燃气涡轮发动机壁制造技术

本发明专利技术公开一种燃气涡轮发动机壁。所述壁包括具有至少一个薄膜冷却孔限定于其中的内表面和相对外表面。所述至少一个薄膜冷却孔包括从所述内表面延伸出来的倾斜入口孔和从所述倾斜入口孔的出口端横向叉开的一对通道。所述一对通道具有大体上恒定的宽度并且由脊部分离以形成回飞镖形截面形状。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】燃气滴轮发动机壁 相关申请案的夺叉引用 本申请是非临时申请并且要求2012年6月13日提交的、标题为涡轮发动机的薄 膜冷却（FILM COOLING OF TURBINE ENGINES)的美国临时专利申请序列号61/659, 083的 优先权，所述美国临时专利申请的全部内容据此以引用的方式并入。
本专利技术的领域总体涉及涡轮发动机，并且更具体地，涉及涡轮发动机的薄膜冷却。
技术介绍
在燃气涡轮发动机中，在压缩机中加压的空气与燃烧器中的燃料混合以生成热燃 烧气体。能量最初是从高压涡轮机（HPT)中的气体中提取，以便对压缩机提供动力，并且随 后从低压涡轮机（LPT)中的气体中提取，以便对涡轮风扇式飞机发动机应用中的风扇提供 动力，或对用于海上应用和/或工业应用的外轴提供动力。 总体上，发动机效率随着燃烧气体温度的增加而提高，但增加的气体温度使得沿 气体流道的各种部件的工作温度增加，这进而增加对冷却此类部件以便于延长它们的使用 寿命的需求。 例如，已知的燃烧器包括在运行期间需要冷却的外部衬套和内部衬套。已知的涡 轮喷嘴包括同样需要冷却的中空轮叶。在至少一些涡轮发动机中，使用压缩机放出空气对 暴露于热燃烧气体的流道部件进行冷却，这随后使得发动机效率降低，因为所述放出的空 气在燃烧过程中未使用。例如，至少一些已知部件引导压缩机放出空气穿过薄膜冷却孔。 至少一些已知的冷却孔是由圆柱形内孔形成，所述圆柱形内孔被定向成以浅角度 穿过加热壁，从而使得冷却空气薄膜能够沿所述壁的外表面排放。以浅角度排放空气减少 不期望的吹出和/或流动分离的可能性。将要进行薄膜冷却的表面积的量通常仅通过增加 冷却孔的数量以及因此从其中排放的空气量来增加。然而，增加冷却空气的量使得发动机 效率降低。 为改进已知冷却孔的效率，至少一些冷却孔形成为具有叉开的排放端，以便在冷 却空气从冷却孔出口排放出来时，使所述冷却空气扩散。 然而，薄膜冷却孔中的扩散可能会由于扩散出口的用于防止流动分离的半角而受 限。例如，在已知冷却孔内，扩散角在出口的每一侧上可限于约十度，以便防止排放冷却空 气的过度膨胀，这种过度膨胀可能会导致不期望的薄膜分离。 因此，期望提供这样一种改进的薄膜冷却孔：所述改进的薄膜冷却孔可以产生增 大的薄膜覆盖率，而不会增加所需冷却空气的量并且不会增加薄膜冷却空气流动分离的可 能性。
技术实现思路
一方面，提供一种燃气涡轮发动机壁。所述壁包括其中限定有至少一个薄膜冷却 孔的内表面和相对外表面。所述至少一个薄膜冷却孔包括从内表面延伸出来的倾斜入口孔 和从所述倾斜入口孔的出口端横向叉开的一对通道。这对通道具有大体上恒定的宽度并且 由脊部分离以便形成回飞镖形截面形状。 另一方面，提供一种燃气涡轮发动机壁。所述壁包括其中限定有至少一个薄膜冷 却孔的内表面和相对外表面。所述至少一个薄膜冷却孔包括从内表面延伸出来的倾斜入口 孔和从所述倾斜入口孔的出口端横向叉开的一对通道。这对通道具有基本上平坦的底并且 由脊部分离以便形成回飞镖形截面形状。 【附图说明】 图1是包括由一排回飞镖形薄膜冷却孔冷却的各种部件的示例性燃气涡轮发动 机的不意图； 图2是图1中所示并且沿线2-2所截取的回飞镖形冷却孔之一的截面图； 图3是图2中所示并且沿线3-3所截取的回飞镖形冷却孔的轴向视图； 图4是图3中所示并且沿线4-4所截取的回飞镖形出口的截面图； 图5是可用于图1中所示燃气涡轮发动机的替代薄膜冷却孔的截面图； 图6是图5中所示并且沿线6-6所截取的冷却孔的轴向视图； 图7是图6中所示并且沿线7-7所截取的出口的截面图； 图8是图1中所示并且垂直于正在进行冷却的壁的回飞镖形冷却孔之一的平面 图； 图9是图5中所示并且垂直于正在进行冷却的壁的冷却孔之一的平面图。 图10是示例性深回飞镖形薄膜冷却孔的截面图； 图11是图10中所示并且垂直于正在进行冷却的壁的回飞镖形孔的平面图； 图12是图10中所示并且沿线12-12所截取的回飞镖形孔的轴向视图； 图13是可用于图1所示壁的冷却孔的替代排的图示。 图14是图1的回飞镖形薄膜冷却孔的放大轴向视图；以及 图15是图14中所示回飞镖形出口的等轴侧视图。 【具体实施方式】 图1是包括纵向或轴向中心线轴线12的示例性涡轮发动机10的示意图。在示例 性实施例中，发动机10是包括串行流动连通的风扇14、多级轴向压缩机16和环形燃烧器 18的燃气涡轮发动机。发动机10还包括各自位于燃烧器18下游的高压涡轮机（HPT) 19和 低压涡轮机（LPT)24。 HPT 19包括涡轮喷嘴20,所述涡轮喷嘴20具有支撑在内部和外部喷嘴带23中的 一排中空定子轮叶（未示出）。第一级涡轮机22位于第一级涡轮喷嘴（未示出）的下游并 且包括一排中空的转子叶片25,所述转子叶片25从支撑转子盘（未示出）径向向外延伸并 且由环形涡轮机护罩27包围。 低压涡轮机（LPT) 24连接在高压涡轮机19的下游并且包括另外的喷嘴和转子叶 片（未示出），所述喷嘴和转子叶片可以或可以不包括内部冷却电路，这取决于发动机设 计。排气衬套26从低压涡轮机24向下游延伸。 每个待冷却部件（即，衬套26)包括由薄金属材料形成的至少一个壁32。更确切 地，壁32通常由常规超合金金属（如钴基材料）形成，所述超合金金属在涡轮发动机10运 行期间所经历的升高温度下具有高强度并且可以承受由暴露于热燃烧气体30而发生的加 热。 在运行期间，环境空气由风扇14加压以形成加压空气28。空气28的下部部分进 入压缩机16用于进行另外的加压，而空气28的另一部分从风扇出口排放出来以便在涡轮 风扇发动机应用（未示出）中提供推进推力。使从压缩机16排放出来的空气28与燃烧器 18中的燃料混合以便生成热燃烧气体30。燃烧气体30穿过各种涡轮叶片级向下游流动， 所述涡轮叶片级从所述燃烧气体30中提取能量以便在涡轮机运行期间对压缩机16和风扇 14提供动力。 发动机10可具有任何常规配置和运行，并且因此，本说明书中所描述的专利技术并不 限于仅用于发动机10。相反，本说明书中所公开的各种发动机部件中的任何一个或多个，或 经受燃烧气体30加热的任何部件都可以用于本说明书所描述的专利技术。更确切地，需要冷却 的任何部件（包括壁32,其一部分在图1中示出）都可以通过本说明书所描述的专利技术进行 冷却。 壁32相应地包括相对的内壁表面34和外壁表面36。内表面或内侧表面34形成 壁32中所形成的合适冷却回路的外边界，并且接收来自压缩机16的加压空气。外表面36 在运行期间暴露于高温燃烧气体30,并且需要合适的薄膜冷却保护。 壁32可以是内部或外部燃烧器衬套29的一部分、涡轮喷嘴轮叶31的一部分、涡 轮喷嘴带23的一部分、涡轮机转子叶片25的一部分、涡轮机护罩27的一部分和/或排气 衬套26的一部分。 在示例性实施例中，冷却孔38被布置成沿壁32的跨段定向的合适的排。更确切 地，在示例性实施例中，薄膜冷却孔38各自具有回飞镖形配置。 图2至图4示出冷却孔38的视图。在本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种燃气涡轮发动机壁，所述燃气涡轮发动机壁包括：具有至少一个薄膜冷却孔限定于其中的内表面和相对外表面，其中所述至少一个薄膜冷却孔包括从所述内表面延伸出来的倾斜入口孔和从所述倾斜入口孔的出口端横向叉开的一对通道，其中所述一对通道具有大体上恒定的宽度并且由脊部分离以便形成回飞镖形截面形状。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2012.06.13 US 61/6590831. 一种燃气涡轮发动机壁，所述燃气涡轮发动机壁包括： 具有至少一个薄膜冷却孔限定于其中的内表面和相对外表面，其中所述至少一个薄膜 冷却孔包括从所述内表面延伸出来的倾斜入口孔和从所述倾斜入口孔的出口端横向叉开 的一对通道，其中所述一对通道具有大体上恒定的宽度并且由脊部分离以便形成回飞镖形 截面形状。2. 根据权利要求1所述的壁，其中所述一对通道中的至少一个包括具有大体上圆形的 截面形状的底。3. 根据权利要求1所述的壁，其中所述一对通道中的至少一个具有与所述倾斜入口孔 的直径大体上类似的宽度。4. 根据权利要求1所述的壁，其中所述脊部的深度随着所述脊部朝向所述外表面延伸 而以大体上恒定的倾度减小。5. 根据权利要求1所述的壁，其中所述脊部包括限定在所述一对通道的底处的边缘， 所述边缘与所述倾斜入口孔的所述出口端隔开一定距离。6. 根据权利要求1所述的壁，其中所述脊部包括大体上恒定的宽度。7. 根据权利要求1所述的壁，其中所述一对通道的深度从所述倾斜入口孔的所述出口 端朝向所述外表面以大体上恒定的倾度减小。8. 根据权利要求1所述的壁，...

【专利技术属性】
技术研发人员：SM皮尔森，RF伯格霍尔斯，DR史密斯，FA巴克，SM莫尔特，KR费尔德曼，
申请(专利权)人：通用电气公司，
类型：发明
国别省市：美国;US