專利名稱：帶有漸縮后緣區(qū)的渦輪翼片的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總地涉及燃?xì)鉁u輪部件，且更特定地涉及渦輪翼片。
背景技術(shù)：
燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)包括為燃燒器提供壓縮空氣的壓縮機(jī)，在燃燒器中空氣與燃料混合并被點(diǎn)燃以產(chǎn)生熱燃燒氣體。該氣體向下游流向一個(gè)或多個(gè)渦輪，渦輪從氣體中獲取能量為壓縮機(jī)提供動(dòng)力并提供有用功，例如為飛行中的航空器提供動(dòng)力。在通常包括有放置在核心發(fā)動(dòng)機(jī)前方的風(fēng)扇的渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)中，高壓渦輪為核心發(fā)動(dòng)機(jī)的壓縮機(jī)提供動(dòng)力。低壓渦輪布置在高壓渦輪下游而為風(fēng)扇提供動(dòng)力。每個(gè)渦輪級通常包括靜止的渦輪噴嘴以及跟隨于其后的渦輪轉(zhuǎn)子，每個(gè)渦輪轉(zhuǎn)子包括多個(gè)空心翼片，翼片通過內(nèi)部對流冷卻和氣體側(cè)膜冷卻的組合被冷卻。
由于空氣動(dòng)力學(xué)效率的原因，高壓渦輪葉片或噴嘴典型地具有薄的后緣且因此不能容納延伸直至后緣端部的對流冷卻開口(即孔或槽)。這些開口典型地從后緣上游的壓力側(cè)表面開始。離開開口的冷卻空氣與外部熱氣體的一些混合且形成膜冷卻以保護(hù)下游后緣表面。對于后緣的恰好尾部端，槽膜冷卻通常為唯一的冷卻機(jī)制。后緣槽典型地離散且與分隔壁分開。分隔壁在槽外部延伸以形成所謂的區(qū)(land)。區(qū)在軸向方向上具有漸縮的高度且為后緣提供了結(jié)構(gòu)支撐。這些區(qū)暴露在壓力側(cè)的熱氣體中且得到量非常有限的從槽上溢出的膜冷卻。所以該區(qū)通常比區(qū)之間槽底處吸力側(cè)壁熱得多。因此需要為這些區(qū)提供冷卻。

發(fā)明內(nèi)容
通過本發(fā)明滿足上述需要，本發(fā)明根據(jù)一個(gè)方面提供了用于燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的翼片，翼片具有在前緣和后緣之間延伸的相對的壓力側(cè)壁和吸力側(cè)壁。翼片包括徑向間隔分開的縱向延伸區(qū)的陣列，區(qū)在其間限定了多個(gè)后緣槽。后緣槽的每個(gè)具有與翼片內(nèi)部流體連通的入口和與后緣流體連通的出口。區(qū)中的至少一個(gè)為漸縮的，使得該區(qū)在徑向上測量的寬度從吸力側(cè)壁向壓力側(cè)壁減小。
根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面，用于燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的翼片具有在前緣和后緣之間延伸的相對的壓力側(cè)壁和吸力側(cè)壁。翼片包括徑向間隔分開的縱向延伸區(qū)的陣列，區(qū)在其間限定了多個(gè)后緣槽。后緣槽的每個(gè)具有與翼片內(nèi)部流體連通的入口和與后緣流體連通的出口。區(qū)中的至少一個(gè)為漸縮的，使得該區(qū)在徑向上測量的寬度從吸力側(cè)壁向壓力側(cè)壁減?。辉搮^(qū)在徑向上測量的寬度從出口向后緣減??；且該區(qū)在周向上測量的厚度從出口向后緣減小。


通過參考如下結(jié)合附圖的描述，本發(fā)明將得以最好的理解，其中圖1是現(xiàn)有技術(shù)的渦輪葉片的透視圖；圖2是圖1中渦輪葉片的部分的側(cè)視圖；圖3是圖2中沿3-3線的視圖；圖4是根據(jù)本發(fā)明所構(gòu)造的渦輪葉片的透視圖；圖5是圖4中渦輪葉片的部分的側(cè)視圖；圖6是圖5中沿6-6線的視圖；圖7是圖5中沿7-7線的視圖，示出了后緣區(qū)的截面形狀；圖8是替代的后緣區(qū)的截面圖；圖9是另一個(gè)替代的后緣區(qū)的截面圖；以及圖10是渦輪翼片的后視圖，示出了可變半徑槽圓角。
具體實(shí)施例方式
參考各圖，其中在各不同的視圖中，為相同的部件賦予相同的標(biāo)號。圖1圖示了現(xiàn)有技術(shù)的渦輪葉片10。渦輪葉片10包括傳統(tǒng)的燕尾部12，用于當(dāng)運(yùn)行中盤轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)徑向地將葉片10保持在盤中。葉片根14徑向地從燕尾部12向上延伸且終止于平臺(tái)16，平臺(tái)16從葉片根14側(cè)向向外伸出且包圍葉片根14。平臺(tái)限定了經(jīng)過渦輪葉片10的燃燒氣體的一部分?？招囊砥?8從平臺(tái)16徑向向外延伸且延伸到熱氣體流中。翼片18具有凹入的壓力側(cè)壁20和凸出的吸力側(cè)壁22，二者在前緣24與后緣26處結(jié)合在一起。葉片合并有多個(gè)位于翼片壓力側(cè)20上的后緣槽28。后緣槽28通過多個(gè)縱向延伸區(qū)30被分開，縱向延伸區(qū)30從后緣槽28的出口34向后緣26延伸。
圖2和圖3更詳細(xì)地圖示了渦輪葉片10的后緣部分。每個(gè)區(qū)30在徑向方向上測量的寬度“w”從后緣槽出口34向后緣26減小。每個(gè)區(qū)30在周向方向上(即從翼片18的壓力側(cè)壁20向翼片的吸力側(cè)壁22)測量的厚度“t”從后緣槽出口34向后緣26減小。
在運(yùn)行中，冷卻空氣供給到翼片18的內(nèi)部。在選擇性地應(yīng)用于其它冷卻目的后，冷卻空氣通過后緣槽28轉(zhuǎn)移以冷卻后緣26。區(qū)30暴露于壓力側(cè)壁20處的熱氣體且得到量非常有限的從槽28上溢出的膜冷卻。所以區(qū)30通常比區(qū)30之間槽底處吸力側(cè)壁22熱得多。
根據(jù)本發(fā)明構(gòu)造的典型的渦輪葉片110在圖4中示出。注意到本發(fā)明同樣地適應(yīng)于其它類型的空心冷卻的翼片，例如靜止的渦輪噴嘴。渦輪葉片110包括燕尾部112、葉片根114和平臺(tái)116。空心翼片118從平臺(tái)116徑向地向外延伸且延伸到熱氣體流中。翼片118具有凹入的壓力側(cè)壁120和凸出的吸力側(cè)壁122，二者在前緣124和后緣126處結(jié)合在一起。除去在圖5、6和7中更詳細(xì)顯示的后緣部分外，葉片110在總體結(jié)構(gòu)上類似于現(xiàn)有技術(shù)的葉片10。葉片110合并有多個(gè)位于翼片118的壓力側(cè)壁120上的后緣槽128。后緣槽128通過多個(gè)縱向延伸區(qū)130被分開。
每個(gè)后緣槽128具有與翼片118內(nèi)部流體連通的入口(未示出)和下游出口134，在出口134中排出經(jīng)過后緣126上游的葉片110的壓力側(cè)壁120的排氣。每個(gè)區(qū)130具有位于后緣槽出口134處的前端138和位于翼片118的后緣126處的尾端140。如圖7所示，每個(gè)區(qū)130還具有鄰近吸力側(cè)壁122的基部142和與壓力側(cè)壁120齊平的頂表面144。一對側(cè)面146和148在每個(gè)區(qū)130的前端138和尾端140之間延伸。
區(qū)130被漸縮以減小位于最熱位置的表面積的量且改善冷卻膜的覆蓋。在圖5、6和7中所示的例子中，區(qū)130在三個(gè)方向上漸縮。每個(gè)區(qū)130在徑向方向上測量的寬度“W”從后緣槽出口134向后緣126減小。每個(gè)區(qū)130在周向方向上(即從翼片118的壓力側(cè)壁120向翼片的吸力側(cè)壁122)測量的厚度“T”從后緣槽出口134向后緣126減小。最后，每個(gè)區(qū)130在徑向方向上測量的寬度“W”從區(qū)130的基部142(即鄰近吸力側(cè)壁122)向區(qū)130的頂表面144減小。
從基部142到頂表面144的寬度“W”的漸縮可以以不同的方式實(shí)現(xiàn)。例如如圖7所示，區(qū)130的側(cè)面146和148通常是平的，而頂表面144為帶有小圓半徑的曲面。圖8繪出了另一個(gè)區(qū)130′，其中頂表面144′大體上是平的且具有大于頂表面144寬度的寬度。此設(shè)計(jì)可以比有半徑的頂表面144更容易制造。圖9示出了另一個(gè)替換的區(qū)130″，其中側(cè)面146″和148″具有凹入的彎曲且頂表面144″大體上是平的。這可以有助于從后緣槽128出來的冷卻流的擴(kuò)散且促進(jìn)區(qū)130″的膜覆蓋。
凹入的圓角150布置在側(cè)面146和148和吸力側(cè)壁122之間，位于區(qū)130的基部142。圓角150的半徑“R”可以從槽出口134到后緣126變化以改善冷卻膜的附著。例如，如圖10所示，圓角150可以在槽出口134處具有相對小的第一半徑R1，該半徑在槽出口134的軸向尾部位置增大為較大的第二半徑R2，且然后進(jìn)一步向下游靠近后緣126減小為大于第一半徑R1但小于第二半徑R2的中間第三半徑R3。如上所述，圓角150、頂表面144的形狀和側(cè)面146和148的形狀可以選擇以適合于特定的應(yīng)用。例如，特定的區(qū)可以包括圖7中所描繪的彎曲的頂表面144′和圖9中所示的凹入的側(cè)面146″和148″。
在運(yùn)行中，提供到翼片110的冷卻空氣流經(jīng)翼片110內(nèi)部，在翼片110內(nèi)部冷卻空氣流的一部分可以以已知的方式被用于冷卻目的，例如對流冷卻、沖擊冷卻和前緣膜冷卻等。冷卻空氣然后流經(jīng)后緣槽128并在后緣槽128的出口134流出，如箭頭“A”所示，以對下游吸力側(cè)壁122提供膜冷卻。當(dāng)冷卻空氣流出后緣槽128時(shí)，漸縮的區(qū)130助長了流擴(kuò)散并促進(jìn)了冷卻膜的附著。與現(xiàn)有技術(shù)的后緣區(qū)相比，漸縮的區(qū)130具有減小的熱區(qū)表面積，進(jìn)一步助長了出口膜擴(kuò)散較寬且改善了膜覆蓋。
如上描述了用于渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)的被冷卻的翼片。雖然描述了本發(fā)明的特定的實(shí)施例，但是明顯的對于本領(lǐng)域技術(shù)人員可以對該實(shí)施例進(jìn)行不同的修改而不偏離本發(fā)明的精神和范圍。因此，提供的對上述本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例的描述和實(shí)行本發(fā)明的最佳模式只用于闡述的目的，而不用于限制的目的，通過權(quán)利要求書限定本發(fā)明。
零件列表10 渦輪葉片12 傳統(tǒng)的燕尾部14 葉片根16 平臺(tái)18 空心翼片20 凹入的壓力側(cè)壁22 凸出的吸力側(cè)壁24 前緣26 后緣28 后緣槽30 區(qū)34 后緣槽出口110渦輪葉片112燕尾部114葉片根116平臺(tái)118空心翼片120凹入的壓力側(cè)壁122凸出的吸力側(cè)壁124前緣126后緣128后緣槽130縱向延伸區(qū)134下游出口138前端140尾端142基部144頂表面146側(cè)面148側(cè)面
150凹入的圓角R1 第一半徑R2 第二半徑R3 第三半徑
權(quán)利要求
1. 一種用于燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的翼片(118)，所述的翼片(118)具有在前緣(124)和后緣(126)之間延伸的相對的壓力側(cè)壁(120)和吸力側(cè)壁(122)，且包括徑向間隔分開的縱向延伸區(qū)(130)的陣列，所述的區(qū)(130)在其間限定了多個(gè)后緣槽(128)，所述的后緣槽(128)的每個(gè)具有與所述的翼片(118)的內(nèi)部流體連通的入口和與所述的后緣(126)流體連通的出口(134)；其中所述的區(qū)(130)中的至少一個(gè)為漸縮的，使得所述的區(qū)(130)在徑向上測量的寬度從所述的吸力側(cè)壁(122)向所述的壓力側(cè)壁(120)減小。
2.如權(quán)利要求1所述的翼片(118)，其中所述的區(qū)(130)在徑向上測量的寬度從所述的出口(134)向所述的后緣(126)減小；且所述的區(qū)(130)在周向上測量的厚度從所述的出口(134)向所述的后緣(126)減小。
3.如權(quán)利要求1所述的翼片(118)，其中所述的區(qū)(130)包括間隔分開的縱向延伸側(cè)面(146)、(148)，所述的側(cè)面(146″)、(148)大體上為平的。
4.如權(quán)利要求1所述的翼片(118)，其中所述的區(qū)(130)包括間隔分開的縱向延伸側(cè)面(146”)、(148”)，所述的側(cè)面(146″)、(148”)具有凹入的彎曲。
5.如權(quán)利要求1所述的翼片(118)，其中所述的區(qū)(130)包括布置在間隔分開的縱向延伸側(cè)面(146)、(148)之間的頂表面(144)，所述的頂表面(144)具有凸出的彎曲。
6.如權(quán)利要求1所述的翼片(118)，其中所述的區(qū)(130)包括布置在間隔分開的縱向延伸側(cè)面(146’)、(148’)之間的頂表面(144’)，所述的頂表面(144’)大體上為平的。
7.如權(quán)利要求1所述的翼片(118)，其中所述的區(qū)(130)包括間隔分開的縱向延伸側(cè)面(146)、(148)，它們與所述的吸力側(cè)壁(120)、(122)相交；以及在所述的側(cè)面(146)、(148)的每個(gè)和所述的吸力側(cè)壁(120)、(122)之間延伸的凹入的圓角(150)。
8.一種用于燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的渦輪葉片(110)，其包括根據(jù)權(quán)利要求1構(gòu)造的翼片(118)；連接到所述的翼片(118)的弓形的平臺(tái)(116)；以及從所述的平臺(tái)(116)延伸的葉片根(114)，所述的葉片根(114)包括用于被轉(zhuǎn)子盤所容納的燕尾部(112)。
9.一種用于燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的翼片(118)，所述的翼片(118)具有在前緣(124)和后緣(126)之間延伸的相對的壓力側(cè)壁(120)和吸力側(cè)壁(122)，且包括徑向間隔分開的縱向延伸區(qū)(130)的陣列，所述的區(qū)(130)在其間限定了多個(gè)后緣槽(128)，所述的后緣槽(128)的每個(gè)具有與所述的翼片(118)的內(nèi)部流體連通的入口和與所述的后緣(126)流體連通的出口(134)；其中所述的區(qū)(130)中的至少一個(gè)為漸縮的，使得所述的區(qū)(130)在徑向上測量的寬度從所述的吸力側(cè)壁向所述的壓力側(cè)壁(120)、(122)減?。凰龅膮^(qū)(130)在徑向上測量的寬度從所述的出口(134)向所述的后緣(126)減?。灰约八龅膮^(qū)(130)在周向上測量的厚度從所述的出口(134)向所述的后緣(126)減小。
全文摘要
用于燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的翼片(118)具有在前緣(124)和后緣(126)之間延伸的相對的壓力側(cè)壁(120)和吸力側(cè)壁(122)。翼片包括徑向間隔分開的縱向延伸區(qū)(130)的陣列，區(qū)(130)在其間限定了多個(gè)后緣槽(128)。后緣槽(128)的每個(gè)具有與翼片(118)的內(nèi)部流體連通的入口和與后緣(126)流體連通的出口(134)。區(qū)(130)中的至少一個(gè)為漸縮的，使得區(qū)(130)在徑向上測量的寬度從吸力側(cè)壁(122)向壓力側(cè)壁(120)減小。
文檔編號F01D5/18GK1840859SQ20061007197
公開日2006年10月4日 申請日期2006年3月31日 優(yōu)先權(quán)日2005年4月1日
發(fā)明者C·-P·李, S·R·布拉斯費(fèi)爾德, M·J·達(dá)諾夫斯基, H·辛 申請人:通用電氣公司