带有具有降低的压降的分离条的内部冷却系统的涡轮翼面技术方案

在涡轮发动机中可使用的并且具有带有高效的分离条（16）的至少一个冷却系统（14）的涡轮翼面（10）被公开。至少部分冷却系统（14）可以包括一个或多个冷却通道（18），该冷却通道（18）具有从形成该冷却通道（18）的内表面（20）突出的一个或多个分离条（16）。分离条（16）可以具有改进的操作特性，包括增强的传热能力以及典型地与传统的分离条（16）相关联的压降的大幅降低。在至少一种实施方式中，分离条（16）可以具有横截面区域，其带有该分离条（16）的上游表面（26）的第一部段（24）以及至少一个分离条（16）的凹形形状的下游表面（28），该第一部段（24）被定位成不平行且不正交于形成从至少一个分离条（16）的上游延伸的冷却系统通道（18）的表面（20），该凹形形状的下游表面（28）能够使得被分离的流再附接至冷却流体流。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
这个专利技术总地指向涡轮翼面，并且更特别地指向中空的涡轮翼面，其具有用于传递诸如空气的流体的冷却通道以冷却该翼面。
技术介绍
典型地，燃气涡轮发动机包括用于压缩空气的压缩机、用于混合压缩空气与燃料并且点燃该混合物的燃烧室以及用于产生功率的涡轮叶片（blade）组件。燃烧室经常在可能超过2500华氏度的高温下操作。典型的涡轮燃烧室构造将涡轮静叶（vane）和叶片组件暴露于这些高温。因此，涡轮静叶和叶片必须由能够承受这样的高温的材料制成。此外，涡轮静叶和叶片经常包含冷却系统，该冷却系统用于延长静叶和叶片的寿命以及降低由于过度的温度导致的失效的可能性。典型地，涡轮叶片由伸长部分形成，形成的叶片具有被构造成被联接至涡轮叶座的一个端部以及被构造成形成叶尖的相对端部。叶片通常由前缘、后缘、吸入侧和压力侧组成。大多数涡轮叶片的内部空间（aspects）典型地包含形成冷却系统的错综复杂的冷却回路迷宫。在叶片中的冷却回路从涡轮发动机的压缩机接收空气，并且传递该空气通过叶片的端部，该叶片的端部适于被联接至叶座。冷却回路经常包括多个流动路径，该多个流动路径被设计成维持涡轮叶片的所有方面处于相对地均匀的温度。经过这些冷却回路的至少一些空气通过在叶片的前缘、后缘、吸入侧和压力侧中的孔排出。冷却流体在分离条（trip strip）上经过，这增加冷却系统的传热。大多数分离条通常由方形或矩形横截面形成，如在图1中所示。这样的构造增加冷却系统的冷却能力，但是具有固有的限制，如由在图1中所示的损失区域5所示。尽管在涡轮叶片中的冷却系统已经取得了进步，但是对于具有增加的冷却效率用于消散热量并且通过叶片传递足量的冷却空气的涡轮叶片的需求仍然存在。
技术实现思路
在涡轮发动机中可使用的、并且具有带有有效的分离条的至少一个冷却系统的涡轮翼面被公开。至少部分冷却系统可以包括一个或多个冷却通道，该冷却通道具有从形成冷却通道的内表面突出的一个或多个分离条。分离条可以具有改进的操作特性，其包括增强的传热能力以及典型地与传统的分离条相关联的压降的大幅降低。在至少一种实施方式中，分离条可以具有横截面区域，其带有该分离条的上游表面的第一部段以及至少一个分离条的凹形形状的下游表面，该第一部段被定位成不平行且不正交于形成从至少一个分离条的上游延伸的冷却系统通道的表面，该凹形形状的下游表面能够使得被分离的流再附接至冷却流体流。在至少一种实施方式中，涡轮翼面可以由大体上伸长的中空翼面形成，该中空翼面由外壁形成，并且具有前缘、后缘、压力侧、吸入侧、位于翼面的第一端部处的根部以及位于与第一端部相对的第二端部处的尖端、以及被定位在大体上伸长的中空翼面的内部空间内的冷却系统。冷却系统可以包括从内表面突出的一个或多个分离条，该内表面限定冷却系统的通道。分离条可以由大体上伸长的主体形成，并且分离条可以具有横截面区域，该横截面区域带有该分离条的上游表面的至少第一部段以及该分离条的凹形形状的下游表面，该至少第一部段被定位成不平行且不正交于形成从分离条的上游延伸的冷却系统通道的表面。分离条的下游表面可以由形成大体上1/4圆的凹形表面形成。分离条的下游表面的最上游点可以被定位在位于分离条的顶部表面处的下游表面的交点的上游。分离条的下游表面的最上游点可以被定位在下游表面和限定冷却系统的通道的内表面的交点的上游。分离条包括非线性顶部表面。在至少一种实施方式中，非线性顶部表面具有凸形形状的外表面。非线性顶部表面具有前缘，该前缘被定位成比非线性顶部表面的后缘更靠近限定冷却系统的通道的内表面。分离条的上游表面可以包括与第一部段不平行且不正交的第二部段。上游表面的第二部段可以被定位成大体上正交于形成从分离条的上游延伸的冷却系统通道的表面。上游表面的第二部段可以被定位成大体上正交于冷却系统的通道的纵向轴线，分离条存在于该冷却系统的通道中。分离条可以贯穿该至少一个分离条的整个长度具有一致的横截面区域。在使用期间，冷却流体被传递至冷却系统中，该冷却系统包括冷却通道。至少部分冷却流体接触分离条。特别地，至少部分冷却流体接触上游表面的第一部段，在此处冷却流体以一角度被向上导向，该角度不平行且不正交于形成冷却通道的内表面。冷却流体然后撞击上游表面的第二部段，这导致冷却流体以甚至更陡峭的角度被导向远离内表面。冷却流体然后流动经过第二部段并且沿顶部表面流动。当经过第一部段、第二部段以及顶部表面时，热量正被从分离条经由对流传递至冷却流体。冷却流体流动经过顶部表面，并且然后部分冷却流体形成靠着凹形的下游表面流动的冷却流体的环形流动。当相比于在传统的方形或矩形横截面的分离条中的低速回流时，在下游表面上的涡流（eddies）的形成被减弱，这是通过容纳主要的漩涡（vortex）或涡流并且确保更高的速度以及因此在下游表面上的更高的传热。这个独特形状的分离条横截面区域为涡轮叶片冷却通道创建更高的内部对流冷却潜力，因此产生高比率的内部对流传热和有效的总的冷却系统性能。这个性能等同于冷却需求的降低以及更好的涡轮发动机性能。涡轮翼面冷却系统的优点在于该系统被构造成冷却冷却通道，并且由于它的构造该系统特别好地适合于冷却工业燃气涡轮发动机中的冷却通道。该冷却系统的另一个优点在于分离条的横截面区域的构造降低了典型地与分离条相关联的压降的数量。这些实施方式和其他实施方式在下面被更详细地描述。附图说明被结合在说明书中并且形成说明书的一部分的附图图示了当前公开的专利技术的实施方式，并且与说明书一起公开了本专利技术的原理。图1是定位在涡轮翼面中的冷却通道内并且用空气流向量显示的传统的分离条的横截面视图，该空气流向量显示关于传统的分离条的冷却流体流的详细视图；图2是具有根据当前专利技术的特征的涡轮翼面的透视图；图3是沿截面线3-3截取的在图2中显示的涡轮翼面的横截面视图；图4是沿截面线4-4截取的在图2中显示的涡轮翼面的横截面的切片视图；图5是沿在图4中的截面线5-5截取的本专利技术的冷却系统的单个分离条的横截面视图。具体实施方式如在图2-5中所显示，在涡轮发动机12中可使用的并且具有带有高效的分离条16的至少一个冷却系统14的涡轮翼面10被公开。至少部分冷却系统14可以包括一个或多个冷却通道18，该冷却通道18具有从形成冷却通道18的内表面20突出的一个或多个分离条16，如在图3和图4中所示。分离条16可以具有改进的操作特性，其包括增强的传热能力以及典型地与传统的分离条相关联的压降的大幅降低。在至少一种实施方式中，如在图5中所示，分离条16可以具有横截面区域22，该横截面区域22带有该分离条16的上游表面26的第一部段24以及该分离条16的凹形形状的下游表面28，该第一部段24被定位成不平行且不正交于形成从分离条16的上游延伸的冷却系统通道18的表面20，该凹形形状的下游表面28能够使得被分离的流再附接至冷却流体流。在至少一种实施方式中，如在图2和图4中所示，涡轮翼面10可以由大体上伸长的中空翼面30形成，该中空翼面30由外壁32形成，并且具有前缘34、后缘36、压力侧38、吸入侧40、位于翼面30的第一端部44处的根部42以及位于与第一端部44相对的第二端部48处的尖端46、以及被定位在大体上伸长的中空翼面30的内部空间内的冷却系统14。涡轮翼面10本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种涡轮翼面，包括：由外壁形成的大体上伸长的中空翼面，并且具有前缘、后缘、压力侧、吸入侧、位于所述翼面的第一端部处的根部以及位于与所述第一端部相对的第二端部处的尖端，以及被定位在所述大体上伸长的中空翼面的内部空间内的冷却系统；至少一个分离条，其从限定所述冷却系统的通道的内表面突出，其中，所述至少一个分离条由大体上伸长的主体形成，并且其中，所述至少一个分离条具有横截面区域，所述横截面区域带有所述至少一个分离条的上游表面的至少第一部段以及所述至少一个分离条的凹形形状的下游表面，所述至少第一部段被定位成不平行且不正交于形成从所述至少一个分离条的上游延伸的所述冷却系统通道的所述内表面。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2013.12.26 US 14/1405891. 一种涡轮翼面，包括：由外壁形成的大体上伸长的中空翼面，并且具有前缘、后缘、压力侧、吸入侧、位于所述翼面的第一端部处的根部以及位于与所述第一端部相对的第二端部处的尖端，以及被定位在所述大体上伸长的中空翼面的内部空间内的冷却系统；至少一个分离条，其从限定所述冷却系统的通道的内表面突出，其中，所述至少一个分离条由大体上伸长的主体形成，并且其中，所述至少一个分离条具有横截面区域，所述横截面区域带有所述至少一个分离条的上游表面的至少第一部段以及所述至少一个分离条的凹形形状的下游表面，所述至少第一部段被定位成不平行且不正交于形成从所述至少一个分离条的上游延伸的所述冷却系统通道的所述内表面。2. 根据权利要求1所述的涡轮翼面，其中，所述至少一个分离条的所述下游表面由形成大体上四分之一圆的凹形表面形成。3. 根据权利要求2所述的涡轮翼面，其中，所述至少一个分离条的所述下游表面的最上游点被定位在位于所述至少一个分离条的顶部表面处的所述下游表面的交点的上游。4. 根据权利要求2所述的涡轮翼面，其中，所述至少一个分离条的所述下游表面的最上游点被定位在所述下游表面和限定所述冷却系统的所述通道的所述内表面的交点的上游。5. 根据权利要求1所述的涡轮翼面，其中，所述至少一个分离条包括非线性顶部表面。6. 根据权利要求5所述的涡轮翼面，其中，所述非线性顶部表面具有凸形形状的外表面。7. 根据权利要求6所述的涡轮翼面，其中，所述非线性顶部表面具有前缘，所述前缘被定位成比所述非线性顶部表面的后缘更靠近限定所述冷却系统的所述通道的所述内表面。8. 根据权利要求1所述的涡轮翼面，其中，所述至少一个分离条的所述上游表面包括第二部段，所述第二部段与所述第一部段不平行且不正交。9. 根据权利要求8所述的涡轮翼面，其中，所述上游表面的所述第二部段被定位成大体上正交于形成所述冷却系统通道的所述表面，所述冷却系统通道从所述至少一个分离条的上游延伸。10. 根据权利要求8所述的涡轮翼面，其中，所述上游表面的所述第二部段被定位成大体上正交于所述冷却系统的所述通道的纵向轴线，所述至少一个分离条存在于所述通道中。11. 根据权利要求1所述的涡轮翼面，其中，所述至少一个分离条贯穿所述至少一个分离条的整个长度具有一致的横截面区域。12. 一种涡轮翼面，包括：由外壁形成的大体上伸长的中空翼面，并且具有前缘、后缘、压力侧、吸入侧、位于所述翼面的第一端部处的根部以及位于与所述第一端部相对的第二端部处的尖端，以及被定位在所述大体上伸长的中空翼面的内部空间内的冷却系统；至少一个分离条，其从限定所述冷却系统的通道的内表面突出，其中，所述至少一个分离条由大体上伸...

【专利技术属性】
技术研发人员：JL罗德里格斯，MJ戈尔森，
申请(专利权)人：西门子公司，
类型：发明
国别省市：德国;DE