[发明专利]用于多腔涡轮叶片的陶瓷芯

说明书

技术领域

本发明涉及用于涡轮发动机涡轮的叶片组的一般领域，更具体地涉及其中并入了冷却回路并由失蜡铸造技术制成的涡轮叶片。

背景技术

以已知的方式，涡轮发动机包括燃烧室，在燃烧腔室中，空气和燃料在其中燃烧之前混合在一起。由这种燃烧产生的气体从燃烧室向下游流动，然后馈送高压涡轮和低压涡轮。每个涡轮包括与一个或多个活动叶片行(称为转子轮)交替的一个或多个静止翼片行(称为喷嘴)，在这些行中，叶片或翼片沿圆周方向围绕涡轮的转子间隔开。这种涡轮叶片或翼片经受燃烧气体非常高的温度，该温度达到远远高于与气体直接接触的叶片或翼片在不受损的情况下能够承受的温度，从而具有限制叶片或翼片寿命的后果。

为了解决这个问题，已知为这种叶片和翼片提供内部冷却回路，这表现出高水平的热效率，并且通过在每个叶片或翼片内部(例如简单直接馈送U形腔或“长号形”腔)产生有组织的空气流动以及在叶片或翼片壁中用于在其周围产生保护膜的穿孔来设法降低它们的温度。

然而，这种技术存在若干缺点。首先，尽管具有长号形腔的回路具有使穿过回路的空气做功最多的优点，这导致对空气的显著加热，因而造成位于长号形腔端部的孔的热效率降低。以相同的方式，具有直接馈送的前缘腔和后缘腔的配置不能使其提供在叶片顶端处通常观察到的高温水平下的有效响应。最后，各种腔仅通过壁与气流通路分开，壁的厚度随着翼型件的不同区域改变。鉴于可用于冷却叶片或翼片组的流率限制，并且鉴于气体通路中温度升高的当前趋势，利用这种类型的回路，在不显著增加空气流率的情况下，不能有效地冷却叶片或翼片，从而损害发动机的性能。

图5示出了燃气涡轮发动机的高压涡轮叶片10，其具有在叶片根部14与叶片顶端16之间在径向方向上延伸的空气动力学表面或翼型件12。叶片的根部成形为能使叶片安装在转子盘上。叶片顶端呈现缸型(bathhub)形状的部分18，这部分18由相对于翼型件在横向延伸的底部和形成沿着翼型件12的壁延伸的其边缘的壁构成。如图6的截面图所示，作为示例给出只是为了展示原理，翼型件12具有多个腔20、22、24、26、28、30和32。第一中央腔20和第二中央腔22从根部延伸到翼型件顶端，并且另外两个腔24和26布置在中央腔的两侧，沿着吸力侧壁在中央腔与叶片的吸力侧壁之间，并且沿着压力侧壁在中央腔与叶片的压力侧壁之间。最后，腔28位于叶片靠近前缘的部分中，并且两个腔30和32在叶片靠近后缘的部分中一个在另一个后方对齐。

通过说明的方式示出了腔的形状和数量以及外部孔34、36的位置和后缘槽38的形状，假定所有这些元件通常被优化，从而使对于来自叶片浸没于其中的燃烧气体的热量最敏感的区域中的热效率最高。为了增加热交换，内部腔也通常设置有湍流器(未图示)。

如以本申请人名义的申请FR 2 961 552中所描述，高压涡轮叶片和翼片传统上通过失蜡铸造制成，具有通过在模具中定位一个或多个陶瓷芯(取决于复杂性)并且呈现形成成品叶片或翼片的内表面的外表面而在叶片或翼片中制成回路的形状。

特别地，冷却回路具有如图5和6所示的多个腔，这需要将多个单独的陶瓷芯组装在一起(用于制造与热气体隔离的冷中央腔和具有不同空气馈送的细小外腔)，以保证适合于铸造的金属壁厚。因此，这构成复杂的操作，其中经由陶瓷芯的根部和顶端手动执行的组装操作防止了叶片顶端处的缸型通过铸造而制成，从而需要昂贵的额外精加工操作，这可能导致限制该区域中的叶片的机械强度(例如添加缸型或通过钎焊来堵塞)。

发明内容

因此，本发明旨在通过提出一种能使用单个芯制成的涡轮叶片的冷却回路来减轻与手动组装多个单独芯相关的缺点，以便消除现有技术回路所需的那些组装操作和缸型精加工操作，同时还保证在铸造熔融金属后与金属隔板的厚度相对应的腔间距离，使得这比目前的手动组装更可靠。

为此，提供了一种陶瓷芯，其用于通过使用失蜡铸造技术制造用于涡轮发动机的中空涡轮叶片，叶片包括至少一个中央腔、布置在至少一个中央腔与叶片的吸力侧壁之间的第一侧腔以及布置在至少一个中央腔与叶片的压力侧壁之间的第二侧腔。该芯被成形为将所述腔构成为单个元件，并且包括将形成所述第一侧腔和第二侧腔并且连接到将形成所述至少一个中央腔的芯部分的芯部分，以便向所述腔内部共同地馈送冷却空气，首先经由至少两个陶瓷接合部在芯根部中，其次经由多个其它陶瓷接合部在沿着所述芯的各个高度处，多个其它陶瓷接合部定位成限定叶片的内隔板的厚度，同时确保额外冷却空气用于所述第一侧腔和第二侧腔的预定临界区。