[发明专利]带有具有降低的压降的分离条的内部冷却系统的涡轮翼面

说明书

技术领域

这个发明总地指向涡轮翼面，并且更特别地指向中空的涡轮翼面，其具有用于传递诸如空气的流体的冷却通道以冷却该翼面。

背景技术

典型地，燃气涡轮发动机包括用于压缩空气的压缩机、用于混合压缩空气与燃料并且点燃该混合物的燃烧室以及用于产生功率的涡轮叶片（blade）组件。燃烧室经常在可能超过2500华氏度的高温下操作。典型的涡轮燃烧室构造将涡轮静叶（vane）和叶片组件暴露于这些高温。因此，涡轮静叶和叶片必须由能够承受这样的高温的材料制成。此外，涡轮静叶和叶片经常包含冷却系统，该冷却系统用于延长静叶和叶片的寿命以及降低由于过度的温度导致的失效的可能性。

典型地，涡轮叶片由伸长部分形成，形成的叶片具有被构造成被联接至涡轮叶座的一个端部以及被构造成形成叶尖的相对端部。叶片通常由前缘、后缘、吸入侧和压力侧组成。大多数涡轮叶片的内部空间（aspects）典型地包含形成冷却系统的错综复杂的冷却回路迷宫。在叶片中的冷却回路从涡轮发动机的压缩机接收空气，并且传递该空气通过叶片的端部，该叶片的端部适于被联接至叶座。冷却回路经常包括多个流动路径，该多个流动路径被设计成维持涡轮叶片的所有方面处于相对地均匀的温度。经过这些冷却回路的至少一些空气通过在叶片的前缘、后缘、吸入侧和压力侧中的孔排出。冷却流体在分离条（trip strip）上经过，这增加冷却系统的传热。大多数分离条通常由方形或矩形横截面形成，如在图1中所示。这样的构造增加冷却系统的冷却能力，但是具有固有的限制，如由在图1中所示的损失区域5所示。尽管在涡轮叶片中的冷却系统已经取得了进步，但是对于具有增加的冷却效率用于消散热量并且通过叶片传递足量的冷却空气的涡轮叶片的需求仍然存在。

发明内容

在涡轮发动机中可使用的、并且具有带有有效的分离条的至少一个冷却系统的涡轮翼面被公开。至少部分冷却系统可以包括一个或多个冷却通道，该冷却通道具有从形成冷却通道的内表面突出的一个或多个分离条。分离条可以具有改进的操作特性，其包括增强的传热能力以及典型地与传统的分离条相关联的压降的大幅降低。在至少一种实施方式中，分离条可以具有横截面区域，其带有该分离条的上游表面的第一部段以及至少一个分离条的凹形形状的下游表面，该第一部段被定位成不平行且不正交于形成从至少一个分离条的上游延伸的冷却系统通道的表面，该凹形形状的下游表面能够使得被分离的流再附接至冷却流体流。

在至少一种实施方式中，涡轮翼面可以由大体上伸长的中空翼面形成，该中空翼面由外壁形成，并且具有前缘、后缘、压力侧、吸入侧、位于翼面的第一端部处的根部以及位于与第一端部相对的第二端部处的尖端、以及被定位在大体上伸长的中空翼面的内部空间内的冷却系统。冷却系统可以包括从内表面突出的一个或多个分离条，该内表面限定冷却系统的通道。分离条可以由大体上伸长的主体形成，并且分离条可以具有横截面区域，该横截面区域带有该分离条的上游表面的至少第一部段以及该分离条的凹形形状的下游表面，该至少第一部段被定位成不平行且不正交于形成从分离条的上游延伸的冷却系统通道的表面。

分离条的下游表面可以由形成大体上1/4圆的凹形表面形成。分离条的下游表面的最上游点可以被定位在位于分离条的顶部表面处的下游表面的交点的上游。分离条的下游表面的最上游点可以被定位在下游表面和限定冷却系统的通道的内表面的交点的上游。分离条包括非线性顶部表面。在至少一种实施方式中，非线性顶部表面具有凸形形状的外表面。非线性顶部表面具有前缘，该前缘被定位成比非线性顶部表面的后缘更靠近限定冷却系统的通道的内表面。

分离条的上游表面可以包括与第一部段不平行且不正交的第二部段。上游表面的第二部段可以被定位成大体上正交于形成从分离条的上游延伸的冷却系统通道的表面。上游表面的第二部段可以被定位成大体上正交于冷却系统的通道的纵向轴线，分离条存在于该冷却系统的通道中。分离条可以贯穿该至少一个分离条的整个长度具有一致的横截面区域。