本說明書中所公開的主題涉及燃?xì)鉁u輪發(fā)動機，并且更具體地，涉及其中具有擾流器布置的渦輪翼型件。

背景技術(shù)：

在諸如燃?xì)鉁u輪發(fā)動機或蒸汽渦輪發(fā)動機之類的渦輪發(fā)動機中，處于相對較高溫度下的流體與葉片相接觸，該等葉片被配置成從流體提取機械能，從而有利于產(chǎn)生動力和/或電力。盡管該過程對于給定周期而言可能是高效的，但是經(jīng)過延長時間，高溫流體傾向于造成損壞，從而有可能使性能降級并且增加操作成本。

因此，通常需要并且建議冷卻葉片，以便至少防止或者延遲早期失效。這能夠通過向待冷卻的葉片輸送相對較冷的壓縮空氣來完成。具體而言，在多種傳統(tǒng)的燃?xì)鉁u輪機中，該壓縮空氣進(jìn)入每個待冷卻的葉片底部并且流過一個或多個機器加工通道以通過對流和傳導(dǎo)的組合對葉片進(jìn)行冷卻。通道可以包括增強傳熱的特征以有助于冷卻通道，然而，這些特征的一些布置對冷卻氣流的阻礙達(dá)到不期望的程度。因此，阻礙冷卻空氣與通過該等特征獲得期望的傳熱特性之間的平衡對渦輪翼型件制造者和操作者提出了挑戰(zhàn)。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，一種渦輪翼型件包括前緣和后緣。還包括冷卻通道，該冷卻通道沿徑向方向延伸并且在該冷卻通道朝向后緣延伸時向內(nèi)逐漸變細(xì)，該冷卻通道至少部分地由壓力側(cè)面和吸力側(cè)面限定。還包括第一多個擾流器，該第一多個擾流器從壓力側(cè)面和吸力側(cè)面中的一個突起以限定第一高度，該第一多個擾流器朝向渦輪翼型件的后緣延伸并且彼此徑向地間隔開。還包括第二多個擾流器，該第二多個擾流器從壓力側(cè)面和吸力側(cè)面中的一個突起以限定第二高度，該第二高度小于第一高度，第二多個擾流器朝向渦輪翼型件的后緣延伸并且彼此徑向地間隔開。

根據(jù)本發(fā)明的另一個實施例，一種燃?xì)鉁u輪發(fā)動機包括壓縮機部段、燃燒器部段、和具有渦輪翼型件的渦輪部段。該渦輪翼型件包括前緣和后緣。該渦輪翼型件還包括冷卻通道，該冷卻通道沿徑向方向延伸并且在該冷卻通道朝向后緣延伸時向內(nèi)逐漸變細(xì)，該冷卻通道至少部分地由壓力側(cè)面和吸力側(cè)面限定。該渦輪翼型件還包括第一多個擾流器，該第一多個擾流器從吸力側(cè)面突起以限定第一高度，該第一多個擾流器朝向渦輪翼型件的后緣延伸并且彼此徑向地間隔開。該渦輪翼型件還包括第二多個擾流器，該第二多個擾流器從吸力側(cè)面突起以限定第二高度，該第二高度小于第一高度，該第二多個擾流器朝向渦輪翼型件的后緣延伸并且彼此徑向地間隔開。該渦輪翼型件還包括第三多個擾流器，該第三多個擾流器從壓力側(cè)面突起以限定第三高度，該第三多個擾流器朝向渦輪翼型件的后緣延伸并且彼此徑向地間隔開。該渦輪翼型件還包括第四多個擾流器，該第四多個擾流器從壓力側(cè)面突起以限定第四高度，該第四高度小于第三高度，第四多個擾流器朝向渦輪翼型件的后緣延伸并且彼此徑向地間隔開。

通過下文結(jié)合附圖的描述，這些和其它的優(yōu)點以及特征將變得更加顯而易見。

附圖說明

主題在說明書結(jié)尾處的權(quán)利要求書中特別指出并且明確要求保護(hù)。通過下文結(jié)合附圖的詳細(xì)描述，本說明書中所描述的實施例的上述和其它的特征以及優(yōu)點是顯而易見的，在附圖中：

圖1是燃?xì)鉁u輪發(fā)動機的示意圖；

圖2是渦輪翼型件的剖面圖；

圖3是沿圖2的線A-A截取的渦輪翼型件的剖面圖；

圖4是部段IV的放大圖，其中示出了渦輪翼型件的冷卻通道；

圖5是沿圖3的線C-C截取的冷卻通道的剖面圖；

圖6是沿圖3的線B-B截取的冷卻通道的剖面圖，其中示出了根據(jù)第一實施例的擾流器布置；

圖7是沿圖3的線B-B截取的冷卻通道的剖面圖，其中示出了根據(jù)第二實施例的擾流器布置；

圖8是沿圖3的線B-B截取的冷卻通道的剖面圖，其中示出了根據(jù)第三實施例的擾流器布置；以及

圖9是沿圖3的線B-B截取的冷卻通道的剖面圖，其中示出了根據(jù)第四實施例的擾流器布置。

參照附圖通過例子，詳細(xì)描述解釋了實施例以及優(yōu)點和特征。

具體實施方式

參照圖1，示意性地示出了根據(jù)示例性實施例構(gòu)造的渦輪機系統(tǒng)(例如燃?xì)鉁u輪發(fā)動機10)。燃?xì)鉁u輪發(fā)動機10包括壓縮機部段12以及以環(huán)筒陣列布置的多個燃燒器組件，其中的一個燃燒器組件示為14。燃燒器組件被配置成從燃料供給(未示出)接收燃料并且從壓縮機部段12接收壓縮空氣。燃料和壓縮空氣通入燃燒室18中并且點燃以形成用于驅(qū)動渦輪24的高溫、高壓的燃燒產(chǎn)物或氣流。渦輪24包括通過壓縮機/渦輪軸30(也稱為轉(zhuǎn)子)可操作地連接到壓縮機12的多個級26-28。盡管僅示出了三個級，但是應(yīng)當(dāng)領(lǐng)會，可以存在更多或更少的級。

在操作中，空氣流入壓縮機12中并且被壓縮成高壓氣體。高壓氣體被供給到燃燒器組件14并且在燃燒室18中與燃料(例如天然氣、燃料油、工藝氣體和/或合成氣體(合成氣))混合。燃料/空氣或者可燃性混合物點燃以形成高壓、高溫的燃燒氣體流，所形成的高壓、高溫的燃燒氣體流被引導(dǎo)至渦輪24并且從熱能轉(zhuǎn)化成機械旋轉(zhuǎn)能。

現(xiàn)在參照圖2和圖3，同時繼續(xù)參照圖1，示出了渦輪翼型件40(也被稱為“渦輪斗葉”、“渦輪葉片翼型件”等)的一部分的透視圖。應(yīng)當(dāng)領(lǐng)會，渦輪翼型件40可以定位在渦輪24的任何級中。在任何情況下，渦輪翼型件40從根部44徑向地延伸到尖端部46。渦輪翼型件40包括壓力側(cè)壁48和吸力側(cè)壁50，其中渦輪翼型件40的幾何形狀被配置成在流體流過渦輪翼型件40上方時為渦輪24提供旋轉(zhuǎn)力。如圖所示，吸力側(cè)壁50成凸形，并且壓力側(cè)壁48成凹形。還包括前緣52和后緣55，該前緣和后緣通過壓力側(cè)壁48和吸力側(cè)壁50聯(lián)結(jié)。盡管以下討論主要關(guān)注燃?xì)鉁u輪機，但是所討論的理念并不限于燃?xì)鉁u輪發(fā)動機并且可以應(yīng)用于采用渦輪葉片的任何旋轉(zhuǎn)機械。

壓力側(cè)壁48和吸力側(cè)壁50在渦輪翼型件40的整個徑向翼展上方沿周向方向間隔開，以限定至少一個內(nèi)流室或通道從而用于引導(dǎo)冷卻空氣通過渦輪翼型件40進(jìn)而對其進(jìn)行冷卻。在所示的實施例中，示出了多個冷卻通道54。在圖示的實施例中，冷卻方案的一部分包括蛇形流動路徑，但是應(yīng)當(dāng)領(lǐng)會，可能存在備選的冷卻通道配置。不論流動路徑的精確程度如何，冷卻空氣典型地以任何傳統(tǒng)的方式從壓縮機部段12流出、被引導(dǎo)至多個冷卻通道54并且隨后排出可能定位于渦輪翼型件40上的任何合適位置處的一個或多個出口孔之外。

為了有助于獲得冷卻空氣與渦輪翼型件40之間期望的傳熱，多個冷卻通道54中的至少一個包括從限定了冷卻通道的至少一個壁突起的一個或多個結(jié)構(gòu)特征60。盡管結(jié)構(gòu)特征60增強了傳熱，存在對阻礙冷卻空氣的顧慮。如圖3中所示，與多個冷卻通道54中的一些相關(guān)的顧慮較少，例如那些具有主要由渦輪翼型件40的較寬部分容納的較大的橫截面積的冷卻通道。然而，如圖所示，該等顧慮對于朝向渦輪翼型件40的后緣55定位的冷卻通道而言是更普遍的。

參照圖4至圖6，更詳細(xì)地示出了定位在最后方的冷卻通道并且該冷卻通道標(biāo)記為62。為了討論的目的，將僅詳細(xì)地描述單個向后定位的冷卻通道，但是應(yīng)當(dāng)理解，渦輪翼型件40的其它冷卻通道可以受益于下文將詳細(xì)描述的擾流器布置的實施例。

冷卻通道62包括吸力側(cè)面64和壓力側(cè)面68，該吸力側(cè)面和壓力側(cè)面共同部分地限定冷卻通道62。吸力側(cè)面64和壓力側(cè)面68在前緣面77與后緣面75之間延伸。如圖所示，在冷卻通道62朝向渦輪翼型件40的后緣55并且更具體地朝向冷卻通道62的后緣面75延伸時，冷卻通道62向內(nèi)逐漸變細(xì)。如上所述，冷卻通道62包括結(jié)構(gòu)特征60以用于傳熱目的。本說明書中詳細(xì)地描述了這些特征的各個布置的實施例并且應(yīng)當(dāng)理解，通過保持高效傳熱以及避免過度阻礙冷卻空氣通過其中流動，該等實施例提出冷卻通道62的向內(nèi)逐漸變細(xì)。

第一多個擾流器70從吸力側(cè)面64突起。第一多個擾流器70中的每一個都從吸力側(cè)面64延伸一定距離，該距離限定了第一高度72。第一多個擾流器70中的每一個都沿徑向方向彼此間隔開并且朝向渦輪翼型件40的后緣55沿縱向方向延伸。第一多個擾流器70中的每一個定向的特定角度可以發(fā)生變化。例如，第一多個擾流器70可以相對于冷卻空氣的主流方向平行地、垂直地、或者以一定角度定向。在圖示的實施例中，所有的擾流器都以相同的角度定向，但是在一些實施例中，擾流器以不同的角度定向。

第二多個擾流器74從吸力側(cè)面64突起。第二多個擾流器74中的每一個都從吸力側(cè)面64延伸一定距離，該距離限定第二高度76。第二多個擾流器74中的每一個都沿徑向方向彼此間隔開并且朝向渦輪翼型件40的后緣55沿縱向方向延伸。第二多個擾流器74中的每一個定向的特定角度可以發(fā)生變化。例如，第二多個擾流器74可以相對于冷卻空氣的主流方向平行地、垂直地、或者以一定角度定向。在圖示的實施例中，所有的擾流器都以相同角度定向，但是在一些實施例中，擾流器以不同的角度定向。

為了適應(yīng)冷卻通道62的逐漸變細(xì)，第二高度76小于第一高度72。換句話說，第二多個擾流器74遠(yuǎn)離吸力側(cè)面64突出得沒有第一多個擾流器70那么遠(yuǎn)。該等相對的尺寸確定避免了過度阻礙冷卻流，如上文所描述的那樣。

第三多個擾流器78從壓力側(cè)面68突起。第三多個擾流器78中的每一個都從壓力側(cè)面68延伸一定距離，該距離限定第三高度80。第三多個擾流器78中的每一個都沿徑向方向彼此間隔開并且朝向渦輪翼型件40的后緣55沿縱向方向延伸。第三多個擾流器78中的每一個定向的特定角度可以發(fā)生變化。例如，第三多個擾流器78可以相對于冷卻空氣的主流方向平行地、垂直地、或者以一定角度定向。在圖示的實施例中，所有的擾流器都以相同角度定向，但是在一些實施例中，擾流器以不同的角度定向。

第四多個擾流器82從壓力側(cè)面68突起。第四多個擾流器82中的每一個都從壓力側(cè)面68延伸一定距離，該距離限定第四高度84。第四多個擾流器82中的每一個都沿徑向方向彼此間隔開并且朝向渦輪翼型件40的后緣55沿縱向方向延伸。第四多個擾流器82中的每一個定向的特定角度可以發(fā)生變化。例如，第四多個擾流器82可以相對于冷卻空氣的主流方向平行地、垂直地、或者以一定角度定向。在圖示的實施例中，所有的擾流器都以相同角度定向，但是在一些實施例中，擾流器以不同的角度定向。

如上文結(jié)合第一多個擾流器和第二多個擾流器所描述的那樣，為了適應(yīng)冷卻通道62的逐漸變細(xì)，第四高度84小于第三高度80。換句話說，第四多個擾流器82遠(yuǎn)離壓力側(cè)面68突起得沒有第三多個擾流器78那么遠(yuǎn)。該種相對的尺寸確定避免了過度阻礙冷卻流，如上文所描述的那樣。

盡管被圖示和描述成具有位于冷卻通道62的兩個面上的擾流器布置，能夠構(gòu)想，冷卻通道62的單個面(吸力側(cè)面64或壓力側(cè)面68)包括擾流器。因此，盡管第一多個擾流器70和第二多個擾流器74在本說明書中被圖示和描述成位于吸力側(cè)面64上，但是能夠易于領(lǐng)會，其可以從壓力側(cè)面68突起。此外，盡管本說明書中對于每個側(cè)面僅圖示和描述了兩個擾流器類型，但是一些實施例包括超過兩種不同地確定尺寸的和/或間隔的擾流器類型。對于具有位于冷卻通道62的兩側(cè)上的擾流器布置的實施例而言，相應(yīng)的布置可以對稱或者尺寸、角取向、間隔和擾流器之間的相對對準(zhǔn)可以發(fā)生變化。除了位于吸力側(cè)面64和壓力側(cè)面68上的擾流器之外，一個或多個擾流器可以從前緣面77和/或后緣面75延伸。在圖4圖示的實施例中，擾流器79被包括在前緣77上。應(yīng)當(dāng)領(lǐng)會，位于前緣面77和/或后緣面75上的擾流器79可以以相對于從吸力側(cè)壁64和壓力側(cè)壁68延伸的任何擾流器以相同或不同的方式確定尺寸。在一些實施例中，如圖所示，擾流器79可以簡單地從吸力側(cè)壁64和/或壓力側(cè)壁68的延伸。在該等實施例中，擾流器簡單地纏繞以形成位于前緣面77上的擾流器。

擾流器的傳熱效率部分地取決于相對尺寸、角取向、間隔和相對對準(zhǔn)。本說明書中所公開的實施例包括有利地考慮這些因素的布置。除了上文所描述的第一高度72和第二高度76，多個第一擾流器70中的每一個都包括第一厚度86并且多個第二擾流器74中的每一個都包括第二厚度88。除了這些尺寸之外，與擾流器間隔相關(guān)聯(lián)的尺寸影響傳熱效率。由諸如中點到中點之類的共同相應(yīng)點限定的第一多個擾流器70的間隔被稱為第一節(jié)距90。由諸如中點到中點之類的共同相應(yīng)點限定的第二多個擾流器74的間距被稱為第二節(jié)距92。第一比被定義為第一節(jié)距90除以第一高度72并且第二比被定義為第二節(jié)距92除以第二高度76。在一些實施例中，該等比均屬于7到12的范圍內(nèi)。應(yīng)當(dāng)理解，第一比和第二比可以大致相等或者在7到12的特定范圍內(nèi)有所不同。

如圖6、圖7和圖9中所示，第一多個擾流器70以及第二多個擾流器74在一些實施例中以相同的角度定向，同時其在其它實施例(圖8)中以不同角度定向。其它的變型涉及第一多個擾流器70相對于第二多個擾流器74沿縱向方向的終點。具體而言，第一多個擾流器70的后端94延伸到極值點，并且第二多個擾流器74的前端96延伸到極值點。在一個實施例(圖6)中，后端94和前端96延伸到共同平面98。在另一個實施例(圖8)中，后端和前端彼此間隔開。在又一個實施例(圖9)中，后端和前端以重疊布置設(shè)置，使得一組擾流器中的至少一個突起成與另一組擾流器中的至少一個重疊布置。

除了上文所描述的變型之外，提供與第一多個擾流器70和第二多個擾流器74的相對徑向?qū)?zhǔn)相關(guān)的多個實施例。在諸如圖6中所示的至少一個實施例中，第一多個擾流器70的后端94均與第二多個擾流器74中的每一個的前端96徑向錯開。備選地，后端94和前端96均可以徑向?qū)?zhǔn)，例如圖7中所示。在又一個備選方式中，如圖9中所示，可以提供徑向?qū)?zhǔn)和錯開的組合。

有利地，本說明書中所描述的實施例保持冷卻通道62內(nèi)期望的具有較高縱橫比的傳熱特性。傳熱增強得以實現(xiàn)，同時還避免了阻礙冷卻空氣在冷卻通道62內(nèi)流動。

盡管已經(jīng)僅結(jié)合數(shù)量有限的實施例對本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)描述，但是應(yīng)當(dāng)易于理解，本發(fā)明并不限于這種所公開的實施例。相反，能夠?qū)⒈景l(fā)明修改成結(jié)合到目前為止并未進(jìn)行描述但是與本發(fā)明的精神和范圍相當(dāng)?shù)娜魏螖?shù)量的改型、變型、替代或等同布置。此外，盡管已經(jīng)對各個實施例進(jìn)行了描述，但是應(yīng)當(dāng)理解，本發(fā)明的各個方面可以僅包括所描述的實施例中的一些。因此，本發(fā)明并不被視為受到以上描述的限制，而是僅僅通過所附權(quán)利要求的范圍進(jìn)行限定。