本發(fā)明大體上涉及渦輪翼型件，并且更加具體地涉及可用在渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)中的中空渦輪翼型件的平臺(tái)中的冷卻系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

通常，燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)包括：用于壓縮空氣的壓縮器、用于使壓縮空氣與燃料混合且點(diǎn)燃該混合物的燃燒器、以及用于產(chǎn)生功率的渦輪葉片組件。燃燒器通常在可能超過(guò)2500華氏度的較高溫度下操作。典型的渦輪燃燒器構(gòu)造使渦輪葉片組件暴露至這些高溫。因此，渦輪葉片必須由能夠承受該高溫的材料制成。此外，渦輪葉片通常包括冷卻系統(tǒng)，該冷卻系統(tǒng)用于延長(zhǎng)葉片的壽命并且減小由于過(guò)度溫度引起的故障的可能性。

通常，渦輪葉片是由在一端處具有平臺(tái)的根基部分以及細(xì)長(zhǎng)部分形成，該細(xì)長(zhǎng)部分形成從聯(lián)接至根基部分的平臺(tái)向外延伸的葉片。該葉片通常由與根基部段相對(duì)的尖端、前緣、以及后緣組成。大多數(shù)渦輪葉片的內(nèi)部方面通常包含形成冷卻系統(tǒng)的冷卻通道的復(fù)雜曲徑。葉片中的冷卻通道從渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)的壓縮器接收空氣并且使該空氣穿過(guò)葉片。一些冷卻流體穿過(guò)根基并且到鄰近的渦輪葉片之間的腔中以冷卻葉片的平臺(tái)。冷卻流體可以通過(guò)鄰近的葉片之間的間隙排出并且可以產(chǎn)生膜冷卻。該間隙通常形成在平臺(tái)的側(cè)表面之間，該側(cè)表面大體上平行于彼此并且平行于渦輪葉片的縱向軸線。當(dāng)沒(méi)有供應(yīng)足夠的冷卻空氣以防止熱氣體回吞時(shí)，熱氣體回吞到平臺(tái)的徑向向內(nèi)的區(qū)域中，這些間隙通常是該熱氣體回吞的位置。此外，平臺(tái)的側(cè)表面通常出現(xiàn)氧化和腐蝕并且該氧化和該腐蝕導(dǎo)致通過(guò)間隙進(jìn)行更大的熱氣體回吞。因此，存在對(duì)改善平臺(tái)的冷卻以實(shí)現(xiàn)更加均勻的熱梯度并且減少通過(guò)翼型件的鄰近平臺(tái)之間的間隙進(jìn)行的熱氣體回吞的需要。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

公開(kāi)了一種冷卻系統(tǒng)，該冷卻系統(tǒng)定位在可用在渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)中的渦輪翼型件內(nèi)并且具有冷卻通道，該冷卻通道定位在渦輪翼型件的平臺(tái)內(nèi)，該渦輪翼型件的平臺(tái)具有在壓力和抽吸側(cè)邊緣處的排氣出口以便防止在平臺(tái)下的熱氣體回吞。冷卻通道可以由主要通道和分支通道形成，該主要通道從與翼型件對(duì)齊的冷卻流體供應(yīng)通道延伸，該分支通道在主要通道與壓力或者抽吸側(cè)邊緣之間延伸。與傳統(tǒng)設(shè)計(jì)相比，該冷卻系統(tǒng)可以使鄰近在平臺(tái)與翼型件的交叉處的翼型件嵌條的冷卻表面積減小并且使鄰近壓力側(cè)和抽吸側(cè)配合面的冷卻表面積增加。與傳統(tǒng)設(shè)計(jì)相比，該冷卻系統(tǒng)的這種構(gòu)造產(chǎn)生更加均勻的平臺(tái)溫度分布、用于平臺(tái)冷卻的更冷且更高壓力的冷卻空氣、以及更少的制造費(fèi)用。

在至少一個(gè)實(shí)施例中，渦輪翼型件可以由大體上細(xì)長(zhǎng)的中空翼型件形成，該大體上細(xì)長(zhǎng)的中空翼型件具有：前緣、后緣、在第一端處的尖端部段、用于支撐翼型件和用于將翼型件聯(lián)接至圓盤(pán)的在大體上與第一端相對(duì)的端部處聯(lián)接至翼型件的根基、以及由細(xì)長(zhǎng)中空翼型件中的至少一個(gè)腔形成的冷卻系統(tǒng)。平臺(tái)可以定位在大體上細(xì)長(zhǎng)的中空翼型件與根基的交叉處，其中，該平臺(tái)包括上游邊緣、與上游邊緣相對(duì)的下游邊緣、定位為靠近大體上細(xì)長(zhǎng)的中空翼型件的壓力側(cè)的壓力側(cè)邊緣、以及定位為靠近大體上細(xì)長(zhǎng)的中空翼型件的抽吸側(cè)的抽吸側(cè)邊緣。

冷卻系統(tǒng)的至少一部分可以定位在平臺(tái)內(nèi)并且由一個(gè)或多個(gè)壓力側(cè)主要冷卻通道形成，該一個(gè)或多個(gè)壓力側(cè)主要冷卻通道從冷卻流體供應(yīng)通道處的進(jìn)口延伸至壓力側(cè)邊緣處的排氣出口。冷卻系統(tǒng)還可以包括一個(gè)或多個(gè)壓力側(cè)分支冷卻通道，該一個(gè)或多個(gè)壓力側(cè)分支冷卻通道從壓力側(cè)主要冷卻通道中的進(jìn)口延伸至壓力側(cè)邊緣處的排氣出口。壓力側(cè)分支冷卻通道可以具有小于至少一個(gè)壓力側(cè)主要冷卻通道的截面面積的截面面積。

壓力側(cè)分支冷卻通道可以從至少一個(gè)壓力側(cè)主要冷卻通道的下游側(cè)延伸。壓力側(cè)分支冷卻通道的排氣出口可以定位在壓力側(cè)主要冷卻通道的排氣出口下游。壓力側(cè)分支冷卻通道可以從壓力側(cè)主要冷卻通道的下游側(cè)非正交地且與其非平行地延伸。壓力側(cè)分支冷卻通道包括從第一壓力側(cè)主要冷卻通道延伸的多個(gè)壓力側(cè)分支冷卻通道。多個(gè)壓力側(cè)分支冷卻通道可以平行于彼此。壓力側(cè)主要冷卻通道可以包括多個(gè)壓力側(cè)主要冷卻通道，其中，該多個(gè)壓力側(cè)主要冷卻通道中的每一個(gè)具有至少兩個(gè)壓力側(cè)分支冷卻通道，該至少兩個(gè)壓力側(cè)分支冷卻通道從壓力側(cè)主要冷卻通道延伸至壓力側(cè)邊緣。

冷卻系統(tǒng)還可以包括一個(gè)或多個(gè)抽吸側(cè)主要冷卻通道，該一個(gè)或多個(gè)抽吸側(cè)主要冷卻通道從冷卻流體供應(yīng)通道處的進(jìn)口延伸至抽吸側(cè)邊緣處的排氣出口。一個(gè)或多個(gè)抽吸側(cè)分支冷卻通道可以從抽吸側(cè)主要冷卻通道中的進(jìn)口延伸至抽吸側(cè)邊緣處的排氣出口。抽吸側(cè)分支冷卻通道可以具有小于至少一個(gè)抽吸側(cè)主要冷卻通道的截面面積的截面面積。抽吸側(cè)分支冷卻通道可以從抽吸側(cè)主要冷卻通道的下游側(cè)延伸。抽吸側(cè)分支冷卻通道的排氣出口可以定位在抽吸側(cè)主要冷卻通道的排氣出口下游。抽吸側(cè)分支冷卻通道可以從抽吸側(cè)主要冷卻通道的下游側(cè)非正交地且與其非平行地延伸。抽吸側(cè)分支冷卻通道可以包括從抽吸側(cè)主要冷卻通道的第一抽吸側(cè)主要冷卻通道延伸的多個(gè)抽吸側(cè)分支冷卻通道。多個(gè)抽吸側(cè)分支冷卻通道可以平行于彼此。抽吸側(cè)主要冷卻通道可以包括：從抽吸側(cè)主要冷卻通道的上游側(cè)延伸的一個(gè)或多個(gè)上游側(cè)分支冷卻通道，以及從抽吸側(cè)主要冷卻通道的下游側(cè)延伸的一個(gè)或多個(gè)下游側(cè)分支冷卻通道。從抽吸側(cè)主要冷卻通道的上游側(cè)延伸的上游側(cè)分支冷卻通道可以具有在抽吸側(cè)邊緣上的排氣出口，并且從抽吸側(cè)主要冷卻通道的下游側(cè)延伸的下游側(cè)分支冷卻通道可以具有在平臺(tái)的下游邊緣上的排氣出口。抽吸側(cè)主要冷卻通道的進(jìn)口可以定位在抽吸側(cè)邊緣處的排氣出口的上游。

冷卻系統(tǒng)還可以包括一個(gè)或多個(gè)后緣主要冷卻通道，該一個(gè)或多個(gè)后緣主要冷卻通道從靠近后緣的冷卻流體供應(yīng)通道延伸并且包括至少一個(gè)壓力側(cè)分支通道，該至少一個(gè)壓力側(cè)分支通道從后緣主要冷卻通道處的進(jìn)口延伸并且終止于壓力側(cè)邊緣處的出口。后緣主要冷卻通道還可以包括一個(gè)或多個(gè)后緣分支通道，該一個(gè)或多個(gè)后緣分支通道從后緣主要冷卻通道處的進(jìn)口延伸并且終止于平臺(tái)的下游邊緣處的出口。壓力側(cè)分支通道可以包括從后緣主要冷卻通道延伸至壓力側(cè)邊緣的多個(gè)壓力側(cè)分支通道，并且后緣分支通道可以包括從后緣主要冷卻通道延伸至平臺(tái)的下游邊緣的多個(gè)后緣分支通道。

該冷卻系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)在于：該冷卻系統(tǒng)可以使鄰近在平臺(tái)與翼型件的交叉處的翼型件嵌條的冷卻表面積減小。

該冷卻系統(tǒng)的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)在于：與傳統(tǒng)設(shè)計(jì)相比，該冷卻系統(tǒng)可以使鄰近壓力側(cè)和抽吸側(cè)配合面的冷卻表面積增加。

該冷卻系統(tǒng)的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)在于：與傳統(tǒng)設(shè)計(jì)相比，該冷卻系統(tǒng)產(chǎn)生更加均勻的平臺(tái)溫度分布、用于平臺(tái)冷卻的更冷且更高壓力的冷卻空氣、以及更少的制造費(fèi)用。

這些以及其它實(shí)施例在下文更加詳細(xì)地描述。

附圖說(shuō)明

并入本說(shuō)明書(shū)中且形成本說(shuō)明書(shū)的一部分的附圖示出了當(dāng)前公開(kāi)的發(fā)明的實(shí)施例，并且與說(shuō)明書(shū)一起公開(kāi)了本發(fā)明的原理。

圖1是具有冷卻系統(tǒng)的特征的渦輪翼型件的抽吸側(cè)的透視圖。

圖2是具有冷卻系統(tǒng)的特征的渦輪翼型件的壓力側(cè)的透視圖。

圖3是在圖1中的截面線3-3處截取的在翼型件的平臺(tái)中的冷卻系統(tǒng)的截面視圖。

具體實(shí)施方式

如在圖1至圖3中示出的，公開(kāi)了一種冷卻系統(tǒng)10，該冷卻系統(tǒng)10定位在可用在渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)中的渦輪翼型件12內(nèi)并且具有冷卻通道16，該冷卻通道16定位在渦輪翼型件12的平臺(tái)18內(nèi)，渦輪翼型件12的平臺(tái)18具有在壓力和抽吸側(cè)邊緣22和24處的排氣出口20以便防止在平臺(tái)18下的熱氣體回吞。冷卻通道16可以由主要通道26和分支通道30形成，該主要通道26從與翼型件12對(duì)齊的冷卻流體供應(yīng)通道28延伸，該分支通道30在主要通道26與壓力或者抽吸側(cè)邊緣22、24之間延伸。與傳統(tǒng)設(shè)計(jì)相比，冷卻系統(tǒng)10可以使鄰近在平臺(tái)18與翼型件12的交叉34處的翼型件嵌條（fillet）32的冷卻表面積減小并且使鄰近壓力側(cè)和抽吸側(cè)配合面22、24的冷卻表面積增加。與傳統(tǒng)設(shè)計(jì)相比，冷卻系統(tǒng)10的這種構(gòu)造產(chǎn)生更加均勻的平臺(tái)溫度分布、用于平臺(tái)冷卻的更冷且更高壓力的冷卻空氣、以及更少的制造費(fèi)用。

在至少一個(gè)實(shí)施例中，渦輪翼型件12可以由大體上細(xì)長(zhǎng)的中空翼型件36形成，該大體上細(xì)長(zhǎng)的中空翼型件36具有：前緣38、后緣40、在第一端44處的尖端部段42、用于支撐翼型件36和用于將翼型件36聯(lián)接至圓盤(pán)的在大體上與第一端44相反的端部48處聯(lián)接至翼型件36的根基46、以及由細(xì)長(zhǎng)中空翼型件36中的至少一個(gè)腔50形成的冷卻系統(tǒng)10。平臺(tái)18可以定位在大體上細(xì)長(zhǎng)的中空翼型件36與根基46的交叉34處。平臺(tái)18可以包括上游邊緣52、與上游邊緣52相反的下游邊緣54、定位為靠近大體上細(xì)長(zhǎng)的中空翼型件36的壓力側(cè)56的壓力側(cè)邊緣22、以及定位為靠近大體上細(xì)長(zhǎng)的中空翼型件36的抽吸側(cè)58的抽吸側(cè)邊緣24。渦輪翼型件12可以具有任何恰當(dāng)?shù)男螤詈蜆?gòu)造。

冷卻系統(tǒng)10的至少一部分可以定位在平臺(tái)18內(nèi)，如在圖3中示出的，并且由一個(gè)或多個(gè)壓力側(cè)主要冷卻通道60形成，該一個(gè)或多個(gè)壓力側(cè)主要冷卻通道60從冷卻流體供應(yīng)通道28處的進(jìn)口62延伸至壓力側(cè)邊緣22處的排氣出口66。冷卻流體供應(yīng)通道28可以大體上在順翼展方向上延伸到大體上細(xì)長(zhǎng)的中空翼型件36中。冷卻系統(tǒng)10可以包括一個(gè)或多個(gè)壓力側(cè)分支冷卻通道68，該一個(gè)或多個(gè)壓力側(cè)分支冷卻通道68從壓力側(cè)主要冷卻通道60中的進(jìn)口70延伸至壓力側(cè)邊緣22處的排氣出口72。壓力側(cè)分支冷卻通道68可以具有小于壓力側(cè)主要冷卻通道60的截面面積的截面面積。在另一個(gè)實(shí)施例中，壓力側(cè)分支冷卻通道68可以具有等于壓力側(cè)主要冷卻通道60的截面面積的截面面積。壓力側(cè)主要冷卻通道60和壓力側(cè)分支冷卻通道68可以具有任何恰當(dāng)?shù)男螤?、長(zhǎng)度和構(gòu)造。在至少一個(gè)實(shí)施例中，壓力側(cè)分支冷卻通道68的長(zhǎng)度可以短于壓力側(cè)主要冷卻通道60的長(zhǎng)度。壓力側(cè)分支冷卻通道68可以是壓力側(cè)主要冷卻通道60的長(zhǎng)度的約1/2。在另一個(gè)實(shí)施例中，壓力側(cè)分支冷卻通道68可以是壓力側(cè)主要冷卻通道60的長(zhǎng)度的約1/4。

壓力側(cè)分支冷卻通道68可以從壓力側(cè)主要冷卻通道60的下游側(cè)74延伸。壓力側(cè)分支冷卻通道68的排氣出口72可以定位在壓力側(cè)主要冷卻通道60的排氣出口66的下游。壓力側(cè)分支冷卻通道68可以從壓力側(cè)主要冷卻通道60的下游側(cè)74非正交地與其非平行地延伸。在至少一個(gè)實(shí)施例中，冷卻系統(tǒng)10可以包括從第一壓力側(cè)主要冷卻通道60延伸的多個(gè)壓力側(cè)分支冷卻通道68。該多個(gè)壓力側(cè)分支冷卻通道68中的兩個(gè)或者更多個(gè)可以平行于彼此。在至少一個(gè)實(shí)施例中，多個(gè)壓力側(cè)主要冷卻通道60中的每一個(gè)可以具有從壓力側(cè)主要冷卻通道60延伸至壓力側(cè)邊緣22的至少兩個(gè)壓力側(cè)分支冷卻通道68。更加具體地，至少三個(gè)壓力側(cè)主要冷卻通道60可以定位在壓力側(cè)邊緣22處的排氣出口72的上游。這些壓力側(cè)主要冷卻通道60可以定位在兩個(gè)壓力側(cè)主要冷卻通道78的上游，該兩個(gè)壓力側(cè)主要冷卻通道78具有定位在進(jìn)口62的下游的排氣出口66。

冷卻系統(tǒng)10還可以包括一個(gè)或多個(gè)抽吸側(cè)主要冷卻通道80，該一個(gè)或多個(gè)抽吸側(cè)主要冷卻通道80從冷卻流體供應(yīng)通道28處的進(jìn)口82延伸至抽吸側(cè)邊緣24處的排氣出口84。一個(gè)或多個(gè)抽吸側(cè)分支冷卻通道86可以從抽吸側(cè)主要冷卻通道80中的進(jìn)口88延伸至抽吸側(cè)邊緣24處的排氣出口90。抽吸側(cè)分支冷卻通道86可以具有小于抽吸側(cè)主要冷卻通道80的截面面積的截面面積。在另一個(gè)實(shí)施例中，抽吸側(cè)分支冷卻通道86可以具有等于抽吸側(cè)主要冷卻通道80的截面面積的截面面積。抽吸側(cè)主要冷卻通道80和抽吸側(cè)分支冷卻通道86可以具有任何恰當(dāng)?shù)男螤?、長(zhǎng)度和構(gòu)造。在至少一個(gè)實(shí)施例中，抽吸側(cè)分支冷卻通道86的長(zhǎng)度可以短于抽吸側(cè)主要冷卻通道80的長(zhǎng)度。抽吸側(cè)分支冷卻通道86可以是抽吸側(cè)主要冷卻通道80的長(zhǎng)度的約1/2。在另一個(gè)實(shí)施例中，抽吸側(cè)分支冷卻通道86可以是抽吸側(cè)主要冷卻通道80的長(zhǎng)度的約1/4。

抽吸側(cè)分支冷卻通道86可以從抽吸側(cè)主要冷卻通道80的下游側(cè)92延伸。抽吸側(cè)分支冷卻通道86的排氣出口90可以定位在抽吸側(cè)主要冷卻通道80的排氣出口84的下游。抽吸側(cè)分支冷卻通道86可以從抽吸側(cè)主要冷卻通道80的下游側(cè)92非正交地且與其非平行地延伸。冷卻系統(tǒng)10可以包括從抽吸側(cè)主要冷卻通道80延伸的多個(gè)抽吸側(cè)分支冷卻通道86。在至少一個(gè)實(shí)施例中，多個(gè)抽吸側(cè)主要冷卻通道80可以分別包括至少兩個(gè)抽吸側(cè)分支冷卻通道86，該至少兩個(gè)抽吸側(cè)分支冷卻通道86從抽吸側(cè)主要冷卻通道80延伸至抽吸側(cè)邊緣24。抽吸側(cè)分支冷卻通道86可以平行于彼此。抽吸側(cè)主要冷卻通道80可以包括：從抽吸側(cè)主要冷卻通道80的上游側(cè)96延伸的一個(gè)或多個(gè)上游側(cè)分支冷卻通道94、以及從抽吸側(cè)主要冷卻通道80的下游側(cè)92延伸的一個(gè)或多個(gè)下游側(cè)分支冷卻通道98。從抽吸側(cè)主要冷卻通道80的上游側(cè)96延伸的上游側(cè)分支冷卻通道94可以包括在抽吸側(cè)邊緣24上的排氣出口90，并且從抽吸側(cè)主要冷卻通道80的下游側(cè)92延伸的下游側(cè)分支冷卻通道98可以具有在平臺(tái)18的下游邊緣54上的排氣出口90。在至少一個(gè)實(shí)施例中，多個(gè)抽吸側(cè)主要冷卻通道80可以包括上游側(cè)分支冷卻通道94和下游側(cè)分支冷卻通道98。在至少一個(gè)實(shí)施例中，抽吸側(cè)主要冷卻通道80的排氣出口84可以定位在抽吸側(cè)邊緣24處的排氣出口90的上游。更加具體地，兩個(gè)抽吸側(cè)主要冷卻通道102可以定位在抽吸側(cè)邊緣24處的排氣出口84的上游。這些抽吸側(cè)主要冷卻通道102可以定位在兩個(gè)抽吸側(cè)主要冷卻通道104的上游，該兩個(gè)抽吸側(cè)主要冷卻通道104具有定位在進(jìn)口82下游的排氣出口84。

冷卻系統(tǒng)10還可以包括后緣主要冷卻通道110，該后緣主要冷卻通道110從靠近后緣40的冷卻流體供應(yīng)通道28延伸并且包括一個(gè)或多個(gè)壓力側(cè)分支通道112，該一個(gè)或多個(gè)壓力側(cè)分支通道112從后緣主要冷卻通道110處的進(jìn)口114延伸并且終止于壓力側(cè)邊緣22處的出口116。后緣主要冷卻通道110還可以包括一個(gè)或多個(gè)后緣分支通道118，該一個(gè)或多個(gè)后緣分支通道118從后緣主要冷卻通道110處的進(jìn)口114延伸并且終止于平臺(tái)18的下游邊緣54處的出口116。后緣主要冷卻通道110可以包括多個(gè)壓力側(cè)分支通道112，該多個(gè)壓力側(cè)分支通道112從后緣主要冷卻通道110延伸至壓力側(cè)邊緣22。后緣主要冷卻通道110可以包括多個(gè)后緣分支通道118，該多個(gè)后緣分支通道118從后緣主要冷卻通道110延伸至平臺(tái)18的下游邊緣54。

在使用期間，可以從壓縮器或者其它冷卻流體源將冷卻流體供應(yīng)至大體上細(xì)長(zhǎng)的中空翼型件36內(nèi)的冷卻通道16。該冷卻流體然后可以流動(dòng)到壓力側(cè)主要冷卻通道60、抽吸側(cè)主要冷卻通道80、以及后緣主要冷卻通道110中。流動(dòng)穿過(guò)這些通道的空氣的溫度增加，因而使平臺(tái)18冷卻?？諝馊缓罅鲃?dòng)到壓力側(cè)分支冷卻通道68、抽吸側(cè)分支冷卻通道86、以及后緣分支通道118中，在那里流過(guò)這些通道的空氣的溫度繼續(xù)增加，因而使平臺(tái)18進(jìn)一步冷卻?？諝庠趬毫统槲鼈?cè)邊緣22、24以及下游邊緣54處排出，其中，冷卻空氣防止平臺(tái)下方的熱氣體路徑空氣回吞。

提供前述內(nèi)容的目的是為了例示、解釋和描述本發(fā)明的實(shí)施例。對(duì)這些實(shí)施例的修改和改變對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員而言是明顯的，并且可以在不偏離本發(fā)明的范圍或者精神的情況下做出這些修改和改變。