsgasser avgitt fra brennkammeret og strømmer aksialt nedstrøms som en kjernestrøm gjennom de respektive strøm-ningspassasjer avgrenset mellom statorskovlene og rotorbladene. I tillegg blir spyleluft fra et spylehulrom som finnes oppstrøms for luftfoilens fremre kant avgitt som en spylestrøm som hindrer inntak av varm kjernestrøm nedenfor hovedgass-løpet, og eventuelt tilveiebringer en kjølende effekt på plattformen og luftfoilene. De aerodynamiske konturer av skovlene og bladene, og korresponderende strømningspassasjer derimellom, er nøyaktig konfigurert for maksimering av energiuttrekking fra forbrenningsgassene, som i sin tur roterer rotoren som bladene strekker seg fra.

[0008]Den komplekse tre-dimensjonale (3D) konfigurasjon av skovle- og blad-luftfoilene er skreddersydd for å maksimere virkningsgrad under operasjon, og varierer radialt i spenn langs luftfoilene, så vel som aksialt langs kordene av luftfoilene mellom fremre og bakre kanter. Hastighets- og trykkfordelingene av forbrenningsgassene og spyleluften over luftfoil-overflatene, så vel som inne i de korresponderende strømningspassasjer, varierer følgelig også.

[0009]Uønskede trykktap i forbrenningsgassens strømningsløp korresponderer derfor med ønsket reduksjon i turbinens aerodynamikk og turbinens samlede virkningsgrad. For eksempel går forbrenningsgassene inn i de korresponderende rader av skovler og blader i strømningspassasjene derimellom, og blir nødven-digvis splittet ved de respektive fremre kanter av luftfoilene. I tillegg kan blanding av spyleluftstrømmen og kjernestrøm men lede til ineffektivitet av turbinen.

[0010]Lokaliseringen av stagnasjonspunkter for de innkommende forbrenningsgasser strekker seg langs den fremre kant av hver luftfoil, og korresponderende grensesjikt dannes langs trykk- og sugesidene av hver luftfoil, så vel som langs hver radialt ytre og indre endevegg som i fellesskap avgrenser de fire sider av hver strømningspassasje. I grensesjiktene varierer den lokale hastighet av forbrenningsgassene fra null langs endeveggene og luftfoil-overflatene til den ikke-tilbakeholdte hastighet i forbrenningsgassene der hvor grensesjiktene avsluttes.

[0011]Turbintap kan opptre fra et mangfold av kilder, for eksempel sekundære strømmer, støt-tapsmekanisme og blandingstap. Én alminnelig kilde for turbin-trykktap er dannelsen av hestesko-virvler generert når forbrenningsgassene splittes i sin bevegelse rundt luftfoilens fremre kanter. En total trykkgradient påvirkes i grensesjiktstrømmen ved sammenføyningen mellom den fremre kant og endeveggene av luftfoilen. Trykkgradienten ved luftfoilenes fremre kanter danner er par motsatt roterende hestesko-virvler som beveger seg nedstrøms på de motsatte sider av hver luftfoil nær endeveggen. De to virvler vandrer akterover langs de motsatte trykk- og sugesider av hver luftfoil, og oppfører seg forskjellig på grunn av de forskjellige trykk- og hastighetsfordelinger langs disse. For eksempel viser beregningsmessig analyse at sugeside-virvelen migrerer bort fra endeveggen mot luftfoilens bakre kant, og vekselvirker deretter, etter luftfoilens bakre kant, med trykksidens virvel som strømmer akterover dertil.

[0012]Vekselvirkningen mellom trykk- og sugesidens virvler opptrer nær midt-spennregionen for luftfoilene og danner totalt trykktap og en korresponderende reduksjon i turbinens virkningsgrad. Disse virvler danner også turbulens og øker uønsket oppvarming av endeveggene.

[0013]Siden hestesko-virvlene dannes ved sammenføyningene mellom turbinens rotorblader og deres integrerte fotplattformer, så vel som ved sammenføyningene mellom dyse-statorskovlene og deres ytre og indre ringer, dannes det korresponderende tap i turbinens virkningsgrad, så vel som ytterligere oppvarming av de korresponderende endeveggkomponenter.

[0014]Likeledes forårsaker trykkgradienter for krysspassasjen mellom trykk- og sugesiden av bladet sekundære strømningsstrukturer og virvler som endrer den ønskede aerodynamikk for bladet, hvilket forårsaker tap i turbinens virkningsgrad så vel som mulig oppvarming av endeveggene og til og med bladet.

[0015]Ved de fremre kanter av turbinbladene, og mer bestemt ved en sammen-føyning mellom den fremre kant og spylehulrommet for den fremre kant, resulterer sekundære strømningsstrukturer og blanding av en spylestrøm fra spylehulrommet for den fremre kant i blandingstap. I tillegg resulterer de sekundære strømnings-strukturer i blanding av spylestrømmen med hovedkjernestrømmen, hvilket resulterer i en trajektorie for spylestrømmen som er fjernt fra plattformen. Disse sekundære strømningsstrukturer resulterer i høye varmekonsentrasjoner i det området hvor turbinbladet går sammen med bladets endeveggstruktur.

[0016]Det er følgelig ønskelig å tilveiebringe et forbedret turbintrinn for å redusere hesteskovirvel-påvirkninger og sekundærstrøm-påvirkninger, så vel som å øke aerodynamisk belastning under styring av varmefordeling og virkningsgrad eller forbedring av virkningsgrad og termisk belastning under opprettholdelse av aerodynamisk belastning og/eller produksjon av dreiemoment.

KORT BESKRIVELSE

[0017]I samsvar med en eksemplifiserende utførelsesform offentliggjøres et turbintrinn med bølgeformet overflate med et spyletrau. Turbintrinnet omfatter en rad av luftfoiler helt sammenføyd med korresponderende plattformer og med innbyrdes avstand i sideretningen for å avgrense respektive strømningspassasjer derimellom for kanalisering av gasser. Hver strømningspassasje har en bredde. Hver av nevnte luftfoiler innbefatter en konkav trykkside og en i sideretningen motsatt konveks sugeside som strekker seg i korde mellom motsatte fremre og bakre kanter. I det minste noen av plattformene har en bølgeformet strømnings-overflate som innbefatter et spyletrau som strekker seg tangensialt inn i et blandingsområde og i det minste et parti av en spylehulromsvegg av plattformen, og strekker seg aksialt mot sugesiden av luftfoilen, aktenfor den fremre kant, for å kanalisere en spylestrøm.

[0018]I samsvar med en annen eksemplifiserende utførelsesform offentliggjøres et turbintrinn med en bølgeformet overflate med et spyletrau. Turbintrinnet omfatter en rad av luftfoiler helt sammenføyd med korresponderende plattformer og med innbyrdes avstand i sideretningen for å avgrense respektive strømnings-passasjer derimellom for kanalisering av gasser. Hver av strømningspassasjene har en definert bredde. Hver av nevnte luftfoiler innbefatter en konkav trykkside og en i sideretningen motsatt konveks sugeside som strekker seg i korde mellom motsatte fremre og bakre kanter. I det minste noen av nevnte plattformer har en bølgeformet strømningsoverflate som innbefatter et spyletrau som strekker seg tangensialt inn i en blandingsområde og i det minste et parti av spylehulromsveggen av plattformen, en utbuling grenser opp til nevnte trykkside aktenfor nevnte fremre kant, og en bolle grenser opp til nevnte spyletrau og nevnte sugeside aktenfor nevnte fremre kant av nevnte respektive luftfoiler. Spyletrauet strekker seg aksialt mot sugesiden av luftfoilen for å gå gradvis over i bollen og kanalisere en spylestrøm.

[0019]I samsvar med enda en annen eksemplifiserende utførelsesform offentlig-gjøres et turbintrinn med bølgeformet overflate med et spyletrau. Turbintrinnet omfatter et turbinblad. Turbinbladet omfatter en luftfoil helt sammenføyd med en plattform, og har i sideretningen motsatte trykk- og sugesider som strekker seg korde mellom aksialt motsatte fremre og bakre kanter. Plattformen innbefatter et spyletrau som strekker seg tangensialt inn i et blandingsområde og i det minste et parti av en spylehulromsvegg av plattformen. Spyletrauet strekker seg aksialt mot sugesiden av luftfoilen, aktenfor den fremre kant, for å kanalisere en spylestrøm.

[0020]Andre hensikter og fordeler ved den foreliggende offentliggjøring vil fremgå klart ved lesing av den følgende detaljerte beskrivelse og de vedføyde krav med henvisning til de ledsagende tegninger. Disse og andre trekk og forbedringer ved den foreliggende søknad vil fremgå klart for en med ordinær fagkunnskap innen teknikken ved gjennomgang av den følgende detaljerte beskrivelse når den sees sammen med flere tegninger og de vedføyde krav.

TEGNINGER

[0021]De ovenstående og andre trekk, aspekter og fordeler ved den foreliggende offentliggjøring vil bli bedre forstått når den følgende detaljerte beskrivelse leses med henvisning til de ledsagende tegninger, hvor like tegn representerer like deler gjennomgående på tegningene, hvor:

[0022]Figur 1 er et sideriss vendende forfra-akterover av eksemplifiserende turbinblader i en turbintrinn-rad i henhold til en utførelsesform;

[0023]Figur 2 er et flateformet snittriss gjennom bladene illustrert på fig. 1 og tatt langs linje 2-2 på fig. 1 i henhold til en utførelsesform;

[0024]Figur 3 er et isometrisk riss av sugesiden av bladene illustrert på fig. 1 i henhold til en utførelsesform;

[0025]Figur 4 er et isometrisk riss av trykksiden av bladene illustrert på fig. 1 i henhold til en utførelsesform;

[0026]Figur 5 er et isometrisk riss vendende akterover-forfra av bladene illustrert på fig. 1 i henhold til en utførelsesform;

[0027]Figur 6 er et sideriss vendende forfra-akterover av eksemplifiserende turbinblader i en turbintrinn-rad i henhold til en annen utførelsesform; og

[0028]Figur 7 er et flateformet snittriss gjennom bladene illustrert på fig. 6 og tatt langs linje 7-7 på fig. 6 i henhold til en utførelsesform.

DETALJERT BESKRIVELSE

[0029]Med henvisning til tegningene, hvor identiske henvisningstall betegner de samme elementer gjennomgående på de forskjellige riss, illustreres det på fig. 1 to eksemplifiserende førstetrinns turbinrotorblader 10 som i omkretsretningen grenser opp til hverandre i en full rad derav i et korresponderende turbintrinn i en gassturbinmotor. Som angitt ovenfor blir forbrenningsgasser 12 dannet i et konvensjonelt brennkammer (ikke vist) og avgitt i aksial nedstrøms retning gjennom raden av turbinblader 10 som en kjernestrøm 13. Turbinbladene 10 trekker ut energi fra forbrenningsgassene 12 for å drive en bærende rotorskive (ikke vist) som bladene 10 er montert på.

[0030]Turbintrinnet innbefatter en komplett rad av blader 10, hvor hvert blad 10 har en korresponderende luftfoil 14 helt sammenføyd til en korresponderende radialt indre endevegg eller plattform 16 ved en fotende. Hver plattform 16 er i sin tur helt sammenføyd til en korresponderende svalehale 18 med aksial inngang, konvensjonelt konfigurert for å bære det korresponderende turbinblad 10 i perimeteren av rotorskiven.

[0031]Hver luftfoil 14 innbefatter en generelt konkav trykkside 20 og en i omkretsretningen eller i sideretningen motsatt, generelt konveks sugeside 22 som strekker seg aksialt i korde mellom motsatte fremre og bakre kanter 24, henholdsvis 26. De to kanter 24, 26 strekker seg radialt i spenn fra foten til tuppen av luftfoilen 14.

[0032]Som vist på fig. 1 og 2 kan hver luftfoil 14 være hul og innbefatte en indre kjølekrets 28 avgrenset av de motsatte trykk- og sugesider 20, 22. Kjølekretsen 28 kan ha en hvilken som helst konvensjonell konfigurasjon og innbefatter innløps-kanaler som strekker seg gjennom plattformen 16 og svalehalen 18 for mottak av kjøleluft 30 tappet av fra kompressoren i motoren (ikke vist).

[0033]Kjøleluften 30 blir typisk avgitt fra hver luftfoil 14 gjennom flere rader av filmkjølehull 32 lokalisert der hvor det er ønskelig på trykk- og sugesidene 20, 22 av luftfoilen 14, og som typisk er konsentrert nær den fremre kant 24 derav. Hver luftfoil 14 innbefatter også typisk en rad av kjølehull 34 ved den bakre kant, som kommer frem gjennom trykksiden 20 av luftfoilen 14 så vidt før den tynne bakre kant 26 derav.

[0034]De eksemplifiserende turbinblader 10 illustrert på fig. 1 og 2 kan ha enhver konvensjonell konfigurasjon av luftfoilen 14, plattformen 16 og svalehalen 18 for å trekke ut energi fra forbrenningsgassene 12 under operasjon. Som angitt ovenfor er plattformen 16 helt sammenføyd ved fotenden av luftfoilen 14, og bestemmer den radialt indre strømningsgrense for forbrenningsgassene 12, eller kjerne-strømmen 13.

[0035]Bladene 10 er montert i en rad rundt perimeteren av rotorskiven, med tilgrensende luftfoiler 14 med innbyrdes avstand i omkretsretningen eller side retningen for derimellom å avgrense strømningspassasjer 36 med en passasje-bredde "x" definert mellom nærliggende fremre kanter 24 (som best illustrert på fig. 2) for kanalisering av forbrenningsgassene 12 og en spylestrøm 15 av spyleluft fra et spyleluft-hulrom (ikke vist) aksialt i nedstrøms retning under operasjon.

[0036]Hver mellom-luftfoil-strømningspassasje 36 i turbintrinnet illustrert på fig. 1 og 2 er derfor bestemt og avgrenset av trykksiden 20 av én luftfoil 14, sugesiden 22 av neste nærliggende luftfoil 14, de korresponderende trykk- og sugeside-partier 20, 22 av de nærliggende plattformer 16, og den radialt ytre turbinkappe (ikke vist) som omgir de radialt ytre tuppender av luftfoilene 14 i den fullstendige rad av turbinblader 10.

[0037]Som angitt ovenfor i bakgrunnskapittelet, strømmer forbrenningsgassene 12 gjennom de korresponderende strømningspassasjer 36 som kjernestrøm men 13 under operasjon, og blir nødvendigvis splittet av de individuelle luftfoiler 14. Forbrenningsgassene med høy hastighet blir splittet i omkretsretningen ved de korresponderende fremre luftfoil-kanter 24 med et stagnasjonstrykk som er der, og med dannelsen av korresponderende grensesjikt langs de motsatte trykk- og sugesider 20, 22 av luftfoilen 14. Videre danner forbrenningsgassene 12 også et grensesjikt langs de individuelle bladplattformer 16 når gassene splittes rundt luftfoilens fremre kant 24 ved dens sammenføyning med plattformen 16.

[0038]I tillegg strømmer luftstrømmen fra spylestrøm-hulrommet som finnes oppstrøms for luftfoilene 14 gjennom de korresponderende strømningspassasjer 36 som spylestrømmen 15. Minimering av en utkasting av spylestrømmen 15 som en prosentandel av kjernestrøm men 13 leder til en økning i det statiske trykk nedstrøms for luftfoilen 14. Denne effekten bidrar til å bevege støtet ved den bakre kant 26 oppstrøms, hvilket reduserer tapet ved den bakre kant i luftfoilene 14.

[0039]Den splittede kjernestrøm 13 langs bladplattformene 16 resulterer i et par av motsatt roterende hestesko-virvler som strømmer aksialt nedstrøms gjennom strømningspassasjene 36 langs de motsatte trykk- og sugesider 20, 22 av hver luftfoil 14. Disse hestesko-virvler danner turbulens i grensesjiktene, og migrerer radialt utover mot midtspenn-regionene av luftfoilene 14 og frembringer tap i totalt trykk og reduserer turbinens virkningsgrad. Hestesko-virvlene får tilført energi ved tilstedeværelsen av spylehulrommet og spylestrømmen 15 som modifiserer den statiske trykkgradient for krysspassasjen.

[0040]Det eksemplifiserende turbinmotor-trinn illustrert på fig. 1 kan ha enhver konvensjonell konfigurasjon, så som spesifikt designet som en førstetrinns HPT-rotor for uttrekking av energi fra forbrenningsgassene 18 for å drive kompressoren på en typisk måte. Som illustrert blir de innkommende forbrenningsgasser 12 splittet langs luftfoilenes fremre kanter 24 for å strømme aksialt gjennom de korresponderende strømningspassasjer 36 som kjernestrømmen 13 i nedstrøms retning, mens den innkommende spyleluft strømmer over et skulderområde, eller blandeområde, 40 av plattformene 16, hvor blandeområdet 40 er bestemt som radien mellom en spylehulromsvegg 41 og plattformens 16 overflate. Spyleluften strømmer og blandes med kjernestrømmen 13 for å strømme aksialt gjennom de korresponderende strømningspassasjer 36 som spylestrømmen 15 i nedstrøms retning.

[0041]Den konkave profil av trykksidene 20 og den konvekse profil av sugesidene 22 er spesifikt konfigurert for å bevirke forskjellige hastighets- og trykkfordelinger for maksimering av uttrekking av energi fra forbrenningsgassene 12. Plattformene 16 bestemmer radialt indre endevegger som avgrenser forbrenningsgassene 12, idet gassene også avgrenses radialt utover av den omgivende turbinkappe (ikke vist).

[0042]I den illustrerte konfigurasjon blir de innkommende forbrenningsgasser 12 ved sammenføyningen mellom plattformene 16 og de fremre kanter 24 utsatt for hestesko-virvlene, fyrt opp under ved modifisering av den statiske trykkgradient for krysspassasjen for spylestrømmen 15. Forbrenningsgassene 12 går fremover gjennom strømningspassasjene 36 langs de motsatte trykk 20 og sugesider 22 av luftfoilene 14. Som angitt ovenfor, disse virvlene danner turbulens, reduserer den aerodynamiske virkningsgrad for turbintrinnet, og øker varmeoverførings-oppvarmingen av plattformene 16.

[0043]Plattformene 16 initialt illustrert på fig. 1 er følgelige spesifikt konfigurert med bølgeformede eller konturerte strømningsoverflater som minimerer blanding av spylestrømmen 15 med kjernestrømmen 13 for å minimere tap og avgrense forbrenningsgassene 12 for å redusere styrken i hestesko-virvlene. En første eksemplifiserende konfigurasjon av de bølgeformede plattformer 16 er vist generelt på fig. 1 med isokliner for felles elevasjon fra en nominelt aksesymmetrisk plattform. Figur 2 illustrerer i nærmere detalj isoklinene på fig. 1 i flateformet riss. En andre eksemplifiserende konfigurasjon av de bølgeformede plattformer 16 er vist generelt på fig. 6 og fig. 7, og illustrerer isokliner for felles elevasjon fra en nominelt aksesymmetrisk plattform henholdsvis en mer detaljert illustrasjon av isoklinene i flateformet riss.

[0044]Med mer spesifikk henvisning til fig. 1 og 2, moderne beregningsmessig fluiddynamikk har blitt brukt til å studere og bestemme de spesifikke 3D-konturer for plattformene 16 for svekking av hestesko-virvlene og minimere blanding av spylestrømmen 15 med kjernestrømmen 13 og inntak inn i spylehulrommet, samtidig med tilsvarende forbedring av turbinens aerodynamiske virkningsgrad. De bølgeformede plattformer 16 illustrert på fig. 1 og 2 innbefatter en bølge eller et spyletrau 38 konfigurert til å strekke seg inn i blandingsområdet 40 og i det minste et parti av en spylehulromsvegg 41 av plattformen 16, med en nedre elevasjon (-) i forhold til en nominell aksesym metrisk plattformoverflate av en konvensjonell plattform som avgrenser null-referanse (Joverflaten og danner en fordypning eller et trau deri som modifiserer blandingsområdet 40 og i det minste et parti av vegg-hulrommet 41. I den illustrerte utførelsesform er spyletrauet 38 dannet tangensialt i blandingsområdet 40 og strekker seg inn i spylevegg-hulrommet 41 med en lokalisering av maksimum dybde tilnærmet midtveis bredden "x" av passasjen 36, mellom de fremre kanter 24 av nærliggende luftfoiler 14, kan strekke seg i en sideretning tilnærmet 60% av bredden "x" av passasjen 38. I en alternativ utførelses-form kan spyletrauet 38 være tildannet tangensialt i blandeområdet 40 og strekke seg inn i det minste et parti av spylevegg-hulrommet 41 og ha en lokalisering av maksimum dybde hvor som helst mellom -10% til 60% av bredden "x" av passasjen 36 mellom de fremre kanter 24 av nærliggende luftfoiler 14, hvor slike målinger måles med utgangspunkt fra den fremre kant 24 av en første luftfoil 14 mot sugesiden 22 av den første luftfoil 14, og strekker seg mot den fremre kant 24 av en andre nærliggende luftfoil 14 ved trykksiden 20. I en utførelsesform kan spyletrauet 38 strekke seg i en sideretning tilnærmet 60% av bredden "x" av passasjen 38. I enda en annen utførelsesform kan spyletrauet 38 være dannet i hovedsak tangensialt i blandeområdet 40 og strekke seg inn i det minste et parti av spylevegg-hulrommet 41 og ha en lokalisering av maksimum dybde hvor som helst mellom -10% til 60% av bredden "x" av passasjen 36 mellom de fremre kanter 24 av nærliggende luftfoiler 14, som tidligere beskrevet, og lokalisert i en posisjon aksialt nedstrøms for de fremre kanter 24 og inne i passasjen 36 dannet derimellom.

[0045]Spyletrauet 38 er konfigurert til å modifisere blandeområdet 40 og i det minste et parti av spylehulromsveggen 41 av luftfoilen 14 for å lette spyle-strømmen 15 inn i kjernestrømmen 13. Mer spesifikt er spyletrauet 38 konfigurert til å opprettholde en trajektorie for spylestrømmen 15 nærmere plattformen 16 på sugesiden 22 for å minimere et etterfølgende nedsveip av den varme kjerne-strømmen 13 på trykksiden 20 av luftfoilen 14 for å fylle tilbake med fluid. Spyletrauet 38 og spylestrømmen 15 tjener til å modifisere den statiske trykkgradient for krysspassasjen som tilfører energi til hestesko-virvlene.

[0046]I tillegg tillater tilstedeværelsen av spyletrauet 38 manipulering av den operasjonelle termiske profil ved den fremre kant 24 av luftfoilen 14. Dette er fordi modifikasjonen i spylestrømmen 15 kan forandres eller forårsake en reduksjon i konvektiv blanding og/eller varmeoverføring som vanligvis kan bringe kjerne-strømmen 13 i kontakt med endeveggene. Dette aspekt av den foreliggende offentliggjøring gir adgang til manipulasjon av det termiske profil via reduksjonen i blanding av spylestrømmen 15 med kjernestrømmen 13. En ønsket termisk fordeling kan følgelig oppnås, og den kan optimeres, hvilket resulterer i en reduksjon i den påkrevde kjøling.

[0047]I en utførelsesform kan en valgfri lokal kul eller utbuling 46 være innbefattet i tillegg til spyletrauet 38, stigende oppover (+) inn i strømningspassasjen 36 i forhold til den nominelle aksesymmetriske referanseoverflate fl I tillegg, i enda en annen utførelsesform, kan en integrert uthuling eller bolle 48 være innbefattet i tillegg til spyletrauet 38 som har en lavere elevasjon (-) i forhold til den nominelle aksesym metriske plattformoverflate flfor å danne en fordypning deri. I enda ytterligere en annen utførelsesform kan en utbuling 46 og en bolle 48 være innbefattet i tillegg til spyletrauet 38.

[0048]Det tas ad notam at de spesifikke størrelser og avstander for luftfoilene 14 er valgt for en bestemt motordesign og massestrømningsmengde derigjennom. De bueformede sidevegger av luftfoilene 14 avgrenser typisk en strømningspassasje 36 i omkretsretningen derimellom, som konvergerer i aksial nedstrøms retning fra de fremre kanter 24 til de bakre kanter 26.

[0049]Den bakre kant 26 av én luftfoil 14 danner typisk en innsnevring med minimums strømningsareal langs sin perpendikulære skjæring nær midtkorden av sugesiden 22 av en nærliggende luftfoil 14. Strømningsarealet i strømnings-passasjen 36, innbefattende det minimums strømningsareal i innsnevringen av denne, er forhåndsvalgt for en gitt motorapplikasjon, og styres derfor både av den radialt indre endevegg avgrenset av plattformen 16, så vel som de radialt ytre endevegger avgrenset av turbinkappen (ikke illustrert).

[0050]Referanseplattform-overflaten kan derfor konvensjonelt bestemmes som den konvensjonelle aksesymmetriske overflate bestemt av sirkulære buer rundt omkretsen av turbintrinnet, og kan brukes som null-referanse elevasjonen illustrert på fig. 2. I en utførelsesform som innbefatter et spyletrau 38, en utbuling 46 og en bolle 48, stiger utbulingen 46 utover i elevasjon (+) fra null-referanseplanet eller - overflaten, mens spyletrauet 38 og bollen 48 strekker seg i dybde (-) nedenfor referanseplanet eller -overflaten. På denne måte kan trauet 38, utbulingen 46 og bollen 48 komplettere og forskyve hverandre for opprettholdelse av det ønskede eller gitte strømningsareal for hver strømningspassasje 36.

[0051]Spyletrauene 38, utbulingene 46 og bollene 48 illustrert på fig. 1 og 2 er fortrinnsvis lokalisert spesifikt for redusering av styrken av hestesko-virvlene, hvilket minimerer tap på grunn av sekundære strømmer, minimerer blanding av spylestrømmen 15 fra et spylehulrom ved den fremre kant med hovedkjerne-strømmen 13, minimerer inntaket av den varme kjernestrøm inn i spylehulrommet, og modifiserer den statiske trykkgradient for krysspassasjen som tilfører energi til hestesko-virvlene, idet alt dette forbedrer turbinens aerodynamiske virkningsgrad. I den illustrerte utførelsesform er spyletrauet 38 konfigurert ved en posisjon nær den fremre kant 24 ved sugesiden 22, og er dannet til å strekke seg inn i skulderen, eller blandeområdet 40, av plattformen 16. Utbulingen 46 er konfigurert til direkte å grense opp til luftfoilens trykkside 20 ved en posisjon nedstrøms, eller aktenfor, den fremre kant 24. Bollen 48 er konfigurert til direkte å grense opp til spyletrauet 38 og luftfoilens sugeside 22 aktenfor den fremre kant 24.

[0052]Ved å bruke spyletrauet 38, går spylestrømmen 15 lettere inn i kjerne-strømmen 13, med trajektorien for spylestrømmen 15 opprettholdt nærmere plattformen 16 idet den løftes av plattformen 16 på sugesiden 22. Dette minimerer et etterfølgende nedsveip av varm kjernestrøm 13 på trykksiden 20. Dette resulterer i at en mindre blandet fluidstrøm forlater strømningspassasjene 36.

[0053]Ved å inkorporere den fremre kants utbuling 46 og bolle 48 i en utførelsesform som innbefatter spyletrauet 38, kan de innkommende hestesko-virvler forskyves med lokal strømlinjekrumning for forbrenningsgassene 12 rundt utbulingen 46. Tilsvarende kan den radialt utoverrettede migrasjon av hestesko-virvlene avbrytes tidlig i strømningspassasjen 36 med bollen 48.

[0054]Som tidligere unngått, spyletrauet 38 er effektivt for å forandre det lokale stagnasjonspunkt ved foten av luftfoilen, for styring av spylestrømmen inn i kjernestrømmen, hvilket styrer omfanget av blanding som opptrer, så vel som styring av trajektorien til spylestrømmen og dens etterfølgende forening med sugeside-benet av hestsko-virvelen.

[0055]Når de er inkludert er utbulingen 46 og bollen 48 effektive til å redusere strømningsakselerasjon for forbrenningsgassene 12, hvilket øker lokalt statisk trykk, endring av gradienter i gasstrykk, redusering av virvelstrekking og redusering av omorientering av hestesko-virvlene idet de vandrer nestrøms gjennom strømningspassasjene 36. Disse kombinerte effekter begrenser hestesko-virvlenes evne til å migrere radialt utover langs luftfoil-sugesiden 22, og reduserer virvelstyrken, og øker i sin tur samlet virkningsgrad for turbintrinnet.

[0056]Som angitt ovenfor, fig. 2 er et flateformet riss av plattformene 16 med isokliner for lik elevasjon i forhold til null-referanse overflaten. Figur 3 illustrerer plattformene 16 i isometrisk riss med superponerte overflategradientlinjer, for å fremheve den varierende 3D-kontur av plattformene 16 mellom de fremre og aktre ender av hver plattform 16 og i omkretsretningen eller sideveis mellom nærliggende luftfoiler 14.

[0057]Siden plattformene 16 strekker seg på begge sider av hver luftfoil 14, typisk med små forlengelser forover for den fremre kant 24 og aktenfor den bakre kant 26, vil spyletrauet 38, den hevede utbuling 46 og den nedsenkede bolle 48 gå jevnt over i hverandre på en foretrukket måte for å minimere blanding av spyle-strømmen 15 og redusere styrken av hestesko-virvlene. Utbulingen 46 reduseres fortrinnsvis i høyde eller elevasjon idet den strekker seg aktenover og i sideretning langs trykksiden 20 for å gå sammen med bollen 48 langs sugesiden 22, og spyletrauet 38 strekker seg inn i blandeområdet 40 av plattformen 16 mot spyle hulrommet. Bollen 48 strekker seg langs sugesiden 22 mellom de fremre og bakre kanter 24, 26, med begynnelse for eksempel nær den fremre kant 24, og går gradvis over i spyletrauet 38 og avsluttes tilnærmet midtveis luftfoilen 14 mot den bakre kant 26.

[0058]Figurene 2-4 illustrerer best at spyletrauet 38 er konfigurert i sideretningen utenfor sentrum med maksimal dybde ved sugesiden 22 foran den fremre kant 24, for å strekke seg inn i blandeområdet 40 av plattformen 16. Spyletrauet 38 går videre gradvis inn i bollen 48 aktenfor den fremre kant 24.

[0059]Figurene 2 og 4 illustrerer best at utbulingen 46 er sentrert med maksimum høyde ved trykksiden 20 av luftfoilen 14, aktenfor den fremre kant 24, og reduseres i høyde aktenfor den fremre kant 24 og mot den bakre kant 26, så vel som i sideretning eller omkretsretning fra trykksiden 20 av en luftfoil 14 mot sugesiden 22 av den neste nærliggende luftfoil 14.

[0060]Figurene 2 og 5 illustrerer best at bollen 48 er sentrert med maksimum dybde ved sugesiden 22 nær maksimum sideveis tykkelse av hver luftfoil i dens hump-region, og går aktenfor den fremre kant 24 gradvis inn i spyletrauet 38, mens den reduseres i dybde mot den bakre kant 26, så vel som sideveis eller i omkretsretningen fra sugesiden 22 av en luftfoil 14 mot trykksiden 20 av den neste nærliggende luftfoil 14, hvor den forenes med den hevede utbuling 46.

[0061]Figur 4 illustrerer skjematisk de innkommende forbrenningsgasser 12 som har et korresponderende grensesjikt hvor hastigheten til forbrenningsgassene 12 er null direkte ved strømningsoverflaten av plattformen 16, og raskt øker til fristrøm-hastigheten. Tykkelsen av grensesjiktene varierer fra cirka 2% til cirka 15 prosent av den radiale høyde eller spenn av luftfoilen 14. I tillegg illustreres den innkommende spylestrøm 15 på spyletrauet 38. Størrelsen av plattformens bølgeform, omfattende spyletrauet 38, og den valgfrie utbuling 46 og bolle 48, kan være forholdsvis liten for spesifikt å minimere tap på grunn av sekundære strømmer, minimere blanding av spylestrømmen 15 med kjernestrømmen 13, og redusere styrken i hestesko-virvlene for å øke tubinens aerodynamiske virkningsgrad.

[0062]Spyletrauet 38, som vist på fig. 2 og 4, har en maksimum dybde som kan skaleres med nivået av spylestrømmen. Utbulingen 46, som vist på fig. 2 og 4, har en maksimum høyde som generelt er lik tykkelsen av det innkommende grense sjikt av forbrenningsgasser 12 når de først kanaliseres over plattformene 16. Tilsvarende har bollen 48 en maksimum dybde som er mindre en cirka maksimum høyde av utbulingen 46. På fig. 2 har isoklinene blitt merket med vilkårlige tall fra null-referanse overflaten, med utbulingen 46 økende i høyde til en eksemplifiserende størrelse på cirka +6, med bollen 48 økende i dybde til en maksimal dybde på cirka -5, og spyletrauet 38 går gradvis over i bollen 48 og på blandeområdet 40 av plattformen 16 og har en maksimum dybde på cirka -3.

[0063]Disse eksemplifiserende tall er kun representative for den foranderlige kontur av den bølgeformede plattform 16. De faktiske størrelser av spyletrauet 38, utbulingen 46 og bollen 48 vil bli bestemt for hver bestemte design, med maksimum dybde av spyletrauet 38 varierende fra 0,25 til 1,1 mm, og bollen varierende fra cirka 0,94 mm til cirka 1,6 mm, og høyden av utbulingen 46 varierende fra cirka 1,0 mm til cirka 11,4 mm for turbinluftfoiler varierende i høyde fra 5 cm til cirka 7,5 cm.

[0064]Figurene 2 og 4 illustrerer også at spyletrauet 38 generelt er halvkule-formet tangensialt mot spylehulrommet, og mer bestemt i blandeområdet 40 av plattformen 16, og generelt konkavt i sideretning fra sitt startpunkt for maksimum dybde som er posisjonert direkte i og som strekker seg over blandeområdet 40 av plattformen 16 mellom den fremre kant 24 og sugesiden 22 av luftfoilen 14. Spyletrauet 38 strekker seg akterover mot den bakre kant 26 for å gå gradvis over i eller jevnt omdannes til bollen 48 når den er tilstede. Utbulingen 46 er generelt halvkule-formet mot trykksiden 20 av luftfoilen 14, og generelt konveks både forover mot den fremre kant 24 og i retning akterover mot den bakre kant 26. I det aksiale plan som strekker seg i omkretsretningen mellom de fremre kanter 24 av luftfoil-raden, er utbulingene 46 koniske i snitt mellom de konvekse fremre og aktre partier derav i den eksemplifiserende utførelsesform illustrert på fig. 4, for hvilken beregningsmessig strømningsanalyse predikerer en signifikant reduksjon i virvelens styrke og migrasjon. Den eksemplifiserende bolle 48 illustrert på fig. 2 og 5 er generelt konkav i sideretning fra sitt startpunkt for maksimum dybde som er posisjonert direkte på sugesiden av hver luftfoil 14, og som gradvis går over i spyletrauet 38. Bollen 48 er, i likhet med utbulingen 46, generelt halvkule-formet, men konkavt sentrert på luftfoilens sugeside 22.

[0065]Figurene 2 og 4 illustrerer overgangen mellom spyletrauet 38 og bollen 48 på luftfoilens sugeside 22, og den hevede utbuling 46 på luftfoilens trykkside 20. Mer spesifikt, utbulingen 46 konfigurert aktenfor den fremre kant 24 på trykksiden 20 reduseres gradvis, langs den lengre utstrekning av trykksiden 20 til den bakre kant 26. Den gradvise overgang av utbulingen 46 til den bakre kant 26 danner en ryggforlengelse av utbulingen 46 som reduseres i elevasjon.

[0066]Tilsvarende, spyletrauet 38 og bollen 48 øker i dybde gradvis mot den fremre kant 24 av luftfoilen 14 og på blandeområdet 40 for å danne et innløp for spylestrømmen 15. Spyletrauet 38 og den nedsenkede bolle 48 går gradvis over i den hevede utbuling 46, gradvis langs den lengre utstrekning av sugesiden 22 aktenfor den bakre kant 26, som best illustrert på fig. 2 og 3.

[0067]Figurene 2 og 5 illustrerer at spyletrauet 38 går gradvis inn i bollen 48, som minker i dybde langs sugesiden 22 fra sin maksimum dybde som strekker seg fra spyletrauet 38 nær blandeområdet 40 av plattformen til nær luftfoilens hump mot den bakre kant 26. Utbulingen 46 minker kontinuerlig i høyde langs trykksiden 20 fra sin maksimum høyde aktenfor den fremre kant 24 til den bakre kant 26. Både utbulingen 46 og bollen 48 går gradvis sammen rundt den bakre kant 26 og avsluttes sideveis eller i omkretsretningen i de korresponderende strømnings-passasjer 36 mellom de bakre kanter 26 ved null-referanse elevasjonen.

[0068]Figurene 2 og 4 illustrerer at spyletrauene 38, som fortrinnsvis begynner eller starter foran de fremre kanter 24 og omformes til bollene 48 og utbulingene 46, som fortrinnsvis begynner eller starter aktenfor de fremre kanter 24, i sideretning derimellom danner eller avgrenser en aksialt bueformet renne eller kanal 42 langs null-elevasjonskonturen derimellom. Den renneformede kanal 42 strekker seg aksialt langs den individuelle plattform 16 mellom nærliggende luftfoiler 14, idet den begynner foran de fremre kanter 24 og avsluttes ved de bakre kanter 26, eller aktenfor dette, etter ønske, innenfor det tilgjengelige overflaterom av plattformene 16.

[0069]Null-elevasjonskonturene kan være en enkelt linje, eller et land av passende bredde, mellom utbulingen 16 og bollen 48. I land-utførelsesformen, går den konvekse utbuling 46 fortrinnsvis gradvis over i en side av landet gjennom en bøyningsregion med en konkav overgang med landet. Spyletrauet 38 og den konkave bolle 48 går fortrinnsvis gradvis sammen med den andre siden av landet gjennom en annen bøyningsregion med en konveks overgang med landet.

[0070]Siden det eksemplifiserende turbintrinn illustrert på figurene er konfigurert som et turbinrotor-trinn, er de individuelle plattformer 16 helt sammenføyd til foten av hver luftfoil 14, med en korresponderende svalehale 18 (fig. 2) der nedenfor, hvor plattformene 16 i fellesskap avgrenser den radialt indre grense eller endevegger for strømmen 12 av forbrenningsgass. Hver plattform 16 grenser derfor opptil en nærliggende plattform ved en aksial splittlinje 56, idet splittlinjene 56 deler i to eller splitter mellom-luftfoil-bollene 48 aksialt mellom de fremre og bakre kanter 24, 26 i komplementære første bollepartier 52 og andre bollepartier 54. Dette er best illustrert på fig. 2, hvor plattformen 16 har partier som strekker seg fra de motsatte trykk- og sugesider 20, 22 av luftfoilen 14. Utbulingen 46 er anordnet primært på trykksiden 20 av plattformen 16. Sugeside-partiet 22 av plattformen 16 innbefatter det første bolleparti 52 som strekker seg over meste-parten av plattformens 16 overflate og strekker seg inn i blandeområdet 40 av spylehulrommet for å danne spyletrauet 38.

[0071]Det første bolleparti 52 er imidlertid ved hjelp av den aksiale splittlinje 56 avbrutt fra det komplementære andre bolleparti 54 som er dannet i ett med utbulingen 46 på trykksiden 20 av den neste nærliggende plattform 16. Det første bolleparti 52 på en plattform 16 er komplementært med det andre bolleparti 54 på den neste nærliggende plattform 16, og avgrenser i fellesskap et enkelt, fullstendig spyletrau 38 med overgang og en bolle 48 som strekker seg fra sugesiden 22 av en luftfoil 14 til utbulingen 46 og dens rygg langs trykksiden 20 av den neste nærliggende luftfoil 14.

[0072]De aksiale splittlinjer 56 avbryter omkretskontinuiteten for hele turbinrad-trinnet, og tillater individuelle fabrikasjon av hvert turbinblad på en konvensjonell måte, så som med støping. Den samlede konfigurasjon av turbinbladet innbefattende dets luftfoil 14, plattform 16 og svalehale 18 kan støpes på en konvensjonell måte, og dets bølgeformede trekk kan også støpes i ett deri, der hvor det er gjennomførbart.

[0073]Plattformene 16 kan alternativt støpes med nominelle aksesymmetriske plattformer med lokalt hevet materiale for utbulingen 46, som deretter kan maskineres ved bruk av konvensjonell gnistbearbeiding (electrical discharge machining, EDM) eller elektrokjemisk maskinering (electro chemical machining, ECM) for dannelse av 3D-konturen av den bølgeformede plattform 16, innbefattende sluttkonturene av spyletrauet 38, utbulingen 46 og bollen 48.

[0074]Siden gradientlinjene for bollepartiene 48 på sugesiden 22 av luftfoilen 14, som illustrert på fig. 2, generelt går i omkretsretningen, kan 3D-bollekonturene endres til 2D-konturer som varierer lineært i omkretsretningen for enklere å tillate støping av disse ved bruk av konvensjonelle støpeform-halvdeler, hvis dette er ønskelig.

[0075]Et signifikant trekk ved de bølgeformede plattformer 16 illustrert på fig. 2 og 4 er spyletrauet 38 anordnet med utstrekning inn i blandeområdet 40 av spylehulrommet, og som strekker seg akterover for å gå gradvis over i bollen 48. Hvert spyletrau 38 er fortrinnsvis konfigurert med utstrekning i sideretningen mellom de fremre kanter 24 av nærliggende luftfoiler 14, og mer bestemt mellom den fremre kant 24 og sugesiden 22 av luftfoilen. I en alternativ utførelsesform kan spyletrauene 38 være konfigurert til å strekke seg i sideretningen foran den fremre kant 24 av en luftfoil, og ha sin utstrekning i en sideveis posisjon til så vidt foran et minkende aspekt av utbulingen 46 av den nærliggende luftfoil 14 til sugesiden 22 av luftfoilen (beskrevet i det inneværende). Spyletrauene 38 går raskt over i den korresponderende bolle 48 som strekker seg over størstedelen av sugesiden 22.

[0076]Spyletrauene 38 tilveiebringer en reduksjon i blanding av spylestrømmen 15 og kjernestrømmen 13, hvilket minimerer et etterfølgende nedsveip av kjerne-strømmen 13 på trykksiden 20, for å fylle tilbake med fluid og svekke dannelsen av hestesko-virvler i deres begynnelse. Spyletrauene 38 modifiserer videre den statiske trykkgradient for krysspassasje som tilveiebringer energi til hestesko-virvlene. Den hevede utbuling 46, konfigurert direkte aktenfor den fremre kant 24, tilveiebringer ytterligere svekking av hestesko-virvlene. Hver utbuling 46 strekker seg fortrinnsvis for den største del fra aktenfor den fremre kant 24 og i en retning akterut langs trykksiden 20 til den bakre kant 26.

[0077]Konturen av hver luftfoil 14, og vridning eller vinkelposisjon av denne, er valgt for hver design-applikasjon, slik at den fremre kant 24 av luftfoilen 14 først mottar forbrenningsgassene 12, typisk i en skrå vinkel fra den aksiale senterlinje-akse, og spylestrømmen 15, hvilket holder den nær plattformens 16 overflate når den løftes av plattformen 16 på sugesiden 22. Forbrenningsgassene 12, som kjernestrømmen 13, og spylestrømmen 15 dreies idet de strømmer gjennom de krumme strømningspassasjer 36 mellom luftfoilene 14. Det naturlige stagnasjonspunkt for de innkommende forbrenningsgasser 12 kan innrettes med selve den fremre kant 24, eller innrettes nært tilgrensende dertil enten på trykk- eller sugesidene 20, 22 av luftfoilen 14.

[0078]Følgelig, for hver bestemte design-anvendelse, kan i det minste det ene av spyletrauet 38 eller utbulingen 46 være sentrert ved det naturlige stagnasjonspunkt nær den fremre kantregion av luftfoilen 14. Det således posisjonerte spyletrau 38, utbuling 46 og den komplementære bolle 48 blir spesifikt innført i de radialt indre plattformer 16 av turbinrotorbladene 10 for å samvirke med hverandre med synergi for å redusere blandingen av spylestrømmen 15 med kjernestrøm-men 13 og modifisere den statiske trykkgradient for krysspassasjen som driver hestesko-virvlene mot luftfoilens sugeside 22, hvilket reduserer styrken av hestesko-virvlene som strekkes og pakkes rundt den fremre kant 24 og strømmer nedstrøms gjennom strømningspassasjene 36.

[0079]Kombinasjonen av redusert tap på grunn av sekundære strømmer, virvel-styrke og endrede trykkgradienter reduserer migrasjon av virvlene mot luftfoilens sugeside 22, og reduserer virvlenes tendens til å migrere langs spennet av luftfoilen 14 for korresponderende å redusere tap i turbinens aerodynamiske virkningsgrad.

[0080]En annen eksemplifiserende utførelsesform er vist på fig. 6 og 7. Hver av disse figurer ligner det som er på fig. 1, henholdvis 2, omtalt ovenfor. I hver av de illustrerte fig. 6 og 7, i tillegg til spyletrauet 38, utbulingen 46 og bollen 48, er imidlertid en bakre kantrygg 50 konfigurert ved den bakre kant 26 av luftfoilene 14. På lignende vis som utbulingen 46 tidligere omtalt, er den bakre kantrygg 50 en utbulende eller bølgeformet plattform som stiger oppover (+) inn i strømnings-passasjen 36 fra plattformene 16 som avgrenser de radialt indre endevegger. Det tas i tillegg ad notam at i den illustrerte utførelsesform på fig. 6 og 7, er spyletrauet 38 konfigurert med en maksimum dybde ved den fremre kant 24, og mer bestemt ved cirka 0% av bredden "x" av passasjen 36 (tidligere beskrevet) og strekker seg inn i både blandeområdet 41 og på i det minste et parti av spylehulrommets vegg 41. Det skal forstås at i en alternativ utførelsesform er et spyletrau 38 konfigurert som beskrevet på fig. 2-6 forventet i forbindelse med den beskrevne bakre kantrygg 50.

[0081]I utførelsesformen avbildet på fig. 6 og 7 er den bakre kantrygg 50 vist i en konfigurasjon med spyletrauet 38, utbulingen 46 og bollen 48. I en annen utførelsesform er imidlertid kun spyletrauet 38 og de bakre kanters rygg 50 tilstede. I en ytterligere eksemplifiserende utførelsesform er den bakre kantrygg 50 koblet sammen med det ene av utbulingens 46 formasjon eller bollens 48 formasjon. Den foreliggende offentliggjøring er i dette henseende ikke begrenset, ettersom kombinasjonen av anvendte bølgeformede overflater er valgt for bestemte operasjonelle parametere og design-parametere, så som masse-strømningsmengde, osv.

[0082]I likhet med drøftelsen som vedrører utbulingen 46, stiger den bakre kantrygg 50 inn i strømningspassasjen 36. Som vist med konturlinjene nærliggende den bakre kant 46, på fig. 7, er hellingen av den bakre kantrygg 50 brattere enn for utbulingen 46. I andre eksemplifiserende utførelsesformer kan hellingen imidlertid ligne, eller være mindre enn, den som er for utbulingen 46.

[0083]Videre, i en eksemplifiserende utførelsesform har strukturen av den bakre kantrygg 50 nærmest den bakre kant 26 den bratteste hellingen, mens, ettersom avstanden fra den bakre kant 26, langs plattformen 16, øker, reduseres hellingen, og den blir mer gradvis, slik at det tilveiebringes en mer gradvis og jevn overgang til plattformens 16 overflate.

[0084]Tilstedeværelsen av den bakre kantrygg 50 kan modifisere belastningen av luftfoilen 14 nær endeveggen. Denne modifikasjon kan resultere i økt løft, en endring av hesteskoen og sekundære strømningsstrukturer, en forandring i støtstrukturene og ledsagende tap, så vel som en modifikasjon av varmeover-føringen.

[0085]Ved å la den bakre kantrygg 50 gå gradvis inn i den bakre kant 26 av luftfoilen 14 og plattformen 16, kan det oppnås en økning i den aerodynamiske virkningsgrad av luftfoilen 14, og således turbinen som en helhet. Den bakre kantrygg 50 kan nemlig virke slik at den øker arealet for aerodynamisk belastning av luftfoilen som danner luftfoilen 14. Ved å øke det arealet som kan bære belastning, kan den operasjonelle ytelse av turbinen økes, hvilket resulterer i at mer arbeid trekkes ut fra turbinen. Sagt på en annen måte, inkluderingen av den bakre kantrygg 50 kan, i denne utførelsesform, virke slik at den forlenger krumningslinjen for luftfoilen 14 nær endeveggen. Ytterligere belastning utover den bakre kant 26 kan således bæres. Den aerodynamiske effekt av denne ytterligere belastning virker som en overkrumming av luftfoilen 14, hvor endeveggens belastning er redusert nær midtpassasjen av luftfoilen 14, men er økt nær den bakre kant 26. Hastigheter nær endeveggen er således langsommere, hvelvingen økes og den primære turbinstrøm forskyves mot midtspenn-seksjonen. Resultatet av denne effektive overkrumming er en reduksjon i overflatefriksjon og sekundær strøm. En overkrumming som er effektiv oppnås således i turbinen uten å modifisere hele luftfoilen 14.

[0086]I tillegg, tilstedeværelsen av den bakre kantrygg 50 gir adgang til manipulasjon av den operasjonelle termiske profil ved den bakre kant 26 av luftfoilen 14. Dette er fordi modifikasjonen i sekundær strøm (drøftet ovenfor) kan forandre eller forårsake en reduksjon i konvektiv blanding og/eller varmeoverføring som normalt kan bringe den varme kjernestrømmen 13 i kontakt med endeveggene. Den bakre kant 26 av luftfoilen 14 kan være lokaliseringen for høye temperatur-konsentrasjoner, og begrenser således strukturell ytelse av bladet 10 og endeveggen ved den bakre kant 26. Inkluderingen av den bakre kantrygg 40 gir adgang til manipulasjon av den termiske profil. En ønsket termisk fordeling kan således oppnås, og kan optimeres, hvilket resulterer i en reduksjon i den påkrevde kjøling.

[0087]Formen og den bølgeformede kontur av den bakre kantrygg 50 sammen med spyletrauet 38, uansett om det anvendes sammen med utbulingene 46 og/eller bollene 48, er bestemt for å optimere ytelse av luftfoilene 14 og turbinen. For eksempel er formen av den bakre kantrygg 50 optimert enten for aerodynamisk ytelse eller varighet eller begge deler, avhengig av de ønskede ytelsesparametere og karakteristika.

[0088]Som vist på fig. 6 og 7, den bakre kantrygg 50 grenser direkte opp til den bakre kant 26 av luftfoilen 14. Videre, i utførelsesformen vist på disse figurer, grenser den bakre kantrygg 50 opp til både luftfoilens sugeside 22 og trykksiden 20. I en annen utførelsesform grenser den bakre kantrygg 50 opptil og strekker seg fra den bakre kant 26, som vist, og grenser opp til kun det ene av trykksiden

20 eller sugesiden 22, avhengig av design og operasjonelle parametere. I en ytterligere alternativ utførelsesform grenser den bakre kantrygg 50 opp til og strekker seg fra den bakre kant 26, som vist, men grenser ikke opp til verken trykksiden 20 eller sugesiden 22.

[0089]I en ytterligere eksemplifiserende utførelsesform kan en ytterligere bolle og/eller utbuling (ikke vist) være posisjonert på overflaten 16 i et punkt nedstrøms for den bakre kantrygg 50. I en slik utførelsesform kan bollen og/eller utbulingen hjelpe til med undertrykkelse av virvler eller på annen måte optimere de operasjonelle parametere og ytelsesparametere for forskjellige utførelser av den foreliggende offentliggjøring.

[0090]I utførelsesformene vist på fig. 6 og 7 er den maksimale høyde (dvs. positiv (+) forskyvning ovenfor plattformen 16) av den bakre kantrygg 50 ved den bakre kant 26, og høyden av den bakre kantrygg 50 reduseres ettersom den bakre kantrygg 50 strekker seg bort fra luftfoilens 14 overflater. Den bakre kantrygg 50 går jevnt over i overflaten 16, for å påvirke effektiv strukturell og termisk last-fordeling. I en utførelsesform hvor spyletrauet 28, den bakre kantrygg 50 og enten den ene, eller begge, av utbulingens 46 og bollens 48 bølgeformede overflater er tilstede, omdannes den bakre kantrygg 50 jevnt til disse overflater og referanse-overflaten som optimert for design og ytelsesformål.

[0091]I en utførelsesform hvor den bakre kantrygg 50 og utbulingen 46 er inkludert, kan maksimum høyde av den bakre kantrygg 50 stemme overens med den som er for utbulingen 46, som har en maksimum høyde som generelt er lik tykkelsen av det innkommende grensesjikt for forbrenningsgasser 12 (se tidligere drøftelse). Det er imidlertid tenkelig at basert på varierende operasjonelle parametere, kan høyden av den bakre kantrygg 50 være høyere enn, eller lavere enn, høyden av utbulingen 46.

[0092]I en eksemplifiserende utførelsesform, som med spyletrauet 38, utbulingen 46 og bollen 48, forbinder den bakre kantrygg 50 fotenden av luftfoilen 14 og den bakre kant 26 med en struktur av avrundingstypen som er egnet til å tilveiebringe den nødvendige strukturelle integritet og ytelse.

[0093]Som tidligere omtalt, i en utførelse er plattformene 16 helt sammenføyd med foten av hver luftfoil 14. Fremstilling av en utførelsesform med et spyletrau 38 og en bakre kantrygg 50 som beskrevet ovenfor kan ligne de fremstillingsmetoder som tidligere er omtalt. Den samlede konfigurasjon av turbinbladet innbefattende dets luftfoil 14, plattform 16 og svalehale 18 kan nemlig støpes på en konven sjonell måte, og den bølgeformede plattform innbefattende i det minste spyletrauet 38 og den bakre kantrygg 50 kan støpes i ett deri, der hvor det er gjennomførbart. Alternativt kan plattformene 16 støpes med nominelle aksesymmetriske plattformer med lokalt hevet materiale for den bakre kantrygg 50, som deretter kan maskineres ved bruk av konvensjonell gnistbearbeiding (electrical discharge machining, EDM) eller elektrokjemisk maskinering (electro chemical machining, ECM) for dannelse av 3D-konturen av den bølgeformede plattform, innbefattende de endelige konturer av ryggen. Alle andre kjente og brukte fremgangsmåter for fremstilling kan selvsagt anvendes, ettersom de forskjellige utførelsesformer av den foreliggende offentliggjøring ikke er begrenset i dette henseende.

[0094]I en eksemplifiserende utførelsesform er orienteringen av den bakre kantrygg 50 slik at den følger den midlere krumningslinje for luftfoilens form. Den foreliggende utførelsesform er imidlertid ikke begrenset i dette henseende, ettersom orienteringen og den samlede form av den bakre kantrygg 50 og dens kontur må optimeres slik at de ønskede operasjonelle parametere og ytelsesparametere oppnås. Det er godt innenfor evnen til en dyktig fagperson å utføre slik optimering.

[0095]De bølgeformede plattformer har blitt offentliggjort ovenfor for en turbinrotor, men kan også anvendes på en turbindyse. I en turbindyse er turbinens skovler montert integrert i radialt ytre og indre endevegger eller ringer, som typisk er aksesym metriske sirkulære profiler rundt senterlinje-aksen. Både de indre og ytre ringer kan være bølgeformet på en måte som ligner det som er offentliggjort ovenfor, for å redusere de negative effekter av de korresponderende sekundære virvler generert ved de motsatte ender av turbindyse-skovlene og økning aerodynamisk belastning og virkningsgrad samtidig med tilveiebringelse av fordelaktig termisk fordeling.

[0096]Den bølgeformede plattform 16 kan derfor brukes til å øke aerodynamisk virkningsgrad i enhver type turbinmotor, og for enhver type turbin-luftfoil. Ytterligere eksempler innbefatter skiver med blader (blisks) for turbinrotorer, hvor luftfoilene er dannet i ett med perimeteren av rotorskiven. Lavtrykks turbinblader kan innbefatte integrerte ytre kapper hvor den bølgeformede plattform også kan være innført. Videre kan dampturbinblader og -skovler også innbefatte de bølge-formede plattformer ved de korresponderende fotender derav. I tillegg kan forskjellige utførelsesformer anvendes i andre lignende applikasjoner, så som pumper, vifter, turbiner og lignende. Utførelsesformer som her er offentliggjort er ikke begrenset i dette henseende.

[0097]Moderne datamaskin-fluiddynamikk-analyse gir nå adgang til evaluering av forskjellige permutasjoner av de bølgeformede plattformer 16 for å minimere blanding av en spylestrøm 15 og en kjernestrøm 13, samtidig med redusering av virvler for å øke turbinens virkningsgrad. De spesifikke konturer av spyletrauene 38, utbulingene 46, bollene 48 og de bakre rygger 50 vil variere som en funksjon av den spesifikke design, men formen av spyletrauet 38 som strekker seg inn i blandeområdet 40 av spylehulrommet, den hevede utbuling 46 på luftfoilens trykkside 20 ved den fremre kant 24, den nedsenkede bolle 48 langs sugesiden 22 som gradvis går over i spyletrauet 38, og den bakre kantrygg 50 ved luftfoilens bakre kant 26 vil forbli lignende for spesifikt å redusere de negative effekter av blandingen av spylestrømmen 15 med kjernestrømmen 13 og effekter av virvler generert når forbrenningsgassene 12 splittes over luftfoilens fremre kanter 24, redusert aerodynamisk belastning og uønskede termiske fordelinger.

[0098]I forskjellige utførelsesformer går henholdsvis spyletrauene 38, utbulingene 46, bollene 48 og de bakre rygger 50 gradvis over i hverandre og luftfoilen 14 via avrundingsstrukturer som her beskrevet. For eksempel vis spyletrauet 38 og bollen 48 gå gradvis over i hverandre, så vel som at spyletrauet 38 og utbulingen 46 går gradvis over i hverandre med avrundinger, mens den bakre kantrygg 50 og bollen 48 går gradvis over i hverandre. Det skal forstås at de samlede konturer, gradvise overganger og avrundingsstrukturer kan optimeres som nødvendig.

[0099]Selv om det her har blitt beskrevet det som anses å være de foretrukne og eksemplifiserende utførelsesformer av den foreliggende offentliggjøring, vil andre modifikasjoner være åpenbare for de som har fagkunnskap innen teknikken fra den lære som her er fremsatt, og det er derfor ønskelig at de vedføyde krav beskytter alle slike modifikasjoner som faller innenfor offentliggjøringens sanne ide og omfang.

Claims (10)

1. Turbintrinn, omfattende: en rad av luftfoiler (14) helt sammenføyd med korresponderende plattformer (16) og med innbyrdes avstand i sideretning for å avgrense respektive strømnings-passasjer (36) derimellom for kanalisering av gasser (13, 19), hver strømnings-passasje (36) har en bredde; hver av nevnte luftfoiler (14) innbefatter en konkav trykkside (20) og en i sideretningen motsatt konveks sugeside (22) som strekker seg i korde mellom motsatte fremre og bakre kanter (24, 26); og i det minste noen av nevnte plattformer (16) har en bølgeformet strømnings-overflate innbefattende et spyletrau (38) som strekker seg tangensialt inn i et blandeområde (40) og i det minste et parti av en spylehulromsvegg (41) av plattformen (16), og strekker seg aksialt mot sugesiden (22) av luftfoilen (14), aktenfor den fremre kant (22), for å kanalisere en spylestrøm (19).

2. Turbintrinn som angitt i krav 1, hvor nevnte spyletrau (38) er konfigurert med en maksimum dybde sideveis ved en lokalisering -10% til 60% av bredden av passasjen (36) dannet mellom de fremre kanter (24) av nærliggende luftfoiler (14), hvor slik måling måles med begynnelse fra den fremre kant (24) av en første luftfoil (14) som strekker seg i sideretningen mot den konvekse sugeside (22) av den første luftfoil (14) og mot den fremre kant (24) av en andre nærliggende luftfoil (14) ved den konkave trykkside (20) av den andre nærliggende luftfoil (14).

3. Turbintrinn som angitt i krav 2, hvor spyletrauet (38) er konfigurert med en maksimum dybde-lokalisering ved en posisjon aksialt nedstrøms for de fremre kanter (24) og inne i passasjen (36) dannet derimellom.

4. Turbintrinn som angitt i krav 2, hvor nevnte spyletrau (38) er konfigurert med en maksimum dybde i sideretning ved en lokalisering tilnærmet midtveis mellom de fremre kanter (24) av nærliggende luftfoiler (14).

5. Turbintrinn som angitt i krav 1, hvor nevnte spyletrau (38) er konfigurert med en maksimum dybde aksialt ved en lokalisering foran den fremre kant (24) av luftfoilen (14).

6. Turbintrinn som angitt i krav 1, hvor i det minste noen av nevnte plattformer (16) innbefatter en utbuling (46) som strekker seg langs et parti av nevnte luftfoiler (14) og er koblet til nevnte minst noen plattformer (16), utbulingene (46) grenser opp til nevnte trykkside (20) aktenfor nevnte fremre kant (24) av hver respektive luftfoil (14) med de respektive plattformer (16).

7. Turbintrinn som angitt i krav 1, hvor i det minste noen av nevnte plattformer (16) innbefatter en bolle (48) som strekker seg langs et parti av nevnte luftfoiler (14) og er koblet til nevnte minst noen plattformer (16), bollene (48) grenser opp til nevnte spyletrau (38) og nevnte sugeside (22) aktenfor nevnte fremre kant (24) av hver respektive luftfoil (14) med de respektive plattformer (16).

8. Turbintrinn som angitt i krav 1, hvor i det minste noen av nevnte plattformer (16) innbefatter en bakre kantrygg-struktur (50) som strekker seg langs et parti av nevnte luftfoiler (14) og er koblet til nevnte minst noen plattformer (16), de bakre kantrygg-strukturer (50) grenser opp til nevnte trykkside (20), nevnte sugeside (22) og nevnte bakre kant (26) av hver respektive luftfoil (14) med de respektive plattformer (16).

9. Turbinblad (10) omfattende: en luftfoil (14) helt sammenføyd til en plattform (16), og med i sideretningen motsatte trykk- og sugesider (20, 22) som strekker seg i korde mellom aksialt motsatte fremre og bakre kanter (24, 26); og nevnte plattform (16) innbefatter et spyletrau (28) som strekker seg tangensialt inn i et blandeområde (40) og i det minste et parti av en spylehulromsvegg (41) av plattformen (16), spyletrauet (38) strekker seg aksialt mot sugesiden (22) av luftfoilen (14), aktenfor den fremre kant (24), for å kanalisere en spyle-strøm (19).

10. Blad (10) som angitt i krav 9, videre innbefattende en utbuling (46) som grenser opp til nevnte trykkside (20) aktenfor nevnte fremre kant (24), et første bolleparti (52) som grenser opp til nevnte spyletrau (38) og nevnte sugeside (22) aktenfor nevnte fremre kant (24), og et andre bolleparti (54) dannet i ett med nevnte utbuling (46) på nevnte trykkside (20), og som er komplementært med nevnte første bolleparti (52), for dermed på et nærliggende blad (10) å avgrense en felles bolle (48).