專(zhuān)利名稱(chēng)：可冷卻的葉片的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種按第一項(xiàng)權(quán)利要求前序部分所述的可冷卻的葉片。
這類(lèi)可冷卻的葉片例如由DE3248162已知。那里介紹了一種可冷卻的葉片，在它的前緣區(qū)有一冷卻流體通道。用于誘發(fā)和促進(jìn)紊流的肋沿冷卻流體通道的寬度延伸，它們逆冷卻流體流向傾斜地相對(duì)于前緣壁的內(nèi)側(cè)成一個(gè)約30°銳角設(shè)在冷卻流體通道內(nèi)。因此這些肋定向?yàn)槟軐⒗鋮s空氣引向葉片前緣。其中，肋高為冷卻流體通道高度的10至33％。肋高沿冷卻流體通道的寬度總是為常數(shù)，以及，這種冷卻設(shè)計(jì)只能使用于在前緣區(qū)內(nèi)的端部通道。
在新式燃?xì)廨啓C(jī)的后幾級(jí)，高的出口溫度同樣要求對(duì)葉片進(jìn)行冷卻，然而在這里由于空氣動(dòng)力學(xué)方面的原因，葉片設(shè)計(jì)得很窄長(zhǎng)。因此形成了一個(gè)基本上雙三角形形狀的冷卻通道，它們的銳角三角形頂在葉片的前緣和后緣區(qū)內(nèi)。在銳角三角形頂?shù)膮^(qū)域內(nèi)流動(dòng)阻力很高，并因而在這些區(qū)域內(nèi)實(shí)際上不再發(fā)生冷卻。
本發(fā)明的目的是，在前言所述類(lèi)型的可冷卻的葉片中改善葉片的冷卻和提高葉片的壽命。
按本發(fā)明上述目的通過(guò)第一項(xiàng)權(quán)利要求的特征部分所述達(dá)到。
因此本發(fā)明的核心在于，至少一個(gè)肋設(shè)計(jì)為有一個(gè)頂和兩個(gè)邊，肋的邊相對(duì)于徑向平面彎折成一銳角。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)尤其是，采用具有頂和兩個(gè)邊的肋的設(shè)計(jì)，葉片獲得均勻的冷卻，以及冷卻流體的消耗量可以降低。實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)主要通過(guò)避免在葉片冷卻通道前緣和后緣區(qū)有死水區(qū)。通過(guò)葉片的冷卻使表面溫度均勻和葉片中的熱應(yīng)力降低，從而延長(zhǎng)了葉片壽命。由于降低了冷卻流體消耗量，所以可以提高燃?xì)廨啓C(jī)的效率。根據(jù)葉片的外部熱負(fù)荷，在冷卻流體通道內(nèi)的肋的幾何形狀可以與之相適應(yīng)，并固而可以獲得葉片有均勻的表面溫度。此外，帶有設(shè)在空腔內(nèi)的肋的葉片，在澆鑄技術(shù)方面易于制造。
特別有利的，具有頂和兩個(gè)邊的肋設(shè)在一個(gè)雙三角形形狀的空腔內(nèi)，雙三角形的銳角三角形頂在葉片的前緣和后緣區(qū)內(nèi)。因此，借助于雙三角形的冷卻通道也可以有效地冷卻很窄長(zhǎng)的葉片型面，這種葉型具有高的氣動(dòng)效率。
有利的是使局部肋高與局部空腔高度之比保持常數(shù)。因此，與在空腔中部的局部肋高相比，在前緣和后緣區(qū)內(nèi)的局部肋高減小，其結(jié)果是強(qiáng)化了二次流。
由其它的從屬權(quán)利要求可知本發(fā)明其它有利的設(shè)計(jì)。
在附圖中借助于一種流體機(jī)械葉片的示意圖表示本發(fā)明的實(shí)施例。
其中

圖1通過(guò)葉片葉身的局部橫斷面；圖2沿圖1中線(xiàn)II-II通過(guò)葉片的局部截面；圖3沿圖1中線(xiàn)III III通過(guò)葉片的局部截面；圖4沿圖1中相對(duì)于線(xiàn)II-II平行錯(cuò)移地通過(guò)葉片的局部截面；圖5沿圖1中線(xiàn)V-V通過(guò)葉片的局部截面；圖6沿圖1中相對(duì)于線(xiàn)V-V平行錯(cuò)移地通過(guò)葉片的局部截面。
現(xiàn)在參照附圖，其中同一標(biāo)號(hào)表示附圖中相同或相應(yīng)的元件，而且在圖中只表示了為理解本發(fā)明重要的部分。圖1用橫斷面表示了具有空腔2的一種流體機(jī)械的葉身1，空腔用作冷卻流體的通道。葉身1有一個(gè)前緣區(qū)3、一個(gè)后緣區(qū)4、一個(gè)負(fù)壓面壁5和一個(gè)壓力面壁6，其中負(fù)壓面壁和壓力面壁在前緣3和后緣4區(qū)域內(nèi)互相連接起來(lái)。因此形成了一個(gè)基本上雙三角形形狀的冷卻通道，雙三角形的銳角三角形頂在葉片的前緣區(qū)3和后緣區(qū)4中。在壓力面壁6設(shè)有一具有頂9和邊14、15的V形肋7。V形肋7可設(shè)計(jì)為具有等長(zhǎng)的邊，不過(guò)根據(jù)在空腔內(nèi)肋頂9的布置，也可以是具有不等長(zhǎng)邊的肋造型。在此結(jié)構(gòu)中，肋7的高度h1與空腔2的局部高度H1之比，與肋7的高度h2與空腔2的局部高度H2之比同樣大小。因此，肋高b與空腔高H之比在肋的任何位置基本相等。在空腔2過(guò)渡到前緣區(qū)和后緣區(qū)中去的地方肋7縮小，以便在這些地方不阻礙冷卻流體通過(guò)。
圖2表示負(fù)壓面壁5里面和剖切的前緣區(qū)3和后緣區(qū)4。在這里，一種流體機(jī)械的葉片10由葉身1和葉根11組成，葉片10可通過(guò)葉根11安裝。在葉身1和葉根11之間通常設(shè)有平臺(tái)12，它將葉根與圍繞葉身流動(dòng)的流體隔開(kāi)。在負(fù)壓面壁上同樣設(shè)有V形肋7a，在這里肋的頂9a設(shè)在空腔2的一個(gè)平面13上，以及，頂9a位于下游。平面13沿葉片的徑向延伸，并垂直于葉片的壁5和6的內(nèi)側(cè)，以及安排在空腔2最寬的地方。因此，頂9a位于局部肋高h(yuǎn)最大的地方。
冷卻流體20從葉根起通過(guò)空腔2流動(dòng)。在這種情況下，肋相對(duì)于冷卻流體20的主流方向彎折成一個(gè)角度8，主流方向基本上平行于平面13延伸。角度8在里為30至60°，最好40至50°，尤其是45°。在V形肋的下游形成渦流和回流區(qū)，它們提高了傳熱系數(shù)。
表1平均努賽爾特?cái)?shù)與V形肋肋高的關(guān)系(實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù))努賽爾特?cái)?shù)Nu定義為對(duì)流散熱量與傳導(dǎo)熱量之比。表1中將不同肋高的平均努賽爾特?cái)?shù)Nu與沒(méi)有肋的通道的努賽爾特?cái)?shù)Nu光滑的作了比較，其中V形肋的頂設(shè)在下游。由表1清楚看出，隨著肋高增加，平均努賽爾特?cái)?shù)急劇增加。因此，局部肋高與局部空腔高之比應(yīng)在5至50％之間，最好在20至40％之間。
因?yàn)槔鋮s流體的溫度沿流動(dòng)方向通過(guò)吸收熱能而增加并因而使壁溫與冷卻流體溫度之間的差別減小，所以，局部肋高h(yuǎn)與局部空腔高H之間的比值沿流動(dòng)方向可以不斷提高，以便按上列表1增加努賽爾特?cái)?shù)，其結(jié)果是改善了傳熱。于是由冷卻流體吸收的熱能與葉片的外部熱負(fù)荷相適應(yīng)。從而導(dǎo)致沿葉片的徑向有更加均勻的溫度分布，并因而顯著減小了應(yīng)力。
圖3表示壓力面壁6的里面和剖切的前緣區(qū)3和后緣區(qū)4。設(shè)在壓力面壁6內(nèi)側(cè)上的肋7b同樣是V形的，它們的頂9b安置在空腔2的一個(gè)平面13上。因此頂9b位于局部肋高b最大的地方。如由圖3可見(jiàn)，肋沿流動(dòng)方向彼此交錯(cuò)地設(shè)在負(fù)壓面和壓力面上。
由圖4可見(jiàn)肋7a和7b相互的配置。肋沿流動(dòng)方向彼此錯(cuò)開(kāi)，所以，流動(dòng)相繼遭遇負(fù)壓面5的肋7a和壓力面6的肋7b。這些肋最好分別安排在相對(duì)壁的肋之間。
采用按圖4的結(jié)構(gòu)，流動(dòng)被導(dǎo)入前緣和后緣的銳角區(qū)內(nèi)，因此達(dá)到的努賽爾特?cái)?shù)比表1中所給出的平均努賽爾特?cái)?shù)要高得多。其結(jié)果是在葉片的前緣區(qū)和后緣區(qū)獲得了很高的傳熱系數(shù)，而在通道中央?yún)^(qū)形成較低的傳熱系數(shù)。
圖5表示壓力面壁6里面和剖切的葉片10前緣區(qū)3和后緣區(qū)4，葉片10由葉身1和葉根11組成。與圖3相反，壓力面壁的肋7c安排成，使它們的頂9c首先受到流動(dòng)的沖擊。在這種情況下，肋同樣相對(duì)于冷卻流體20的主流方向彎折成角度8。
圖6表示具有肋7a的負(fù)壓面壁和示意表示的肋7c，其中肋7a按圖2所示那樣設(shè)在負(fù)壓面上。在這里出自于設(shè)計(jì)上的原因，局部肋高與局部空腔高之比當(dāng)然總是小于50％。
按照?qǐng)D6的設(shè)計(jì)同樣可以獲得很高的傳熱系數(shù)，然而比按圖4的設(shè)計(jì)分布得更加均勻。不過(guò)，按圖6的葉片傳熱系數(shù)，在壓力面和負(fù)壓面上有所區(qū)別，所以這種設(shè)計(jì)應(yīng)用于壓力面和負(fù)壓面上熱負(fù)荷不同的情況下。
本發(fā)明當(dāng)然不受圖中所表示和說(shuō)明的實(shí)施例的限制。V形的肋也可以設(shè)在具有多個(gè)冷卻空氣通道的葉片內(nèi)，如果在這些冷卻空氣通道的邊緣區(qū)存在大的流動(dòng)阻力的話(huà)。
顯然，根據(jù)上述教導(dǎo)本發(fā)明可以有許多修改和變化。因此應(yīng)當(dāng)理解在所附權(quán)利要求的范圍內(nèi)，可按不同于本文所述的方法實(shí)現(xiàn)本發(fā)明。
符號(hào)表1葉身2空腔3前緣區(qū)4后緣區(qū)5負(fù)壓面壁6壓力面壁7肋7a、7c 負(fù)壓面壁上的肋7b 壓力面壁上的肋8肋的安裝角9、9a、9b肋頂10 葉片11 葉根12 平臺(tái)13 平面14、15 V形肋的邊20 冷卻流體h、h1、h2局部肋高H、H1、H2局部空腔高
權(quán)利要求
1.可冷卻的葉片(10)，主要由葉根(11)和葉身(1)組成，葉身(1)由壓力面的壁(6)和負(fù)壓面的壁(5)構(gòu)成，它們主要通過(guò)后緣區(qū)(4)和前緣區(qū)(3)互相連接，并至少形成一個(gè)用作冷卻流體通道的空腔(2)，在空腔內(nèi)設(shè)有肋(7)，其特征為至少一個(gè)肋(7)設(shè)計(jì)為具有一個(gè)頂(9)和兩個(gè)邊(14、15)；肋的邊(14，15)相對(duì)于徑向平面(13)彎折成一銳角(8)。
2.按照權(quán)利要求1所述的可冷卻的葉片，其特征為空腔(2)形成雙三角形的形狀，它們具有在前緣區(qū)(3)和后緣區(qū)(4)內(nèi)的銳角的三角形頂。
3.按照權(quán)利要求1或2所述的可冷卻的葉片，其特征為局部肋高(h)與局部空腔高(H)之比在肋(7)的每個(gè)位置基本為常數(shù)。
4.按照權(quán)利要求3所述的可冷卻的葉片，其特征為肋(7)的頂(9)設(shè)在肋的局部最大高度(h)處。
5.按照權(quán)利要求3所述的可冷卻的葉片，其特征為局部肋高(h)與局部空腔高(H)之比為5～50％。
6.按照權(quán)利要求3所述的可冷卻的葉片，其特征為局部肋高(h)與局部空腔高(H)之比對(duì)于沿流動(dòng)方向相繼設(shè)置的肋(7)逐漸增加。
7.按照權(quán)利要求1或2所述的可冷卻的葉片，其特征為肋(7)的頂(9)向下游地位于負(fù)壓面壁(5)和壓力面壁(6)上。
8.按照權(quán)利要求1或2所述的可冷卻的葉片，其特征為肋(7)的頂(9)向下游位于負(fù)壓面壁(5)或壓力面壁(6)上以及向上游位于相對(duì)的那個(gè)壁(5、6)上。
9.按照權(quán)利要求1或2所述的可冷卻的葉片，其特征為肋的邊(14、15)相對(duì)于平面(13)彎折成30至60°的角度(8)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種可冷卻葉片(10),主要由葉根(11)和葉身(1)組成,葉身由壓力面壁(6)和負(fù)壓面壁(5)構(gòu)成。壓力面壁(6)和負(fù)壓面壁(5)主要通過(guò)后緣區(qū)(4)和前緣區(qū)(3)互相連接,并至少形成一個(gè)用作冷卻流體通道的空腔(2),空腔內(nèi)設(shè)有肋(7)。至少一個(gè)肋(7)設(shè)計(jì)為具有一個(gè)頂(9)和兩個(gè)邊(14、15),肋的邊(14、15)相對(duì)于徑向平面(13)彎折成一個(gè)銳角。尤為有利的是,這些肋設(shè)置在一個(gè)雙三角形的空腔內(nèi),這兩個(gè)三角形具有在前緣區(qū)和后緣區(qū)內(nèi)的銳角三角形頂。
文檔編號(hào)F01D5/18GK1186150SQ9711619
公開(kāi)日1998年7月1日 申請(qǐng)日期1997年8月22日 優(yōu)先權(quán)日1996年8月23日
發(fā)明者K·哈爾, B·約翰森, B·維岡德, P·S·吳 申請(qǐng)人:亞瑞亞·勃朗勃威力有限公司