冷卻翼型件、導(dǎo)向靜葉及用于制造其的方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及冷卻翼型件、導(dǎo)向靜葉及用于制造其的方法。具體而言，公開了一種冷卻翼型件(61)，翼型件包括轂端(8)和末梢(9)，翼型件高度(h)限定在轂端(8)和末梢(9)之間。翼型件包括前緣(LE)、后緣(TE)、吸力側(cè)(SS)和壓力側(cè)(PS)。翼型件(61)包括鄰近轂端(8)并朝末梢(9)延伸的第一翼型件高度區(qū)段(H1)，且翼型件(61)包括鄰近末梢(9)并朝轂端(8)延伸的第二翼型件高度區(qū)段(H2)。至少一個(gè)冷卻通道(65，66，67)設(shè)置在翼型件(61)內(nèi)并具有大體上沿翼型件高度(h)延伸的長(zhǎng)度，其中冷卻通道在第一冷卻通道長(zhǎng)度區(qū)段中直線延伸且在第二冷卻通道長(zhǎng)度區(qū)段中為彎曲的，其中設(shè)置在前緣(LE)側(cè)上的冷卻通道壁是凸形形狀的且設(shè)置在后緣(TE)側(cè)上的冷卻通道壁是凹形形狀的。此外，公開了一種用于鑄造翼型件的方法。
【專利說明】
冷卻翼型件、導(dǎo)向靜葉及用于制造其的方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本公開內(nèi)容涉及根據(jù)權(quán)利要求1所述的冷卻翼型件。其還涉及一種包括前述類型的翼型件的導(dǎo)向靜葉以及用于制造該翼型件和導(dǎo)向靜葉的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]在現(xiàn)代燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)中，為了進(jìn)一步提高效率，使翼型件的輪廓與發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)的實(shí)際流對(duì)準(zhǔn)的需求一直增加。因此一種需求是使翼型件的幾何形狀適于與擴(kuò)散傾角(hadeang I e)相關(guān)的軸向擴(kuò)散流。
[0003]從蒸汽渦輪技術(shù)中獲知提供帶有3-維彎曲的和進(jìn)一步扭曲的幾何形狀的翼型件。文獻(xiàn)US 2012/0076646公開了一種蒸汽渦輪導(dǎo)向靜葉，其在軸向視圖以及經(jīng)向視圖中中為彎曲的。經(jīng)向視圖中的彎曲集中在靜葉末梢處，即，徑向外側(cè)部分，并以S形的方式在軸向視圖中彎曲。然而，在努力調(diào)整所述空氣動(dòng)力學(xué)教導(dǎo)到燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的熱氣通路中的靜葉時(shí)，關(guān)于提供沿著翼型件的長(zhǎng)度和內(nèi)部行進(jìn)的內(nèi)部冷卻通道的需求出現(xiàn)了一些問題，即，延伸翼型件的轂端和末梢之間的長(zhǎng)度。需要提供遵循前緣和后緣的幾何形狀的冷卻通道。還需要提供從結(jié)構(gòu)完整角度看來盡可能小的壁厚。壁的厚度(尤其是前緣和后緣處的壁厚)越小，在所述冷卻通道中提供的冷卻劑使用的效率越高。然而，這需要與小的壁厚相關(guān)的較高的制造精度。
[0004]在翼型件內(nèi)制造所述冷卻通道因此涉及一定的挑戰(zhàn)。當(dāng)制造帶有內(nèi)部冷卻通道的翼型件時(shí)，通常僅可通過鑄造過程獲得帶有小的制造公差的小壁厚。設(shè)置為產(chǎn)生外部翼型件幾何形狀的模具和設(shè)置為產(chǎn)生內(nèi)部冷卻通道的型芯之間不同的熱膨脹在所述不同的熱膨脹在越過型芯(即，越過將要制造的冷卻通道)的方向上生效的情況下導(dǎo)致相當(dāng)大的壁厚公差。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的一個(gè)目的在于提供一種用于燃?xì)鉁u輪的冷卻翼型件和導(dǎo)向靜葉，其具有允許改善的空氣動(dòng)力學(xué)特性和冷卻流體的高效使用兩者的幾何形狀。
[0006]本發(fā)明的進(jìn)一步的目的在于提供一種冷卻翼型件和導(dǎo)向靜葉，其可設(shè)有具有一定壁厚的限定冷卻通道和形成翼型件的外部本體的壁，在考慮結(jié)構(gòu)完整性和所需的剛度的情況下，所述壁厚盡可能小。
[0007]本發(fā)明的更進(jìn)一步的目的在于提供一種冷卻翼型件和導(dǎo)向靜葉，其可制造得具有內(nèi)部冷卻通道的位置和尺寸的緊密公差。
[0008]在進(jìn)一步的方面，需要一種用于制造具有所需的小公差的如描述的翼型件和導(dǎo)向靜葉的方法，尤其是通過鑄造。
[0009]這將通過權(quán)利要求1中描述的主題以及另外通過獨(dú)立方法權(quán)利要求中描述的主題來實(shí)現(xiàn)。
[0010]無論是否詳細(xì)提及，公開的主題的進(jìn)一步的效果和優(yōu)點(diǎn)將由于下文提供的公開內(nèi)容變得顯而易見。
[0011 ]公開了一種冷卻翼型件，該翼型件包括轂端和末梢，翼型件高度限定在轂端和末梢之間。應(yīng)當(dāng)理解的是，渦輪翼型件意在用于發(fā)動(dòng)機(jī)中的特定用途，其中翼型件的一端適于且專用于渦輪工作流體流通道的徑向內(nèi)端，或者，換句話說，面向轉(zhuǎn)子或者轂，且因此形成翼型件的轂端，而另一端適于且專用于放置在工作流體流通道的徑向外側(cè)，即，在渦輪定子或殼體處，因此形成翼型件的末梢。對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言，轂端和末梢因此為清楚和無疑義的用語。翼型件還包括前緣、后緣、吸力側(cè)和壓力側(cè)。應(yīng)當(dāng)理解的是，翼型件的壓力側(cè)由在前緣和后緣之間延伸的大致凹形的表面提供，而吸力側(cè)由在前緣和后緣之間延伸的大致凸形的表面提供。翼型件包括鄰近于轂端并朝著末梢延伸的第一翼型件高度區(qū)段，其中，在經(jīng)向視圖中，前緣和后緣至少沿著第一翼型件高度區(qū)段為直的，且翼型件包括鄰近末梢并朝著轂端延伸的第二翼型件高度區(qū)段，其中，在經(jīng)向視圖中，翼型件沿著第二翼型件高度區(qū)段在前緣處是凹形形狀的且在后緣處是凸形形狀的。前緣和后緣的所述直區(qū)段和彎曲區(qū)段可在本公開內(nèi)容的另一個(gè)方面相應(yīng)地限定在前緣和后緣的轂側(cè)區(qū)段上，以及相應(yīng)地限定在前緣和后緣的末梢側(cè)區(qū)段上。再次，由于翼型件的預(yù)期使用且翼型件外部形狀定形和專用于以無疑義的方式和定向放置在渦輪的熱氣通路中，用語經(jīng)向視圖提供了清楚的教導(dǎo)。至少一個(gè)冷卻通道設(shè)置在翼型件內(nèi)并具有大體上沿翼型件高度延伸的長(zhǎng)度。應(yīng)當(dāng)理解的是，可以提供許多冷卻通道，它們可以串聯(lián)設(shè)置以提供一個(gè)共同的冷卻劑流通路。例如，其中一個(gè)通道可以在縱向端朝翼型件的外部開放以便接收冷卻劑，且預(yù)期設(shè)置為與燃?xì)鉁u輪冷卻劑供應(yīng)流體連通，而所述通道的另一縱向端與另一個(gè)冷卻通道流體連通。冷卻通道可在它們朝翼型件外表面開放的側(cè)壁中設(shè)有開口。因此，冷卻劑可從由此形成的冷卻劑流通路排放和/或薄膜冷卻空氣可提供給翼型件。特別而言，在冷卻劑流的方向上，最后的冷卻劑通道可布置在后緣處并設(shè)有壁開口以便排放冷卻劑且因此給后緣提供額外的冷卻。該至少一個(gè)冷卻通道至少在第一冷卻通道長(zhǎng)度區(qū)段中直線延伸，且在第二冷卻通道長(zhǎng)度區(qū)段中為彎曲的，其中設(shè)置在前緣側(cè)上的冷卻通道壁在翼型件的經(jīng)向視圖中為凸形形狀的，且設(shè)置在后緣側(cè)上的冷卻通道壁在翼型件的經(jīng)向視圖中為凹形形狀的。特別而言，第一冷卻通道長(zhǎng)度區(qū)段可設(shè)置在第一翼型件高度區(qū)段中，且第二冷卻通道長(zhǎng)度區(qū)段可設(shè)置在第二翼型件高度區(qū)段中。即，冷卻通道且在特定實(shí)施例中所有的冷卻通道遵循前緣和后緣的大致形狀。換句話說，一個(gè)冷卻通道或多個(gè)冷卻通道在翼型件的前緣和/或后緣為直的翼型件區(qū)段中為直的，且在翼型件的前緣和后緣為彎曲的區(qū)域中為彎曲的。
[0012]在本文公開的主題的一個(gè)方面，直區(qū)段中的前緣和后緣并不需要直成不能夠偏離微米范圍內(nèi)的精確直線。然而，前緣和/或后緣和/或冷卻通道在相應(yīng)的直區(qū)段中相比于彎曲區(qū)段中明顯較不彎曲。在經(jīng)向視圖以及軸向視圖中，如下面將詳細(xì)描述的那樣，直區(qū)段中或第一翼型件高度區(qū)段中的所述結(jié)構(gòu)中的任一者的曲率半徑例如可為彎曲區(qū)段或第二翼型件高度區(qū)段中的對(duì)應(yīng)結(jié)構(gòu)的曲率半徑的至少5倍。
[0013]由于其特定的幾何形狀，所述翼型件可特別好地使用一種方法來制造，該方法包括提供模具，所述模具設(shè)置為在鑄造過程中產(chǎn)生翼型件的至少外表面形狀，提供至少一個(gè)型芯，所述型芯設(shè)置為在鑄造過程中產(chǎn)生翼型件中的至少一個(gè)內(nèi)部冷卻通道，其中模具和型芯中的每一個(gè)包括轂端和末梢端，翼型件的長(zhǎng)度在轂端和末梢端之間延伸。應(yīng)當(dāng)理解的是，轂端和末梢端與待制造的翼型件的端部相關(guān)，其繼而與翼型件適于和預(yù)期用于的特定用途相關(guān)。模具包括模腔，其限定為當(dāng)鑄造構(gòu)件時(shí)在其中引入材料的空間。當(dāng)從待制造的翼型件或靜葉的經(jīng)向視圖中觀察時(shí)，模腔和型芯中的每一個(gè)包括鄰近相應(yīng)的轂端提供的直區(qū)段和鄰近相應(yīng)的末梢端提供的彎曲區(qū)段。應(yīng)當(dāng)理解的是，模腔的直區(qū)段和彎曲區(qū)段被認(rèn)為是模具在鑄造過程中提供直的或彎曲的限界壁的區(qū)段。該方法還包括將型芯放置在模腔內(nèi)，將型芯的彎曲區(qū)段放置在模腔的彎曲區(qū)段內(nèi)，將型芯的直區(qū)段放置在模腔的直區(qū)段內(nèi)；以及將型芯在型芯末梢處以固定支承關(guān)系附接到模具，且將型芯在型芯轂端處以浮動(dòng)支承關(guān)系附接到模具，使得型芯轂端能夠相對(duì)于模具在轂端處沿著型芯的直區(qū)段的縱向方向移位，并相對(duì)于模具在越過型芯的直區(qū)段的縱向方向的任何方向上固定。結(jié)果，型芯響應(yīng)于關(guān)于模具的不同熱膨脹(如可在鑄造過程期間發(fā)生的那樣)將相對(duì)于模具在其為彎曲的區(qū)域中發(fā)生僅最小限度的移位，且在直區(qū)段中沿著型芯的縱向方向移位。在直區(qū)段中沿著縱向方向移位并不會(huì)導(dǎo)致尺寸變化，而移位沿著其變得有效的杠桿部在型芯的曲形或彎曲區(qū)段中很小，繼而由于型芯和模具的不同熱膨脹大大地限制了翼型件壁的尺寸公差。在應(yīng)用此方法時(shí)，其繼而需要翼型件的幾何形狀結(jié)合上述裝置來描述，有可能制造具有翼型件壁的緊密公差的翼型件，其繼而使得能夠制造具有遵循翼型件的幾何形狀的冷卻通道的彎曲翼型件，其中壁厚與直的翼型件一樣薄。作為示例，冷卻翼型件可在前緣處設(shè)有從2.5到2.9_的范圍的壁厚，且在后緣處在從1.3到1.5_的范圍中。
[0014]應(yīng)當(dāng)理解的是，本文提出的翼型件的幾何形狀和所公開的方法彼此密切相關(guān)。該方法允許相應(yīng)地減少待提供在翼型件中的冷卻通道的位置公差，或，與其密切相關(guān)聯(lián)，翼型件壁厚，而另一方面翼型件的幾何形狀適于且良好適合用于制造的方法。
[0015]在翼型件的更特定的實(shí)施例中，在軸向視圖中，翼型件在前緣處至少在第一翼型件高度區(qū)段中是直的。這進(jìn)一步減小翼型件壁的尺寸公差。在甚至更特定的實(shí)施例中，在軸向視圖中，翼型件在第二翼型件高度區(qū)段中是彎曲的，且特別地可在第二翼型件高度區(qū)段中在前緣處在吸力側(cè)上是凹形彎曲的。
[0016]此外，翼型件可設(shè)置成使得，在軸向視圖中，翼型件在后緣處在第一翼型件高度區(qū)段中是直的。這導(dǎo)致后緣處的翼型件壁精度的進(jìn)一步改善。更特別而言，翼型件可特征為，在軸向視圖中，翼型件在第二翼型件高度區(qū)段中是彎曲的，且特別而言可在第二翼型件高度區(qū)段中在后緣處在壓力側(cè)上為凹形彎曲的。
[0017]應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)到，鑒于上述實(shí)施例，翼型件在軸向視圖中在轂端附近是直的。這相比于例如US2012/0076646中描述的技術(shù)導(dǎo)致潛在的較低程度的空氣動(dòng)力學(xué)優(yōu)化。然而，這使得能夠提供具有內(nèi)部冷卻通道和具有精確鑄造壁厚的翼型件。
[0018]根據(jù)本發(fā)明的進(jìn)一步方面，翼型件可特征為其包括前緣附近的內(nèi)部前緣冷卻通道，其特征在于，前緣冷卻通道至少大致遵循前緣的形狀。其還可特征為，其包括后緣附近的內(nèi)部后緣冷卻通道，其中后緣冷卻通道至少大致遵循后緣的形狀。因此，冷卻通道可設(shè)置在前緣和/或后緣處，其中壁厚沿著前緣和/或后緣至少基本恒定，且可以以小的公差制造，允許如上指出的小的壁厚。
[0019]在還有另一個(gè)方面，翼型件可特征為，第一翼型件高度區(qū)段覆蓋從翼型件的轂端開始的翼型件總高度的40%或更多。即，直區(qū)段可包括與總翼型件高度的40%—樣少，在此方面如本文描述的翼型件超出從US2012/0076646已知的技術(shù)限定。
[0020]根據(jù)本公開內(nèi)容的另一個(gè)方面，所述尺寸可關(guān)于前緣和后緣的高度限定。在該方面，翼型件可在前緣處至少沿從翼型件轂端到翼型件末梢的前緣長(zhǎng)度的40%直線定形。翼型件可在后緣處沿從翼型件轂端到翼型件末梢的后緣長(zhǎng)度的40%直線定形。
[0021]還公開了一種冷卻渦輪導(dǎo)向靜葉，其包括如上所述的翼型件，和設(shè)置在末梢處的末梢平臺(tái)或靜葉徑向外部平臺(tái)，其中翼型件從末梢平臺(tái)的熱氣側(cè)延伸，且其中靜葉末梢平臺(tái)設(shè)有附接器件以用于將靜葉固定到渦輪定子，附接器件與末梢平臺(tái)的熱氣側(cè)相對(duì)設(shè)置。
[0022]在靜葉的更特定的實(shí)施例中，當(dāng)相應(yīng)地在翼型件或靜葉的經(jīng)向視圖中觀察時(shí)，前緣和后緣中的至少一者在翼型件末梢處與末梢平臺(tái)的熱氣側(cè)形成角度，其中所述角度為90° ±15°。翼型件于是特別好地適于定子傾角，且因此適于工作流體流。
[0023]在靜葉的進(jìn)一步的實(shí)施例中，靜葉包括翼型件轂端處的徑向內(nèi)部或轂平臺(tái)，轂平臺(tái)包括轂平臺(tái)熱氣側(cè)，翼型件從此處延伸，前緣和后緣中的至少一者在翼型件末梢處與轂平臺(tái)的熱氣側(cè)形成角度，其中所述角度為90° ±15°。這改善了轂部處的工作流體流。
[0024]應(yīng)當(dāng)理解的是，相應(yīng)地在翼型件和末梢平臺(tái)或轂平臺(tái)之間的過渡區(qū)域中可存在倒角和/或半徑，這樣，使得物理過渡可顯得略微不同。形成在實(shí)際前緣和后緣與末梢平臺(tái)和/或轂平臺(tái)之間的上述角度對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員仍然是顯而易見的。
[0025]在該方面，應(yīng)當(dāng)理解的是，上文公開的生產(chǎn)方法也可以用來制造導(dǎo)向靜葉。
[0026]還描述了一種燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)，其包括如上文所述的冷卻導(dǎo)向靜葉，其中導(dǎo)向靜葉尤其是第三渦輪級(jí)和第四渦輪級(jí)中的至少一者的導(dǎo)向靜葉。特別而言，在這些級(jí)中發(fā)現(xiàn)了大的傾角，且可發(fā)現(xiàn)考慮了工作流體流的發(fā)散的翼型件設(shè)計(jì)尤其有益。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，相比于其中應(yīng)用直翼型件的設(shè)計(jì)，級(jí)效率可提高達(dá)0.3個(gè)百分點(diǎn)。同時(shí)，由于上文公開的特定翼型件幾何形狀和制造方法，相比于全3維設(shè)計(jì)，翼型件的壁厚偏差可以減少達(dá)60%甚至更多。這繼而允許更薄和更好地控制壁厚，因此增強(qiáng)了冷卻效率，潛在地減少了冷卻劑質(zhì)量流，且因此進(jìn)一步改善整體發(fā)動(dòng)機(jī)效率。
[0027]應(yīng)當(dāng)理解的是，上文公開的特征和實(shí)施例可以彼此組合。還將認(rèn)識(shí)到，在本公開內(nèi)容的范圍內(nèi)可構(gòu)想進(jìn)一步的實(shí)施例且申請(qǐng)保護(hù)的主題對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言是明顯和顯而易見的。
【附圖說明】
[0028]現(xiàn)在將借助于附圖中示出的選擇的示例性實(shí)施例更詳細(xì)地說明本公開內(nèi)容的主題。附圖示出:
[0029]圖1為膨脹渦輪的熱氣通路的一部分的經(jīng)向視圖；
[0030]圖2為穿過冷卻導(dǎo)向靜葉的剖面；
[0031]圖3為示出沿軸向方向的前緣和后緣的幾何形狀的圖示；以及
[0032]圖4為如本文描述的鑄造過程或相應(yīng)地用于鑄造過程的模具的示意圖。
[0033]應(yīng)當(dāng)理解的是，附圖是高度示意性的，出于說明目的不需要的細(xì)節(jié)可能省略以便于理解和描述。還應(yīng)當(dāng)理解的是，附圖僅示出選擇的示意性實(shí)施例，且未示出的實(shí)施例仍可同樣落在本文申請(qǐng)保護(hù)的主題的范圍內(nèi)。
[0034]參考標(biāo)號(hào)列表
[0035]I渦輪
[0036]2殼體，定子
[0037]3轉(zhuǎn)子軸
[0038]4主工作流體流方向
[0039]5運(yùn)行葉片，旋轉(zhuǎn)葉片
[0040]6導(dǎo)向靜葉
[0041 ]7運(yùn)行葉片，旋轉(zhuǎn)葉片
[0042]8轂端
[0043]9末梢
[0044]11冷卻劑供應(yīng)流
[0045]12冷卻劑排放流
[0046]21陶瓷模具
[0047]21a模腔
[0048]22型芯
[0049]23固定支承
[0050]24浮動(dòng)支承[0051 ]25熱移位方向
[0052]61翼型件
[0053]62靜葉末梢平臺(tái)
[0054]63靜葉附接器件
[0055]64靜葉轂部平臺(tái)
[0056]65冷卻通道
[0057]66冷卻通道
[0058]67冷卻通道
[0059]68后緣冷卻劑排放槽
[0060]69冷卻劑排放開口，冷卻孔[0061 ]81模具的轂端
[0062]91模具的梢端
[0063]621靜葉末梢平臺(tái)熱氣側(cè)
[0064]641靜葉轂部平臺(tái)熱氣側(cè)
[0065]a角度
[0066]b角度
[0067]c角度
[0068]d角度
[0069]h翼型件高度
[0070]H轂部[0071 ]T末梢
[0072]LE前緣
[0073]TE后緣
[0074]PS壓力側(cè)
[0075]SS吸力側(cè)
[0076]Hl第一翼型件區(qū)段，翼型件轂區(qū)段
[0077]H2第二翼型件區(qū)段，翼型件末梢區(qū)段
[0078]R徑向方向。
【具體實(shí)施方式】
[0079]圖1在縱向剖面(S卩，經(jīng)向視圖)中示出了布置在燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的膨脹渦輪I的一部分中的一些葉片和靜葉的示意圖。燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)I相應(yīng)地包括殼體2或定子，以及轉(zhuǎn)子軸3。旋轉(zhuǎn)渦輪葉片5和7固定地附接到轉(zhuǎn)子軸3。熱工作流體的流沿以4標(biāo)記的大體方向流過渦輪，并膨脹，同時(shí)在旋轉(zhuǎn)葉片5和7處做有用功。在每個(gè)葉片的上游，提供了靜止的導(dǎo)向靜葉，其將工作流體流以周向速度分量引導(dǎo)到旋轉(zhuǎn)葉片。該實(shí)施例中所示的是導(dǎo)向靜葉6，其作用為用于葉片7的導(dǎo)向靜葉。導(dǎo)向靜葉6包括翼型件61，其包括轂端或徑向內(nèi)端8，以及末梢或徑向外端9。徑向方向以R示出。轂端8面向轉(zhuǎn)子軸3，而末梢9面向殼體2。導(dǎo)向靜葉6固定地附接到殼體2。在其中布置了葉片和靜葉的工作流體流通道強(qiáng)烈地發(fā)散。流因此不僅如4處表示地那樣軸向地定向，而且還具有徑向分量，尤其是在流通道的徑向外側(cè)。為了改善導(dǎo)向靜葉6的空氣動(dòng)力性，翼型件61是彎曲的，使得，大體而言，翼型件在經(jīng)向視圖中在前緣LE處為凹形的，在后緣TE處為凸形的。曲率為特別選擇的，使得前緣LE在翼型件轂端處與工作流體流通道的徑向內(nèi)壁形成角度a，且在翼型件末梢處與工作流體流通道的徑向外壁形成角度C。同樣，后緣TE處的翼型件61的幾何形狀選擇成使得翼型件轂端與流通道的徑向內(nèi)壁形成角度b，且在其末梢處與流通道的徑向內(nèi)壁成角度d。流通道的徑向內(nèi)壁可由轉(zhuǎn)子軸3或由靜葉的轂平臺(tái)的熱氣側(cè)提供。流通道的徑向外壁可由靜葉末梢平臺(tái)的熱氣側(cè)提供。角度
a、b、c和d為90° ±15°。靜葉6和翼型件61的幾何形狀將在下面更詳細(xì)地描述。
[0080]圖2在經(jīng)向視圖中示出了穿過示例性導(dǎo)向靜葉6的剖面。靜葉6包括翼型件61，其中所述翼型件包括轂端8和末梢9。根據(jù)燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)中的預(yù)期布置，轂端8也可稱為徑向內(nèi)端，且末梢9可稱為徑向外端。翼型件從轂端8到末梢9沿著高度h延伸。末梢平臺(tái)62布置在翼型件61的末梢處。末梢平臺(tái)62包括熱氣側(cè)621。此外，器件63布置在末梢平臺(tái)處以用于將導(dǎo)向靜葉固定地附接到渦輪殼體。在轂端8處，提供了靜葉轂部平臺(tái)64。靜葉轂部平臺(tái)包括熱氣側(cè)641。前緣LE至少在翼型件61的從轂端8且朝著末梢9延伸的第一區(qū)段Hl中為直的。在經(jīng)向視圖中，前緣LE在翼型件的從末梢9開始且朝著轂端8延伸的第二區(qū)域H2中是凹形彎曲的。同樣，從經(jīng)向視圖中，后緣TE至少在翼型件61的第一區(qū)段Hl中為直的并在翼型件的鄰近翼型件末梢9的第二區(qū)段中是凸形彎曲的。翼型件61的過渡區(qū)段可設(shè)置在第一區(qū)段Hl和第二區(qū)段H2之間。此外，冷卻通道65、66、67設(shè)置在翼型件61中，并在末梢9和轂端8之間沿著翼型件61的高度h延伸。冷卻通道65、66、67串聯(lián)布置，且組合形成翼型件內(nèi)部冷卻劑管道。冷卻劑11由前緣冷卻通道65接收，其朝殼體開放并與燃?xì)鉁u輪冷卻系統(tǒng)流體連通，且被引導(dǎo)穿過前緣冷卻通道65，穿過冷卻通道66，且最終進(jìn)入后緣冷卻通道67。冷卻劑通過后緣冷卻槽68和冷卻孔69從后緣冷卻通道67排出作為冷卻劑排放流12。在經(jīng)向視圖中，冷卻劑通道65、66和67大致遵循翼型件61的幾何形狀，S卩，冷卻通道在翼型件的第一區(qū)段中直線延伸，且在翼型件的第二區(qū)段中彎曲，而限定冷卻通道的壁在冷卻通道的前緣側(cè)是凸形形狀的，且在冷卻通道的后緣側(cè)是凹形形狀的。
[0081 ] 參考圖3，前緣LE和后緣TE的示例性幾何形狀在導(dǎo)向靜葉的軸向視圖中示出，即，沿著燃?xì)鉁u輪轉(zhuǎn)子軸線。前緣和后緣大體上在轂端8和末梢9之間延伸。所述徑向方向R也以指向轂部的H和指向末梢的T示出。翼型件大體上還包括壓力側(cè)PS和吸力側(cè)SS。前緣和后緣從轂端8開始且在第一區(qū)段Hl中直線延伸，并在翼型件的第二區(qū)段H2中為彎曲的。后緣TE為彎曲的使得其在翼型件的壓力側(cè)上為凹形的，而前緣LE為彎曲的使得其在翼型件的吸力側(cè)上為凹形的。
[0082]顯然的是，在經(jīng)向視圖以及軸向視圖中，翼型件在開始于轂端8處的第一翼型件區(qū)段Hl中沿其徑向延伸或高度延伸為直的。
[0083]現(xiàn)在關(guān)于圖4描述一種用于通過鑄造帶有高精度壁厚相應(yīng)地制造如上文所述的翼型件或靜葉的方法。提供陶瓷模具21并將其定形為使得翼型件的外部幾何形狀可通過鑄造來制造。模腔21a設(shè)置在模具21內(nèi)作為在鑄造過程期間預(yù)期接收熔化材料的空間，并被模具的壁限界。壁限定將通過鑄造制造的部件的外部幾何形狀。型芯22設(shè)置為用于制造冷卻通道。模腔21a和型芯22兩者在末梢端91附近為彎曲的，且在轂端81附近為直的。型芯22鄰近彎曲型芯區(qū)段在23處以固定支承關(guān)系支撐。其進(jìn)一步鄰近直的型芯區(qū)段在24處以浮動(dòng)支承關(guān)系支撐。因此，在鑄造過程期間，型芯22可以響應(yīng)于不同的熱膨脹沿著25處示出的箭頭在模腔21a內(nèi)移位。然而，所述移位沿著型芯22的縱向方向發(fā)生，且因此所制造的翼型件的壁厚不受影響。彎曲型芯區(qū)段的熱膨脹被限制到低膨脹水平，且因此型芯移位在所制造的壁厚上的影響大大受限。這允許相應(yīng)地如上文公開的翼型件或靜葉以圍繞冷卻通道的翼型件壁的高精度厚度制造。
[0084]總而言之，翼型件的幾何形狀選擇成使得獲得空氣動(dòng)力學(xué)效率方面的益處，同時(shí)其可以使用一種方法制造而允許壁厚的高精度鑄造，這繼而允許提供的冷卻劑的高效使用來冷卻翼型件。
[0085]雖然借助于示例性實(shí)施例說明了本公開內(nèi)容的主題，但應(yīng)理解的是這些決非意在限制聲明的發(fā)明的范圍。將認(rèn)識(shí)到，所附權(quán)利要求覆蓋本文未詳述或公開的實(shí)施例，且執(zhí)行了本公開內(nèi)容的教導(dǎo)的與以示例性模式公開的那些實(shí)施例偏離的實(shí)施例仍將被所附權(quán)利要求覆蓋。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種冷卻翼型件(61)，所述翼型件包括轂端(8)和末梢(9)，翼型件高度(h)限定在所述轂端(8)和所述末梢(9)之間，所述翼型件包括前緣(LE)、后緣(TE)、吸力側(cè)(SS)和壓力側(cè)(PS)， 其中所述翼型件(61)包括鄰近所述轂端(8)并朝所述末梢(9)延伸的第一翼型件高度區(qū)段(Hl)，其中，在經(jīng)向視圖中，所述前緣(LE)和所述后緣(TE)沿著所述第一翼型件高度區(qū)段(Hl)為直的，且所述翼型件(61)包括鄰近所述末梢(9)并朝所述轂端(8)延伸的第二翼型件高度區(qū)段(H2)，其中，在經(jīng)向視圖中，所述翼型件沿著所述第二翼型件高度區(qū)段(H2)在所述前緣(LE)處是凹形形狀的且在所述后緣(TE)處是凸形形狀的， 其特征在于，至少一個(gè)冷卻通道(65，66，67)設(shè)置在所述翼型件(61)內(nèi)并具有大體上沿所述翼型件高度延伸的長(zhǎng)度，且其中所述冷卻通道在第一冷卻通道長(zhǎng)度區(qū)段中直線延伸并在第二冷卻通道長(zhǎng)度區(qū)段中為彎曲的，其中設(shè)置在前緣側(cè)上的冷卻通道壁是凸形形狀的且設(shè)置在后緣側(cè)上的冷卻通道壁是凹形形狀的。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的翼型件，其特征在于，所述第一冷卻通道長(zhǎng)度區(qū)段設(shè)置在所述第一翼型件高度區(qū)段(Hl)中，且所述第二冷卻通道長(zhǎng)度區(qū)段設(shè)置在所述第二翼型件高度區(qū)段(H2)中ο3.根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的翼型件，其特征在于，在軸向視圖中，所述翼型件(61)在所述前緣(LE)處至少在所述第一翼型件高度區(qū)段(Hl)中是直的。4.根據(jù)前述權(quán)利要求所述的翼型件，其特征在于，在軸向視圖中，所述翼型件(61)在所述第二翼型件高度區(qū)段中在所述前緣(LE)處是彎曲的，且在所述第二翼型件高度區(qū)段(H2)中在所述吸力側(cè)(SS)上在所述前緣處是特別地凹形彎曲的。5.根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的翼型件，其特征在于，在軸向視圖中，所述翼型件(61)在所述后緣(TE)處至少在所述第一翼型件高度區(qū)段(Hl)中是直的。6.根據(jù)前述權(quán)利要求所述的翼型件，其特征在于，在軸向視圖中，所述翼型件(61)在所述后緣(TE)處在所述第二翼型件高度區(qū)段(H2)中是彎曲的，且在所述第二翼型件高度區(qū)段(H2)中在所述后緣(TE)處在所述壓力側(cè)(PS)上是特別地凹形彎曲的。7.根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的翼型件，其特征在于，所述翼型件包括鄰近所述前緣(LE)的內(nèi)部前緣冷卻通道(65)，特征為所述前緣冷卻通道(65)至少大致遵循所述前緣(LE)的形狀。8.根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的翼型件，其特征在于，翼型件包括鄰近所述后緣(TE)的內(nèi)部后緣冷卻通道(67)，其中所述后緣冷卻通道(67)至少大致遵循所述后緣(TE)的形狀。9.根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的翼型件，其特征在于，所述第一翼型件高度區(qū)段(Hl)覆蓋所述翼型件從所述翼型件的轂端(8)開始的總高度的40%或更多。10.—種冷卻渦輪導(dǎo)向靜葉(6)，其特征在于，所述冷卻渦輪導(dǎo)向靜葉包括根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的翼型件(61)和設(shè)置在翼型件末梢(9)處的靜葉末梢平臺(tái)(62)，且所述翼型件(61)從所述末梢平臺(tái)(62)的熱氣側(cè)(621)延伸，所述靜葉末梢平臺(tái)(62)設(shè)有附接器件(63)以用于將所述靜葉(6)固定到渦輪定子(2)，所述附接器件(63)與所述熱氣側(cè)相對(duì)設(shè)置。11.根據(jù)前述權(quán)利要求所述的靜葉，其特征在于，當(dāng)在所述靜葉的經(jīng)向視圖中觀察時(shí)，所述前緣(LE)和所述后緣(TE)中的至少一者在所述翼型件末梢(9)處與所述末梢平臺(tái)的熱氣側(cè)(621)形成角度(c，d)，其中所述角度為90° ±15°。12.根據(jù)涉及靜葉的前述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的靜葉，其中所述靜葉(6)包括所述翼型件轂端(8)處的轂平臺(tái)(64)，所述轂平臺(tái)(64)包括所述翼型件(61)從其延伸的轂平臺(tái)熱氣側(cè)(641)，其特征在于，當(dāng)在所述靜葉(6)的經(jīng)向視圖中觀察時(shí)，所述前緣(LE)和所述后緣(TE)中的至少一者在所述翼型件末梢(9)處與所述轂平臺(tái)(64)的熱氣側(cè)形成角度(a，b)，其中所述角度為90° ±15°。13.—種用于制造根據(jù)涉及翼型件的前述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的翼型件的方法，所述方法包括: 提供模具(21)，所述模具設(shè)置為在鑄造過程中產(chǎn)生所述翼型件的至少外表面形狀； 提供至少一個(gè)型芯(22)，所述型芯(22)設(shè)置為在所述鑄造過程中產(chǎn)生所述翼型件中的至少一個(gè)內(nèi)部冷卻通道(65，66，67)， 所述模具(21)和所述型芯(22)中的每一個(gè)包括轂端(81)和末梢端(91)，且翼型件長(zhǎng)度在所述轂端和所述末梢端之間延伸， 所述模具的腔(21a)和所述型芯中的每一個(gè)包括鄰近相應(yīng)轂端提供的直區(qū)段和鄰近相應(yīng)末梢端提供的彎曲區(qū)段； 所述方法還包括將所述型芯(22)放置在模腔(21a)內(nèi)； 將所述型芯的彎曲區(qū)段放置在所述模腔的彎曲區(qū)段內(nèi)； 將所述型芯的直區(qū)段放置在所述模腔的直區(qū)段內(nèi)； 其特征在于，將所述型芯(22)在型芯末梢端處以固定支承關(guān)系(23)附接到所述模具，且將所述型芯(22)在型芯轂端處以浮動(dòng)支承關(guān)系(24)附接到所述模具，使得所述型芯轂端能夠相對(duì)于所述模具沿著所述型芯的直區(qū)段的縱向方向(25)移位且相對(duì)于所述模具在越過所述型芯的直區(qū)段的縱向方向的任何方向上固定。14.根據(jù)前述權(quán)利要求所述的方法，其特征在于，使用所述方法來制造根據(jù)涉及靜葉的前述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的靜葉。15.—種燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)(I)，其特征在于，所述燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)包括根據(jù)涉及導(dǎo)向靜葉的前述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的冷卻導(dǎo)向靜葉(6)，其中所述導(dǎo)向靜葉(6)尤其是第三渦輪級(jí)或第四渦輪級(jí)中的至少一者的導(dǎo)向靜葉。
【文檔編號(hào)】B22C9/22GK106050321SQ201610394381
【公開日】2016年10月26日
【申請(qǐng)日】2016年4月14日
【發(fā)明人】F·格斯巴奇, B·K·瓦德勒, I·布夫發(fā)特
【申請(qǐng)人】安薩爾多能源瑞士股份公司