[发明专利]电火花加工叶型冷却孔的电极

说明书

本发明涉及用于电火花加工的电极。

众所周知，叶型的外表面可以通过多个细小的通道将内腔的冷却空气引到外表面来冷却。要求从通道出来的空气在叶型表面的附面层内向通道下游传送得越远越好，以提供一个在热燃气主流与叶型表面之间的冷空气保护薄膜。在通道出口处通道轴线与叶型表面形成的夹角以及它跟流过叶型表面的热燃气气流的方向的关系是影响薄膜冷却效率的重要因素。薄膜冷却效率E的定义是在离通道出口距离为x的下游处主燃气流的温度（Tg）与在冷却薄膜的温度（Tf）之差除以通道出口（即x＝0处）主燃气流温度与冷却剂温度（Tc）之差，这样E＝（Tg-Tf）/（Tg-Tc）。薄膜冷却效率随着距通道出口距离x的增加而迅速下降。在尽可能长的距离与尽可能大的表面面积上保持高的薄膜冷却效率是叶型薄膜冷却的主要目标。

本行人熟知，发动机叶型一定要使用最小量的冷却空气来冷却，因为冷却空气是从压缩器取出的工作流体，而它从燃气流通路中损耗将急速降低发动机效率。叶型设计师面对使用一个规定的最大冷却流体流率以冷却所有的发动机叶型的问题。从一个内腔流经每个单独冷却通道进入燃气通路的流体的流量受控于冷却通道的最小的截面积（配量面积）。配量面积一般是指位于通道与内腔相交处之面积。从叶型导出的所有冷却通道与喷孔的总配量面积控制了从叶型流出的冷却剂的总流率，假定内外压力是固定的或者至少是设计师无法控制的。设计师有这个任务来 规定通道的大小和通道之间的间距，同时规定通道的形状与取向，使叶型所有的面保持在由对叶型的材料性能、最大应力与寿命要求的考虑所决定的临界设计温度极限以下。

理想的要求是100%的叶型表面被一层冷却空气薄膜所浴洗;但是离开通道出口的空气一般形成一条宽度不超过或很难超过垂直于燃气流的通道出口的尺寸的冷却薄膜带子。对冷却通道数量、大小和间距的限制将导致在保护薄膜内产生缝口与/或薄膜冷却效率低的面，这将产生局部过热点。叶型过热点是限制发动机工作温度的一个因素。

颁发给豪沃尔德的美国专利3，527，543号使用圆形截面的渐扩锥形通道，以增加从一个给定的通道吸入附面层的冷却剂的量。通道还最好取向在一个向纵向或部分朝向燃气流方向伸展的平面上以使冷却剂在它离开通道出口向下游流动时向纵向扩展。尽管有这些特点，但烟流显形试验及发动机机件检查证实了在冷却剂从一个椭圆形通道出口（即豪沃尔德专利）喷出后冷却剂的纵向宽度在叶型表面上最大只展宽了一个通道出口的短径。这个事实，跟通道之间的典型纵向间距为三个到六个通道直径连在一起，导致叶型表面上在纵向分布通道之间以及其下游有些区域从该排通道得不到冷却流体。在豪沃尔德的专利3，527，543号中所描述的锥形成角度的通道提供最多可能不超过70℃的覆盖率（被冷却剂覆盖的相邻孔出口中心间距离的百分率）。