[发明专利]具有近壁冷却插入件的涡轮翼型

说明书

关于联邦政府资助的开发的声明

本发明的开发部分地由美国能源部所授予的合同号DE-FE0023955资助。因此，美国政府在本发明中可以具有某些权利。

技术领域

本发明涉及用于燃气涡轮发动机的涡轮翼型，并且特别地涉及具有用于近壁冷却的一个或多个插入件的涡轮翼型。

背景技术

在涡轮机（诸如轴流式燃气涡轮发动机）中，空气在压缩机区段被加压并且然后与燃料混合且在燃烧器区段燃烧以便产生热的燃烧气体。热的燃烧气体在发动机的涡轮区段内膨胀，在这里，能量被汲取以便给压缩机区段提供动力并产生有用功，诸如使发电机转动以便产生电力。热的燃烧气体行进通过涡轮区段内的一系列涡轮级。涡轮级可以包括一排静止的翼型（即，静叶），接着的是一排转动翼型（即，叶片），在这里，涡轮叶片从热燃烧气体中汲取能量以用于给压缩机区段提供动力并且提供输出功率。因为翼型（即，静叶和叶片）直接地暴露于热燃烧气体，所以它们通常设置有将冷却剂（诸如，压缩机排放空气）引导通过翼型的内部冷却通道。

一种类型的涡轮翼型包括径向延伸的外壁，该外壁由从翼型的前缘延伸至后缘的相对的压力侧壁和吸入侧壁组成。冷却通道在压力侧壁和吸入侧壁之间在翼型内侧延伸并且在交替的径向方向上引导冷却流体通过翼型。

在涡轮翼型中，基于传热率而实现高冷却效率是重要的设计要素，从而最小化从压缩机中转移出以用于冷却的冷却剂空气的体积。

发明内容

简略地，本发明的各方面提供具有近壁冷却插入件的涡轮翼型。

根据本发明的第一方面，涡轮翼型被提供。该涡轮翼型包括限定翼型内部的外壁。翼型内部包括内部冷却通道。外壁在涡轮发动机的径向方向上沿翼展方向延伸，并且由在前缘和后缘处连接的压力侧壁和吸入侧壁形成。至少一个插入件定位在翼型内部的腔体中。该插入件沿涡轮翼型的径向长度而延伸，并且包括相对的第一面和第二面，由此在第一面和压力侧壁之间限定第一近壁冷却通道并且在第二面和吸入侧壁之间限定第二近壁冷却通道。插入件被构造成占据翼型内部的无效体积，以便使径向冷却剂流在腔体中朝向第一和第二近壁冷却通道位移。定位部件被提供，该定位部件使插入件与外壁接合以便将插入件支撑就位。该定位部件被构造成控制通过第一或第二近壁冷却通道的冷却剂的流动。

根据本发明的第二方面，用于涡轮翼型的改进套件被提供。该改进套件包括插入件，该插入件的尺寸被设计成定位在翼型内部的腔体中使得插入件沿涡轮翼型的翼展延伸。插入件包括相对的第一面和第二面，并且被构造成使得当定位在翼型内部时：第一面与翼型外壁的压力侧壁隔开以便在第一面和压力侧壁之间限定第一近壁冷却通道；第二面与翼型外壁的吸入侧壁隔开以便在第二面和吸入侧壁之间限定第二近壁冷却通道；并且插入件占据翼型内部的无效体积以便使冷却剂流在腔体中朝向第一近壁冷却通道和第二近壁冷却通道位移。改进套件进一步包括至少一个定位部件，该定位部件被构造成使插入件与翼型外壁接合以便将插入件支撑就位。该定位部件被构造成控制通过第一或第二近壁冷却通道的冷却剂的流动。

根据本发明的第三方面，用于改进涡轮翼型的方法被提供。该方法包括将插入件引入翼型内部的腔体中使得该插入件沿涡轮翼型的翼展延伸。该插入件包括相对的第一面和第二面，并且被构造成使得当被引入翼型内部时：第一面与翼型外壁的压力侧壁隔开以便在第一面和压力侧壁之间限定第一近壁冷却通道；第二面与翼型外壁的吸入侧壁隔开以便在第二面和吸入侧壁之间限定第二近壁冷却通道；并且插入件占据翼型内部的无效体积以便使冷却剂流在腔体中朝向第一和第二近壁冷却通道位移。该方法进一步包括经由使插入件与翼型外壁接合的至少一个定位部件将插入件支撑就位。该定位部件被构造成控制通过第一或第二近壁冷却通道的冷却剂的流动。

附图说明

借助于附图更详细地示出本发明。附图示出了具体构造并且不限制本发明的范围。

图1是通过具有径向内部冷却通道的双壁翼型的示意性横截面视图。

图2是其中可以包含本发明的实施例的示例涡轮翼型的透视图。

图3是通过涡轮翼型的示意性横截面视图，其图示了根据第一示例性实施例的近壁冷却插入件。

图4A和图4B和图4C是通过涡轮翼型的沿翼展方向的示意性横截面视图，其示出了定位部件的沿翼展方向的示例性构造。

图5是通过涡轮翼型的示意性横截面视图，其图示了根据第二示例性实施例的近壁冷却插入件。