專利名稱：針肋陣列的制作方法
技術領域：
本申請以及所獲得的專利總體涉及燃氣渦輪發(fā)動機，并且更具體地涉及用于在燃氣潤輪機翼型件等中使用的導流針肋陣列(pin-fin array)。
背景技術：
燃氣渦輪機包括多個級，其斗葉從支承轉(zhuǎn)子盤向外延伸。每個斗葉都包括翼型件，燃燒氣體流過翼型件。必須對氣流進行冷卻，以承受燃燒氣體所產(chǎn)生的高溫。不充分的冷卻可能導致翼型件上的過度應力，并且可能導致或者造成疲勞和/或損壞。因此，翼型件通 常是具有一個或多個內(nèi)部冷卻流動通道的中空件。可以向內(nèi)部冷卻流動通道提供來自壓縮機或者其它位置的冷卻空氣泄放?？梢酝ㄟ^使用針肋陣列、紊流器等來增強冷卻流與翼型件的內(nèi)部金屬表面之間的對流傳熱。針肋陣列或者紊流器在周圍的邊界層中產(chǎn)生擾亂，以便增加傳熱。翼型件通常具有通向針陣列和多個出口的單個冷卻流進給部。然而，這種構(gòu)造通常導致相對于出口成角度的通過針陣列的流。該成角度的流可能導致其中傳熱效率降低?？梢允褂梅€(wěn)流器(flow straighteners),但是這樣使得針陣列區(qū)域占用的空間和復雜度增加。因此，需要一種具有改進的內(nèi)部冷卻流方案的翼型件，該改進的內(nèi)部冷卻流方案具有針肋陣列。這種改進的冷卻流方案可以提供針肋陣列以用于更有效的傳熱、更好的流控制和更低的制造成本。

發(fā)明內(nèi)容
本申請以及所獲得的專利提供一種其中具有冷卻流的翼型件。該翼型件可以包括內(nèi)部冷卻通路、與內(nèi)部冷卻通路連通的多個冷卻孔、以及定位在內(nèi)部冷卻通路內(nèi)的多個針肋。針肋布置成具有一個或多個轉(zhuǎn)向開口以及一個或多個弓丨導開口，以便朝向冷卻孔對冷卻流進行引導。所述多個針肋包括非均勻陣列。所述翼型件還包括多個內(nèi)部冷卻通路。所述多個針肋包括跨過一對列的交錯定位；或者包括跨過多個列的交錯定位。所述一個或多個轉(zhuǎn)向開口包括在所述多個針肋中的第一對針肋之間的第一距離，所述一個或多個引導開口包括在所述多個針肋中的第二對針肋之間的第二距離，并且所述第一距離大于所述第二距離。所述一個或多個轉(zhuǎn)向開口使所述冷卻流轉(zhuǎn)向大約九十(90)度。所述多個冷卻孔包括多個后緣冷卻孔。所述翼型件還包括多個列上的多個轉(zhuǎn)向開口，和/或多個列上的多個引導開□。本申請以及所獲得的專利進一步提供一種其中具有冷卻流的翼型件。該翼型件可以包括內(nèi)部冷卻通路、與內(nèi)部冷卻通路連通的多個冷卻孔、以及以非均勻陣列定位在內(nèi)部冷卻通路內(nèi)的多個針肋。針肋布置成具有處于交錯定位的一個或多個轉(zhuǎn)向開口、以及一個或多個弓丨導開口，以便朝向冷卻孔對冷卻流進行引導。
所述一個或多個轉(zhuǎn)向開口包括在所述多個針肋中的第一對針肋之間的第一距離，所述一個或多個引導開口包括在所述多個針肋中的第二對針肋之間的第二距離，并且所述第一距離大于所述第二距離。所述一個或多個轉(zhuǎn)向開口使所述冷卻流轉(zhuǎn)向大約九十(90)度。所述多個冷卻孔包括多個后緣冷卻孔。所述翼型件還包括多個列上的多個轉(zhuǎn)向開口，和/或多個列上的多個引導開口。本申請以及所獲得的專利進一步提供一種其中具有冷卻流的內(nèi)部冷卻通路。該內(nèi)部冷卻通路可以包括多個冷卻孔、以及定位在內(nèi)部冷卻通路內(nèi)的多個針肋。針肋布置成包括一個或多個轉(zhuǎn)向開口以及一個或多個引導開口，所述一個或多個轉(zhuǎn)向開口在第一對針肋之間具有第一距離，所述一個或多個引導開口在第二對針肋之間具有第二距離，并且其中第一距離大于第二距離。所述多個針肋包括非均勻陣列。所述一個或多個轉(zhuǎn)向開口使所述冷卻流轉(zhuǎn)向大約九十(90)度。所述內(nèi)部冷卻通路還包括多個列上的多個轉(zhuǎn)向開口。通過結(jié)合若干附圖和所附權利要求閱覽下文的詳細描述，本申請以及所獲得的專 利的這些和其它的特征以及改進對于本領域普通技術人員而言將變得顯而易見。


圖I是燃氣渦輪發(fā)動機的示意圖。圖2是渦輪機斗葉的透視圖。圖3是圖2的渦輪機斗葉的側(cè)橫截面圖。圖4是已知的針肋陣列的示意圖。圖5是可以如本說明書所述的針肋陣列的示例的示意圖。附圖標記列表10燃氣渦輪發(fā)動機 36翼型件12壓縮機38根部14空氣流40尖端部16燃燒器42壓力側(cè)壁18燃料流44吸力側(cè)壁20燃燒氣體流46前緣22渦輪機48后緣24軸50后緣冷卻孔26負載52前緣冷卻孔28渦輪機斗葉54內(nèi)部冷卻路徑30燕尾榫56針陣列32 柄58 針肋34平臺60均勻陣列62冷卻流100翼型件170 轉(zhuǎn)向開口110內(nèi)部冷卻路徑 180引導開口120冷卻孔190交錯定位
130冷卻流200第一列140針陣列210第二列150針肋220第三列160非均勻陣列230第四列
具體實施例方式現(xiàn)在參照附圖，在附圖中，相似的附圖標記在全部若干附圖中指代相似的元件，圖I示出了如本說明書可以使用的燃氣渦輪發(fā)動機10的示意圖。燃氣渦輪發(fā)動機10可以包括壓縮機12。壓縮機12對進入的空氣流14進行壓縮。壓縮機12將經(jīng)過壓縮的空氣流14輸送至燃燒器16。燃燒器16將經(jīng)過壓縮的空氣流14與經(jīng)過壓縮的燃料流18混合、并且點燃混合物，以產(chǎn)生燃燒氣體流20。盡管僅示出了單個燃燒器16，但是燃氣渦輪發(fā)動機10可 以包括任何數(shù)量的燃燒器16。燃燒氣體流20接著被輸送至渦輪機22。燃燒氣體流20對渦輪機22進行驅(qū)動，以便產(chǎn)生機械功。渦輪機22中所產(chǎn)生的機械功通過軸24驅(qū)動壓縮機12并且驅(qū)動外部負載26，例如發(fā)電機等。燃氣渦輪發(fā)動機10可以使用天然氣、各種類型的合成氣以及/或者其它類型的燃料。燃氣潤輪發(fā)動機 10 可以是由 Schenectady (New York)的 General Electric Company提供的多種不同的燃氣渦輪發(fā)動機中的任何一種，其中包括但不限于例如7系列或9系列重型燃氣渦輪發(fā)動機等的燃氣渦輪發(fā)動機。燃氣渦輪發(fā)動機10可以具有不同的構(gòu)造，并且可以使用其它類型的部件。本發(fā)明還可以使用其它類型的燃氣渦輪發(fā)動機。本發(fā)明也可以一起使用多種燃氣渦輪發(fā)動機、其它類型的渦輪機以及其它類型的發(fā)電設備。圖2示出了可以與上文所述的渦輪機22 —起使用的渦輪機斗葉28的示例。渦輪機斗葉28可以優(yōu)選地形成為一件式高溫合金鑄件。渦輪機斗葉28可以包括傳統(tǒng)的燕尾榫30，傳統(tǒng)的燕尾榫30附接至傳統(tǒng)的轉(zhuǎn)子盤。葉片柄32從燕尾榫30向上延伸、并且終止于平臺34中，平臺34從柄32向外突出并且包繞柄32?？招囊硇图?6從平臺34向外延伸。翼型件36具有位于與平臺34接合處的根部38、以及位于其外端處的尖端部40。翼型件36具有凹入的壓力側(cè)壁42和凸出的吸力側(cè)壁44，凹入的壓力側(cè)壁42和凸出的吸力側(cè)壁44在前緣46和后緣48處結(jié)合在一起。翼型件36可以包括多個后緣冷卻孔50和多個前緣冷卻孔52。僅僅為了舉例的目的，本說明書將翼型件36和渦輪機斗葉28作為整體進行描述。翼型件36和渦輪斗葉28可以具有適于從燃燒氣體流20提取能量的任何尺寸或形狀。本發(fā)明可以使用其它的部件和其它的構(gòu)造。圖3示出了翼型件36的側(cè)橫截面圖。如圖所示，翼型件36可以包括多個內(nèi)部冷卻路徑54。翼型件36可以是空氣冷卻的、蒸汽冷卻的、開放回路或者閉合回路。前緣冷卻孔52可以與內(nèi)部冷卻路徑54中的一個或多個內(nèi)部冷卻路徑54連通。同樣地，后緣冷卻孔50可以與內(nèi)部冷卻路徑54中的一個或多個內(nèi)部冷卻路徑54連通。內(nèi)部冷卻路徑54中的一個或多個內(nèi)部冷卻路徑54還可以包括針陣列(pin array)56。針陣列56可以是針肋(pin-fin) 58的陣列。針肋58可以具有任何期望的尺寸、形狀或構(gòu)造。在該示例中，針陣列56圍繞后緣冷卻孔50定位。本發(fā)明可以使用其它類型的傳熱技術。圖4示出了針陣列56的示例。在該示例中，針肋58布置在均勻陣列60中。如圖所示，針肋58布置成每個針肋58之間都具有大體均勻的距離。因此，冷卻流62可以相對于后緣冷卻孔50以一定角度流過針陣列56或者其它類型的傾泄區(qū)域。如上所述，這種角度會折衷總體傳熱。圖5示出了可以如本說明書所述的翼型件100的一部分。翼型件100包括多個內(nèi)部冷卻路徑110和貫穿其中的多個冷卻孔120。冷卻流130可以流過內(nèi)部冷卻路徑110、并且通過冷卻孔120離開，以便對翼型件100進行冷卻。冷卻孔120可以沿內(nèi)部冷卻路徑110定位，使得冷卻流130需要進行轉(zhuǎn)向以便通過其中。本發(fā)明可以使用其它的構(gòu)造和其它的部件。翼型件100還包括位于內(nèi)部冷卻路徑110中的一個或多個內(nèi)部冷卻路徑110內(nèi)的針陣列140。針陣列140可以包括多個針肋150。針肋150可以具有任何期望的尺寸、形狀或構(gòu)造?？梢允褂萌魏螖?shù)量的針肋150。本發(fā)明也可以使用例如紊流器等的其它類型的擾流器。 在該示例中，針肋150可以定位在非均勻陣列160中。通過使用術語“非均勻”陣列160，我們意在表示單獨的針肋150之間的距離可以發(fā)生變化。具體而言，單獨的針肋150之間可以使用轉(zhuǎn)向開口 170和引導開口 180。相比引導開口 180，轉(zhuǎn)向開口 170僅具有位于針肋150之間的較大的開口區(qū)域。具體而言，轉(zhuǎn)向開口 170可以比引導開口 180大大約百分之十五(15%)到大約百分之六十(60%)，然而本發(fā)明可以使用其它范圍。轉(zhuǎn)向開口 170的較大的開口區(qū)域傾向于使冷卻流130沿期望的方向轉(zhuǎn)向。針肋150還可以具有可變的下游交錯定位190?？勺兊南掠谓诲e定位190還有助于根據(jù)需要對冷卻流130進行引導或?qū)?。在圖示的示例中，針陣列140可以具有多個列第一列200、第二列210、第三列220和第四列230。本發(fā)明可以使用任何數(shù)量的列。因此，交錯定位190延伸跨過所述列。因此，冷卻流130轉(zhuǎn)入第一列200中的轉(zhuǎn)向開口 170中，并且繼續(xù)進入第二列210、第三列220和第四列230的轉(zhuǎn)向開口 170中。冷卻流130沿內(nèi)部冷卻路徑110主要進行大約九十(90)度轉(zhuǎn)向進入冷卻孔120。本說明書所示的針陣列140僅用于示例目的。單個針肋150的定位可以根據(jù)翼型件100、內(nèi)部冷卻路徑110、冷卻孔120、針肋150等的幾何形狀而發(fā)生變化。該定位還可能由于任何數(shù)量的不同操作和性能參數(shù)而發(fā)生變化。因此，使用轉(zhuǎn)向開口 170以便使冷卻流130轉(zhuǎn)向，能夠使針陣列140更有效地用于改進的傳熱和流控制。冷卻流130將具有與其垂直的顯著的動量分量。因此，冷卻流130被高效地導入冷卻孔120或其它的傾泄區(qū)域中。具體而言，冷卻流130交替地或備選地在不同針行上停滯，以便提供該方向。此外，針肋150定位成以便優(yōu)化局部流速。改進的傳熱可以使流要求降低，并且增強總體效率的提高。針陣列140還具有較大的針間距，以便降低制造成本和復雜度，同時仍然提供有效的換熱和流控制。應當顯而易見的是，本說明書僅涉及本申請以及所獲得的專利的某些實施例。本領域普通技術人員可以在不偏離如由下面權利要求及其等同形式限定的本發(fā)明的總體精神和范圍的情況下對本發(fā)明進行眾多改變和改型。
權利要求
1.一種翼型件(100)，在所述翼型件(100)中具有冷卻流(130)，所述翼型件(100)包括 內(nèi)部冷卻通路(I 10)； 多個冷卻孔(120)，所述多個冷卻孔(120)與所述內(nèi)部冷卻通路(110)連通；以及 多個針肋(150)，所述多個針肋(150)定位在所述內(nèi)部冷卻通路(110)內(nèi)； 所述多個針肋(150)包括一個或多個轉(zhuǎn)向開口( 170)以及一個或多個引導開口( 180)，以便朝向所述多個冷卻孔(120)對所述冷卻流(130)進行引導。
2.根據(jù)權利要求I所述的翼型件(100)，其特征在于，所述多個針肋(150)包括非均勻陣列(160)。
3.根據(jù)權利要求I所述的翼型件(100)，其特征在于，所述翼型件(100)還包括多個內(nèi)部冷卻通路(I 10)。
4.根據(jù)權利要求I所述的翼型件(100)，其特征在于，所述多個針肋(150)包括跨過一對列(200，210)的交錯定位(190)。
5.根據(jù)權利要求4所述的翼型件(100)，其特征在于，所述多個針肋(150)包括跨過多個列(200，210，220，230)的交錯定位(190)。
6.根據(jù)權利要求I所述的翼型件(100)，其特征在于，所述一個或多個轉(zhuǎn)向開口(170)包括在所述多個針肋(150)中的第一對針肋之間的第一距離，所述一個或多個引導開口(180)包括在所述多個針肋(150)中的第二對針肋之間的第二距離，并且所述第一距離大于所述第二距離。
7.根據(jù)權利要求I所述的翼型件(100)，其特征在于，所述一個或多個轉(zhuǎn)向開口(180)使所述冷卻流(130)轉(zhuǎn)向大約九十(90)度。
8.根據(jù)權利要求I所述的翼型件(100)，其特征在于，所述多個冷卻孔(120)包括多個后緣(48)冷卻孔(120)。
9.根據(jù)權利要求I所述的翼型件(100)，其特征在于，所述翼型件(100)還包括多個列(200.210.220.230)上的多個轉(zhuǎn)向開口(170)。
10.根據(jù)權利要求I所述的翼型件(100)，其特征在于，所述翼型件(100)還包括多個列(200.210.220.230)上的多個引導開口(180)。
全文摘要
本發(fā)明提供一種針肋陣列，其設于具有冷卻流的翼型件中。該翼型件可以包括內(nèi)部冷卻通路、與內(nèi)部冷卻通路連通的多個冷卻孔、以及定位在內(nèi)部冷卻通路內(nèi)的多個針肋。針肋布置成具有一個或多個轉(zhuǎn)向開口以及一個或多個引導開口，以便朝向冷卻孔對冷卻流進行導向。
文檔編號F01D5/18GK102966380SQ201210315830
公開日2013年3月13日 申請日期2012年8月30日 優(yōu)先權日2011年8月30日
發(fā)明者A.E.史密斯 申請人:通用電氣公司