本說(shuō)明書(shū)中所公開(kāi)的主題涉及燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)，并且更具體地，涉及其中具有擾流器布置的渦輪翼型件。

背景技術(shù)：

在諸如燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)或蒸汽渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)之類(lèi)的渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)中，處于相對(duì)較高溫度下的流體與葉片相接觸，該等葉片被配置成從流體提取機(jī)械能，從而有利于產(chǎn)生動(dòng)力和/或電力。盡管該過(guò)程對(duì)于給定周期而言可能是高效的，但是經(jīng)過(guò)延長(zhǎng)時(shí)間，高溫流體傾向于造成損壞，從而有可能使性能降級(jí)并且增加操作成本。

因此，通常需要并且建議冷卻葉片，以便至少防止或者延遲早期失效。這能夠通過(guò)向待冷卻的葉片輸送相對(duì)較冷的壓縮空氣來(lái)完成。具體而言，在多種傳統(tǒng)的燃?xì)鉁u輪機(jī)中，該壓縮空氣進(jìn)入每個(gè)待冷卻的葉片底部并且流過(guò)一個(gè)或多個(gè)機(jī)器加工通道以通過(guò)對(duì)流和傳導(dǎo)的組合對(duì)葉片進(jìn)行冷卻。通道可以包括增強(qiáng)傳熱的特征以有助于冷卻通道，然而，這些特征的一些布置對(duì)冷卻氣流的阻礙達(dá)到不期望的程度。因此，阻礙冷卻空氣與通過(guò)該等特征獲得期望的傳熱特性之間的平衡對(duì)渦輪翼型件制造者和操作者提出了挑戰(zhàn)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，一種渦輪翼型件包括前緣和后緣。還包括冷卻通道，該冷卻通道沿徑向方向延伸并且在該冷卻通道朝向后緣延伸時(shí)向內(nèi)逐漸變細(xì)，該冷卻通道至少部分地由壓力側(cè)面和吸力側(cè)面限定。還包括第一多個(gè)擾流器，該第一多個(gè)擾流器從壓力側(cè)面和吸力側(cè)面中的一個(gè)突起以限定第一高度，該第一多個(gè)擾流器朝向渦輪翼型件的后緣延伸并且彼此徑向地間隔開(kāi)。還包括第二多個(gè)擾流器，該第二多個(gè)擾流器從壓力側(cè)面和吸力側(cè)面中的一個(gè)突起以限定第二高度，該第二高度小于第一高度，第二多個(gè)擾流器朝向渦輪翼型件的后緣延伸并且彼此徑向地間隔開(kāi)。

根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例，一種燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)包括壓縮機(jī)部段、燃燒器部段、和具有渦輪翼型件的渦輪部段。該渦輪翼型件包括前緣和后緣。該渦輪翼型件還包括冷卻通道，該冷卻通道沿徑向方向延伸并且在該冷卻通道朝向后緣延伸時(shí)向內(nèi)逐漸變細(xì)，該冷卻通道至少部分地由壓力側(cè)面和吸力側(cè)面限定。該渦輪翼型件還包括第一多個(gè)擾流器，該第一多個(gè)擾流器從吸力側(cè)面突起以限定第一高度，該第一多個(gè)擾流器朝向渦輪翼型件的后緣延伸并且彼此徑向地間隔開(kāi)。該渦輪翼型件還包括第二多個(gè)擾流器，該第二多個(gè)擾流器從吸力側(cè)面突起以限定第二高度，該第二高度小于第一高度，該第二多個(gè)擾流器朝向渦輪翼型件的后緣延伸并且彼此徑向地間隔開(kāi)。該渦輪翼型件還包括第三多個(gè)擾流器，該第三多個(gè)擾流器從壓力側(cè)面突起以限定第三高度，該第三多個(gè)擾流器朝向渦輪翼型件的后緣延伸并且彼此徑向地間隔開(kāi)。該渦輪翼型件還包括第四多個(gè)擾流器，該第四多個(gè)擾流器從壓力側(cè)面突起以限定第四高度，該第四高度小于第三高度，第四多個(gè)擾流器朝向渦輪翼型件的后緣延伸并且彼此徑向地間隔開(kāi)。

通過(guò)下文結(jié)合附圖的描述，這些和其它的優(yōu)點(diǎn)以及特征將變得更加顯而易見(jiàn)。

附圖說(shuō)明

主題在說(shuō)明書(shū)結(jié)尾處的權(quán)利要求書(shū)中特別指出并且明確要求保護(hù)。通過(guò)下文結(jié)合附圖的詳細(xì)描述，本說(shuō)明書(shū)中所描述的實(shí)施例的上述和其它的特征以及優(yōu)點(diǎn)是顯而易見(jiàn)的，在附圖中：

圖1是燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的示意圖；

圖2是渦輪翼型件的剖面圖；

圖3是沿圖2的線A-A截取的渦輪翼型件的剖面圖；

圖4是部段IV的放大圖，其中示出了渦輪翼型件的冷卻通道；

圖5是沿圖3的線C-C截取的冷卻通道的剖面圖；

圖6是沿圖3的線B-B截取的冷卻通道的剖面圖，其中示出了根據(jù)第一實(shí)施例的擾流器布置；

圖7是沿圖3的線B-B截取的冷卻通道的剖面圖，其中示出了根據(jù)第二實(shí)施例的擾流器布置；

圖8是沿圖3的線B-B截取的冷卻通道的剖面圖，其中示出了根據(jù)第三實(shí)施例的擾流器布置；以及

圖9是沿圖3的線B-B截取的冷卻通道的剖面圖，其中示出了根據(jù)第四實(shí)施例的擾流器布置。

參照附圖通過(guò)例子，詳細(xì)描述解釋了實(shí)施例以及優(yōu)點(diǎn)和特征。

具體實(shí)施方式

參照?qǐng)D1，示意性地示出了根據(jù)示例性實(shí)施例構(gòu)造的渦輪機(jī)系統(tǒng)(例如燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)10)。燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)10包括壓縮機(jī)部段12以及以環(huán)筒陣列布置的多個(gè)燃燒器組件，其中的一個(gè)燃燒器組件示為14。燃燒器組件被配置成從燃料供給(未示出)接收燃料并且從壓縮機(jī)部段12接收壓縮空氣。燃料和壓縮空氣通入燃燒室18中并且點(diǎn)燃以形成用于驅(qū)動(dòng)渦輪24的高溫、高壓的燃燒產(chǎn)物或氣流。渦輪24包括通過(guò)壓縮機(jī)/渦輪軸30(也稱為轉(zhuǎn)子)可操作地連接到壓縮機(jī)12的多個(gè)級(jí)26-28。盡管僅示出了三個(gè)級(jí)，但是應(yīng)當(dāng)領(lǐng)會(huì)，可以存在更多或更少的級(jí)。

在操作中，空氣流入壓縮機(jī)12中并且被壓縮成高壓氣體。高壓氣體被供給到燃燒器組件14并且在燃燒室18中與燃料(例如天然氣、燃料油、工藝氣體和/或合成氣體(合成氣))混合。燃料/空氣或者可燃性混合物點(diǎn)燃以形成高壓、高溫的燃燒氣體流，所形成的高壓、高溫的燃燒氣體流被引導(dǎo)至渦輪24并且從熱能轉(zhuǎn)化成機(jī)械旋轉(zhuǎn)能。

現(xiàn)在參照?qǐng)D2和圖3，同時(shí)繼續(xù)參照?qǐng)D1，示出了渦輪翼型件40(也被稱為“渦輪斗葉”、“渦輪葉片翼型件”等)的一部分的透視圖。應(yīng)當(dāng)領(lǐng)會(huì)，渦輪翼型件40可以定位在渦輪24的任何級(jí)中。在任何情況下，渦輪翼型件40從根部44徑向地延伸到尖端部46。渦輪翼型件40包括壓力側(cè)壁48和吸力側(cè)壁50，其中渦輪翼型件40的幾何形狀被配置成在流體流過(guò)渦輪翼型件40上方時(shí)為渦輪24提供旋轉(zhuǎn)力。如圖所示，吸力側(cè)壁50成凸形，并且壓力側(cè)壁48成凹形。還包括前緣52和后緣55，該前緣和后緣通過(guò)壓力側(cè)壁48和吸力側(cè)壁50聯(lián)結(jié)。盡管以下討論主要關(guān)注燃?xì)鉁u輪機(jī)，但是所討論的理念并不限于燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)并且可以應(yīng)用于采用渦輪葉片的任何旋轉(zhuǎn)機(jī)械。

壓力側(cè)壁48和吸力側(cè)壁50在渦輪翼型件40的整個(gè)徑向翼展上方沿周向方向間隔開(kāi)，以限定至少一個(gè)內(nèi)流室或通道從而用于引導(dǎo)冷卻空氣通過(guò)渦輪翼型件40進(jìn)而對(duì)其進(jìn)行冷卻。在所示的實(shí)施例中，示出了多個(gè)冷卻通道54。在圖示的實(shí)施例中，冷卻方案的一部分包括蛇形流動(dòng)路徑，但是應(yīng)當(dāng)領(lǐng)會(huì)，可能存在備選的冷卻通道配置。不論流動(dòng)路徑的精確程度如何，冷卻空氣典型地以任何傳統(tǒng)的方式從壓縮機(jī)部段12流出、被引導(dǎo)至多個(gè)冷卻通道54并且隨后排出可能定位于渦輪翼型件40上的任何合適位置處的一個(gè)或多個(gè)出口孔之外。

為了有助于獲得冷卻空氣與渦輪翼型件40之間期望的傳熱，多個(gè)冷卻通道54中的至少一個(gè)包括從限定了冷卻通道的至少一個(gè)壁突起的一個(gè)或多個(gè)結(jié)構(gòu)特征60。盡管結(jié)構(gòu)特征60增強(qiáng)了傳熱，存在對(duì)阻礙冷卻空氣的顧慮。如圖3中所示，與多個(gè)冷卻通道54中的一些相關(guān)的顧慮較少，例如那些具有主要由渦輪翼型件40的較寬部分容納的較大的橫截面積的冷卻通道。然而，如圖所示，該等顧慮對(duì)于朝向渦輪翼型件40的后緣55定位的冷卻通道而言是更普遍的。

參照?qǐng)D4至圖6，更詳細(xì)地示出了定位在最后方的冷卻通道并且該冷卻通道標(biāo)記為62。為了討論的目的，將僅詳細(xì)地描述單個(gè)向后定位的冷卻通道，但是應(yīng)當(dāng)理解，渦輪翼型件40的其它冷卻通道可以受益于下文將詳細(xì)描述的擾流器布置的實(shí)施例。

冷卻通道62包括吸力側(cè)面64和壓力側(cè)面68，該吸力側(cè)面和壓力側(cè)面共同部分地限定冷卻通道62。吸力側(cè)面64和壓力側(cè)面68在前緣面77與后緣面75之間延伸。如圖所示，在冷卻通道62朝向渦輪翼型件40的后緣55并且更具體地朝向冷卻通道62的后緣面75延伸時(shí)，冷卻通道62向內(nèi)逐漸變細(xì)。如上所述，冷卻通道62包括結(jié)構(gòu)特征60以用于傳熱目的。本說(shuō)明書(shū)中詳細(xì)地描述了這些特征的各個(gè)布置的實(shí)施例并且應(yīng)當(dāng)理解，通過(guò)保持高效傳熱以及避免過(guò)度阻礙冷卻空氣通過(guò)其中流動(dòng)，該等實(shí)施例提出冷卻通道62的向內(nèi)逐漸變細(xì)。

第一多個(gè)擾流器70從吸力側(cè)面64突起。第一多個(gè)擾流器70中的每一個(gè)都從吸力側(cè)面64延伸一定距離，該距離限定了第一高度72。第一多個(gè)擾流器70中的每一個(gè)都沿徑向方向彼此間隔開(kāi)并且朝向渦輪翼型件40的后緣55沿縱向方向延伸。第一多個(gè)擾流器70中的每一個(gè)定向的特定角度可以發(fā)生變化。例如，第一多個(gè)擾流器70可以相對(duì)于冷卻空氣的主流方向平行地、垂直地、或者以一定角度定向。在圖示的實(shí)施例中，所有的擾流器都以相同的角度定向，但是在一些實(shí)施例中，擾流器以不同的角度定向。

第二多個(gè)擾流器74從吸力側(cè)面64突起。第二多個(gè)擾流器74中的每一個(gè)都從吸力側(cè)面64延伸一定距離，該距離限定第二高度76。第二多個(gè)擾流器74中的每一個(gè)都沿徑向方向彼此間隔開(kāi)并且朝向渦輪翼型件40的后緣55沿縱向方向延伸。第二多個(gè)擾流器74中的每一個(gè)定向的特定角度可以發(fā)生變化。例如，第二多個(gè)擾流器74可以相對(duì)于冷卻空氣的主流方向平行地、垂直地、或者以一定角度定向。在圖示的實(shí)施例中，所有的擾流器都以相同角度定向，但是在一些實(shí)施例中，擾流器以不同的角度定向。

為了適應(yīng)冷卻通道62的逐漸變細(xì)，第二高度76小于第一高度72。換句話說(shuō)，第二多個(gè)擾流器74遠(yuǎn)離吸力側(cè)面64突出得沒(méi)有第一多個(gè)擾流器70那么遠(yuǎn)。該等相對(duì)的尺寸確定避免了過(guò)度阻礙冷卻流，如上文所描述的那樣。

第三多個(gè)擾流器78從壓力側(cè)面68突起。第三多個(gè)擾流器78中的每一個(gè)都從壓力側(cè)面68延伸一定距離，該距離限定第三高度80。第三多個(gè)擾流器78中的每一個(gè)都沿徑向方向彼此間隔開(kāi)并且朝向渦輪翼型件40的后緣55沿縱向方向延伸。第三多個(gè)擾流器78中的每一個(gè)定向的特定角度可以發(fā)生變化。例如，第三多個(gè)擾流器78可以相對(duì)于冷卻空氣的主流方向平行地、垂直地、或者以一定角度定向。在圖示的實(shí)施例中，所有的擾流器都以相同角度定向，但是在一些實(shí)施例中，擾流器以不同的角度定向。

第四多個(gè)擾流器82從壓力側(cè)面68突起。第四多個(gè)擾流器82中的每一個(gè)都從壓力側(cè)面68延伸一定距離，該距離限定第四高度84。第四多個(gè)擾流器82中的每一個(gè)都沿徑向方向彼此間隔開(kāi)并且朝向渦輪翼型件40的后緣55沿縱向方向延伸。第四多個(gè)擾流器82中的每一個(gè)定向的特定角度可以發(fā)生變化。例如，第四多個(gè)擾流器82可以相對(duì)于冷卻空氣的主流方向平行地、垂直地、或者以一定角度定向。在圖示的實(shí)施例中，所有的擾流器都以相同角度定向，但是在一些實(shí)施例中，擾流器以不同的角度定向。

如上文結(jié)合第一多個(gè)擾流器和第二多個(gè)擾流器所描述的那樣，為了適應(yīng)冷卻通道62的逐漸變細(xì)，第四高度84小于第三高度80。換句話說(shuō)，第四多個(gè)擾流器82遠(yuǎn)離壓力側(cè)面68突起得沒(méi)有第三多個(gè)擾流器78那么遠(yuǎn)。該種相對(duì)的尺寸確定避免了過(guò)度阻礙冷卻流，如上文所描述的那樣。

盡管被圖示和描述成具有位于冷卻通道62的兩個(gè)面上的擾流器布置，能夠構(gòu)想，冷卻通道62的單個(gè)面(吸力側(cè)面64或壓力側(cè)面68)包括擾流器。因此，盡管第一多個(gè)擾流器70和第二多個(gè)擾流器74在本說(shuō)明書(shū)中被圖示和描述成位于吸力側(cè)面64上，但是能夠易于領(lǐng)會(huì)，其可以從壓力側(cè)面68突起。此外，盡管本說(shuō)明書(shū)中對(duì)于每個(gè)側(cè)面僅圖示和描述了兩個(gè)擾流器類(lèi)型，但是一些實(shí)施例包括超過(guò)兩種不同地確定尺寸的和/或間隔的擾流器類(lèi)型。對(duì)于具有位于冷卻通道62的兩側(cè)上的擾流器布置的實(shí)施例而言，相應(yīng)的布置可以對(duì)稱或者尺寸、角取向、間隔和擾流器之間的相對(duì)對(duì)準(zhǔn)可以發(fā)生變化。除了位于吸力側(cè)面64和壓力側(cè)面68上的擾流器之外，一個(gè)或多個(gè)擾流器可以從前緣面77和/或后緣面75延伸。在圖4圖示的實(shí)施例中，擾流器79被包括在前緣77上。應(yīng)當(dāng)領(lǐng)會(huì)，位于前緣面77和/或后緣面75上的擾流器79可以以相對(duì)于從吸力側(cè)壁64和壓力側(cè)壁68延伸的任何擾流器以相同或不同的方式確定尺寸。在一些實(shí)施例中，如圖所示，擾流器79可以簡(jiǎn)單地從吸力側(cè)壁64和/或壓力側(cè)壁68的延伸。在該等實(shí)施例中，擾流器簡(jiǎn)單地纏繞以形成位于前緣面77上的擾流器。

擾流器的傳熱效率部分地取決于相對(duì)尺寸、角取向、間隔和相對(duì)對(duì)準(zhǔn)。本說(shuō)明書(shū)中所公開(kāi)的實(shí)施例包括有利地考慮這些因素的布置。除了上文所描述的第一高度72和第二高度76，多個(gè)第一擾流器70中的每一個(gè)都包括第一厚度86并且多個(gè)第二擾流器74中的每一個(gè)都包括第二厚度88。除了這些尺寸之外，與擾流器間隔相關(guān)聯(lián)的尺寸影響傳熱效率。由諸如中點(diǎn)到中點(diǎn)之類(lèi)的共同相應(yīng)點(diǎn)限定的第一多個(gè)擾流器70的間隔被稱為第一節(jié)距90。由諸如中點(diǎn)到中點(diǎn)之類(lèi)的共同相應(yīng)點(diǎn)限定的第二多個(gè)擾流器74的間距被稱為第二節(jié)距92。第一比被定義為第一節(jié)距90除以第一高度72并且第二比被定義為第二節(jié)距92除以第二高度76。在一些實(shí)施例中，該等比均屬于7到12的范圍內(nèi)。應(yīng)當(dāng)理解，第一比和第二比可以大致相等或者在7到12的特定范圍內(nèi)有所不同。

如圖6、圖7和圖9中所示，第一多個(gè)擾流器70以及第二多個(gè)擾流器74在一些實(shí)施例中以相同的角度定向，同時(shí)其在其它實(shí)施例(圖8)中以不同角度定向。其它的變型涉及第一多個(gè)擾流器70相對(duì)于第二多個(gè)擾流器74沿縱向方向的終點(diǎn)。具體而言，第一多個(gè)擾流器70的后端94延伸到極值點(diǎn)，并且第二多個(gè)擾流器74的前端96延伸到極值點(diǎn)。在一個(gè)實(shí)施例(圖6)中，后端94和前端96延伸到共同平面98。在另一個(gè)實(shí)施例(圖8)中，后端和前端彼此間隔開(kāi)。在又一個(gè)實(shí)施例(圖9)中，后端和前端以重疊布置設(shè)置，使得一組擾流器中的至少一個(gè)突起成與另一組擾流器中的至少一個(gè)重疊布置。

除了上文所描述的變型之外，提供與第一多個(gè)擾流器70和第二多個(gè)擾流器74的相對(duì)徑向?qū)?zhǔn)相關(guān)的多個(gè)實(shí)施例。在諸如圖6中所示的至少一個(gè)實(shí)施例中，第一多個(gè)擾流器70的后端94均與第二多個(gè)擾流器74中的每一個(gè)的前端96徑向錯(cuò)開(kāi)。備選地，后端94和前端96均可以徑向?qū)?zhǔn)，例如圖7中所示。在又一個(gè)備選方式中，如圖9中所示，可以提供徑向?qū)?zhǔn)和錯(cuò)開(kāi)的組合。

有利地，本說(shuō)明書(shū)中所描述的實(shí)施例保持冷卻通道62內(nèi)期望的具有較高縱橫比的傳熱特性。傳熱增強(qiáng)得以實(shí)現(xiàn)，同時(shí)還避免了阻礙冷卻空氣在冷卻通道62內(nèi)流動(dòng)。

盡管已經(jīng)僅結(jié)合數(shù)量有限的實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)描述，但是應(yīng)當(dāng)易于理解，本發(fā)明并不限于這種所公開(kāi)的實(shí)施例。相反，能夠?qū)⒈景l(fā)明修改成結(jié)合到目前為止并未進(jìn)行描述但是與本發(fā)明的精神和范圍相當(dāng)?shù)娜魏螖?shù)量的改型、變型、替代或等同布置。此外，盡管已經(jīng)對(duì)各個(gè)實(shí)施例進(jìn)行了描述，但是應(yīng)當(dāng)理解，本發(fā)明的各個(gè)方面可以僅包括所描述的實(shí)施例中的一些。因此，本發(fā)明并不被視為受到以上描述的限制，而是僅僅通過(guò)所附權(quán)利要求的范圍進(jìn)行限定。