[发明专利]涡轮翼型件后缘分叉式冷却孔

说明书

技术领域

本发明大体涉及燃气涡轮发动机涡轮翼型件冷却，并且更特别地，涉及涡轮翼型件后缘冷却槽口。

背景技术

在燃气涡轮发动机中，空气在压缩机中加压，并且与燃烧器中的燃料混合，用于生成热的燃烧气体。热气体传送通过涡轮的各种级，该各种级从热气体中抽取能量，用于对压缩机提供功率，以及产生功，诸如对典型的飞行器涡轮风扇发动机应用中的上游风扇提供功率。

涡轮级包括固定的涡轮喷嘴，其具有一排中空导叶，该一排中空导叶将燃烧气体引导到沿径向从支承转子盘向外延伸的对应的一排转子叶片中。导叶和叶片具有对应的中空翼型件，其在其中具有对应的冷却回路。

冷却空气典型地是压缩机排气，该压缩机排气从燃烧过程转移，并且因此，降低发动机的整体效率。必须最小化冷却空气的量，以最大化发动机的效率，但仍然必须使用足够的冷却空气来充分冷却涡轮翼型件，以最大化它们在运行期间的使用期限。各个翼型件包括大体凹形的压力侧壁，以及相对的大体凸形的吸力侧壁，它们沿着从翼型件基部到翼型件末端的翼展沿纵向或沿径向向外延伸，以及沿轴向沿弦向方向在前缘和后缘之间延伸。对于涡轮叶片，翼型件翼展从径向内部平台处的根部延伸到与周围的涡轮护罩隔开的径向外部末端。对于涡轮导叶，翼型件从与径向内部带集成的根部延伸到与外部带集成的径向外部末端。

各个涡轮翼型件在前缘后面的厚度最初还增大，并且接着厚度减小为相对薄或尖锐的后缘，其中，压力侧壁和吸力侧壁连结在一起。翼型件的较宽的部分具有足够的内部空间，用于容纳各种形式的内部冷却回路和用于加强翼型件内的热传递冷却的紊流器，然而相对薄的后缘具有对应地受到限制的内部冷却空间。

各个翼型件典型地包括延伸通过其侧壁的多排薄膜冷却孔，该多排薄膜冷却孔从内部回路中排出用过的冷却空气。薄膜冷却孔典型地沿向后方向朝后缘倾斜，并且在翼型件的外表面上产生冷却空气薄膜，冷却空气薄膜提供隔热空气表层，用于额外地保护免受在运行期间在翼型件表面上面流动的热的燃烧气体。

薄后缘典型地受一排后缘冷却槽口保护，该排后缘冷却槽口在后缘上游不远处的引出口处突破压力侧壁，用于排出其上面的薄膜冷却空气。各个后缘冷却槽口具有在压力侧中的出口孔口，该出口孔口在引出口处开始，并且在径向方向上可被沿轴向延伸的分隔件的后端处的暴露的槽脊(限定冷却槽口)限制，或者可不被其限制。

轴向分隔件可与翼型件的压力侧和吸力侧集成地形成，并且它们本身必须被通过从而限定的冷却槽口排出的空气冷却。分隔件典型地沿后向方向朝后缘会聚，以使冷却槽口以浅发散角朝后缘发散，该浅发散角有助于排出的冷却空气扩散，沿着分隔件的侧部只有较少的(如果有的话)流分离。

后缘冷却槽口的空气动力学性能和冷却性能与冷却槽口和插置分隔件的特定构造直接相关。冷却槽口的流域调节通过冷却槽口排出的冷却空气的流，并且冷却槽口的几何形状影响其冷却性能。

冷却槽口的发散角或扩散角可实现排出的冷却空气的不合乎需要的流分离，这将降低性能和排出空气的冷却效力。这还增加损失，该损失影响涡轮效率。薄后缘的在单独的冷却槽口正下方的部分被排出的冷却空气有效地冷却，其中，排出的空气还分配在分隔件的后端处的暴露的插置槽脊上面。槽脊是与吸力侧壁集成地形成的压力侧壁的实心部分，并且在冷却方面必须依赖从相邻的后缘冷却槽口中排出的空气。

尽管这些出口槽脊的大小较小，以及后缘冷却槽口的冷却性能显著，然而涡轮翼型件的薄后缘典型地限制那些翼型件的寿命，因为在燃气涡轮发动机的恶劣环境中，翼型件的运行温度高。

因此，期望提供涡轮翼型件，其具有改进的后缘冷却和冷却槽口，用于提高翼型件耐用性和发动机性能。还期望最小化用于后缘冷却的冷却流的量，以便最大化涡轮和发动机的燃料效率。

发明内容