[发明专利]燃气轮机翼型

说明书

技术领域

本发明涉及用于燃气轮机发动机(gas turbine engines)的翼型叶片 或轮片，特别是对这种叶片或轮片的改进冷却。

背景技术

在燃气轮机发动机领域，来自燃烧室的高温燃烧气体流经一个或 多个涡轮机。热气体向一个或多个压缩机提供动力，以输出可用于其 它目的的动力。因此，涡轮机叶片和轮片需要能承受所述热气体的高 温，而不损失工作效率。这可以通过冷却来实现。

本领域的现有技术中已知各种方法用于内部冷却涡轮机叶片，以 保持叶片温度位于特定极限内。已知的冷却叶片和轮片的方法是通过 向叶片或轮片中的通道供应来自压缩机的压缩冷却空气而实施的。冷 却技术包括所谓的“蛇形冷却”回路，其由串联的纵向定向通道构成， 以产生蛇形流动，从而通过增加冷却剂流动路径的长度而提高冷却效 率。蛇形冷却可以高效地在回路中的依次相继的纵向通道中反复使用 冷却空气。通过在分隔通道的腹板中提供开口，流过内部通道的冷却 空气可以在被耗尽之前向叶片或轮片提供对流和/或“冲击冷却”。冲击 冷却具有高热传导性，但可能较为浪费，因为冷却空气没有被重新使 用。另一已知冷却方法，适于冷却翼型外部壁表面，即所谓的“气膜冷 却”，通过在叶片或轮片的翼型表面中提供孔而实现。组合冲击冷却和 气膜冷却有时是困难的，因为冲击冷却所需的冷却空气高压力可能导 致气膜冷却流与外部翼型表面分离，从而降低冷却效率。

发明内容

因此，本发明的一个目的是提供一种叶片或轮片的翼型部分，其 具有相对于现有技术水平而言改进的内部冷却能力，以便例如允许实 现更高的点火温度或更低的冷却流量。

前面提到的现有技术中的技术水平没有为解决此问题提供过任何 建议。

本发明通过提供一种燃气轮机发动机部件来解决上述问题，该部 件包括：沿着所述部件的纵向轴线设置的叶根和叶尖，还包括翼型部 分，所述翼型部分具有前缘、后缘、延伸在所述前缘和所述后缘之间 的外部吸入侧壁和外部压力侧壁。所述外部壁围出中心空腔，所述中 心空腔用于使冷却空气从叶根流至叶尖和/或从叶尖流至叶根。所述空 腔由将所述吸入侧壁与所述压力侧壁相连的至少一个纵向延伸的第一 腹板分隔成前缘区和后缘区，从而在前缘区中限定出前缘室。前缘室 因此而由吸入侧壁、压力侧壁和所述第一腹板界定。此外，设有第二 纵向延伸腹板，其将所述第一腹板与吸入侧壁(或者与压力侧壁)相 连，从而在第二腹板的吸入侧限定出第一引入室、在后缘区限定出用 于冷却空气的第二引入室。

一般而言，外部壁和内部腹板从叶根延伸至叶尖，然而，相邻通 道之间穿过壁或穿过腹板的连接通道或开口也是可行的。所述第一腹 板设有用于在第一引入室和前缘室之间流过冷却空气的至少一个贯通 孔，而第二腹板中没有开口或通道。优选地，所述第一腹板中的位于 第一引入室和前缘室之间的至少一个贯通孔是用于来自第一引入室的 冷却空气的唯一出口，这意味着优选的是吸入侧壁的与第一引入室交 界的部分以及第二腹板都不包含任何冷却空气贯通孔。

因此，本发明的关键特征是这样的事实，即翼型部分中的中心腹 板几何形状被引入，以便为结构提供期望的刚度，并且所述室之间的 贯通孔被布置成使得朝向前缘流动即流入前缘室的冷却空气可被更好 地控制和定制。这一点至少部分地通过下述方式实现，即来自燃烧室 的冷却空气引入流被分裂成两部分，从而提供两个分开的引入流进入 前缘室，即在前缘室的吸入侧和压力侧分别具有冷却空气沟道。根据 本发明进行冷却的系统使得翼型以及因此涡轮机能够例如在更高引入 热气体温度下操作，同时又相对于现有技术水平中使用的热气体温度 而言维持相同(或更低)的冷却空气消耗量。

在现有技术水平中已知各种翼型部分设计。举例而言，所谓的“双 壁概念”是已知的，其中平行于翼型部分的吸入侧壁和压力侧壁并且在 它们之间延伸的至少一个纵向壁是已知的。另一方面，吸入侧壁和压 力侧壁仅仅通过纵向腹板相连是已知的，即所谓的“横梁概念”。试图 实现更高点火温度的最先进的叶片构造技术期望允许同时冲击冷却和 气膜冷却。