[发明专利]燃气涡轮发动机中的翼型及用于形成这种翼型的芯部结构

说明书

芯部结构（10）包括第一芯部元件（16），第一芯部元件（16）包括前缘区段（30）、顶端区段（32）和连接前缘区段（30）和顶端区段（32）的转弯区段（34）。第一芯部元件（16）适于在燃气涡轮发动机翼型（100）中被用于形成前缘冷却回路（102）。前缘冷却回路（102）包括冷却流体通路（104），冷却流体通路（104）具有由第一芯部元件前缘区段（30）形成的前缘部分（106），由第一芯部元件顶端区段（32）形成的顶端部分（108）以及由第一芯部元件转弯区段（34）形成的转弯部分（110）。冷却流体通路（104）的前缘部发（106）、顶端部分（108）和转弯部分（110）中的每一个在翼型（100）中由第一芯部元件同时地形成。

技术领域

本发明涉及用在涡轮发动机的翼型中的冷却系统，并且更具体地涉及整体式前缘和顶端冷却流体通路以及用于形成该整体式前缘和顶端冷却流体通路的芯部。

背景技术

在燃气涡轮发动机中，从压缩机区段中排出的压缩空气以及从燃料源引入的燃料被混合在一起并且在燃烧区段中燃烧，从而形成限定高温工作气体的燃烧产物。工作气体被引导通过发动机的涡轮区段中的热气体路径，其中，工作气体膨胀以便提供涡轮转子的旋转。涡轮转子可以连接到发电机，其中，涡轮转子的旋转能够被用于在发电机中发电。

鉴于在现代发动机中所实施的高压力比和高发动机点火温度，涡轮区段内的诸如翼型组件的一些部件（例如，静止的静叶和旋转的叶片）必须用冷却流体（诸如，从压缩机区段中的压缩机中排出的空气）加以冷却，以便防止这些部件的过热。

发明内容

根据本发明的第一方面，一种用于在燃气涡轮发动机翼型中形成冷却构造的芯部结构被提供。该芯部结构（在本文中也称为芯部）包括第一芯部元件，该第一芯部元件包括前缘区段，与前缘区段构成整体的顶端区段，以及与前缘区段和顶端区段构成整体并且连接该前缘区段和顶端区段的转弯区段。第一芯部元件适于被用于在燃气涡轮发动机翼型中形成前缘冷却回路。该前缘冷却回路包括冷却流体通路，该冷却流体通路包括由第一芯部元件前缘区段形成的前缘部分，由第一芯部元件顶端区段形成的顶端部分，以及由第一芯部元件转弯区段形成的转弯部分。前缘部分邻近于翼型的前缘而径向地延伸通过该翼型，顶端部分在翼弦方向上（chordally）从邻近于翼型的前缘的位置延伸至邻近于翼型的后缘的位置，并且转弯区段有助于前缘部分和顶端部分之间的流体连通。冷却流体通路的前缘部分、顶端部分和转弯部分中的每一个适于在翼型中由第一芯部元件同时地形成。

第一芯部元件的前缘区段可以包括相对于该前缘区段的径向轴线周向且径向地延伸的多个螺旋形脊部，这些脊部形成对应的螺旋形沟槽，这些沟槽延伸至限定冷却通路的前缘部分的外边界的翼型的表面中，其中，这些沟槽实现径向向外流动通过冷却通路的前缘部分的冷却流体的螺旋形流动模式。

第一芯部元件的转弯区段可以形成冷却流体通路的转弯部分，使得在前缘部分和顶端部分之间的角度在90度至130度的范围内。

芯部结构可以进一步包括与第一芯部元件构成整体的第二芯部元件；该第二芯部元件包括中翼弦（mid-chord）区段，该中翼弦区段被用于在该翼型中与形成前缘冷却回路的第一芯部元件同时地形成中翼弦冷却回路。中翼弦区段可以包括形成中翼弦冷却回路的对应的中翼弦通路的至少两个径向中翼弦元件，该中翼弦通路大体上径向延伸通过该翼型的中翼弦部分。第二芯部元件可以进一步包括与中翼弦区段构成整体的后缘区段，该后缘区段被用于在翼型中与形成中翼弦冷却回路的中翼弦区段同时地形成后缘冷却回路。