包括后緣冷卻設(shè)計(jì)的渦輪葉片的制作方法
【專利摘要】渦輪葉片（10）包括翼型（12），該翼型具有多個(gè)內(nèi)壁部分（70），每個(gè)內(nèi)壁部分均將多個(gè)室（46，48，50，58，60）中的至少一個(gè)與另一個(gè)分隔開。在一種實(shí)施例中，在第一和第二室（60，52）之間的第一壁部分（70-2）包括延伸通過第一壁部分的多個(gè)第一和多個(gè)第二流動路徑（86P，86S）。第一壁部分包括第一區(qū)域R1，其具有可被測量為室之間的距離的第一厚度t。所述路徑中的一個(gè)延伸第一路徑距離d，其被測量成從第一室（60）內(nèi)的相關(guān)路徑開口（78）通過第一區(qū)域到達(dá)第二室（52）內(nèi)的出口開口（82），該路徑距離大于第一厚度。
【專利說明】包括后緣冷卻設(shè)計(jì)的渦輪葉片

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及具有翼型結(jié)構(gòu)的渦輪葉片和導(dǎo)葉，所述翼型結(jié)構(gòu)提供在后緣內(nèi)的冷卻通道。

【背景技術(shù)】
[0002]典型的燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)包括沿公共縱軸線布置的風(fēng)扇、壓縮機(jī)、燃燒器和渦輪。從壓縮機(jī)排出的燃料和壓縮空氣在燃燒器內(nèi)混合和燃燒。得到的熱燃燒氣體(例如，包括燃燒產(chǎn)物和未燃空氣)被引導(dǎo)通過導(dǎo)管區(qū)段而到達(dá)渦輪區(qū)段，在此渦輪區(qū)段，氣體膨脹以便轉(zhuǎn)動渦輪轉(zhuǎn)子。在電功率應(yīng)用中，渦輪轉(zhuǎn)子被聯(lián)接到發(fā)電機(jī)?？梢詮臏u輪轉(zhuǎn)子汲取功率以驅(qū)動壓縮機(jī)。
[0003]在燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)的效率隨操作溫度而增加的情況下，希望的是提高燃燒氣體的溫度。然而，形成發(fā)動機(jī)和渦輪部件所用的材料的溫度限制限制了操作溫度。渦輪葉片和導(dǎo)葉的翼型是示例性的。這里所用的術(shù)語“葉片”指的是具有翼型的渦輪葉片或?qū)~。即，翼型可以是轉(zhuǎn)子(可旋轉(zhuǎn)的)葉片或者定子(靜止)導(dǎo)葉的一部分。由于燃燒氣體具有較高溫度，所以翼型在操作期間必須被冷卻以便保持部件的完整性。通常，這些和其他的部件被如下空氣冷卻，所述空氣從壓縮器被轉(zhuǎn)向并被引導(dǎo)通過所述部件或沿著所述部件被弓丨導(dǎo)。還常見的是，使用從風(fēng)扇而不是從壓縮機(jī)吹出的空氣來冷卻所述部件(例如，噴嘴)。
[0004]渦輪翼型的有效冷卻需要將相對冷的空氣傳遞到臨界區(qū)域，例如沿著渦輪葉片或者靜止導(dǎo)葉的后緣。相關(guān)冷卻孔隙可以例如在上游(翼型內(nèi)的相對高壓力的腔)與渦輪葉片的其中一個(gè)外表面之間延伸。葉片腔通常相對于機(jī)器的轉(zhuǎn)子和定子沿徑向方向延伸。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本領(lǐng)域希望提供一種導(dǎo)致使用更少空氣進(jìn)行更有效冷卻的顯著更有效的冷卻設(shè)計(jì)和方法。還希望提供更多的冷卻以便在更高功率輸出水平下操作機(jī)械。一般地，冷卻方案應(yīng)該提供更大冷卻效率，以便產(chǎn)生從翼型的更均勻的熱傳遞或者更大的熱傳遞。
[0006]低效冷卻可能是由于冷卻流體和待使用流體冷卻的材料之間的不良熱傳遞特性而導(dǎo)致的。在翼型的情況下，已知沿外部壁表面建立膜冷卻。沿外部壁表面行進(jìn)的冷卻空氣膜能夠是用于增加冷卻均勻性并且將壁隔離于流過的熱芯氣體的熱量的有效手段。然而，在燃?xì)鉁u輪的渦流環(huán)境中難以維持膜冷卻有效性。
[0007]因此，翼型通常包括內(nèi)部冷卻通道，其從壓力側(cè)壁和吸力側(cè)壁移除熱以便最小化熱應(yīng)力。基于熱傳遞速率實(shí)現(xiàn)高的冷卻效率是重要的設(shè)計(jì)考量，以便最小化從壓縮機(jī)轉(zhuǎn)向的用于冷卻的空氣的體積。通過比較，經(jīng)由來自內(nèi)部冷卻通道的孔洞提供沿翼型的外表面的冷卻空氣膜的上述膜冷卻在一定程度上是低效的，這是由所需的孔洞數(shù)量以及從壓縮機(jī)轉(zhuǎn)向的冷卻空氣的得到大體積引起的。因此，膜冷卻被選擇性地使用并且與其他冷卻技術(shù)相結(jié)合。同樣已知的是在部件內(nèi)提供蜿蜒冷卻通道。
[0008]然而，燃?xì)鉁u輪翼型的相對窄的后緣部分可以包括高達(dá)總翼型外表面面積的大約三分之一。出于空氣動力學(xué)效率的原因，后緣被制成相對薄的。因此，在后緣在相對靠近彼此的兩個(gè)相對的壁表面上接收熱輸入的情況下，期望有相對大的冷卻劑流率以提供所需的熱傳遞速率以便維持機(jī)械完整性。在過去，后緣冷卻通道已經(jīng)以各種方式被構(gòu)造以增加熱傳遞的效率。例如被并入本文以供參考的美國專利5，370，499公開了使用包括從后緣離開的冷卻通道的網(wǎng)孔結(jié)構(gòu)。
[0009]本發(fā)明增加了渦輪翼型的后緣內(nèi)的熱傳遞效率和冷卻均勻性。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0010]參考附圖在下述描述中解釋了本發(fā)明，附圖中:
圖1是包括根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的特征的渦輪葉片的立視圖；
圖2是圖1所示的葉片的橫截面的局部視圖；
圖3A和圖3B是圖1所示葉片的橫截面的局部視圖，其每個(gè)均示出示例性冷卻通路； 圖4A和圖4B是貫穿根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的后緣的示例性設(shè)計(jì)的多個(gè)室的截面圖；
圖5是沿圖4A和圖4B的線4-4截取的后緣的室的正視圖；以及圖6是示出根據(jù)本發(fā)明替代性實(shí)施例的葉片的另一截面圖。
[0011]貫穿附圖，類似附圖標(biāo)記被用于指代類似特征。

【具體實(shí)施方式】
[0012]本發(fā)明涉及包括冷卻系統(tǒng)的渦輪葉片。雖然本發(fā)明適用于所有類型的翼型，但是圖1示出了發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)子葉片10，其代表了被置于轉(zhuǎn)子的第一級內(nèi)、正好設(shè)置在高壓力渦輪噴嘴(未示出)的下游的葉片，燃燒器中產(chǎn)生的相對熱的氣體被引導(dǎo)通過該高壓力渦輪噴嘴。葉片10包括具有內(nèi)部冷卻腔的翼型12，該內(nèi)部冷卻腔具有多個(gè)室。葉片10包括具有用于將葉片安裝到轉(zhuǎn)子的一體成型鳩形榫18的平臺16，但是在其他的實(shí)施例中葉片可以被安裝到定子。在將葉片放置在轉(zhuǎn)子或定子上的情況下，葉片的末端20從平臺16相對于轉(zhuǎn)子或定子的中心軸線徑向向外延伸。一般地，葉片沿徑向方向背離平臺16延伸。下列描述采用與安裝在轉(zhuǎn)子上的葉片10 —致的示例性取向。
[0013]如圖1所示，翼型具有:在相對的第一和第二端部之間延伸的外部壁，所述外部壁包括凹側(cè)壁24和凸側(cè)壁26 ;第一端部22，平臺16形成在所述第一端部22處；以及第二端部28，末端20形成在所述第二端部28處。凹側(cè)壁24限定壓力表面并且凸側(cè)壁26限定吸力表面。側(cè)壁24、26沿被設(shè)置在首先接收進(jìn)入轉(zhuǎn)子級的熱燃燒氣體的區(qū)域內(nèi)的前緣30被連結(jié)在一起，并且沿在前緣30下游的在熱燃燒氣體離開轉(zhuǎn)子級所處的區(qū)域內(nèi)的后緣32被連結(jié)在一起。因此在渦輪的操作期間，氣流在沿葉片的后緣32流過之前沿前緣30流過。凹側(cè)壁24包括內(nèi)壁表面25并且凸側(cè)壁26包括內(nèi)壁表面27。冷卻室沿壁表面25、27的部分延伸。
[0014]葉片10包括用于使得相對冷的壓縮空氣循環(huán)的常規(guī)機(jī)構(gòu)，包括延伸通過鳩形榫18并進(jìn)入冷卻腔的室內(nèi)的通道(未示出)。冷卻室可以包括輔助現(xiàn)在描述的實(shí)施例的特征的大量已知特征。例如，冷卻腔的室可以將從鳩形榫18接收的冷卻流體傳送通過沿側(cè)壁24、26形成的冷卻孔隙36，以便實(shí)現(xiàn)對壓力表面和吸力表面的膜冷卻。冷卻空氣經(jīng)由沿葉片末端20形成的一系列孔洞38和沿后緣32形成的一系列孔洞40從冷卻腔排出。
[0015]圖2是沿圖1的線2-2截取的圖1所示葉片的局部截面圖，其示出了從供形成前緣30的區(qū)域30a延伸到供形成葉片10的后緣32的區(qū)域32a的一系列室46-60。相比于供形成后緣32的葉片10的相對薄的后緣區(qū)域32a，前緣30和前緣區(qū)域30a是葉片的相對厚的部分。所示葉片10包括:(i)沿前緣30定位的一系列前緣室46、48 ;沿后緣32定位的一系列后緣室52、54、56 ；以及位于如緣室和后緣室之間的葉片10的中間區(qū)域64內(nèi)的中間區(qū)域室50、58、60。每個(gè)室46-60從葉片10的第一端部22更多或更少地延伸到第二端部28。在所示示例中，室46-60被示為是從前緣30延伸到后緣的一系列序列，但是可以想到其他設(shè)置，例如轉(zhuǎn)讓給本發(fā)明的受讓人且被并入本文以供參考的US 7，128，533中所公開的。由在第一和第二葉片端部22、28之間延伸的一系列壁部分70限定翼型12內(nèi)的室46-60。由一個(gè)或兩個(gè)內(nèi)部表面25、27的一部分以及一個(gè)或更多個(gè)壁部分70來界定每個(gè)室46-60。
[0016]圖3A是葉片10的局部截面圖。該局部視圖對應(yīng)于沿凹側(cè)壁24并貫穿后緣區(qū)域32a截取的視圖，其示出了裝納中間區(qū)域室60和后緣室52、54、56的葉片的部分。該圖沿翼型12內(nèi)部的平面截取，該平面遵循凹側(cè)壁24的曲率和空氣流動(箭頭所示)，該空氣流動通過后緣、穿過在將室60、52、54和56彼此分開的壁部分70內(nèi)形成的冷卻路徑。如圖3A所不，對于在室60、52、54和56之間的每個(gè)壁部分70,存在沿側(cè)壁24的第一系列這樣的通路。
[0017]圖3B是葉片10的另一局部截面圖。該圖3B的局部視圖對應(yīng)于沿凸側(cè)壁26并貫穿后緣截取的視圖，其示出了裝納中間區(qū)域室60和后緣室52、54、56的葉片的部分。該圖沿翼型12內(nèi)部的平面截取，該平面遵循凸側(cè)壁26的曲率和空氣流動(箭頭所示)，該空氣流動通過后緣、穿過在將室60、52、54和56彼此分開的壁部分70內(nèi)形成的冷卻路徑。如圖3B所示，對于室60、52、54和56之間的每個(gè)壁部分70，存在沿側(cè)壁24的第二系列這樣的通路。
[0018]如現(xiàn)在更具體描述的，在將室60、52、54和56彼此分開的每個(gè)壁部分70內(nèi)，存在延伸通過其中的第一和第二系列通路，且所述通路中的每個(gè)系列與另一系列間隔開。對于每個(gè)壁部分，第一系列中的冷卻通路更靠近凹側(cè)壁24而不是更靠近凸側(cè)壁26，并且第二系列中的冷卻通路更靠近凸側(cè)壁26而不是更靠近凹側(cè)壁24。
[0019]在所示實(shí)施例中，冷卻空氣從平臺16朝向末端20流過室60，如箭頭64所示。在被定位在室60和52之間、室52和54之間以及室54和56之間的每個(gè)壁部分70內(nèi)形成的第一和第二系列的流動路徑允許冷卻空氣從室60行進(jìn)到室52內(nèi)、然后到室54內(nèi)且之后到室56內(nèi)。行進(jìn)通過室56的空氣(箭頭所示)通過后緣32內(nèi)的孔洞40離開翼型12的內(nèi)部。后緣32沿與當(dāng)葉片被安裝在轉(zhuǎn)子或者定子上時(shí)的徑向方向相對應(yīng)的方向延伸。圖3中示出了垂直于后緣32的大體方向的水平軸線H。
[0020]室60和52之間的第一壁部分(被指定為壁部分70-1)包括第一和第二系列的流動路徑76P、76S。如圖3A中所示，第一系列中的流動路徑76P更靠近凹側(cè)壁24而不是更靠近凸側(cè)壁26。如圖3B中所示，第二系列中的流動路徑76S更靠近凸側(cè)壁26而不是更靠近凹側(cè)壁24。流動路徑76P和76S實(shí)現(xiàn)所述室60和52之間的流體連通。壁部分70_1中的所有流動路徑76P和76S均是筆直路徑，每個(gè)均從沿著壁部分70-1面向室60的第一表面80的入口開口 78延伸到沿壁部分70-1面向室52的第二表面84的出口開口 82。在渦輪操作期間，每個(gè)流動路徑76P和76S均從室60內(nèi)的相關(guān)入口開口 78接收冷卻空氣并且將所述冷卻空氣通過出口開口 80傳送到室52內(nèi)。
[0021 ] 每個(gè)流動路徑76P和76S均具有相對于軸線H的正斜率。即，從相關(guān)入口開口 78至相關(guān)出口開口 82進(jìn)行測量，每個(gè)筆直路徑76P和76S的斜率是相對于水平軸線H的正斜率。在根據(jù)本發(fā)明的(未示出的)另一些實(shí)施例中，流動路徑76P和76S不必要被形成為筆直路徑。它們可以例如是螺旋形，在這種情況下它們可以相對于軸線H不具有固定斜率。這些路徑也不必要在壁部分中均勻分布。
[0022]室52和54之間的第二壁部分(被指定為壁部分70_2)包括第一和第二系列的流動路徑86P、86S。如圖3A中所示，第一系列中的流動路徑86P更靠近凹側(cè)壁24而不是更靠近凸側(cè)壁26。如圖3B中所示，第二系列中的流動路徑86S更靠近凸側(cè)壁26而不是更靠近凹側(cè)壁24。流動路徑86P和86S實(shí)現(xiàn)室52和54之間的流體連通。壁部分70_2中的所有流動路徑86P和86S均是筆直路徑，每個(gè)均從沿著壁部分70-2的面向室52的第一表面90的入口開口 88延伸到沿壁部分70-2的面向室52的第二表面94的出口開口 92。在渦輪操作期間，每個(gè)流動路徑86S和86P均從室52內(nèi)的相關(guān)入口開口 88接收冷卻空氣并且將所述冷卻空氣通過出口開口 92傳送到室54內(nèi)。
[0023]每個(gè)流動路徑86P和86S均具有相對于軸線H的負(fù)斜率。即，從相關(guān)入口開口 88至相關(guān)出口開口 92進(jìn)行測量，每個(gè)筆直路徑86P和86S的斜率是相對于水平軸線H的負(fù)斜率。在根據(jù)本發(fā)明的(未示出的)另一些實(shí)施例中，流動路徑86P和86S不必要被形成為筆直路徑。它們可以例如是螺旋形，在這種情況下它們可以相對于軸線H不具有固定斜率。這些路徑也不必要在壁部分中均勻分布。
[0024]室54和56之間的第三壁部分(被指定為壁部分70_3)包括第一和第二系列的流動路徑96P、96S。如圖3A中所示，第一系列中的流動路徑96P更靠近凹側(cè)壁24而不是更靠近凸側(cè)壁26。如圖3B中所示，第二系列中的流動路徑96S更靠近凸側(cè)壁26而不是更靠近凹側(cè)壁24。流動路徑96P和96S實(shí)現(xiàn)室54和56之間的流體連通。流動路徑96P和96S實(shí)現(xiàn)室54和56之間的流體連通。壁部分70-3中的所有流動路徑96P和96S均是筆直路徑，每個(gè)均從沿著壁部分70-3的面向室54的第一表面100的入口開口 98延伸到沿壁部分70-3的面向室56的第二表面104的出口開口 102。在渦輪操作期間，每個(gè)流動路徑96P和96S均從室54內(nèi)的相關(guān)入口開口接收冷卻空氣并且將所述冷卻空氣通過出口開口 102傳送到室56內(nèi)。
[0025]每個(gè)流動路徑96P和96S均具有相對于軸線H的正斜率。即，從相關(guān)入口開口 98至相關(guān)出口開口 102進(jìn)行測量，每個(gè)筆直路徑96P和96S的斜率是相對于水平軸線H的正斜率。在根據(jù)本發(fā)明的(未示出的)另一些實(shí)施例中，流動路徑96P和96S不必要被形成為筆直路徑。它們可以例如是螺旋形，在這種情況下它們可以相對于軸線H不具有固定斜率。這些路徑也不必要在壁部分中均勻分布。
[0026]第一系列流動路徑76P被定位成穿過壁部分70-1并且鄰近于凹側(cè)壁24，并且第二系列流動路徑76S被定位成穿過壁部分70-1并鄰近于凸側(cè)壁26。第一系列路徑76P被置于凹側(cè)壁24和第二系列路徑76S之間。第二系列路徑76S被置于凸側(cè)壁26和第一系列路徑76P之間。兩個(gè)系列流動路徑76P、76S中的每個(gè)均包括任意數(shù)量的路徑，每個(gè)路徑在葉片10的第一和第二端部22、28之間沿大體垂直于水平軸線H的方向延伸。該系列流動路徑76P中最靠近第二端部28的第一路徑被指定為路徑76P-1并且該系列流動路徑76P中最靠近第一端部22的最后路徑被指定為路徑76P-n。路徑76P-1穿過壁部分70_1的區(qū)域R0類似地，該系列流動路徑76S中最靠近第二端部28的第一路徑被指定為路徑76S-1并且該系列流動路徑76S中最靠近第一端部22的最后路徑被指定為路徑76S-n。路徑76S-1也穿過壁部分70-1的區(qū)域R。
[0027]第一系列流動路徑86P被定位成穿過壁部分70-2并且鄰近于凹側(cè)壁24，并且第二系列流動路徑86S被定位成穿過壁部分70-2并鄰近于凸側(cè)壁26。第一系列路徑86P被置于凹側(cè)壁24和第二系列路徑86S之間。第二系列路徑86S被置于凸側(cè)壁26和第一系列路徑86P之間。兩個(gè)系列流動路徑86P、86S中的每個(gè)均包括任意數(shù)量的路徑，每個(gè)路徑在葉片10的第一和第二端部22、28之間沿大體垂直于水平軸線H的方向延伸。該系列流動路徑86P中最靠近第二端部28的第一路徑被指定為路徑86P-1并且該系列流動路徑86P中最罪近弟一端部22的最后路徑被指定為路徑86P-n。類似地，該系列流動路徑86S中最罪近第二端部28的第一路徑被指定為路徑86S-1并且該系列流動路徑86S中最靠近第一端部22的最后路徑被指定為路徑86S-n。
[0028]第一系列流動路徑96P被定位成穿過壁部分70-3并且鄰近于凹側(cè)壁24，并且第二系列流動路徑96S被定位成穿過壁部分70-3并鄰近于凸側(cè)壁26。第一系列路徑96P被置于凹側(cè)壁24和第二系列路徑96S之間。第二系列路徑96S被置于凸側(cè)壁26和第一系列路徑96P之間。兩個(gè)系列流動路徑96P、96S中的每個(gè)均包括任意數(shù)量的路徑，每個(gè)路徑在葉片10的第一和第二端部22、28之間沿大體垂直于水平軸線H的方向延伸。該系列流動路徑96P中最靠近第二端部28的第一路徑被指定為路徑96P-1并且該系列流動路徑96P中最罪近弟一端部22的最后路徑被指定為路徑96P-n。類似地，該系列流動路徑96S中最罪近第二端部28的第一路徑被指定為路徑96S-1并且該系列流動路徑96S中最靠近第一端部22的最后路徑被指定為路徑96S-n。
[0029]從圖3所示示例性設(shè)計(jì)能夠看到，不同系列路徑中的相鄰構(gòu)件形成蜿蜒曲折圖案。例如，路徑76P-1、86P-1和96P-1的序列形成壓力側(cè)蜿蜒曲折再蜿蜒圖案，冷卻空氣能夠通過所述圖案從室60流到室56并流出后緣32的孔洞40。類似地，路徑76S_1、86S_1和96S-1的序列形成吸力側(cè)蜿蜒曲折再蜿蜒圖案，冷卻空氣能夠通過所述圖案從室60流到室56并且流出后緣32的孔洞40。
[0030]圖4A和圖4B示出了在室60、52、54和56之間的三對流動路徑的示例性和互補(bǔ)取向。圖4A示出了在室60、52、54和56之間的三個(gè)流動路徑，每個(gè)示出的流動路徑是這三個(gè)系列76P、86P、96P中的相應(yīng)一個(gè)。圖4B示出了在室60、52、54和56之間的三個(gè)流動路徑，每個(gè)示出的流動路徑是這三個(gè)系列76S、86S和96S中的相應(yīng)一個(gè)。圖4A是從葉片10的末端20截取的沿圖3A所示的冷卻空氣流動路徑的截面圖，以便示出流動路徑76P-1、86P-1和96P-1的一個(gè)蜿蜒曲折再蜿蜒序列的取向。每個(gè)所示路徑被置于凹側(cè)壁24和這三個(gè)第二系列路徑76S、86S、96S中的一個(gè)之間。如圖4A所示，對于所示路徑76P_1、86P_1和96P-1，所有流動路徑76S、86S、96S均相對于凹側(cè)壁24以一定角度形成，以便出口開口 82更靠近側(cè)壁24而不是更靠近入口開口 78。圖4B是從葉片10的末端20截取的沿圖3B所示的冷卻空氣流動路徑的截面圖，以便示出流動路徑76S-1、86S-1和96S-1的一個(gè)蜿蜒曲折再蜿蜒序列的示例性取向。每個(gè)所示路徑被置于凸側(cè)壁26和這三個(gè)第一系列路徑76P、86P和96P中的一個(gè)之間。如圖3B所示，對于所示路徑76S-1、86S-1、96S-1，所有流動路徑76S、86S、96S均相對于凸側(cè)壁24以一定角度形成，以便出口開口 82更靠近吸力側(cè)壁26而不是更靠近入口開口 78。這種傾斜取向?qū)е麓┻^出口開口 82的冷卻空氣沖擊在內(nèi)壁表面25、27上以便促進(jìn)從側(cè)壁24、26的熱傳遞。
[0031]內(nèi)壁表面25、27的形成后緣室52、54、56的壁的部分可以是帶紋理表面以便增強(qiáng)側(cè)壁24、26和冷卻氣體之間的熱傳遞。帶紋理表面可以被形成為具有一系列溝槽、肋、凹槽或甚至網(wǎng)狀設(shè)計(jì)，其中肋構(gòu)成的交叉圖案從側(cè)壁突出到所述室內(nèi)。在圖3A和圖3B的示例實(shí)施例中，表面25和27包括在所述表面上沿垂直于軸線H的方向延伸的溝槽114。
[0032]圖5是圖4A和圖4B的渦輪10的沿線5_5截取的正視圖，其示出了第一和第二冷卻路徑76P、76S的入口開口 78的交錯(cuò)設(shè)置。每個(gè)系列中的路徑在圖3中被示為均勻間隔開，并且至每個(gè)系列中的路徑的入口開口 78被示為均勻間隔開。因此，在吸力側(cè)冷卻路徑76S-1的入口開口更靠近末端20的情況下，全部系列的冷卻路徑76S相對于整個(gè)系列的冷卻路徑76P處于交錯(cuò)關(guān)系。進(jìn)一步，全部系列的冷卻路徑86S相對于整個(gè)系列的冷卻路徑86P處于交錯(cuò)關(guān)系并且全部系列的冷卻路徑96S相對于整個(gè)系列的冷卻路徑96P處于交錯(cuò)關(guān)系。
[0033]本發(fā)明的特征在于，例如如沿每個(gè)冷卻路徑76P、76S從入口開口 78到出口開口 82測量的距離d的路徑長度是大于所述冷卻路徑被形成所穿過的壁部分的區(qū)域的厚度t的距離。對所述厚度的參考意味著:在兩個(gè)相鄰室之間(例如在冷卻路徑76P-1或76S-1的入口開口 78和出口開口 82之間的壁部分70-1的區(qū)域R1內(nèi))測量的跨過壁部分的最小距離使得，在兩個(gè)相鄰室(例如室60和52)之間的冷卻空氣所行進(jìn)的路徑的長度與所述壁部分的厚度進(jìn)行比較。
[0034]類似地，如可沿每個(gè)冷卻路徑86P、86S從入口開口 88到出口開口 92測量的距離d是大于所述冷卻路徑被形成所穿過的壁部分的區(qū)域的厚度t的距離。對所述厚度的參考意味著:在兩個(gè)相鄰室之間(例如在冷卻路徑86P-n或86S-n的入口開口 88和出口開口 92之間的壁部分70-2的區(qū)域R2內(nèi))測量的跨過壁部分的最小距離使得，在兩個(gè)相鄰室(例如室52和54)之間的冷卻空氣所行進(jìn)的路徑的長度與所述壁部分的厚度進(jìn)行比較。
[0035]如可沿每個(gè)冷卻路徑96P、96S從入口開口 98到出口開口 102測量的距離d是大于所述冷卻路徑被形成所穿過的壁部分的區(qū)域的厚度t的距離。對所述厚度的參考意味著:在兩個(gè)相鄰室之間(例如在冷卻路徑96P-n或96S-n的入口開口 98和出口開口 102之間的壁部分70-3的區(qū)域R3內(nèi))測量的跨過壁部分的最小距離使得，在兩個(gè)相鄰室(例如室54和56)之間的冷卻空氣所行進(jìn)的路徑的長度與所述壁部分的厚度進(jìn)行比較。
[0036]在所示實(shí)施例中，通過如下方式得到這個(gè)特征:形成通過壁部分的筆直路徑，其中所述筆直路徑均相對于軸線H具有一個(gè)斜率。在另一些實(shí)施例中，能夠通過形成具有大量其他形狀的冷卻路徑來實(shí)現(xiàn)較大距離，所述形狀包括纏繞形狀，例如螺旋或者蜿蜒圖案或者具有鋸齒或者正弦曲線形狀或者具有上述的各種組合。
[0037]圖6示出了根據(jù)本發(fā)明的葉片的替代性實(shí)施例，其中類似附圖標(biāo)記指代之前附圖中所述的特征。葉片10’具有在室60、52和54之間的兩對流動路徑，每個(gè)所示流動路徑均為這兩個(gè)系列76P、86P中的一個(gè)或者為兩個(gè)系列76S、86S中的一個(gè)。
[0038]不同于圖3和圖4所示的實(shí)施例，對于葉片10’，該系列冷卻路徑76S相對于該系列冷卻路徑76P不處于交錯(cuò)關(guān)系，并且該系列冷卻路徑86S相對于該系列冷卻路徑86P不處于交錯(cuò)關(guān)系。進(jìn)一步，不同于圖3和圖4所示的實(shí)施例，對于葉片10’，該系列冷卻路徑76S中的構(gòu)件不沖擊到吸力側(cè)壁上，并且該系列冷卻路徑76P中的構(gòu)件不沖擊到壓力側(cè)壁上；以及該系列冷卻路徑86S中的構(gòu)件不沖擊到吸力側(cè)壁上，并且該系列冷卻路徑86P中的構(gòu)件不沖擊到壓力側(cè)壁上。實(shí)際上，從葉片10的末端20觀察的圖6的截面圖示出了冷卻空氣的兩個(gè)平行流動路徑，每個(gè)路徑均具有一個(gè)蜿蜒曲折序列，在此之后壁部分70-3僅包含一個(gè)中心系列流動路徑96而不是兩個(gè)系列的冷卻路徑96P和96S。S卩，從兩個(gè)不同系列的冷卻路徑86P和86S到達(dá)室54內(nèi)的冷卻空氣會合成一個(gè)系列的冷卻路徑96。圖6的視圖示出了每個(gè)系列中的一個(gè)流動路徑(即，76P-1、76S-1、86P-1、86S-1和96)，但是應(yīng)該理解，在每個(gè)系列中可以存在η個(gè)這樣的流動路徑。
[0039]同樣，如圖6所示，對于葉片10’，所示路徑76Ρ-1、76S_1、86P-1、86S_1和96均不會相對于凹側(cè)壁24或凸側(cè)壁26以一定角度形成，即出口開口 82并不比入口開口 78更靠近側(cè)壁24、26之一。在又一些實(shí)施例中，一些冷卻路徑可以相對于凹側(cè)壁24或者凸側(cè)壁26以一定角度形成，而另一些冷卻路徑(即，在相同系列或者不同系列的路徑中的)不會相對于毗鄰的側(cè)壁24、26以一定角度形成。
[0040]雖然已經(jīng)描述了本發(fā)明的實(shí)施例，但是其僅通過示例方式被提供。本領(lǐng)域技術(shù)人員將顯而易見到許多改進(jìn)和變型。在不背離此處本發(fā)明的情況下可以做出大量修改、改變和替代。因此，試圖僅通過所附權(quán)利要求的精神和范圍來限制本發(fā)明。
【權(quán)利要求】
1.一種能夠繞燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)的旋轉(zhuǎn)軸線定位的葉片，所述葉片是具有相對厚的前緣和相對薄的后緣的類型的葉片，其中當(dāng)所述發(fā)動機(jī)的操作期間所述葉片被安裝到轉(zhuǎn)子或定子時(shí)，流體流在沿所述后緣流過之前沿所述前緣流過，所述葉片包括: 具有帶相對的第一和第二端部的大體細(xì)長形狀的翼型，所述翼型在所述第一端部處的末端與所述第二端部處的平臺之間延伸，所述翼型包括在所述末端和所述平臺之間延伸的外部壁，所述外部壁包括連結(jié)到凸側(cè)壁的凹側(cè)壁，且每個(gè)側(cè)壁從所述翼型的相對厚的前緣區(qū)域延伸到所述翼型的相對薄的后緣區(qū)域， 所述葉片包括(i)在所述相對厚的前緣區(qū)域內(nèi)在所述第一和第二翼型端部之間延伸的至少一個(gè)前緣室，以及(ii )每個(gè)均在所述相對薄的后緣區(qū)域內(nèi)在所述第一和第二翼型端部之間延伸的至少第一后緣室和第二后緣室，所述翼型包括多個(gè)內(nèi)部壁部分，每個(gè)所述壁部分均在所述相對的第一和第二端部之間延伸，每個(gè)壁部分將所述室中的至少一個(gè)室與另一室分隔開，其中: 在所述后緣室中的第一后緣室和第二后緣室之間的所述壁部分中的第一壁部分包括(i)多個(gè)第一流動路徑，其鄰近于所述凹側(cè)壁并且從所述第一后緣室通過所述第一壁部分延伸到所述第二后緣室；以及(ii)多個(gè)第二流動路徑，其鄰近于所述凸側(cè)壁并且也從所述第一后緣室通過所述第一壁部分延伸到所述第二后緣室，所述多個(gè)第一路徑被置于所述凹側(cè)壁和所述多個(gè)第二路徑之間，并且所述多個(gè)第二路徑被置于所述凸側(cè)壁和所述多個(gè)第一路徑之間，每個(gè)所述流動路徑從所述第一后緣室內(nèi)的用于從所述第一后緣室接收流體的入口開口延伸到所述第二后緣室內(nèi)的用于使得所述流體流入所述第二室的出口開口，并且 所述第一壁部分包括具有第一厚度的第一區(qū)域，該第一厚度能夠被測量為在所述第一和第二室之間的距離，并且所述路徑中的一個(gè)延伸第一路徑距離，該第一路徑距離被測量為從所述第一室內(nèi)的相關(guān)路徑開口通過所述第一區(qū)域到達(dá)所述第二室內(nèi)的所述出口開口，該路徑距離大于所述第一厚度。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的葉片，其中所述第一厚度是所述第一區(qū)域的最大厚度，并且通過所述第一區(qū)域的所述路徑中的一個(gè)是筆直路徑。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的葉片，其中所述第一區(qū)域具有均勻厚度，并且通過所述第一區(qū)域的所述路徑中的一個(gè)是筆直路徑。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的葉片，其中所述后緣是所述翼型的沿第一方向延伸的邊緣，且相對于垂直于所述第一方向的水平軸線來說，通過所述第一區(qū)域的所述路徑中的一個(gè)是具有非零斜率的筆直路徑。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的葉片，其中所述第一路徑距離比所述第一厚度要大至少百分之五。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的葉片，其中從所述入口開口至所述出口開口進(jìn)行測量的所述筆直路徑的斜率是相對于所述水平軸線的正斜率。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的葉片，進(jìn)一步包括: 第三后緣室，其在所述相對薄的后緣區(qū)域內(nèi)在所述第一和第二翼型端部之間延伸，其中所述壁部分中的第二壁部分位于所述第二和第三后緣室之間，所述第二壁部分包括: (i)多個(gè)第三流動路徑，其鄰近于所述凹側(cè)壁并且從所述第二后緣室通過所述第二壁部分延伸到所述第三后緣室；以及(ii)多個(gè)第四流動路徑，其鄰近于所述凸側(cè)壁并且也從所述第二后緣室通過所述第二壁部分延伸到所述第三后緣室，所述多個(gè)第三路徑被置于所述凹側(cè)壁和所述多個(gè)第四路徑之間，并且所述多個(gè)第四路徑被置于所述凸側(cè)壁和所述多個(gè)第三路徑之間，所述多個(gè)第三路徑和所述多個(gè)第四路徑中的每個(gè)流動路徑從所述第二后緣室內(nèi)的用于從所述第二后緣室接收流體的入口開口延伸到所述第三后緣室內(nèi)的用于使得所述流體流入所述第三室的出口開口，并且 所述第二壁部分包括具有第二厚度的第二區(qū)域，該第二厚度能夠被測量為在所述第二和第三室之間的距離，并且延伸通過所述第二壁部分的所述路徑中的一個(gè)延伸第二路徑距離，該第二路徑距離被測量為從所述第二室內(nèi)的相關(guān)路徑開口通過所述第二區(qū)域并到達(dá)所述第三室內(nèi)的所述出口開口，該第二路徑距離大于所述第二厚度。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的葉片，其中所述第一區(qū)域的所述第一厚度是所述第一區(qū)域的最大厚度，并且所述第二區(qū)域的所述第二厚度是所述第二區(qū)域的最大厚度，通過所述第一區(qū)域的所述路徑中的一個(gè)是筆直路徑，并且通過所述第二區(qū)域的所述路徑中的一個(gè)是筆直路徑。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的葉片，其中所述第一壁部分的第一區(qū)域具有均勻厚度，所述第二壁部分的第二區(qū)域具有均勻厚度，通過所述第一區(qū)域的所述路徑中的一個(gè)是筆直路徑，并且通過所述第二區(qū)域的所述路徑中的一個(gè)是筆直路徑。
10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的葉片，其中所述后緣是所述翼型的沿第一方向延伸的邊緣，且相對于垂直于所述第一方向的水平軸線來說，通過所述第一區(qū)域的所述路徑中的一個(gè)是具有非零斜率的筆直路徑，并且通過所述第二區(qū)域的所述路徑中的一個(gè)是具有非零斜率的筆直路徑。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的葉片，其中所述第一路徑距離比所述第一厚度要大至少百分之五，并且所述第二路徑距離比所述第二厚度要大至少百分之五。
12.根據(jù)權(quán)利要求10所述的葉片，其中: 從相關(guān)入口開口到相關(guān)出口開口進(jìn)行測量的通過所述第一區(qū)域的所述筆直路徑的斜率是相對于所述水平軸線的正斜率；以及 從相關(guān)入口開口到相關(guān)出口開口進(jìn)行測量的通過所述第二區(qū)域的所述筆直路徑的斜率是相對于所述水平軸線的負(fù)斜率。
13.根據(jù)權(quán)利要求10所述的葉片，其中: 從相關(guān)入口開口到相關(guān)出口開口進(jìn)行測量的通過所述第一區(qū)域的所述筆直路徑的斜率是相對于所述水平軸線的負(fù)斜率；以及 從相關(guān)入口開口到相關(guān)出口開口進(jìn)行測量的通過所述第二區(qū)域的所述筆直路徑的斜率是相對于所述水平軸線的正斜率。
14.根據(jù)權(quán)利要求10所述的葉片，其中所述翼型的所述后緣是被置于所述第三后緣室和所述葉片外部的區(qū)域之間的外部葉片壁的一部分，并且所述后緣包括多個(gè)第五路徑，所述第五路徑提供流過所述第一、第二和第三后緣室的流體能夠通過其離開所述葉片的通路。
15.根據(jù)權(quán)利要求1所述的葉片，其中所述凹側(cè)壁包括在所述后緣室之一內(nèi)的表面，所述表面的一部分成紋理以便有助于在所述凹側(cè)壁和流過所述室的流體之間的熱傳遞。
16.根據(jù)權(quán)利要求1所述的葉片，其中所述凸側(cè)壁包括在所述后緣室之一內(nèi)的表面，所述表面的一部分成紋理以便有助于在所述凹側(cè)壁和流過所述室的流體之間的熱傳遞。
17.根據(jù)權(quán)利要求15所述的葉片，其中所述凸側(cè)壁包括在所述后緣室之一內(nèi)的表面，所述表面的一部分成紋理以便有助于在所述凹側(cè)壁和流過所述室的流體之間的熱傳遞。
18.根據(jù)權(quán)利要求1所述的葉片，其中所述葉片的所述側(cè)壁之一包括在所述后緣室之一內(nèi)的表面，所述表面的一部分具有流過所述室的流體可以沿其流過的溝槽或肋或帶凹槽表面。
19.根據(jù)權(quán)利要求1所述的葉片，其中對于所述多個(gè)第一流動路徑中的一個(gè)而言，所述相關(guān)出口開口更靠近所述凹側(cè)壁而不是更靠近所述相關(guān)入口開口。
20.根據(jù)權(quán)利要求1所述的葉片，其中對于所述多個(gè)第二流動路徑中的一個(gè)而言，所述相關(guān)出口開口更靠近所述凸側(cè)壁而不是更靠近所述相關(guān)入口開口。
【文檔編號】F01D5/18GK104254669SQ201280069156
【公開日】2014年12月31日 申請日期:2012年12月4日 優(yōu)先權(quán)日:2011年12月6日
【發(fā)明者】李經(jīng)邦, G.E.布朗, B.E.赫內(nèi)韋爾德 申請人:西門子公司, 麥克羅系統(tǒng)有限公司