具有流动移位特征件的内部冷却的涡轮翼型件制造技术

涡轮翼型件(10)在大致中空的翼型件本体(12)的内部部分(11)中包括占据一对相邻的分隔壁(24)之间的空间的流动移位元件(26)。流动移位元件(26)包括在沿径向方向的纵长方向上延伸的长形主体(28)以及分别将主体(28)连接至翼型件(10)的压力侧部和吸力侧部(16、18)的一对连接肋部(32、34)。在流动移位元件(26)的弦向上相反的两侧上限定了通流截面对称地相对的一对相邻的径向流动通路(43‑44、45‑46)。径向流动通路(43‑44、45‑46)沿相反的径向方向引导冷却流体并且经由限定在内部部分(11)中、流动移位元件(26)与翼型件本体(12)的径向端面(52)之间的弦向通路(50a、50c)顺次地连接，以形成蛇形冷却路径(60a、60b)。

Internally cooled turbine airfoil with flow shifting feature

A turbine airfoil (10) consists of a flow displacement element (26) that occupies a space between a pair of adjacent partition walls (24) in the inner part (11) of the roughly hollow airfoil body (12). The flow displacement element (26) includes a long body (28) extending in a longitudinal direction along the radial direction, and a pair of joint ribs (32, 34) connecting the body (28) to the pressure side of the airfoil part (10) and the suction side (16, 18). The upper and the opposite sides of the flow shifting element (26) define a pair of adjacent radial flow paths (43, 44, 45, 46) symmetrically opposite to the flow cross section. The radial flow path (43, 44, 45, 46) guides the cooling fluid in the opposite radial direction and connects continuously through the chord path (50a, 50c) between the internal part (11), the flow shift element (26) and the radial end (52) of the airfoil body (12) to form the snake cooling path (60a, 60b).

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】具有流动移位特征件的内部冷却的涡轮翼型件
本专利技术总体上涉及涡轮翼型件，并且更具体地涉及具有用于引导冷却流体穿过翼型件的内部冷却通道的涡轮翼型件。
技术介绍
在涡轮机比如燃气涡轮发动机中，空气在压缩机部分中被加压，然后在燃烧器部分中与燃料混合并燃烧，以产生热的燃烧气体。热的燃烧气体在发动机的涡轮部分内膨胀，能量在该涡轮部分被提取以向压缩机部分提供动力并产生有用功，比如使得发电机转动而产生电力。热的燃烧气体行进穿过位于涡轮部分内的一系列涡轮级。涡轮级可以包括一排固定的翼型件、即轮叶，随后是一排旋转的翼型件、即涡轮叶片，其中涡轮叶片从热的燃烧气体提取能量以用于提供输出动力。由于翼型件即轮叶和涡轮叶片直接暴露于热的燃烧气体，因此这些翼型件通常设置有内部冷却通道，这些冷却通道将冷却流体比如压缩机排气引导穿过翼型件。一种类型的翼型件从翼型件的根端部处的径向内平台延伸至翼型件的径向外部分并且包括相对的压力侧壁和吸力侧壁，相对的压力侧壁和吸力侧壁在沿着径向方向的翼展方向上延伸并且从翼型件的前缘轴向地延伸至翼型件的后缘。冷却通道在翼型件的内部在压力侧壁与吸力侧壁之间延伸，并且可以将冷却流体沿交替的径向方向引导穿过翼型件。冷却通道将热量从压力侧壁和吸力侧壁去除，并且由此避免这些部件的过热。
技术实现思路
简言之，本专利技术的方面提供了一种具有带流动移位特征件的内部冷却通道的涡轮翼型件。本专利技术的实施方式提供了一种涡轮翼型件，该涡轮翼型件包括大致中空的翼型件本体，该大致中空的翼型件本体由在沿着径向方向的翼展方向上延伸的外壁形成。外壁包括在前缘和后缘处接合的压力侧部和吸力侧部。在压力侧部与吸力侧部之间限定有大致居中地延伸的弦向轴线。根据本专利技术的第一方面，涡轮翼型件包括多个径向延伸的分隔壁，所述分隔壁定位在翼型件本体的内部部分中并且连接压力侧部和吸力侧部。分隔壁沿着弦向轴线间隔开。流动移位元件定位成占据一对相邻的分隔壁之间的空间。流动移位元件包括长形的主体和一对连接肋部，该长形的主体在沿着径向方向的纵长方向上延伸，所述一对连接肋部分别将主体沿着径向范围连接至压力侧部和吸力侧部。在流动移位元件的弦向上相反的两侧上限定了通流截面对称地相对的一对相邻的径向流动通路。所述一对相邻的径向流动通路沿相反的径向方向引导冷却流体并且经由限定在内部部分中并且在流动移位元件与翼型件本体的径向端面之间的弦向流动通路顺次地流体连接，以形成蛇形冷却路径。根据本专利技术的第二方面，涡轮翼型件包括形成在翼型件本体的内部部分中的一个或更多个蛇形冷却路径，每个蛇形冷却路径均包括如下的至少一对相邻的径向流动通路：所述一对相邻的径向流动通路具有取向对称相对的相应的C形通流截面。每个径向流动通路均由与吸力侧部相邻的第一近壁冷却通路、与压力侧部相邻的第二近壁冷却通路以及沿着径向范围连接至第一近壁冷却通路和第二近壁冷却通路的中央冷却通道形成。所述一对相邻径向流动通路沿径向相反的方向引导冷却流体并且通过限定在中空的翼型件本体的内部部分中的弦向流动通路顺次地流体连接。根据本专利技术的第三方面，涡轮翼型件包括多个在弦向上间隔开的分隔壁，所述分隔壁定位在翼型件本体的内部部分中，所述分隔壁各自沿径向方向延伸并且还沿着连接压力侧部和吸力侧部的大致直的轮廓延伸越过弦向轴线。流动移位元件定位成占据一对相邻分隔壁之间的空间。流动移位元件包括长形的主体和一对连接肋部，该长形的主体在沿着径向方向的纵长方向上延伸，所述一对连接肋部分别将主体沿着径向范围连接至压力侧部和吸力侧部。在流动移位元件的弦向上相反的两侧上限定了一对相邻的径向流动通路。每个径向流动通路均由近壁冷却通路和连接所述近壁冷却通路的中央冷却通道形成，所述近壁冷却通路限定在主体与压力侧部和吸力侧部中的每一者之间，该中央冷却通道限定在主体与相邻分隔壁中的相应一个分隔壁之间。所述一对相邻径向流动通路沿相反的径向方向引导冷却流体并且经由限定在内部部分中并且在流动移位元件与翼型件本体的径向端面之间的弦向流动通路顺次地流体连接，以形成蛇形冷却路径。附图说明借助附图更详细地示出了本专利技术。附图示出了优选的构型并且不限制本专利技术的范围。图1是根据一个实施方式的涡轮翼型件的示例的立体图；图2是图示了本专利技术的方面的沿着图1的截面II-II穿过涡轮翼型件的横截面图；以及图3是图示了穿过根据实施方式的翼型件的示例性蛇形流动方案的流动示意图。具体实施方式在以下对优选实施方式的详细描述中，参照了形成该优选实施方式的一部分的附图，并且在附图中通过说明的方式而非限制的方式示出了本专利技术可以被实践的具体实施方式。应当理解的是，可以利用其他实施方式，并且可以在不脱离本专利技术的精神和范围的情况下作出改变。本专利技术的各方面涉及一种内部冷却的涡轮翼型件。在燃气涡轮发动机中，供给至涡轮翼型件中的内部冷却通道的冷却剂通常包括从压缩机部分转移的空气。为了使从压缩机转移的用于冷却的冷却空气的体积最小化，基于热传递速率实现高的冷却效率是重要的设计考虑因素。许多涡轮叶片和轮叶都包括两壁式结构，该两壁式结构包括在前缘和后缘处接合的压力侧壁和吸力侧壁。内部通路和冷却回路通过利用以直线的方式连接压力侧壁和吸力侧壁的内分隔壁或肋而形成。本专利技术的专利技术人已经注意到，尽管上述设计提供了较低的热应力水平，但上述设计由于其简单的向前或向后流动的蛇形冷却通路和相对较大的横截面流动面积而可能因增加的冷却剂流量对热效率造成限制。本文中图示的实施方式提供了一种具有下述内部冷却通路的涡轮翼型件：该内部冷却通路在不会损害用以承受发动机操作期间经受的热机械载荷的结构完整性的情况下提供了更高的热效率。可以通过降低冷却剂流量来提高热效率。根据图示的实施方式，上述方面通过提供至少一个流动移位元件以减小冷却剂的径向流动的横截面流动面积而由此增强对流热传递来实现。在典型的两壁式涡轮翼型件中，径向流动通路中的大部分流动都保持朝向压力侧壁与吸力侧壁之间的通流截面的中心，并且因此未充分用于对流冷却。本专利技术的实施方式涉及设置一个或更多个流动移位元件，所述一个或更多个流动移位元件用来使径向流动通路中的流动朝向热的压力侧壁和吸力侧壁移动，同时还由于通流截面的变窄而使目标的壁速度增加。现在参照图1，图示了根据一个实施方式的涡轮翼型件10。如所图示的，翼型件10是用于燃气涡轮发动机的涡轮叶片。然而应当指出的是，本专利技术的方面可以附加地结合到燃气涡轮发动机中的固定的轮叶中。翼型件10可以包括适于例如在轴流式燃气涡轮发动机的高压级中使用的由外壁14形成的大致长形的中空翼型件本体12。外壁14在翼展方向上沿着涡轮发动机的径向方向延伸并且包括大致凹形的压力侧部16和大致凸形的吸力侧部18。压力侧部16和吸力侧部18在前缘20和后缘22处接合。如所图示的，大致长形的中空翼型件本体12可以在平台58处联接至根部56。根部56可以将涡轮翼型件10联接至涡轮发动机的盘(未示出)。大致中空的翼型件本体12在径向方向上由径向外端面或翼型件梢部52和联接至平台58的径向内端面54界定。在其他实施方式中，翼型件10可以是固定的涡轮轮叶，该固定的涡轮轮叶具有联接至涡轮发动机的涡轮部分的内径的径向内端面以及联接至涡轮发动机的涡轮部分的外径的径向外端面。参照图2，限定了在压力侧部16与本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种涡轮翼型件(10)，包括：大致中空的翼型件本体(12)，所述大致中空的翼型件本体(12)由在沿着径向方向的翼展方向上延伸的外壁(14)形成，所述外壁(14)包括在前缘(20)和后缘(22)处接合的压力侧部(16)和吸力侧部(18)，其中，在所述压力侧部(16)与所述吸力侧部(18)之间限定有大致居中地延伸的弦向轴线(30)，多个径向延伸的分隔壁(24)，所述分隔壁(24)定位在所述翼型件本体(12)的内部部分(11)中并且将所述压力侧部(16)和所述吸力侧部(18)连接，所述分隔壁(24)沿着所述弦向轴线(30)间隔开，以及流动移位元件(26)，所述流动移位元件(26)定位成占据一对相邻的分隔壁(24)之间的空间并且包括长形的主体(28)和一对连接肋部(32、34)，所述长形的主体(28)在沿着所述径向方向的所述纵长方向上延伸，所述一对连接肋部(32、34)分别将所述主体(28)沿着径向范围连接至所述压力侧部(16)和所述吸力侧部(18)，由此在所述流动移位元件(26)的弦向上相反的两侧限定了通流截面对称地相对的一对相邻的径向流动通路(43‑44、45‑46)，其中，所述一对相邻的径向流动通路(43‑44、45‑46)沿相反的径向方向引导冷却流体并且经由弦向流动通路(50a、50c)顺次地流体连接以形成蛇形冷却路径(60a、60b)，所述弦向流动通路(50a、50c)限定在所述内部部分(11)中并且在所述流动移位元件(26)与所述翼型件本体(12)的径向端面(52)之间。...

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种涡轮翼型件(10)，包括：大致中空的翼型件本体(12)，所述大致中空的翼型件本体(12)由在沿着径向方向的翼展方向上延伸的外壁(14)形成，所述外壁(14)包括在前缘(20)和后缘(22)处接合的压力侧部(16)和吸力侧部(18)，其中，在所述压力侧部(16)与所述吸力侧部(18)之间限定有大致居中地延伸的弦向轴线(30)，多个径向延伸的分隔壁(24)，所述分隔壁(24)定位在所述翼型件本体(12)的内部部分(11)中并且将所述压力侧部(16)和所述吸力侧部(18)连接，所述分隔壁(24)沿着所述弦向轴线(30)间隔开，以及流动移位元件(26)，所述流动移位元件(26)定位成占据一对相邻的分隔壁(24)之间的空间并且包括长形的主体(28)和一对连接肋部(32、34)，所述长形的主体(28)在沿着所述径向方向的所述纵长方向上延伸，所述一对连接肋部(32、34)分别将所述主体(28)沿着径向范围连接至所述压力侧部(16)和所述吸力侧部(18)，由此在所述流动移位元件(26)的弦向上相反的两侧限定了通流截面对称地相对的一对相邻的径向流动通路(43-44、45-46)，其中，所述一对相邻的径向流动通路(43-44、45-46)沿相反的径向方向引导冷却流体并且经由弦向流动通路(50a、50c)顺次地流体连接以形成蛇形冷却路径(60a、60b)，所述弦向流动通路(50a、50c)限定在所述内部部分(11)中并且在所述流动移位元件(26)与所述翼型件本体(12)的径向端面(52)之间。2.根据权利要求1所述的涡轮翼型件(10)，其中，所述主体(28)是中空的并且限定有闲置的腔室(T1、T2)，所述闲置的腔室(T1、T2)与所述外壁(14)隔开并且从第一端部(36)沿径向方向延伸至第二端部(38)，并且所述闲置的腔室(T1、T2)的所述第二端部(38)在未到达所述翼型件本体(12)的所述径向端面(52)处终止，以限定形成所述弦向流动通路(50a、50c)的间隙(51)。3.根据权利要求2所述的涡轮翼型件(10)，其中，所述闲置的腔室(T1、T2)在所述第一端部(36)处封闭。4.根据权利要求2所述的涡轮翼型件(10)，其中，所述径向端面包括径向外侧的翼型件梢部(52)，并且其中，所述闲置的腔室(T1、T2)的所述第一端部(36)位于所述涡轮翼型件(10)的根部部分(56)处。5.根据权利要求1所述的涡轮翼型件(10)，其中，每个径向流动通路(43-44、45-46)均由近壁冷却通路(72、74)和连接所述近壁冷却通路(72、74)的中央冷却通道(76)形成，所述近壁冷却通路(72、74)限定在所述主体(28)与所述压力侧部(16)和所述吸力侧部(18)中的每一者之间，所述中央冷却通道(76)限定在所述主体(28)与所述相邻的分隔壁(24)中的相应一个分隔壁之间。6.根据权利要求5所述的涡轮翼型件(10)，其中，每个径向流动通路(43-44、45-46)均具有由相应的近壁冷却通路(72、74)和相应的中央冷却通道(76)限定的C形通流截面。7.根据权利要求5所述的涡轮翼型件(10)，其中，所述近壁冷却通路(72、74)定位在所述弦向轴线(30)的相反两侧。8.根据权利要求5所述的涡轮翼型件(10)，其中，所述近壁冷却通路(72、74)中的一者或更多者具有大致平行于所述弦向轴线(30)的长形尺寸，并且其中，所述中央冷却通道(76)具有大致垂直于所述弦向轴线(30)的长形尺寸。9.根据权利要求1所述的涡轮翼型件(10)，其中，所述主体(28)包括：相反的第一侧壁(82)和第二侧壁(84)，相反的所述第一侧壁(82)和所述第二侧壁(84)分别面向所述压力侧部(16)和所述吸力侧部(18)，以及在所述第一侧壁(82)与所述第二侧壁(84)之间延伸的前端壁(86)和后端壁(88)，其中，所述蛇形冷却路径(60a、60b)中的流动沿着所述端壁(86、88)顺序地通过。10.根据权利要求9所述的涡轮翼型件(10)，其中，相反的所述第一侧壁(82)和所述第二侧壁(84)分别大致平行于所述压力侧部(16)和所述吸力侧部(18)。11.根据权利要求1所述的涡轮翼型件(10)，其中，所述流动移位元件(26)与所述翼型件本体一体地制造。12.根据权利要求1所述的翼型件(10)，其中，所述相邻的分隔壁(24)中的每个分隔壁均沿着连接所述压力侧部(16)和所述吸力侧部(18)的大致直的轮廓延伸越过所述弦向轴线(30)。13.根据权利要求1所述的涡轮翼型件(10)，包括各自包含相应的主体(28)的多个流动移位元件(26)，所述流动移位元件(26)布置成使得所述主体(28)与所述分隔壁(24)沿着所述弦向轴线(30)交替。14.根据权利要求13所述的涡轮翼型件(10)，其中，位于第一流动移位元件(26)的弦向上相反的两侧上的第一对相邻的径向流动通路(43、44)形成沿着所述弦向轴线(30)的从后向前的蛇形冷却路径(60a)，并且位于第二...

【专利技术属性】
技术研发人员：埃万·C·兰德勒姆，扬·H·马尔什，保罗·A·桑德斯，
申请(专利权)人：西门子公司，
类型：发明
国别省市：德国,DE