[发明专利]涡轮翼型及其制成方法

说明书

背景技术

本发明大体涉及燃气涡轮发动机构件，且更特别地涉及用于在旋转发动机构件中的孔的放置的器械和方法。

一种典型的燃气涡轮发动机包括多个高速旋转部件，例如由轴互连到一个或多个涡轮的一个或多个压缩器。旋转构件经历在其中生成应力的大的离心力。

这种旋转构件经常包括诸如孔和其他非连续特征的机械特征。如在本领域中已知地，这些特征中的每一个产生增加构件中的局部应力的应力集中。

尤其地，一些诸如旋转的高压力涡轮(“HPT”)叶片的“热区段”构件在极其高温的环境下操作。为了确保足够的使用寿命，叶片是中空的且设有冷却剂流，诸如从压缩器抽取(流出)的空气。该冷却剂流循环通过中空翼型的内部冷却剂路径，典型地包括内部交叉孔，且然后通过多个冷却孔排放。HPT前缘交叉孔由作为铸造过程的部分的陶瓷核心形成。HPT前缘交叉孔典型地沿着用于制造核心的核心模具的分模线定向，以便降低制造复杂度。对于在交叉孔中使应力最小化来说，结果可不是最佳的。

因此，存在对于合并孔的旋转涡轮构件的需要，在该旋转涡轮构件中，由于包含孔而导致的附加应力最小化。

发明内容

该需要通过本发明解决，本发明提供具有优选地关于由操作中的构件所经历的应力场对准的非圆形孔的涡轮发动机旋转构件。

根据本发明的一个方面，涡轮翼型包括：凹形压力侧壁和凸形吸力侧壁，其在前缘和后缘处连接在一起，且在根部和顶端之间延伸；在压力侧壁和吸力侧壁之间延伸的内部肋；以及形成在肋中的交叉孔，交叉孔具有带有限定截面形状的最大尺寸的主轴线的非圆形截面形状；其中，交叉孔的主轴线位于带有肋的平面中且不平行于假想的曲线侧向中心线，该假想的曲线侧向中心线限定位于在压力侧壁和吸力侧壁之间中途处的点的轨迹。

根据本发明的另一方面，提供一种用于制成如下类型的涡轮翼型的方法，所述类型的涡轮翼型包括：凹形压力侧壁和凸形吸力侧壁，其在前缘和后缘处连接在一起，且在根部和顶端之间延伸；在压力侧壁和吸力侧壁之间延伸的内部肋，以及形成在肋中的交叉孔，交叉孔具有带有限定截面形状的最大尺寸的主轴线的非圆形截面形状。方法包括：确定在翼型的操作期间环绕交叉孔的局部应力场的主要方向；以及定向交叉孔，使得其主轴线平行于局部应力场的主要方向。

附图说明

通过参考结合附图的以下描述，可最佳地理解本发明，在附图中：

图1是燃气涡轮发动机的涡轮区段的一部分的示意性截面视图，其合并根据本发明的方面构造的翼型；

图2是沿着图1中的线2-2截取的涡轮叶片的截面视图；

图3是沿着图2中的线3-3截取的涡轮叶片的截面视图；以及

图4是图3的一部分的放大视图。

具体实施方式

参考附图，其中，贯穿各个视图相同的附图标记指示相同的元件，图1描绘了高压涡轮10的一部分，其为已知类型的燃气涡轮发动机的部分。所示涡轮是两级构型，然而高压涡轮可为单级或者多级，每级都包括喷嘴和叶片行。高压涡轮10的功能是从来自上游燃烧室(未示出)的高温、加压的燃烧气体抽取能量，且以已知的方式将能量转变成机械功。高压涡轮10通过轴驱动上游压缩器(未示出)，以便供应加压空气到燃烧室。

在所示示例中，发动机是涡轮风扇发动机，且低压涡轮可位于高压涡轮10的下游以及联接到风扇。然而，在本文中所述的原理同样可适用于涡轮螺桨发动机、涡轮喷气发动机以及涡轮轴发动机，以及用于其他车辆或在静止应用中的涡轮发动机。

高压涡轮10包括第一级喷嘴12，其包括支承在拱形分段的第一级外侧带16与拱形分段的第一级内侧带18之间的多个周向间隔开的翼形中空第一级导叶14。第一级导叶14、第一级外侧带16和第一级内侧带18配置到共同形成完整的360°组件的多个周向邻接的喷嘴节段内。第一级外侧带和内侧带16和18分别限定外侧和内侧径向流动路径边界，用于热气体流流动通过第一级喷嘴12。第一级导叶14构造成以便将燃烧气体最佳地引导到第一级转子20。

第一级转子20包括成排的翼形第一级涡轮叶片22，其从围绕发动机的中心线轴线旋转的第一级盘24朝外延伸。分段的拱形第一级罩26配置成以便紧密地环绕第一级涡轮叶片22且因此限定用于热气体流流动通过第一级转子20的外侧径向流动路径边界。