結(jié)合有蜿蜒冷卻回路和軸向頂端冷卻回路的渦輪葉片的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明總體上涉及渦輪葉片，更具體地，涉及一種具有冷卻回路的渦輪葉片，冷卻回路用于將冷卻空氣引導(dǎo)通過葉片的翼面。
【背景技術(shù)】
[0002]常規(guī)燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)包括壓縮器、燃燒器和渦輪。壓縮器包括被供給到燃燒器的環(huán)境空氣，在燃燒器，環(huán)境空氣與燃料混合，然后，點(diǎn)燃混合物，從而產(chǎn)生形成熱工作氣體的燃燒產(chǎn)物。工作氣體被供給到渦輪，在渦輪，氣體通過多對(duì)靜止輪葉排和旋轉(zhuǎn)葉片排。旋轉(zhuǎn)葉片聯(lián)接到軸和盤組件。當(dāng)工作氣體膨脹通過渦輪時(shí)，工作氣體使葉片及由此使軸和盤組件旋轉(zhuǎn)。
[0003]由于渦輪葉片暴露于熱工作氣體，渦輪葉片必須由能夠承受這種高溫的材料制成。另外，渦輪葉片通常包含冷卻系統(tǒng)，用于延長(zhǎng)葉片壽命，并降低由溫度過高而引起故障的可能性。
[0004]通常，渦輪葉片包括根部、平臺(tái)和從平臺(tái)向外延伸的翼面。翼面一般由頂端、前緣和后緣組成。大多數(shù)葉片通常包含形成冷卻系統(tǒng)的內(nèi)部冷卻通道。葉片中的冷卻通道可接收來(lái)自渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)的壓縮器的冷卻空氣，并使空氣通過葉片。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]根據(jù)本發(fā)明的方面，提供了一種空氣冷卻的渦輪葉片，其包括具有前緣和后緣的翼面以及壓力側(cè)和抽吸側(cè)壁。壓力和抽吸側(cè)壁在前緣和后緣之間沿翼弦方向延伸，并在葉片根部和翼面頂端之間沿翼展方向延伸。前緣冷卻回路鄰近前緣沿翼展方向延伸，后緣冷卻回路鄰近后緣沿翼展方向延伸。中間部分蜿蜒冷卻回路沿翼展方向延伸，并位于前緣冷卻回路和后緣冷卻回路之間，以在從后緣向前緣延伸的前向方向上引導(dǎo)空氣。蜿蜒冷卻回路包括第一通道和最終通道，第一通道接收來(lái)自第一通道根部通路的冷卻空氣。軸向頂端冷卻回路在翼弦方向上延伸，并位于頂帽和第一通道外端處的蜿蜒冷卻回路之間。軸向頂端冷卻回路具有接收來(lái)自蜿蜒冷卻回路的最終通道的冷卻空氣的前向端，并鄰近后緣排出冷卻空氣。
[0006]蜿蜒冷卻回路的最終通道可以是向外流動(dòng)的通道，其延伸到頂帽，并在彎曲部處連接到軸向頂端冷卻回路的前向端。蜿蜒冷卻回路可包括位于第一和最終通道之間的至少一個(gè)中間通道，冷卻流可在彎曲部處進(jìn)入軸向頂端冷卻回路之前，通過第一、中間和最終通道中的每個(gè)。相鄰的通道由腿分隔開，腿沿翼展方向延伸，并從壓力側(cè)壁延伸到抽吸側(cè)壁，前緣冷卻回路和蜿蜒回路的最終通道可由其間共同的腿分隔開。
[0007]前緣根部通路可給前緣冷卻回路提供冷卻空氣，后緣根部通道可給后緣冷卻回路提供冷卻空氣，其中，前緣冷卻回路將冷卻空氣引導(dǎo)至前緣，后緣冷卻回路提供在多個(gè)后緣出口通路處離開翼面的冷卻空氣。
[0008]軸向頂端冷卻回路可以限定為在頂帽和沿從軸向頂端冷卻回路的前向端到鄰近后緣位置的尾方向延伸的空腔地板(cavity floor)之間從壓力側(cè)壁延伸到抽吸側(cè)壁的連續(xù)空腔?？涨坏匕蹇上薅ǔ鲇糜诘谝煌ǖ劳舛颂幍尿暄牙鋮s回路和用于后緣冷卻回路的外部流邊界。
[0009]壓力和抽吸側(cè)角部可在所述頂帽與相應(yīng)壓力和抽吸側(cè)壁的接合處限定在所述軸向頂端冷卻回路內(nèi)，所述頂帽由從壓力和抽吸壁角部朝向所述空腔地板向內(nèi)延伸的相對(duì)側(cè)部限定，在相對(duì)側(cè)壁處的接合處，軸向頂端冷卻回路在翼展方向上具有最小尺寸。肋狀湍流器在所述軸向頂端冷卻回路內(nèi)從壓力和抽吸側(cè)壁的內(nèi)表面延伸，所述湍流器相對(duì)于所述空腔地板在翼展方向和尾方向上傾斜，以在軸向頂端冷卻回路中朝向所述頂帽徑向向外地產(chǎn)生冷卻空氣的湍流。所述湍流器從所述空腔地板以介于約30度于約45度范圍內(nèi)的角度向外傾斜。
[0010]根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供了一種用于冷卻燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)中使用的渦輪葉片的方法，所述渦輪葉片包括向內(nèi)安置的葉片根部以及具有向外安置的頂端的翼面，所述翼面包括前緣和后緣，所述后緣具有多個(gè)后緣出口通路，以從所述翼面排出冷卻空氣。所述方法包括:經(jīng)由所述葉片根部給所述翼面供給冷卻空氣；使一部分冷卻空氣通過前緣冷卻回路，以冷卻所述翼面的前緣；使一部分冷卻空氣通過后緣冷卻回路，以經(jīng)由多個(gè)出口通路離開所述翼面；使一部分冷卻空氣通過位于所述前緣冷卻回路和所述后緣冷卻回路之間的前向流動(dòng)的蜿蜒冷卻回路；以及使來(lái)自所述蜿蜒冷卻回路的前向端的冷卻空氣朝向所述后緣在所述軸向頂端冷卻回路內(nèi)軸向地流動(dòng)，以給位于所述翼面的頂端的頂帽提供冷卻。
[0011]所述蜿蜒冷卻回路包括第一通道、至少一個(gè)中間通道和最終通道，其中，所述最終通道包括鄰近所述頂帽的外端，在所述外端處，所述冷卻空氣從所述蜿蜒冷卻回路到達(dá)所述軸向頂端冷卻回路。來(lái)自所述蜿蜒冷卻回路的冷卻空氣沿所述頂帽的內(nèi)表面在所述軸向頂端冷卻回路內(nèi)從鄰近所述前緣冷卻回路的前向位置傳到向后位置，在向后位置，冷卻空氣鄰近所述翼面的后緣離開所述翼面。將冷卻空氣的穿過所述蜿蜒冷卻回路的部分經(jīng)由所述葉片根部供給到所述蜿蜒冷卻回路的第一通道。將所述冷卻空氣的額外部分經(jīng)由所述葉片根部直接供給到所述蜿蜒冷卻回路的最終通道。
[0012]與提供給所述軸向頂端冷卻回路的弦中心的冷卻空氣相比，在所述軸向頂端冷卻回路內(nèi)朝向所述軸向頂端冷卻回路的鄰近所述翼面的側(cè)壁的部分引導(dǎo)更大量的空氣。
【附圖說明】
[0013]盡管本說明書以特別指出和明確要求本發(fā)明的權(quán)利要求書結(jié)束，但是應(yīng)明白，結(jié)合附圖，從下面的描述中會(huì)更好地理解本發(fā)明，附圖中類似的參考標(biāo)號(hào)表示類似的元件，附圖中:
[0014]圖1是示出本發(fā)明各方面的沿渦輪葉片的翼弦中心截取的截面圖；
[0015]圖2是沿圖1的線2-2截取的截面圖；
[0016]圖3是橫向于翼弦方向截取的渦輪葉片的外部的截面圖；以及
[0017]圖4是示出本發(fā)明各方面的穿過冷卻回路的冷卻空氣流的流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0018]在下面對(duì)優(yōu)選實(shí)施例的詳細(xì)描述中，參考形成本發(fā)明一部分的附圖，附圖以說明性方式而不以限制性方式示出可實(shí)施本發(fā)明的特定優(yōu)選的實(shí)施例。應(yīng)理解，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的情況下，可以使用其它實(shí)施例，并且可以進(jìn)行改變。
[0019]參見圖1，根據(jù)本發(fā)明的方面，示出了用于燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)的空氣冷卻的渦輪葉片10。葉片10包括翼面12和根部14，根部用于常規(guī)地將葉片10固定到發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子盤，轉(zhuǎn)子盤用于在渦輪的熱工作氣體流路中支撐葉片10，熱工作氣體對(duì)葉片表面施加原動(dòng)力。
[0020]如在圖2中進(jìn)一步看出，翼面12具有外壁16，外壁包括大致凹形壓力側(cè)壁18和大致凸形抽吸側(cè)壁20。壓力和抽吸側(cè)壁18、20沿上游前緣22和下游后緣24連接在一起。前緣和后緣22、24軸向地或弦向地彼此分開。翼面12(如由壓力和抽吸側(cè)壁18、20限定的)沿翼展方向或葉片10從徑向內(nèi)部葉片平臺(tái)26至徑向外部葉片頂端28的徑向方向徑向地延伸，并在前緣和后緣22、24之間弦向地延伸。根部14從葉片平臺(tái)26徑向向內(nèi)延伸。
[0021]參見圖1，空腔30在壓力側(cè)和抽吸側(cè)壁18、20之間限定在翼面12內(nèi)。根據(jù)本發(fā)明的方面，多個(gè)冷卻回路設(shè)置在空腔30內(nèi)，以給葉片10的外壁16和頂帽32提供冷卻。特別地，前緣冷卻回路34、后緣冷卻回路36、中間部分蜿蜒冷卻回路38和軸向頂端冷卻回路4