[发明专利]具有局部壁厚控制的涡轮翼型件

说明书

技术领域

本发明大体上涉及一种燃气涡轮发动机翼型件，并且更具体地涉及用于冷却中空涡轮翼型件的设备及方法。

背景技术

典型的燃气涡轮发动机包括涡轮机核芯，其具有成串流关系的高压压缩机、燃烧器和高压涡轮。核芯可以以已知方式操作来生成主气流。高压涡轮(或HPT)包括从主气流获得能量的一个或多个级。各个级包括成排的静止导叶或喷嘴，其将气流引导至由旋转盘承载的下游成排的叶片或轮叶。这些构件在极高温度的环境中操作。为了确保足够的使用寿命，导叶和叶片为中空的，且设有冷却剂流，如来自从压缩机获取(流出)的空气。该冷却剂流经过中空翼型件的内部冷却剂通路循环，且然后经过多个冷却孔排出。

已经发现是有效的一个类型的冷却孔为定形或扩散的孔，其包括圆形计量部分和用作扩散部的外扩部分。定形的扩散孔可轴向地或与气流平行(由图1中的箭头G指出)定向，或它们可关于划向发动机中心线的径向线成各种角垂直地定向。利用HPT翼型件的最近经验已显示了由于制造工艺变化引起的减小的翼型件铸造壁厚可减小扩散孔的有效性。这可通过增大对于整个翼型件的壁厚来针对，但这导致非期望的重量增加。

因此，所需的是一种具有扩散孔的涡轮翼型件，其有效地执行而没有过度的重量增加。

发明内容

该需要由本发明解决，本发明提供了具有扩散孔的涡轮翼型件。翼型件的壁厚在扩散孔的位置处局部地增大。

根据本发明的一个方面，一种用于燃气涡轮发动机的涡轮翼型件包括：具有外表面的外周壁，外周壁包围内部空间，且包括在前缘处和后缘处连结在一起的凹形压力侧壁和凸形吸力侧壁；其中外周壁具有结合局部加厚的壁部分的不同的壁厚；以及具有定形的扩散出口的膜冷却孔，其穿过局部加厚的壁部分的外周壁。

根据本发明的另一个方面，一种用于燃气涡轮发动机的涡轮叶片包括：具有根部和末梢的翼型件，翼型件由具有外表面的外周壁限定，外周壁包围内部空间，且包括在前缘处和在后缘处连结在一起的凹形压力侧壁和凸形吸力侧壁；其中外周壁的厚度从根部处的最大值渐缩至末梢处的最小值；其中外周壁包括根部处的第一局部加厚部分和末梢处的第二局部加厚部分，第一局部加厚部分和第二局部加厚部分具有相等的厚度；以及分别具有定形的扩散出口的第一膜冷却孔和第二膜冷却孔，第一膜冷却孔穿过第一局部加厚部分内的外周壁，且第二膜冷却孔穿过第二局部加厚部分内的外周壁。

附图说明

本发明可通过结合附图参照以下描述来最佳地理解，在附图中：

图1为燃气涡轮发动机的涡轮区段的一部分的示意性横截面视图，结合了根据本发明的方面构造的翼型件；

图2为沿图1中的线2-2截取的横截面视图；

图3为沿图2中的线3-3截取的视图；

图4为沿图3中的线4-4截取的视图；

图5为沿图2中的线5-5截取的视图；

图6为沿图1中的线6-6截取的视图；以及

图7为沿图1中的线7-7截取的视图。

具体实施方式

参看其中相同参考标号在各种视图中始终表示相同元件的附图，图1绘出了为已知类型的燃气涡轮发动机的一部分的高压涡轮10的一部分。所示的涡轮为两级构造，然而，高压涡轮可为单级或多级，它们分别包括喷嘴和叶片排。高压涡轮10的功能在于从来自上游燃烧器(未示出)的高温加压燃烧气体获得能量，且将能量以已知方式转换成机械功。高压涡轮10通过轴驱动上游压缩机(未示出)，以便将加压空气供应至燃烧器。

在所示的示例中，发动机为涡扇发动机，且低压涡轮将位于高压涡轮10的下游，且联接到风扇上。然而，本文所述的原理同样适用于涡轮螺旋桨发动机、涡轮喷气发动机以及涡轮轴发动机，以及用于其它车辆或静止应用的涡轮发动机。

高压涡轮10包括第一级喷嘴12，其包括多个沿周向间隔开的翼型件形状中空第一级导叶14，其支承在弓形分段的第一级外带16和弓形分段的第一级内带18之间。第一级导叶14、第一级外带16和第一级内带18布置成多个沿周向邻接的喷嘴节段，它们共同形成完整的360°组件。第一级外带16和内带18分别限定外径向流路边界和内径向流路边界，以用于热气流流过第一级喷嘴12。第一级导叶14构造成将燃烧气体最佳地引导到第一级转子20。

第一级转子20包括从第一级盘24向外延伸的翼型件形状的第一级涡轮叶片22的阵列，第一级盘24围绕发动机的中心轴线旋转。分段的弓形第一级护罩26布置成以便接近地包绕第一级涡轮叶片22，且从而限定用于流过第一级转子20的热气流的外径向流路边界。