[发明专利]具有冷却通路的翼

说明书

本发明涉及用于涡轮机尤其是燃气涡轮机的动叶片(blade)或静叶片(vane)的翼，其中冷却通路设置在所述翼内，其中所述翼沿径向方向从第一端部延伸至第二端部，其中冷却流体入口设置在所述第一端部或所述第二端部处，其中所述翼的每个径向截面具有特定轮廓的形状，其中所述翼被做成暴露于热气，所述热气沿着所述翼的表面从前缘流动至所述轮廓的后缘，其中所述翼的表面包括压力侧和抽吸侧，它们由所述后缘和所述前缘从彼此限定出，其中所述后缘设置有冷却流体排放出口，其中所述压力侧和所述抽吸侧分别由包括内表面和外表面的壁限定出，所述内表面设置有沿相对于所述径向方向倾斜的肋方向延伸的肋，其中沿着所述轮廓的长度的至少10%的部分，所述抽吸侧和所述压力侧的所述内表面的所述倾斜的肋在相应交叉接触点处彼此接触，其中所述交叉接触点形成二维矩阵。

现代燃气涡轮机在大约1300℃的燃烧温度操作，该热冲击使得任何材料在当前几乎不可能适合于操作的机械应力并在没有附加措施来延长寿命的情况下适合于实现寿命要求。在第一级燃气涡轮机动叶片和第一级燃气涡轮机静叶片的情况下，该技术任务变成最大的挑战。燃气涡轮机静叶片翼或转子动叶片翼的后缘由于数种原因而成为很难有效地冷却的区域。

翼的外表面上的冲击是比较高的，因为外部流动热传递率由于高空气流速而是高的。后缘自身是薄的，其给予很少的空间来用于将增强冷却的几何特征。在进入后缘区域之前，冷却空气温度通常升高，因为冷却空气已经由于冷却翼的其它部分而拾取了大量热。此外，对于燃气涡轮机的效率来说关键的是找到有效的后缘冷却构思，其有助于减少对该部件花费的冷却剂量。所谓的二次空气消耗对燃气涡轮机的效率具有显著冲击，因为二次空气与来自燃烧器的热气混合会冷却热气温度，从而降低卡诺效率以及该布雷顿循环的总体热效率。

先进的已知后缘冷却构思被公开于：EP 1 082 523 B1；EP 1 925 780 A1；US 7,674,092 B2；WO 2005083235 A1和WO 2005083236 A1。本专利申请假定EP 1 082 523 B1为最接近现有技术，并且还认为其用于本领域的普通技术人员的内容被包含。

考虑到现有技术的问题和挑战，本发明的一个目的是改善燃气涡轮机的动叶片或静叶片翼的冷却构思效率。本发明尤其关注所述翼的后缘。再一目的是通过降低二次空气消耗来改善燃气涡轮机的热效率。

以上目的通过起初提及类型的翼加上以下特征来实现：至少一个附加的阻断肋，其从压力侧延伸至抽吸侧，并从一个交叉接触点延伸至另一交叉接触点，以使所述冷却流体流动的附加湍流得到释放。该冷却构思由于两个主要原理而改善冷却效率。在第一情况下，后缘通路的所述阻断肋伸入流动通路中，以增加壁区域表面，由其发生对流热交换。第二效果是：这些几何特征增强流动湍流，并将流动引导成使得流动将冲击通路壁，从而形成进一步改善的热传递。换言之，湍流和流动冲击两者都将干扰附近的壁流动边界层，使得将增加对壁的热传递系数。

优选实施例将所述阻断肋设置成从一个交叉接触点延伸至相邻交叉接触点。优选地，被阻断肋包含的相邻交叉接触点相对于被阻断肋包含的其它交叉接触点是最接近的交叉接触点之一。

本发明的另一优选实施例将阻断肋设置成沿着肋方向延伸，所述肋方向以与所述抽吸侧壁或压力侧壁的内表面上的所述肋相同的倾斜角取向。

另一可能性是阻断肋沿着垂直于所述肋的倾斜方向的方向延伸。

另一优选实施例将所述阻断肋设置成沿所述径向方向延伸，以有效地造成冷却剂的湍流。

本发明的另一优选实施例将所述阻断肋设置成垂直于所述径向方向延伸。这看起来是尤其有效的，因为冷却流体分别地冷却剂基本上沿相同方向分别地垂直于径向方向排出。

使所需热传递得到增强并且只造成有限压力下降的另一可能性可通过以下方式达成：使阻断肋连续地沿着至少三个交叉接触点沿着锯齿路径延伸。

相对于压力损失和热传递的进一步改进可通过以下方式达成：将第一阻断肋设置成从第一交叉接触点延伸至第二交叉接触点，将第二阻断肋设置成从第三接触点延伸至第四交叉接触点，其中第一阻断肋和第二阻断肋相对于彼此倾斜，并且其中第二交叉接触点和第三交叉接触点是相邻交叉接触点。这里“相邻”是指相对应的交叉接触点分别是彼此最接近的，即对于相应交叉接触点不存在其它更接近的交叉接触点。

根据本发明，对二次空气消耗的显著冲击可通过以下方式达成：以重复模式将所述阻断肋、第一阻断肋或第二阻断肋设置成彼此邻近但不彼此直接接触。