渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)中被冷卻的翼型件的制作方法
【專利摘要】一種燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)中的翼型件，包括外壁（18）和內(nèi)壁。該外壁包括前緣（20）、與該前緣在弦向方向上相對的后緣（22）、壓力側(cè)（24）以及吸力側(cè)（26）。內(nèi)壁（42、72）在單個(gè)弦向位置處聯(lián)接至外壁，并且包括與外壁的壓力側(cè)和吸力側(cè)間隔開的部分（42A、42B、72A、72B），以在內(nèi)壁與相應(yīng)的壓力側(cè)和吸力側(cè)之間形成第一間隙（44、46）和第二間隙（74、76）。該內(nèi)壁限定位于內(nèi)壁中的腔室（56、58）并且包括在相應(yīng)的間隙與腔室之間提供流體連通的開口（54、84）。該間隙接收冷卻流體，該冷卻流體在流經(jīng)該間隙時(shí)提供對外壁的冷卻。該冷卻流體在穿過間隙的至少大部分后通過內(nèi)壁中的開口進(jìn)入到腔室中。
【專利說明】渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)中被冷卻的翼型件
[0001]本發(fā)明是根據(jù)美國能源部頒發(fā)的編號(hào)為DE-FC26-05NT42644的合約在美國政府支持下進(jìn)行的。美國政府擁有對本發(fā)明的某些權(quán)力。
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0002]本發(fā)明涉及一種渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)中的冷卻系統(tǒng)，并且更具體地，本發(fā)明涉及一種用于在渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)中的翼型件組件中使用的冷卻系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0003]在燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)中，從壓縮機(jī)部段排出的壓縮空氣和從燃料源引入的燃料混合在一起并且在燃燒部段中燃燒，從而產(chǎn)生限定高溫工作氣體的燃燒產(chǎn)物。工作氣體被引導(dǎo)通過渦輪部段中的熱氣路徑，在該熱氣路徑中工作氣體膨脹以提供渦輪轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)。渦輪轉(zhuǎn)子可以聯(lián)接至發(fā)電機(jī)，其中，渦輪轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)能夠被用來產(chǎn)生發(fā)電機(jī)中的電流。
[0004]鑒于當(dāng)前發(fā)動(dòng)機(jī)中實(shí)施的較高的壓力比和較高的發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火溫度，諸如翼型件——例如，渦輪部段內(nèi)的固定葉片和旋轉(zhuǎn)葉片——之類的某些部件必須通過諸如壓縮機(jī)排出空氣之類的冷卻流體來冷卻，以防止部件的過熱。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]根據(jù)本發(fā)明的第一方面，提供了一種燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)中的翼型件。該翼型件包括外壁、第一內(nèi)壁以及第二內(nèi)壁。外壁包括前緣、后緣、壓力側(cè)以及吸力側(cè)。第一內(nèi)壁朝向前緣聯(lián)接至外壁。第一內(nèi)壁包括與外壁的壓力側(cè)和吸力側(cè)間隔開的部分，以在第一內(nèi)壁與相應(yīng)的壓力側(cè)和吸力側(cè)之間形成第一前緣間隙和第二前緣間隙。第一內(nèi)壁限定位于第一內(nèi)壁中的前緣腔室并且包括在相應(yīng)的前緣間隙與前緣腔室之間提供流體連通的開口。前緣間隙接收冷卻流體，該冷卻流體在流經(jīng)前緣間隙時(shí)提供對外壁的冷卻。冷卻流體在穿過前緣間隙的至少大部分之后通過第一內(nèi)壁中的開口進(jìn)入到前緣腔室中。第二內(nèi)壁朝向后緣聯(lián)接至外壁。第二內(nèi)壁包括與外壁的壓力側(cè)和吸力側(cè)間隔開的部分，以在第二內(nèi)壁與相應(yīng)的壓力側(cè)和吸力側(cè)之間形成第一后緣間隙和第二后緣間隙。第二內(nèi)壁限定位于第二內(nèi)壁中的后緣腔室并且包括在相應(yīng)的后緣間隙與后緣腔室之間提供流體連通的開口。后緣間隙接收冷卻流體，該冷卻流體在流經(jīng)后緣間隙時(shí)提供對外壁的冷卻。冷卻流體在穿過后緣間隙的至少大部分后通過第二內(nèi)壁中的開口進(jìn)入到后緣腔室中。
[0006]根據(jù)本發(fā)明的第二方面，提供了一種燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)中的翼型件。該翼型件包括外壁和內(nèi)壁。該外壁包括前緣、與該前緣在弦向方向上相對的后緣、壓力側(cè)以及吸力側(cè)。該內(nèi)壁在單個(gè)弦向位置處聯(lián)接至外壁并且包括與外壁的壓力側(cè)和吸力側(cè)間隔開的部分，以在內(nèi)壁與相應(yīng)的壓力側(cè)和吸力側(cè)之間形成第一間隙和第二間隙。內(nèi)壁限定位于內(nèi)壁中的腔室并且包括在相應(yīng)的間隙與腔室之間提供流體連通的開口。間隙接收冷卻流體，該冷卻流體在流經(jīng)該間隙時(shí)提供對外壁的冷卻。冷卻流體在穿過該間隙的至少大部分之后通過內(nèi)壁中的開口進(jìn)入到腔室中。[0007]根據(jù)本發(fā)明的第三方面，提供了一種燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)中的翼型件組件。該翼型件組件包括內(nèi)罩、與該內(nèi)罩在發(fā)動(dòng)機(jī)的徑向方向上間隔開的外罩、以及內(nèi)罩與外罩之間的翼型件。翼型件包括外壁、第一內(nèi)壁以及第二內(nèi)壁。外壁聯(lián)接至內(nèi)罩和外罩并且包括前緣、與前緣在弦向方向上相對的后緣、壓力側(cè)以及吸力側(cè)。第一內(nèi)壁聯(lián)接至內(nèi)罩和外罩并且在單個(gè)弦向位置處朝向前緣聯(lián)接至外壁。第一內(nèi)壁包括與外壁的壓力側(cè)和吸力側(cè)間隔開的部分，以在第一內(nèi)壁與相應(yīng)的壓力側(cè)和吸力側(cè)之間形成第一前緣間隙和第二前緣間隙。前緣間隙接收冷卻流體，該冷卻流體在流經(jīng)前緣間隙時(shí)提供對外壁的冷卻。第二內(nèi)壁聯(lián)接至內(nèi)罩和外罩并且在單個(gè)弦向位置處朝向后緣聯(lián)接至外壁。第二內(nèi)壁包括與外壁的壓力側(cè)和吸力側(cè)間隔開的部分，以在第二內(nèi)壁與相應(yīng)的壓力側(cè)和吸力側(cè)之間形成第一后緣間隙和第二后緣間隙。該后緣間隙接收冷卻流體，該冷卻流體在流經(jīng)后緣間隙時(shí)提供對外壁的冷卻。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0008]盡管本說明書以具體地指出并清楚地主張本發(fā)明的權(quán)利要求結(jié)束，但是應(yīng)當(dāng)認(rèn)為，通過結(jié)合附圖的以下描述將更好地理解本發(fā)明，在附圖中，相似的附圖標(biāo)記表示相似的元件，并且在附圖中:
[0009]圖1為根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式的燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)中要被冷卻的翼型件組件的側(cè)向剖視圖，其中，翼型件組件的葉片的吸力側(cè)已經(jīng)移除；
[0010]圖2為權(quán)利要求1的翼型件組件的沿著圖1中的線2-2截取的截面圖；
[0011]圖3為沿著圖2中的線3-3截取的截面圖；以及
[0012]圖4為根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施方式的燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)中要被冷卻的翼型件組件的側(cè)向剖視圖，其中，翼型件組件的葉片的吸力側(cè)已經(jīng)移除。
【具體實(shí)施方式】
[0013]在優(yōu)選實(shí)施方式的以下詳細(xì)描述中，參照了形成該描述的一部分的附圖，并且在該描述中，以示例性的而非限制的方式示出了實(shí)施本發(fā)明的具體優(yōu)選實(shí)施方式。應(yīng)當(dāng)理解的是，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的情況下，可以使用其他實(shí)施方式并且可以進(jìn)行改型。
[0014]參照圖1，示出了根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施方式構(gòu)造的翼型件組件10。在該實(shí)施方式中，翼型件組件10為包括翼型件一即，固定葉片12—的葉片組件。翼型件組件10用于在燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的渦輪部段13中使用，雖然理解文中公開的冷卻概念能夠與旋轉(zhuǎn)葉片結(jié)合使用。
[0015]如將對本領(lǐng)域的技術(shù)人員而言明顯的是，燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)包括壓縮機(jī)部段(未示出)、燃燒部段(未示出)以及渦輪部段13。壓縮機(jī)部段壓縮周圍空氣。燃燒部段將來自壓縮機(jī)部段的壓縮空氣與燃料相結(jié)合并點(diǎn)燃該混合物，從而產(chǎn)生限定高溫工作氣體的燃燒產(chǎn)物。高溫工作氣體行進(jìn)至渦輪部段13，在渦輪部段13中，工作氣體穿過一個(gè)或多個(gè)渦輪級(jí)，每個(gè)渦輪級(jí)包括一排固定葉片和一排旋轉(zhuǎn)葉片。應(yīng)當(dāng)設(shè)想到，圖1中示出的葉片組件可以限定用于渦輪部段13中的第二排葉片組件的葉片構(gòu)型。
[0016]當(dāng)工作氣體穿過渦輪部段13時(shí)，渦輪部段13中的固定葉片和旋轉(zhuǎn)葉片暴露于高溫工作氣體。如將在本文中描述的，為了冷卻固定葉片和旋轉(zhuǎn)葉片，來自壓縮機(jī)部段的冷卻空氣可以提供到固定葉片和旋轉(zhuǎn)葉片。[0017]如圖1中所示，翼型件組件10包括葉片12、外罩14以及內(nèi)罩16，其中，葉片12附接在外罩14與內(nèi)罩16之間。葉片包括外壁18(同時(shí)參見圖2)，外壁18在其徑向外緣18A處附接至外罩14并且在其徑向內(nèi)緣18B處附接至內(nèi)罩16。
[0018]參照圖2，外壁18包括前緣20、與前緣20在弦向方向C上間隔開的后緣22、凹狀壓力側(cè)24以及凸?fàn)钗?cè)26。應(yīng)當(dāng)指出的是，圖1中示出的葉片12的吸力側(cè)26已經(jīng)被移除以示出葉片12內(nèi)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，即，圖1示出了觀察第一內(nèi)壁42的第二部分42B的外表面以及第二內(nèi)壁72的第二部分72B的外表面的視圖，所述外表面中的每個(gè)外表面都將在本文中描述。外壁18的內(nèi)表面18C限定了在壓力側(cè)24與吸力側(cè)26之間從前緣20延伸至后緣22的中空內(nèi)部部分28。剛性的跨越結(jié)構(gòu)30在中空內(nèi)部部分28內(nèi)從壓力側(cè)24延伸至吸力側(cè)26，以為葉片12提供結(jié)構(gòu)剛度。跨越結(jié)構(gòu)30可以與外壁18 —體地形成。如對本領(lǐng)域的技術(shù)人員而言明顯的是，可以在外壁18的外表面18D上設(shè)置常規(guī)熱障涂層(未示出)以增大葉片12的耐熱性。
[0019]根據(jù)本發(fā)明，翼型件組件10設(shè)置有用于實(shí)現(xiàn)對翼型件組件10冷卻的冷卻系統(tǒng)40。如上文所指出的，盡管以下描述針對一種用于與葉片組件一起使用的冷卻系統(tǒng)40，但是應(yīng)當(dāng)設(shè)想到，本發(fā)明的冷卻系統(tǒng)40的概念也可以結(jié)合到葉片組件15中。
[0020]如圖1和圖2中所示，冷卻系統(tǒng)40包括位于中空內(nèi)部部分28中朝向前緣20的第一內(nèi)壁42。參見圖1,第一內(nèi)壁42優(yōu)選與外壁18 —體地鑄造并且附接至外罩14和內(nèi)罩
16。如圖2中所示，第一內(nèi)壁42僅在單個(gè)弦向位置L1處附接至外壁18，位置L1在示出的實(shí)施方式中位于外壁18的前緣20附近，但是也可以根據(jù)需要位于其他位置。第一內(nèi)壁42在位置L1處與外壁18的附接可以由位于外壁18的前緣20附近的肋43實(shí)現(xiàn)，其中，肋43可以跨越在外壁18的壓力側(cè)24與吸力側(cè)26之間。如將在本文中說明的，在這種單個(gè)弦向位置L1將第一內(nèi)壁42附接至外壁18優(yōu)選用于熱增長的目的。
[0021]仍然參照圖2，第一內(nèi)壁42的第一部分42A與外壁18的壓力側(cè)24間隔開，使得在第一部分42A與壓力側(cè)24之間形成第一前緣間隙44。第一內(nèi)壁42的第二部分42B與外壁18的吸力側(cè)26間隔開，使得在第第二部分42B與吸力側(cè)26之間形成第二前緣間隙46。第一內(nèi)壁42的第三部分42C與外壁18的跨越結(jié)構(gòu)30間隔開，使得在第三部分42C與跨越結(jié)構(gòu)30之間形成第三前緣間隙48。如將在本文中描述的，諸如壓縮機(jī)排出空氣之類的冷卻流體被從外罩14引入到前緣間隙44、46、48中從而引入到冷卻系統(tǒng)40中。
[0022]在示出的實(shí)施方式中，間隔構(gòu)件50位于外壁18和跨越結(jié)構(gòu)30中的每一者與第一內(nèi)壁42之間。間隔構(gòu)件50大致延伸外壁和跨越結(jié)構(gòu)30的整個(gè)徑向長度。間隔構(gòu)件50在外壁18和跨越結(jié)構(gòu)30中的每一者與第一內(nèi)壁42之間提供間隔，但是其僅附接至第一內(nèi)壁42或者附接至外壁18和跨越結(jié)構(gòu)30，以在前緣間隙44、46、48中保持充足的流動(dòng)區(qū)域，同時(shí)允許外壁18和跨越結(jié)構(gòu)30中的每一者與第一內(nèi)壁42之間的相對運(yùn)動(dòng)。
[0023]在優(yōu)選實(shí)施方式中，擾流器肋52 (參見圖2)形成在外壁18的內(nèi)表面18C上和跨越結(jié)構(gòu)30上，或者以其它方式附接至外壁18的內(nèi)表面18C和跨越結(jié)構(gòu)30。如將在本文中描述的，擾流器肋52延伸到前緣間隙44、46、48中并引起流經(jīng)前緣間隙44、46、48的冷卻流體的湍流攪動(dòng)，以增強(qiáng)所提供的對外壁18的冷卻。
[0024]參照圖1，第一內(nèi)壁42的徑向內(nèi)部42D包括位于徑向內(nèi)部42D中的多個(gè)開口 54。參見圖2，開口 54在前緣間隙44、46、48與由第一內(nèi)壁42限定的前緣腔室56之間提供流體連通。優(yōu)選地,第一內(nèi)壁42除包括第一內(nèi)壁42的徑向內(nèi)部42D處的開口 54外不包括用于接收來自前緣間隙44、46、48的冷卻流體的其他開口，使得流經(jīng)冷卻系統(tǒng)40的該部分的所有冷卻流體在進(jìn)入前緣腔室56中之前必須穿過前緣間隙44、46、48的整個(gè)徑向長度。此夕卜，外壁18內(nèi)優(yōu)選不具有與前緣間隙44、46、48流體連通的任何開口，使得冷卻流體不能通過外壁18逸出前緣間隙44、46、48。
[0025]參照圖2，第一內(nèi)壁42還包括位于第一內(nèi)壁42中的多個(gè)退出開口 58 (圖2中示出了一個(gè)退出開口)。退出開口 58可以大致沿著第一內(nèi)壁42的整個(gè)徑向長度朝向外壁18的前緣20位于第一內(nèi)壁42的第一部分42A與第二部分42B會(huì)和的位置處。同時(shí)參見圖1，退出開口 58為冷卻流體提供用于退出前緣腔室56并進(jìn)入前緣通道60的通路，該前緣通道60位于第一內(nèi)壁42與前緣20之間并且至少部分地由肋43限定。外壁18包括優(yōu)選位于外壁18的吸力側(cè)26中的多個(gè)退出通路62。退出通路62允許冷卻流體退出冷卻系統(tǒng)40，其中冷卻流體退出前緣通道60并與穿過渦輪部段13的熱工作氣體混合。
[0026]如圖1和圖2中所示，冷卻系統(tǒng)40包括位于中空內(nèi)部部分28中朝向外壁18的后緣22的第二內(nèi)壁72。參見圖1，第二內(nèi)壁72優(yōu)選與外壁18—體地鑄造并附接至外罩14和內(nèi)罩16。如圖2中所示，第二內(nèi)壁72僅在單個(gè)弦向位置L2處附接至外壁18，位置L2在示出的實(shí)施方式中朝向外壁18的后緣22，但也可以根據(jù)需要位于其他位置。第二內(nèi)壁72在位置L2處與外壁18的附接可以由朝向外壁18的后緣22定位的肋73實(shí)現(xiàn)，其中，肋73可以跨越在外壁18的壓力側(cè)24與吸力側(cè)26之間。如將在本文中說明的，在這種單個(gè)弦向位置L1將第二內(nèi)壁72附接至外壁18優(yōu)選用于熱增長的目的。
[0027]仍參照圖2，第二內(nèi)壁72的第一部分72A與外壁18的壓力側(cè)24間隔開，使得在第一部分72A與壓力側(cè)24之間形成第一后緣間隙74。第二內(nèi)壁72的第二部分72B與外壁18的吸力側(cè)26間隔開，使得在第二部分72B與吸力側(cè)26之間形成第二后緣間隙76。第二內(nèi)壁72的第三部分72C與跨越結(jié)構(gòu)30間隔開，使得在第三部分72C與跨越結(jié)構(gòu)30之間形成第三后緣間隙78。如將在本文中描述的，冷卻流體被從外罩14引入到后緣間隙74、76、76中從而引入到冷卻系統(tǒng)40中。
[0028]在示出的實(shí)施方式中，間隔構(gòu)件80位于外壁18和跨越結(jié)構(gòu)30中的每一者與第二內(nèi)壁72之間。間隔構(gòu)件80大致延伸外壁和跨越結(jié)構(gòu)30的整個(gè)徑向長度。間隔構(gòu)件80在外壁18和跨越結(jié)構(gòu)30中的每一者與第二內(nèi)壁72之間的提供間隔，但是其僅附接至第二內(nèi)壁72或者附接至外壁18和跨越結(jié)構(gòu)30，以在后緣間隙74、76、78中保持充足的流動(dòng)區(qū)域，同時(shí)允許外壁18和跨越結(jié)構(gòu)30中的每一者與第二內(nèi)壁72之間的相對運(yùn)動(dòng)。
[0029]在優(yōu)選實(shí)施方式中，擾流器肋82 (參見圖2)形成在外壁18的內(nèi)表面18C上和跨越結(jié)構(gòu)30上，或者以其它方式附接至外壁18的內(nèi)表面18C和跨越結(jié)構(gòu)30。如將在本文中描述的，擾流器肋82延伸到后緣間隙74、76、78中并引起流經(jīng)后緣間隙74、76、78的冷卻流體的湍流攪動(dòng)，以增強(qiáng)所提供的對外壁18的冷卻。
[0030]參照圖1，第二內(nèi)壁72的徑向內(nèi)部72D包括位于徑向內(nèi)部72D中的多個(gè)開口 84。參見圖2，開口 84在后緣間隙74、76、78與由第二內(nèi)壁72限定的后緣腔室86之間提供流體連通。優(yōu)選地，第二內(nèi)壁72除包括第二內(nèi)壁72的徑向內(nèi)部72D處的開口 84外不包括用于接收來自后緣間隙74、76、78的冷卻流體的其他開口，使得流經(jīng)冷卻系統(tǒng)40的該部分的所有冷卻流體在進(jìn)入后緣腔室86之前必須穿過后緣間隙74、76、78的整個(gè)徑向長度。此外，外壁18內(nèi)優(yōu)選不具有與后緣間隙74、76、78流體連通的任何開口，使得冷卻流體不能通過外壁18逸出后緣間隙74、76、78。
[0031]參照圖2，第二內(nèi)壁72還包括位于第二內(nèi)壁72中的多個(gè)退出開口 88。退出開口88可以大致沿著第二內(nèi)壁72的整個(gè)徑向長度朝向外壁18的后緣22位于第二內(nèi)壁72的第一部分72A與第二部分72B會(huì)和的位置處。此外，如圖2中所示，退出開口 88可以在朝向外壁18的壓力側(cè)24延伸與朝向吸力側(cè)26延伸之間以交替的方式延伸。退出開口 88為冷卻流體提供用于退出后緣腔室86并進(jìn)入后緣通道90的通路，該后緣通道90位于第二內(nèi)壁72與后緣22之間并且至少部分地由肋73限定。外壁18包括優(yōu)選位于外壁18的后緣22處的多個(gè)退出通路92。退出通路92允許冷卻流體退出冷卻系統(tǒng)40，其中，冷卻流體與穿過渦輪部段13的熱工作氣體混合。如圖1和圖2中所示，如對本領(lǐng)域的技術(shù)人員而言明顯的是，針狀翅片94可以在后緣通道90中從壓力側(cè)24延伸至吸力側(cè)26，以提供用于外壁18的結(jié)構(gòu)剛度并用于熱傳遞的目的。
[0032]如圖2中所示，內(nèi)罩16包括在內(nèi)罩16中形成的與后緣腔室86流體連通的開口100。開口 100允許冷卻流體從后緣腔室86進(jìn)入形成在內(nèi)罩16中的腔體102中。進(jìn)入腔體102中的冷卻流體能夠用來冷卻內(nèi)罩16中沿著形成在內(nèi)罩16中的冷卻回路104定位的結(jié)構(gòu)。圖2中示出的冷卻回路104的構(gòu)型是示例性的并且可以包括任何構(gòu)型。
[0033]在操作期間，如將對本領(lǐng)域的技術(shù)人員而言明顯的是，諸如壓縮機(jī)排出氣體之類的冷卻流體以任意已知的方式提供至與外罩14相關(guān)聯(lián)的集氣室103。參見圖1和圖3，冷卻流體從集氣室103進(jìn)入前緣間隙44、46、48和后緣間隙74、76、78中。在冷卻流體徑向向內(nèi)流動(dòng)通過間隙44、46、48、74、76、78時(shí)，冷卻流體由間隔構(gòu)件50、80引導(dǎo)并提供對外壁18以及第一和第二內(nèi)壁42、72的冷卻，其中，外壁18在發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行期間被流經(jīng)渦輪部段13的熱工作氣體加熱，第一內(nèi)壁42和第二內(nèi)壁42可以被外壁18間接地加熱。如以上所指出的，擾流器肋52、82湍流攪動(dòng)冷卻流體的流動(dòng)，以增加由冷卻流體提供的對外壁18的冷卻量。一旦冷卻流體已經(jīng)穿過間隙44、46、48、74、76、78的大體徑向長度，冷卻流體就會(huì)通過相應(yīng)的第一和第二內(nèi)壁42、72中的開口 54、84進(jìn)入到前緣腔室56和后緣腔室86中。
[0034]前緣腔室56中的冷卻流體穿過第一內(nèi)壁42中的退出開口 58并在其流入到前緣通道60中時(shí)沖擊外壁18的前緣20。前緣通道60中的冷卻流體隨后在流經(jīng)外壁18的前緣20時(shí)提供對外壁18的前緣20的對流冷卻，并通過退出通路62退出冷卻系統(tǒng)40和翼型件組件10。從退出通路62退出的冷卻流體可以提供對外壁18的吸力側(cè)26的薄膜式冷卻，并且隨后與熱工作氣體混合并與熱工作氣體流動(dòng)通過渦輪部段13的其余部分。
[0035]后緣腔室86中的冷卻流體穿過第二內(nèi)壁72中的退出開口 88并在其流入到后緣通道90中時(shí)沖擊外壁18的后緣22附近的壓力側(cè)24和吸力側(cè)26。后緣通道90中的冷卻流體提供對外壁18的后緣22附近的壓力側(cè)24和吸力側(cè)26的對流冷卻，并通過退出通路92退出冷卻系統(tǒng)40和翼型件組件10，其中冷卻流體與熱工作氣體混合并與熱工作氣體流動(dòng)通過渦輪部段13的其余部分。
[0036]此外，后緣腔室86中的冷卻流體的一部分穿過內(nèi)罩16中的開口 100并進(jìn)入到內(nèi)罩16中的腔體102中。冷卻流體被從腔體102傳送至內(nèi)罩16中的冷卻回路104并提供對冷卻回路104附近的結(jié)構(gòu)的冷卻。應(yīng)當(dāng)指出的是，除了從后緣腔室86進(jìn)入到腔體102中的冷卻流體之外或?qū)ζ涮娲熬壡皇?6中的冷卻流體的一部分可以穿過內(nèi)罩16中相應(yīng)的孔口(未示出)而進(jìn)入到腔體102中。
[0037]發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行期間流經(jīng)渦輪部段13的熱工作氣體將熱量直接傳遞至外壁18，這可以間接地將熱量傳遞至第一內(nèi)壁42和第二內(nèi)壁72而增加壁18、42、72的溫度。由于第一內(nèi)壁42和第二內(nèi)壁72與渦輪部段13中的熱工作氣體在結(jié)構(gòu)上隔離，即，經(jīng)由外壁18和前緣間隙44、46、48與后緣間隙74、76、78，因此第一內(nèi)壁42和第二內(nèi)壁74的溫度在發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行期間增加得不如外壁18那么多，從而導(dǎo)致外壁18與相應(yīng)的內(nèi)壁42、72之間不同的熱增長量。由于外壁18僅在單個(gè)弦向位置L1處附接至第一內(nèi)壁42，因此減小或避免了由外壁18與第一內(nèi)壁42之間不同的熱增長量導(dǎo)致的施加在外壁18和第一內(nèi)壁42上的應(yīng)力。也就是說，如果外壁18在多個(gè)弦向位置處附接至第一內(nèi)壁42，則外壁18與第一內(nèi)壁42之間的熱增長差將導(dǎo)致外壁18與第一內(nèi)壁42之間在多個(gè)附接位置處的推動(dòng)或拉動(dòng)。由于外壁18僅在單個(gè)弦向位置L1處附接至第一內(nèi)壁42，因此避免了這種推動(dòng)或拉動(dòng)。類似地，由于外壁18僅在單個(gè)弦向位置L2處附接至第二內(nèi)壁72，因此類似地減小或避免了由外壁18與第二內(nèi)壁72之間不同的熱增長量導(dǎo)致的施加在外壁18和第二內(nèi)壁72上的應(yīng)力。
[0038]此外，如以上所指出的，第一內(nèi)壁42和第二內(nèi)壁72優(yōu)選與外壁18 —體地鑄造。參見圖1，由于葉片12在徑向方向上彎曲，因此這對于示出的翼型件組件10是尤其有利的。由于外壁18是彎曲的，因此形成與外壁18分離的第一內(nèi)壁42和第二內(nèi)壁72并將第一內(nèi)壁42和第二內(nèi)壁72插入到中空內(nèi)部部分28中比較困難。然而，由于第一內(nèi)壁42和第二內(nèi)壁72在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式中與外壁18 —體地鑄造，因此避免了這種情況。盡管圖1中示出的葉片12在徑向方向上彎曲，但是應(yīng)當(dāng)理解的是，本文中描述的冷卻系統(tǒng)40并非必須與在徑向方向上彎曲的葉片12結(jié)合使用，從而將第一內(nèi)壁42和第二內(nèi)壁72與外壁18一體地鑄造并不意味是本發(fā)明的必要方面。
[0039]此外，與現(xiàn)有的冷卻構(gòu)型相比，由本文中所描述的冷卻系統(tǒng)40提供的對翼型件組件10內(nèi)的結(jié)構(gòu)的冷卻被認(rèn)為使得可以減少提供至冷卻系統(tǒng)40的冷卻流體的量，同時(shí)仍提供對要被冷卻的結(jié)構(gòu)的充分冷卻。
[0040]參照圖4，示出了根據(jù)另一實(shí)施方式的與冷卻系統(tǒng)240相關(guān)聯(lián)的翼型件組件210，在該實(shí)施方式中，與以上參照圖1至圖3描述的結(jié)構(gòu)類似的結(jié)構(gòu)包括增加了 200的相同的附圖標(biāo)記。在該實(shí)施方式中，將僅對與以上參照圖1至圖3描述的結(jié)構(gòu)不同的結(jié)構(gòu)進(jìn)行具體地描述。
[0041]如圖4中所示，導(dǎo)管201穿過后緣腔室286從外罩214延伸至內(nèi)罩216。在該實(shí)施方式中，未從后緣腔室286向內(nèi)罩216中的腔體302提供例如壓縮機(jī)排出空氣的冷卻流體。而是，導(dǎo)管201將冷卻流體直接從與外罩214相關(guān)聯(lián)的集氣室303提供至腔體302。因此，由于在冷卻流體被傳送到腔體302之前，在冷卻流體穿過后緣間隙(未在該實(shí)施方式中示出)時(shí)熱量并未傳遞至冷卻流體，因此提供至腔體302的冷卻流體比以上參照圖1至圖3描述的實(shí)施方式中的更冷，該冷卻流體提供對鄰近內(nèi)罩216內(nèi)的冷卻回路(本實(shí)施方式中未示出)定位的結(jié)構(gòu)的冷卻。
[0042]盡管已經(jīng)示出并描述了本發(fā)明的特定實(shí)施方式，但是對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員而言明顯的是，在不背離本發(fā)明的精神和范圍的情況下可以做出各種其他改變和改型。因此意在使本發(fā)明的范圍內(nèi)的所有改變和改型包括在所附權(quán)利要求中。
【權(quán)利要求】
1.一種燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)中的翼型件，包括: 外壁，所述外壁包括前緣、后緣、壓力側(cè)以及吸力側(cè)； 第一內(nèi)壁，所述第一內(nèi)壁朝向所述前緣聯(lián)接至所述外壁，所述第一內(nèi)壁包括與所述外壁的所述壓力側(cè)和所述吸力側(cè)間隔開的部分，以在所述第一內(nèi)壁與相應(yīng)的所述壓力側(cè)和所述吸力側(cè)之間形成第一前緣間隙和第二前緣間隙，所述第一內(nèi)壁限定位于所述第一內(nèi)壁中的前緣腔室并且包括在相應(yīng)的所述前緣間隙與所述前緣腔室之間提供流體連通的開口，所述前緣間隙接收冷卻流體，其中，所述冷卻流體在流經(jīng)所述前緣間隙時(shí)提供對所述外壁的冷卻，并且所述冷卻流體在穿過所述前緣間隙的至少大部分后通過所述第一內(nèi)壁中的所述開口進(jìn)入到所述前緣腔室中；以及 第二內(nèi)壁，所述第二內(nèi)壁朝向所述后緣聯(lián)接至所述外壁，所述第二內(nèi)壁包括與所述外壁的所述壓力側(cè)和所述吸力側(cè)間隔開的部分，以在所述第二內(nèi)壁與相應(yīng)的所述壓力側(cè)和所述吸力側(cè)之間形成第一后緣間隙和第二后緣間隙，所述第二內(nèi)壁限定位于所述第二內(nèi)壁中的后緣腔室并且包括在相應(yīng)的所述后緣間隙與所述后緣腔室之間提供流體連通的開口，所述后緣間隙接收冷卻流體，其中，所述冷卻流體在流經(jīng)所述后緣間隙時(shí)提供對所述外壁的冷卻，并且所述冷卻流體在穿過所述后緣間隙的至少大部分后通過所述第二內(nèi)壁中的所述開口進(jìn)入到所述后緣腔室中。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的翼型件，還包括剛性的跨越結(jié)構(gòu)，所述跨越結(jié)構(gòu)從所述壓力側(cè)延伸至所述吸力側(cè)并且位于所述第一內(nèi)壁與所述第二內(nèi)壁之間。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的翼型件，其中，在所述跨越結(jié)構(gòu)與所述第一內(nèi)壁之間形成有第三前緣間隙，并且在所述跨越結(jié)構(gòu)與所述第二內(nèi)壁之間形成有第三后緣間隙。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的翼型件，其中，所述前緣腔室和所述后緣腔室與多個(gè)退出開口連通，所述多個(gè)退出開口允許冷卻流體流出所述前緣腔室和所述后緣腔室。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的翼型件，還包括前緣通道和后緣通道，所述前緣通道和所述后緣通道鄰近相應(yīng)的所述前緣腔室和所述后緣腔室，所述前緣通道和所述后緣通道接收通過所述退出開口流出所述前緣腔室和所述后緣腔室的所述冷卻流體，其中，所述前緣通道和所述后緣通道中的所述冷卻流體提供對所述外壁的所述前緣和所述后緣的冷卻。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的翼型件，其中，所述外壁以及所述第一內(nèi)壁和所述第二內(nèi)壁各自聯(lián)接至與所述翼型件相關(guān)聯(lián)的相應(yīng)的內(nèi)罩和外罩。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的翼型件，其中，所述冷卻流體通過所述外罩提供至所述前緣間隙和所述后緣間隙，并且所述前緣腔室和所述后緣腔室中的至少一者中的所述冷卻流體的至少一部分提供至形成在所述內(nèi)罩中的腔體中以用于提供對所述內(nèi)罩的冷卻。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的翼型件，其中，在所述外壁中未設(shè)置有所述前緣間隙和所述后緣間隙中的冷卻流體能夠從其退出所述翼型件的開口。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的翼型件，其中，所述第一內(nèi)壁在單個(gè)弦向位置處聯(lián)接至所述外壁，并且所述第二內(nèi)壁在單個(gè)弦向位置處聯(lián)接至所述外壁。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的翼型件，還包括位于所述第一內(nèi)壁和所述第二內(nèi)壁中的每一者與所述外壁之間的多個(gè)間隔構(gòu)件，所述間隔構(gòu)件將所述外壁與所述第一內(nèi)壁和所述第二內(nèi)壁間隔開，并且允許所述第一內(nèi)壁和所述第二內(nèi)壁中的每一者與所述外壁之間的相對運(yùn)動(dòng)。
11.一種燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)中的翼型件，包括: 外壁，所述外壁包括前緣、與所述前緣在弦向方向上相對的后緣、壓力側(cè)以及吸力側(cè)； 內(nèi)壁，所述內(nèi)壁在單個(gè)弦向位置處聯(lián)接至所述外壁，所述內(nèi)壁包括與所述外壁的所述壓力側(cè)和所述吸力側(cè)間隔開的部分，以在所述內(nèi)壁與相應(yīng)的所述壓力側(cè)和所述吸力側(cè)之間形成第一間隙和第二間隙，所述內(nèi)壁限定位于所述內(nèi)壁中的腔室并且包括在相應(yīng)的所述間隙與所述腔室之間提供流體連通的開口，所述間隙接收冷卻流體，其中，所述冷卻流體在流經(jīng)所述間隙時(shí)提供對所述外壁的冷卻，并且所述冷卻流體在穿過所述間隙的至少大部分后通過所述內(nèi)壁中的所述開口進(jìn)入到所述腔室中。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的翼型件，其中，所述腔室與多個(gè)退出開口連通，所述多個(gè)退出開口允許冷卻流體流出所述腔室。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的翼型件，還包括鄰近所述腔室的通道，所述通道接收通過所述退出開口流出所述腔室的所述冷卻流體，其中，所述通道中的所述冷卻流體提供對所述外壁的所述前緣和所述后緣中的一者的冷卻。
14.根據(jù)權(quán)利要求11所述的翼型件，其中，在所述外壁中未設(shè)置有所述間隙中的冷卻流體能夠從其退出所述翼型件的開口。
15.根據(jù)權(quán)利要求11所述的翼型件，其中，所述外壁和所述內(nèi)壁中的至少一者包括用于將所述外壁與所述內(nèi)壁間隔開的多個(gè)間隔構(gòu)件，所述間隔構(gòu)件允許所述外壁與所述內(nèi)壁之間的相對運(yùn)動(dòng)。
16.一種燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)中的翼型件組件，包括: 內(nèi)罩； 外罩，所述外罩在發(fā)動(dòng)機(jī)的 徑向方向上與所述內(nèi)罩間隔開；以及 翼型件，所述翼型件位于所述內(nèi)罩與所述外罩之間，所述翼型件包括: 外壁，所述外壁聯(lián)接至所述內(nèi)罩和所述外罩并且包括前緣、與所述前緣在弦向方向上相對的后緣、壓力側(cè)以及吸力側(cè)； 第一內(nèi)壁，所述第一內(nèi)壁聯(lián)接至所述內(nèi)罩和所述外罩并且在單個(gè)弦向位置處朝向所述前緣聯(lián)接至所述外壁，所述第一內(nèi)壁包括與所述外壁的所述壓力側(cè)和所述吸力側(cè)間隔開的部分，以在所述第一內(nèi)壁與相應(yīng)的所述壓力側(cè)和所述吸力側(cè)之間形成第一前緣間隙和第二前緣間隙，所述前緣間隙接收冷卻流體，其中，所述冷卻流體在流經(jīng)所述前緣間隙時(shí)提供對所述外壁的冷卻；以及 第二內(nèi)壁，所述第二內(nèi)壁聯(lián)接至所述內(nèi)罩和所述外罩并且在單個(gè)弦向位置處朝向所述后緣聯(lián)接至所述外壁，所述第二內(nèi)壁包括與所述外壁的所述壓力側(cè)和所述吸力側(cè)間隔開的部分，以在所述第二內(nèi)壁與相應(yīng)的所述壓力側(cè)和所述吸力側(cè)之間形成第一后緣間隙和第二后緣間隙，所述后緣間隙接收冷卻流體，其中，所述冷卻流體在流經(jīng)所述后緣間隙時(shí)提供對所述外壁的冷卻。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的翼型件組件，還包括剛性的跨越結(jié)構(gòu)，所述跨越結(jié)構(gòu)從所述壓力側(cè)延伸至所述吸力側(cè)并且位于所述第一內(nèi)壁與所述第二內(nèi)壁之間，其中，在所述跨越結(jié)構(gòu)與所述第一內(nèi)壁之間形成有第三前緣間隙，并且在所述跨越結(jié)構(gòu)與所述第二內(nèi)壁之間形成有第三后緣間隙。
18.根據(jù)權(quán)利要求16所述的翼型件組件，其中:所述第一內(nèi)壁限定位于所述第一內(nèi)壁中的前緣腔室并且包括在相應(yīng)的所述前緣間隙與所述前緣腔室之間提供流體連通的開口，并且所述冷卻流體在穿過所述前緣間隙的至少大部分后通過所述第一內(nèi)壁中的所述開口進(jìn)入到所述前緣腔室中；以及 所述第二內(nèi)壁限定位于所述第二內(nèi)壁中的后緣腔室并且包括在相應(yīng)的所述后緣間隙與所述后緣腔室之間提供流體連通的開口，并且所述冷卻流體在穿過所述后緣間隙的至少大部分后通過所述第二內(nèi)壁中的所述開口進(jìn)入到所述后緣腔室中。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的翼型件組件，其中: 所述前緣腔室和所述后緣腔室與多個(gè)退出開口連通，所述多個(gè)退出開口允許冷卻流體流出所述前緣腔室和所述后緣腔室； 所述翼型件還包括前緣通道和后緣通道，所述前緣通道和所述后緣通道鄰近相應(yīng)的所述前緣腔室和所述后緣腔室，所述前緣通道和所述后緣通道接收通過所述退出開口流出所述前緣腔室和所述后緣腔室的所述冷卻流體；以及 所述前緣通道和所述后緣通道中的所述冷卻流體提供對所述外壁的所述前緣和所述后緣的冷卻。
20.根據(jù)權(quán)利要求18所述的翼型件組件，其中，所述冷卻流體通過所述外罩提供至所述前緣間隙和所述后緣間隙，并且所述后緣腔室中的所述冷卻流體的至少一部分提供到形成在所述內(nèi)罩中的腔體中以用`于提供對所述內(nèi)罩的冷卻。
【文檔編號(hào)】F01D5/18GK103492677SQ201280019165
【公開日】2014年1月1日 申請日期:2012年3月23日 優(yōu)先權(quán)日:2011年4月20日
【發(fā)明者】保羅·H·維特, 大衛(wèi)·A·肯普, 李經(jīng)邦, 約翰·J·馬拉 申請人:西門子能源有限公司