[发明专利]改善膜冷却的结构及方法

说明书

技术领域

本发明主要涉及膜冷却式零件，并且更具体地涉及一种在实质上所有经受冷却的涡轮翼型件上的普通位置进行膜冷却的方法。

背景技术

燃气轮机和其它高温设备广泛地采用膜冷却以便有效地保护热气体通路构件，例如涡轮叶片。膜冷却是指一种用于冷却零件的技术，其中，冷却空气经由零件外壁中的多个小孔排出，以沿零件外表面提供相对较薄的冷却层或阻隔物以及防止或减少与热气体的直接接触。

用于冷却涡轮翼型件的普通位置其中包括翼型件前缘的喷淋头(showerhead)膜以及前端壁区域上的膜孔。一种常用的冷却技术使用位于浅沟槽(trench)内的多列轴向圆孔，其中，各孔的轴线定向为大致横切于沟槽的纵向方向。使用浅沟槽加强了膜冷却的扩散，使膜冷却不易受到自由流湍流的影响，并且还耐受因表面上的沉积物所造成的影响。

使用浅沟槽的这些公知的涡轮翼型件膜冷却技术改善了膜冷却的有效性，优于在没有浅沟槽的情况下使用膜孔的现有膜冷却技术。将应有利的是，提供一种下一代的涡轮翼型件的膜冷却，其将膜冷却的有效性改善至超过使用公知的涡轮翼型件膜冷却技术而采用浅沟槽所能实现的有效性。

发明内容

简言之，根据一个实施例，一种涡轮翼型件构造成具有至少一个浅沟槽，各沟槽均包括设置于其中的多个膜孔，且这些膜孔沿对应沟槽的纵向方向定位并大致沿对应沟槽的纵向方向成角度地穿过对应的翼型件基底。

根据另一实施例，一种膜冷却涡轮翼型件的方法，包括：

将涡轮翼型件构造成在期望的位置具有沿纵向方向的至少一个浅沟槽；以及

在各沟槽内提供多个膜冷却孔，各膜冷却孔均具有大致沿对应沟槽的纵向方向定向的中心轴线，使得从该多个膜冷却孔射出的膜射流流出到大致平行于对应沟槽的纵向方向的对应沟槽中。

根据又一实施例，一种膜冷却的空气动力构件包括具有一定长度和宽度的至少一个浅沟槽，各沟槽均包括沿沟槽的纵向方向设置于其中的多个膜孔，各膜孔均大致沿对应沟槽的纵向方向成角度地穿过空气动力构件。

附图说明

当参照附图研读如下详细描述时，本发明的这些及其它特征、方面和优点将变得更容易理解，其中所有附图中的相似标号表示相似的零件，在附图中：

图1为示出本领域中所公知的浅沟槽内的多个膜冷却孔的透视图；

图2更为详细描绘地示出了浅沟槽壁与图1中所绘的膜冷却孔的中心轴线之间的角度关系；

图3为示出图1中所示的膜冷却孔由于横向流动堵塞而造成的膜冷却流的透视图；

图4为示出根据一个实施例的浅沟槽内的多个膜冷却孔的透视图，其中，各孔均包括沿沟槽的纵向方向定向的中心轴线；

图5示出了根据一个实施例的、应用于涡轮翼型件的喷淋头膜冷却区域上的对应浅沟槽内的多个膜冷却孔；

图6为图4中所绘的膜冷却孔的端视图；以及

图7为横切于图4和图6中所绘的浅沟槽的纵向方向的视图，示出了沿沟槽的纵向方向定向的膜冷却孔的中心轴线的另一视图。

零件清单

10翼型零件

12膜冷却孔

14浅沟槽

16浅沟槽侧壁

18膜冷却孔12的中心轴线

30热气体

32膜冷却剂流

40翼型零件

42膜冷却孔

44膜冷却孔42的中心轴线

46浅沟槽14的纵向方向

50喷淋头的膜冷却区域

60基底

62基底60的热表面

64基底60的较冷表面

70基底60结合层

72基底60热障涂层

73覆盖的表面

76膜冷却孔42的平均喉部直径(或临界截面直径)

80沟槽14的底面

具体实施方式

尽管上述图形列举了备选实施例，但还可构思出本发明的其它实施例，这正如论述中所提到的。在所有情形中，本公开内容都是通过代表而非限制的方式来介绍所示的本发明的实施例。本领域的技术人员可构想出落入本发明原理的范围和精神内的多种其它的修改和实施例。

图1为翼型零件10的透视图，示出了本领域中所公知的浅沟槽14内的多个膜冷却孔12。零件10通过穿过零件10内部的流体冷却剂冷却。流体冷却剂可为压缩机抽提空气或具有公知热力学性质的其它流体，例如氮。冷却剂中的一些穿过膜冷却孔12通向零件10的外部。零件10可具有多个这样的浅沟槽，但出于图示的目的，这里仅示出了一个。