[发明专利]具有双复合成角度孔和狭槽的冷却式涡轮叶片

说明书

技术领域

本发明总体上涉及气体涡轮发动机，且更具体地涉及一种冷却式涡轮叶片。

背景技术

高性能燃气涡轮发动机通常依赖于增加涡轮入口温度，从而提高燃料经济性和总额定功率。如果不对这些较高的温度进行补偿，则会使发动机部件氧化以及缩短部件寿命。许多技术的应用使得部件寿命得到了增加。所述技术包括利用来自发动机的压缩机部分的空气进行内部冷却和薄膜冷却。引气延长了叶片的寿命，但也会导致效率损失。因此，对于翼型冷却而言，固定式燃气轮机以及移动式燃气轮机的压缩空气均有限。

在2003年10月7日授予Richter等人的美国专利第6630645号，示出了一种燃气轮机的涡轮叶片。具体而言，Richter等人的公开示出了一种燃气轮机的涡轮叶片，其中，形成为冷却空气孔的许多开孔大致以锐角运行通过所述部件壁。来自涡轮叶片的空腔的压缩机空气通过冷却空气孔，以便将冷却空气膜导引至涡轮叶片的外表面。

本发明的目的在于克服已知问题和/或由本发明人发现的问题。

发明内容

本文公开了一种用于燃气涡轮发动机的涡轮叶片。所述涡轮叶片包括基部和邻接到基部的翼型部分。基部包括叶片根部、平台、冷却空气入口以及位于基部内的基部空气通道，基部空气通道配置为接收和导向来自冷却空气入口的冷却空气。翼型部分包括从基部延伸到尖端的外壁，所述外壁形成前缘、后缘、压力侧和吸力侧。翼型部分还包括位于外壁内的翼型空气通道，翼型空气通道配置为接收和导向来自基部空气通道的冷却空气。翼型部分还包括与翼型空气通道流体连通并配置为将来自翼型部分的第一百分比的冷却空气排出的多个后缘狭槽。翼型部分还包括穿过外壁的多个定向膜孔，并且每一膜孔均具有膜孔入口和膜孔出口，膜孔入口定位在膜孔出口的前方，多个定向膜孔与翼型空气通道流体连通并配置为排出第二百分比的冷却空气。多个定向膜孔的第一部分中的每个，均使其膜孔入口定位成较其膜孔出口更靠近平台，并且多个定向膜孔的第二部分中的每个，均使其膜孔出口定位成较其膜孔入口更靠近平台。而且，多个定向膜孔的第二部分定位成较多个定向膜孔的第一部分更靠近平台。

附图说明

图1是示例性燃气涡轮发动机的示意图。

图2是图1的涡轮叶片的局部剖开等距视图。

图3是图2的涡轮叶片的局部剖开压力侧视图。

图4是图3的涡轮叶片沿截面切割线4-4截取的界面俯视图。

图5是图4的一部分的放大图。

具体实施方式

本发明提供了一种具有位于压力侧和后缘狭槽上游的冷却孔的涡轮叶片。实施例包括定向冷却孔和定向后缘狭槽，在定向后缘狭槽内冷却空气被引导至朝向涡轮叶片的尖端和基部。使用二级冷却效果(或虚拟冷却)，通过采用如当前所公开的双复合角度设计，排出的冷却空气可为叶片后缘尖端和平台(端壁)提供叶片冷却。

图1是示例性燃气涡轮发动机的示意图。为了清楚起见和便于解释，(此处和其它附图中)省略或放大了一些表面。而且，本发明将通常提及燃气涡轮发动机的转动中心轴线95，该轴线可以大致由其轴120(其由多个轴承组件150支持)的纵向轴线限定。中心轴线95可以与各种其它发动机同心部件共用或共享。本发明还将提及中心轴线95的一个或多个有代表性的半径96。

除非另有说明，径向、轴向和圆周方向以及测量值的提及均是指中心轴线95。另外，本发明可提及“前”和“后”方向。除非另有说明，通常，所有对“前”和“后”的提及均与一次空气(即用于燃烧过程中的空气)的流动方向相关联。例如，前为相对于一次空气流动(即朝向空气由此处进入系统的点或前缘)的“上游”，并且后为相对于一次空气流动(即朝向空气由此处离开系统的点或后缘)的“下游”。

结构上来讲，燃气涡轮发动机100包括入口110、压缩机200、燃烧室300、涡轮400、排气500以及动力输出联接件600。压缩机200包括一个或多个压缩机转子组件220。燃烧室300包括一个或多个喷射器350并包括一个或多个燃烧室390。涡轮400包括一个或多个涡轮转子组件420，具有定位在最靠近燃烧室300的第一级涡轮转子组件421。根据一个实施例，一个或多个涡轮转子组件420可以在圆周上(例如，在第一级涡轮转子组件421)装配有多个冷却式涡轮叶片440。