[发明专利]使用非对称人字形薄膜孔来冷却翼型表面的方法和结构

说明书

技术领域

本发明大体上涉及薄膜冷却式部件，更具体地涉及使用非对称人字形(chevron)薄膜孔来薄膜冷却翼型(airfoil)表面上的公共位置的方法。

背景技术

燃气涡轮和其它高温设备广泛使用薄膜冷却用于诸如涡轮叶片的热气通道构件的有效保护。薄膜冷却涉及用于冷却部件的技术，其中冷却空气通过该部件外壁中的多个小孔排出以提供沿着该部件的外表面的稀薄的冷却屏障并阻止或减少与热气的直接接触。

应用到薄膜冷却导叶和叶片翼型的公共位置包括其中的前缘、压力侧和吸入侧以及包括内外导叶的端壁和叶片平台的薄膜冷却的端壁。用于涡轮翼型的端壁区域的薄膜冷却不同于翼型自身的薄膜冷却，因为端壁经历通过翼型压力侧表面和吸入侧表面都观察到的全范围的静压分布。该全压力场驱动翼型表面未经历的影响喷射薄膜冷却的显著的二次流型。存在穿过流道的薄膜冷却的显著迁移，从而使喷射和有效冷却非常困难。

喷射薄膜孔通常为圆形或扩散器形。这些孔定向为具有沿着局部表面流线的大致方向的喷射以最小化混合损失。这经常导致某些区域中的薄膜冷却的积累和其它区域中的薄膜冷却的相关缺乏。

由上文看来，将有利的是，提供在存在试图移动薄膜冷却剂远离待保护的预定区域的强侧向压力梯度的情况下在表面上喷射薄膜冷却的结构和方法。该结构和方法将使薄膜冷却剂保持在期望的区域中，而不产生由简单地将流交叉地喷射到主要热气流所引起的不适当的混合损失。

发明内容

简要地，根据一个实施例，薄膜冷却式翼型或翼型区域构造成具有一个或更多个非对称人字形薄膜冷却孔。

根据另一个实施例，薄膜冷却式涡轮结构包括至少一个非对称人字形薄膜冷却孔，以便对于将喷射冷却剂的一部分引导到薄膜冷却式涡轮结构的表面上，人字形的一侧优于人字形的另一侧。

附图说明

当参考附图阅读下列详细说明时，本发明的这些和其它特征、方面以及优点将变得更易理解，在整个附图中相同的符号代表相同的部件，其中：

图1是示出本领域已知的人字形薄膜冷却孔的顶视图；

图2是图1所示的薄膜冷却孔的侧视图；

图3是图1所示的薄膜冷却孔的前视图；

图4是示出布置在涡轮导叶的端壁区域中的薄膜冷却孔的透视图；

图5是示出布置在涡轮叶片的端壁区域中的薄膜冷却孔的透视图；

图6示出用于涡轮导叶的端壁区域的喷射薄膜孔，其定向为具有沿着局部表面流线的大致方向的喷射；

图7示出适用于翼型或端壁的非对称人字形薄膜孔；以及

图8示出两个非对称人字形区域，其中各人字形区域包括彼此相对具有不同几何形状的一对翼槽。

尽管上述附图提出可选的实施例，但是也设想本发明的其它实施例，如本文所述。在任何情况下，本公开通过展示而非限制介绍了本发明的实施例。许多其它的变更和实施例可由本领域技术人员设计，其属于本发明的原理的范围和精神内。

元件列表

10对称人字形薄膜冷却孔

12对称人字形薄膜冷却孔脊部

14对称人字形薄膜冷却孔翼槽

16对称人字形薄膜冷却孔进口孔

18薄膜冷却部件的外表面

20热气流

22涡轮导叶的端壁区域

24涡轮导叶

26薄膜冷却孔

28涡轮叶片

29涡轮导叶的端壁区域

30非对称人字形薄膜孔

32非对称人字形薄膜孔平坦脊部

34非对称人字形薄膜孔翼槽

36非对称人字形薄膜孔翼槽

38非对称人字形薄膜孔的进口孔

40薄膜冷却部件的外表面

50一对非对称薄膜孔区域

具体实施方式

人字形薄膜孔已经证明对于改善翼型表面上的薄膜有效性是有利的。现有的人字形薄膜孔总是基于围绕薄膜孔中心线的对称设计。

用于涡轮翼型的端壁区域的薄膜冷却不同于翼型自身的薄膜冷却，因为该端壁经历通过翼型压力侧表面和吸入侧表面都可观察到的全范围的静压分布，如前所述。该全压力场驱动翼型表面未经历的影响喷射薄膜冷却的显著的二次流型。然而，翼型表面的确经历这种二次流效应，但是除在翼型与端壁区域交会的区域中以外大体上处于非常低的程度。存在穿过流道的薄膜冷却的显著迁移，从而使喷射和有效冷却非常困难。

喷射薄膜孔通常为圆形或扩散器形。这些孔通常定向为具有沿着局部表面流线的大致方向的喷射以最小化混合损失。这经常导致某些区域中的薄膜冷却的积累和其它区域中的薄膜冷却的相关缺乏。