專利名稱：沿翼展方向密度可變的支座排的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種在渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)中使用的部件，如翼葉或者葉片，帶有改善的后緣冷卻。
背景技術(shù)：
渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)的部件，如翼葉或者葉片，處于溫度極限狀態(tài)下。因此，冷卻各部件的不同部位是必要的。通常，這些部件的的后緣部分設(shè)有冷卻通道和一系列沿后緣與這些通道連通的出口。盡管存在這樣的結(jié)構(gòu)，仍然需要改善這些部件的后緣冷卻。
發(fā)明概要本發(fā)明的一個(gè)目的是為了提供一種渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)的部件，該部件具有一個(gè)沿翼展方向密度可變的支座(pedestal)排，以改善排出的冷卻劑沿翼展方向的均勻性。
本發(fā)明的另一目的是提供一種渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)的部件，該部件具有一個(gè)沿翼展方向密度可變的支座排，其能夠優(yōu)化內(nèi)部冷卻流體的溫升。
通過本發(fā)明渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)的部件能夠?qū)崿F(xiàn)上述目標(biāo)。
根據(jù)本發(fā)明，渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)部件具有冷卻葉片后緣部分的裝置，該裝置包括沿該部件翼展方向密度變化的多排支座。在本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，支座排的數(shù)量沿該部件的翼展方向從內(nèi)徑區(qū)域到外徑區(qū)域增加。
本發(fā)明的沿翼展方向密度可變的支座排的其它的細(xì)節(jié)、目的和伴隨的優(yōu)點(diǎn)，說明于下面的詳細(xì)描述和附圖中，其中相同的參考標(biāo)號(hào)表示相同的元件。
附圖的簡(jiǎn)要說明

圖1是根據(jù)本發(fā)明的裝有沿翼展方向密度可變的支座排的渦輪發(fā)動(dòng)翼面葉的示意圖。
圖2是圖1中翼葉的外徑部分支座排的放大圖。
圖3是圖1中翼葉的內(nèi)徑部分支座排的放大圖。
圖4是一個(gè)表示通過本發(fā)明的多排支座后緣的溫升曲線圖。
圖5是一個(gè)表示使用本發(fā)明的支座排的翼葉后緣兩邊的壓力降曲線圖。
圖6是一個(gè)表示通過使用本發(fā)明的支座排的翼葉后緣的流量分配的曲線圖。
優(yōu)選實(shí)施例的詳細(xì)描述在渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)的部件中安裝有沿翼展方向密度可變的支座排，如翼葉或葉片，通過平衡徑向和軸向上冷卻流體的溫升和壓力損失，能夠優(yōu)化內(nèi)部冷卻流體，特別是冷卻空氣的溫升。內(nèi)部對(duì)流效率的優(yōu)化能力是流體不得不從已知熱源中吸收熱量的潛在措施，并且對(duì)于確定部件的氧化能力方面以便使給定的可適用的流動(dòng)速度達(dá)到最小化是十分關(guān)鍵的。
在部件外徑入口處的軸向方向上增加支座排的密度，此處冷卻流體源更冷，就能夠冷卻更寬的部件橫截面區(qū)域。有利的是，流動(dòng)空穴的馬赫數(shù)能達(dá)到一個(gè)足夠的水平，以滿足通過流動(dòng)空穴與后緣相近部分的抗氧化壽命的需要。
參見圖1-3所示，渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)的部件10，如翼葉或葉片的翼面部分。部件10有外徑邊緣12和內(nèi)徑邊緣14。為了冷卻部件10的后緣16，一個(gè)冷卻通道18裝在部件10上，冷卻流體如發(fā)動(dòng)機(jī)的放氣通過此冷卻通道。冷卻通道18在部件10的外徑邊緣還有一個(gè)進(jìn)口20。在冷卻通道中的冷卻流體通過許多后緣的狹槽22從部件10的后緣中排出。
為了提高后緣處的冷卻效率，布置了多排支座24。每排支座24包括以任意理想的形狀和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的多個(gè)支座26。相鄰的支座26形成能從冷卻通道1 8中接收冷卻流體的冷卻通道28，并且此通道能分配冷卻流體并使冷卻流體從一個(gè)或者更多的狹槽22中排出。
如圖1-3所示，支座排24的密度沿著發(fā)動(dòng)機(jī)部件10的翼展方向變化。如圖1所示，支座排24沿著部件10的翼展方向從內(nèi)徑邊緣到外徑邊緣增加。特別的，支座排24的密度在部件10的外徑區(qū)域30比內(nèi)徑區(qū)域32大。在優(yōu)選實(shí)施例中，在外徑區(qū)域30的支座排至少是內(nèi)徑區(qū)域32的兩倍。在一個(gè)最優(yōu)選實(shí)施例中，在外徑區(qū)域30有7個(gè)支座排24，在內(nèi)徑區(qū)域32中有3個(gè)支座。
在部件10的外徑區(qū)域30由于較高的軸向支座排密度而增加的壓力損失使通過后緣狹槽淚珠狀的區(qū)域40排入主流道的冷卻劑的流量減到最小。由于在外徑區(qū)域30支座排24的數(shù)量增加，隨著冷卻劑流體，特別是冷卻空氣，當(dāng)它通過本發(fā)明密度增加的支座排后就被更加顯著地加熱，從而對(duì)流的效率被優(yōu)化。這在曲線圖4中能反映出來。由于在外徑邊緣12的冷卻劑的質(zhì)量流能吸收更多的熱，因此一個(gè)不變的徑向冷卻劑質(zhì)量流量具有一個(gè)更高的凈熱流量值。
在部件10的內(nèi)徑區(qū)域32由于較低的軸向支座排密度而減少的壓力損失能從兩方面得到益處。部件10在內(nèi)徑部分32處的絕對(duì)驅(qū)動(dòng)壓力大小的減少，使通過較低密度的內(nèi)徑支座排的軸向壓力損失減到最小。這樣就能使局部后緣狹槽冷卻劑達(dá)到最適宜的流量。這在圖5中能反映出來。較低的軸向支座密度也能使沿軸向流過密度變少的支座排的總的冷卻空氣的溫升減少，并在圖4中反映出來。由于不斷的溫升，冷卻劑流體沿著徑向通道從部件后緣通道的外徑區(qū)域30到內(nèi)徑區(qū)域21流動(dòng)并在軸向方向上通過部件10的內(nèi)徑區(qū)域32密度減少的支座排時(shí)，流速能被減緩。
根據(jù)本發(fā)明采用的沿翼展方向密度可變的支座排，借助于抵消工作流體產(chǎn)生的摩擦損失和溫升，能使排出冷卻劑的狹槽流動(dòng)速度均勻一致，如圖6所示。
隨著冷卻劑被從內(nèi)徑部分被排入外徑部分后緣狹槽，通過使產(chǎn)生的總溫升最小，能使冷卻劑溫度更加均勻分布。因此，能使冷卻效果更加分布均勻，進(jìn)而導(dǎo)致沿著部件后緣表面具有更均勻一致的徑向分布型式。
將沿翼展方向密度可變的支座排安裝到渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)部件，如翼葉或葉片中，通過抵消徑向壓力損失和通過密度可變的支座排所產(chǎn)生的軸向壓力損失，隨著冷卻空氣溫度升高能使后緣狹槽冷卻劑的馬赫數(shù)及速度和局部對(duì)流效率和性能得到均勻的優(yōu)化。通過保持后緣狹槽出口速度的均勻性，能使高速主流氣流和狹槽出口冷卻劑流之間的混合損失減至最小。
很明顯，根據(jù)本發(fā)明已經(jīng)提出了一種沿翼展方向可變密度的支座排，該排能完全達(dá)到上文中提出的目標(biāo)，方法，和優(yōu)點(diǎn)。盡管在上文的特定實(shí)施例中對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了說明，在閱讀了上述說明后，本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員可以顯而易見地得出其他各種替換，修改和變化。因此，這些替換，修改和變化將落在后附的權(quán)利要求書的寬廣范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種帶有后緣部分的渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)部件，所述部件包括冷卻該后緣部分的裝置和沿該部件翼展方向密度變化的多排支座。
2.如權(quán)利要求1所述的渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)部件，其特征在于支座排的數(shù)量沿該部件翼展方向從內(nèi)徑區(qū)域到外徑區(qū)域增加。
3.如權(quán)利要求1所述的渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)部件，其特征在于所述部件在外徑區(qū)域的支座排的數(shù)量多于所述部件在內(nèi)徑區(qū)域的支座排的數(shù)量。
4.如權(quán)利要求3所述的渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)部件，其特征在于該外徑區(qū)域內(nèi)的支座排的數(shù)量至少是在該內(nèi)徑區(qū)域的支座排的數(shù)量的兩倍。
5.如權(quán)利要求3所述的渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)部件，其特征在于該外徑區(qū)域的支座排的數(shù)量是7，而該內(nèi)徑區(qū)域的支座排的數(shù)量是3。
6.如權(quán)利要求1所述的渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)部件，其特征在于所述冷卻裝置還包括一條在該部件外徑區(qū)域處有一入口的冷卻通道，該冷卻通道提供流到所述支座排的冷卻流體，多條沿所述部件后緣延伸的狹槽，該冷卻流體經(jīng)這些狹槽排出，這些狹槽與包含所述支座排的區(qū)域連通。
7.如權(quán)利要求6所述的渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)部件，其特征在于所述可變密度支座排隨著空氣冷卻劑溫度升高使后緣狹槽冷卻劑的馬赫數(shù)和速度及局部對(duì)流傳熱效率和性能最優(yōu)化。
8.如權(quán)利要求1所述的渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)部件，其特征在于所述的部件包括一翼葉和設(shè)置在所述翼葉的翼面部分的所述冷卻裝置。
9.如權(quán)利要求1所述的渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)部件，其中所述的部件包括一葉片和設(shè)置在所述葉片翼面部分的所述冷卻裝置。
10.一種渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)部件，包括一個(gè)有一外緣部分和一內(nèi)緣部分的翼面部分；配置于所述翼面部分的冷卻通道對(duì)所述翼面部分的后緣部分提供冷卻流體；在所述后緣部分中的多條冷卻狹槽用于排出所述冷卻流體；隨著空氣冷卻劑溫度升高，使后緣狹槽冷卻劑馬赫數(shù)和速度及局部對(duì)流傳熱效率和性能均勻優(yōu)化的裝置。
11.如權(quán)利要求10所述的渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)部件，其特征在于所述的均勻優(yōu)化的裝置包括具有沿翼展方向密度可變的多排支座。
12.如權(quán)利要求11所述的渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)部件，其特征在于與所述內(nèi)邊緣鄰近的所述支座排的數(shù)量比與所述外邊緣鄰近的所述支座排的數(shù)量少。
全文摘要
一種如翼葉或葉片之類的渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)部件，存在一個(gè)用于冷卻其后緣部分的系統(tǒng)。此系統(tǒng)包括沿著部件的翼展方向密度變化的若干支座排。在本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，支座排的數(shù)量沿著部件的翼展方向從內(nèi)徑區(qū)域到外徑區(qū)域增加。
文檔編號(hào)F02C7/18GK1619108SQ20041008552
公開日2005年5月25日 申請(qǐng)日期2004年9月17日 優(yōu)先權(quán)日2003年11月19日
發(fā)明者D·J·小蒙吉洛, Y·H·熊 申請(qǐng)人:聯(lián)合工藝公司