專利名稱：燃氣輪機空心葉片前緣區(qū)的冷卻系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種燃氣輪機空心葉片前緣區(qū)的冷卻系統(tǒng)，在葉片中，一個通道在增厚的葉片前緣從葉根延伸到葉尖，其中，通道通過許多制在葉片前緣內的孔與一個被冷卻劑沿縱向流過的主通道連通。
用液體、蒸汽或空氣作為冷卻劑進行內冷卻的空心渦輪葉片是充分地已知的。提出的課題主要在于這種葉片的前緣區(qū)的冷卻。
由DE-A12703815已知前言所述類型的冷卻系統(tǒng)。在那里的葉片在前緣區(qū)有一主通道，它通過一個支承在葉片內壁上的嵌件構成。前緣部分設計成增厚的并圍繞著一個空腔。此增厚部分既與葉根也與葉片蓋板連接并主要為了增強扭轉剛性?？招那谎仄涓叨韧ㄟ^許多孔從沿縱向通流的主通道供入冷卻劑。在這種情況下，在空腔區(qū)內的前緣內側實施沖擊式冷卻?？涨辉谡嬲那熬壷朴幸恍┩ㄏ蛲獗诘耐?。因此通過這些通孔流入渦輪通道內的冷卻劑形成前緣區(qū)的薄膜冷卻。從主通道通往空腔的孔的尺寸設計為，能在這些孔中引起為接著形成的薄膜冷卻所需要的壓力降。
本發(fā)明的目的是創(chuàng)造一種前言所述類型的冷卻系統(tǒng)，其中前緣實行純粹的對流冷卻，沒有附加的薄膜冷卻。
按本發(fā)明此目的通過權利要求1特征部分所述特征達到。
通過使通道經整個葉高沿縱向通流以及將通道設計為具有變化的橫截面，獲得了這樣一種裝置，即，通過選擇橫截面和孔的數量與尺寸可以按要求的方式影響前緣處的傳熱系數。
在葉片設有蓋板的情況下，合乎目的的是通道在其上端過渡到一個制在蓋板下面的腔內，此腔在工作上與一壓力源連接，壓力源的壓力低于主通道內的壓力。
附圖中借助于一種內冷卻式燃氣輪機葉片簡化表示本發(fā)明的實施例。其中

圖1葉片橫截面；圖2通過前緣區(qū)的縱剖面；圖3按圖1的葉片在葉根處的前緣區(qū)；圖4在葉片高度中部的前緣；
圖5在葉尖處的前緣。
圖中只表示了對于理解本發(fā)明的重要的部分。有關介質的流動方向用箭頭表示。
圖1所示的鑄造葉片有三個內腔a、b和c，它們被一種冷卻劑例如空氣垂直于圖紙平面地流過。在這種情況下，構成葉片輪廓形狀的壁W的內側被冷卻劑繞流并將其熱量傳給冷卻劑，壁的外部兩側被熱燃氣繞流。通常至少在兩個前部腔a、b可制有許多在這里沒有畫出的輔助裝置，如導肋、流動通道、沖擊冷卻用的嵌件等，用以改善壁的冷卻。本例中在葉片設有蓋板11的情況下，冷卻劑沿多個通道經內腔a、b和c環(huán)流，并例如可以經過圖中沒有表示的葉片后緣排入渦輪通道中。
在前腔a內存在著真正前緣的本課題針對的區(qū)域，它被熱燃氣直接流過并因而要求特別仔細地冷卻。
圖2至5表示了空心燃氣輪機葉片前緣區(qū)的冷卻系統(tǒng)。一個沿縱向通流的主通道3從葉根1延伸到葉尖2，此主通道相應于圖1的腔a。在葉身4的區(qū)域內，此通道以前緣的內壁、低壓側6和增壓側7的內壁、以及連接增壓側與低壓側的腹板8為界。
通道10在增厚的葉片前緣5從葉根延伸到葉尖。當然，此通道根據需要并不一定必須延伸到葉根。它的下端也可以位于沿徑向更靠外一些的地方，并例如在葉身高度的中央之下才開始，通常在那里是產生最大葉片熱負荷的地方。
通道1在葉尖處過渡到一個在蓋板11下面延伸的腔12中。這一腔一直延伸到圖中沒有表示的葉片后緣，至少在腔所在區(qū)此葉片后緣朝著氣流流過的燃氣輪機通道方向開口。因此存在于葉片后緣處的并肯定比縱向通流的主通道3內存在的壓力要低的壓力將影響通道10。這一壓差導致在通道10內的介質朝后緣流出。
不言而喻，為了獲得這一推動用的壓差并不一定必須由后緣壓力作用在通道10內。此腔12例如也可以在工作上與一渦流腔連接起來，如通常在蓋板上方兩個蓋板齒或密封帶之間的迷宮式密封裝置內所設的渦流腔。
通道10通過許多制在葉片前緣內部的孔9與沿縱向流過冷卻劑的主通道3連通。推動用的壓差現在保證一部分沿前緣在主通道3內流動的介質經孔9流入通道10，并在那里作為沖擊射流作用在通道內壁上。隨著沿徑向的距離增加有越來越多的冷卻空氣進入通道10。為了沿葉片高度達到相當均勻的金屬溫度，現在采取措施允許沿通道10縱向流出的冷卻劑有至少大體均勻的速度。為此使通道沿徑向擴大。
如由圖3、4和5可見，通流的橫截面從葉根到葉尖逐漸加大，而且取決于沿途新添加的沖擊射流。按照選擇的孔9的間距、數量和尺寸，橫截面的增大或可以是連續(xù)的或可以是不連續(xù)的。橫截面增大方式取決于下列規(guī)定，即，無論如何沖擊射流的速度與在通道10內沿縱向流動的速度之比應當始終是大的。由此防止流出的空氣破壞沖擊射流的作用。
由圖5可見，葉尖區(qū)在同一個徑向面內并列地設有多個孔9，以便沿更寬的前緣區(qū)施加沖擊作用。
實驗證明，采用這種新方案，與光滑平面的標準通道相比，傳熱系數可高達10倍。因此與未采取新措施的三角形通道a相比，傳熱系數更高。這一情況帶來的結果是，在某些場合便可以取消會在前緣內帶來相應流動損失的已知的薄膜冷卻。
傳熱系數的這種增大適用于通過縱向流動和沖擊式流動對流冷卻的真正的前緣。但是，增大傳熱系數也可以采取這樣的措施在前緣的后部區(qū)域內獲得，即從通道3流入孔9的流動提高了在此區(qū)域內的流動強度。與沒有采取此新措施的光滑三角形通道a相比，有明顯增多的冷卻劑具有更多的冷卻效果地沿著設有孔的通道壁流動。
在由于與外來物碰撞可能損傷前緣時，主通道3的作用不受影響。在這種情況下?lián)p壞的部分可通過相鄰的孔9進行薄膜冷卻。
在其形狀例如與葉型相當的腔12上部，蓋板的內壁可制有肋。采用這一措施，使流出的空氣也有助于冷卻蓋板。
權利要求
1．燃氣輪機空心葉片前緣區(qū)的冷卻系統(tǒng)，在葉片中通道(10)在增厚的葉片前緣(5)內部從葉根(1)延伸到葉尖(2)，通道(10)通過許多制在葉片前緣內的孔(9)與一個被冷卻劑沿縱向流過的主通道(3)連通，其特征為通道(10)沿整個葉高縱向通流，以及通道設計為具有變化的橫截面。
2．按照權利要求1所述的冷卻系統(tǒng)，其特征為通道(10)的橫截面沿冷卻劑的流動方向從葉根到葉尖連續(xù)增大。
3．按照權利要求1所述的冷卻系統(tǒng)，其特征為主通道(3)直接以前緣(5)的內壁、低壓側(6)和增壓側(7)的內壁以及連接增壓側和低壓側的腹板(8)為界。
4．按照權利要求1所述的冷卻系統(tǒng)，其中葉片設有蓋板(11)，其特征為通道(10)在其上端過渡到一個制在蓋板下面的腔(12)內，腔(12)在工作上與一壓力源連接，壓力源的壓力低于主通道內的壓力。
5．按照權利要求4所述的冷卻系統(tǒng)，其特征為蓋板(11)在其面朝腔(12)的一側制有肋。
全文摘要
在一種燃氣輪機空心葉片前緣區(qū)的冷卻系統(tǒng)中,通道(10)在增厚的葉片前緣內部從葉根(1)延伸到葉尖(2)。通道通過許多制在葉片前緣內的孔(9)與一個被冷卻劑沿縱向流過的主通道(3)連通,流動沿縱向經整個葉高通過通道進行,以及通道設計為具有變化的橫截面。通道的橫截面沿冷卻劑的流動方向從葉根到葉尖連續(xù)增大。在具有蓋板(11)的葉片中,通道在其上端過渡到一個制在蓋板下面的腔(12)內,腔在工作上與一低于主通道內壓力的壓力源連接。
文檔編號F01D5/18GK1205389SQ9811604
公開日1999年1月20日 申請日期1998年7月14日 優(yōu)先權日1997年7月15日
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