用于燃?xì)鉁u輪的渦輪葉片的冷卻方案的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及燃?xì)鉁u輪技術(shù)。其涉及根據(jù)權(quán)利要求1的前序部分的燃?xì)鉁u輪的渦輪葉片。
【背景技術(shù)】
[0002]圖6在透視圖中示出了申請人的GT24或GT26型的燃?xì)鉁u輪形式的渦輪機(jī)的實例。圖6的燃?xì)鉁u輪30包括圍繞機(jī)器軸線旋轉(zhuǎn)且由(內(nèi))殼32包圍的轉(zhuǎn)子31。沿機(jī)器軸線布置，燃?xì)鉁u輪30包括進(jìn)氣口 33、壓縮機(jī)34、第一燃燒器35、第一高壓(HP)渦輪36、第二燃燒器37、第二低壓(LP)渦輪38和排氣出口 39。
[0003]在運行中，空氣經(jīng)由進(jìn)口氣33進(jìn)入機(jī)器，由壓縮機(jī)34壓縮，且給送至第一燃燒器35來用于焚燒燃料。所得的熱氣體驅(qū)動HP渦輪36。在其仍含有空氣時，其然后借助于第二燃燒器37再加熱，在該處，燃料噴射到熱氣流中。經(jīng)加熱的熱氣體然后驅(qū)動LP渦輪38，且在排氣出口 39處流出機(jī)器。
[0004]此燃?xì)鉁u輪的渦輪級暴露于很高溫度，且因此必須有效地冷卻。圖1示出了燃?xì)鉁u輪10的渦輪級28，其具有成環(huán)的靜止導(dǎo)葉13和成環(huán)的旋轉(zhuǎn)渦輪葉片12。當(dāng)熱氣流14流過所述渦輪級28時，尤其是葉片12的前緣24暴露于熱氣體且必須冷卻。
[0005]現(xiàn)有解決方案公開了借助于下者提供的葉片前緣(LE)冷卻:(I)后續(xù)有噴頭冷卻的冷卻介質(zhì)徑向流(普通鑄造過程)或(2)穿過一排供應(yīng)空氣孔的沖擊冷卻(普通鑄件)或(3)穿過兩排孔的沖擊冷卻(將施加的可溶芯)。
[0006]解決方案(I)并未提供高效對流冷卻(相比于沖擊)，且在特別是翼型件末梢處的壓力裕度方面較弱。
[0007]解決方案(2)在對流冷卻方面有效，但在噴頭已經(jīng)提供所需的壁溫度的停滯點區(qū)域中提供最高對流HTC。
[0008]解決方案(3)避免了解決方案⑴和(2)的缺點，但在制造(鑄造)方面昂貴，且仍未在冷卻射流與翼型件壁內(nèi)表面之間提供最佳角。
[0009]文獻(xiàn)US 3，806，275公開了中空空氣冷卻渦輪葉片，其具有從葉片的面到面延伸的腹板，以將葉片的內(nèi)部分成兩個翼展方向延伸的室。薄金屬片襯套設(shè)置在各個室中，襯套具有分布在其表面上的穿孔，且具有使其與葉片壁間隔開的凸起。襯套為柔性的，且可折疊成大致平的，以用于插入葉片的端部中。在葉片的前緣處，襯套壁折回來限定葉片的沿翼展方向延伸的大體上平行壁槽口。附加的孔沿著該噴嘴的出口放置，以使附加空氣流動來由從槽口噴嘴露出的射流卷吸，以改善前緣的冷卻。經(jīng)冷卻空氣經(jīng)由葉片莖進(jìn)入襯套，且優(yōu)選排放穿過葉片的末梢和后緣。
[0010]文獻(xiàn)EP2228517 A2涉及用于內(nèi)部冷卻翼型件的擋板插入件。擋板插入件包括襯套、凹坑(divoted)節(jié)段，以及多個冷卻孔。襯套具有形成為具有第一端和第二端的中空本體的形狀的連續(xù)外周。中空本體的凹坑節(jié)段定位在第一端與第二端之間。多個冷卻孔定位在凹坑節(jié)段上，以使流出擋板插入件的冷卻空氣對準(zhǔn)在公共位置處。
[0011]根據(jù)文獻(xiàn)US 6，168，380，在用于中空燃?xì)鉁u輪葉片的前緣區(qū)域的冷卻系統(tǒng)中，導(dǎo)管在加厚葉片前緣內(nèi)從葉片根部延伸至葉片末梢。導(dǎo)管經(jīng)由在葉片前緣中產(chǎn)生的多個開孔與主導(dǎo)管連通，冷卻介質(zhì)經(jīng)由主導(dǎo)管沿縱向流動，且穿過導(dǎo)管的流動沿縱向在葉片高度上發(fā)生，且導(dǎo)管形成有可變橫截面。導(dǎo)管的橫截面沿冷卻介質(zhì)在從葉片根部直至葉片末梢的流動方向上連續(xù)地增大。在具有蓋板的葉片的情況中，導(dǎo)管在其頂端處并入室中，室安裝在蓋板下方且與壓力源操作地連接，壓力源壓力低于主導(dǎo)管的壓力。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0012]本發(fā)明的目的在于提供一種渦輪葉片的前緣的冷卻方案，其避免了現(xiàn)有前緣冷卻設(shè)計的缺點。
[0013]該目的和其它目的通過根據(jù)權(quán)利要求1的渦輪葉片獲得。
[0014]根據(jù)本發(fā)明的渦輪葉片包括具有吸力側(cè)和壓力側(cè)的沿徑向延伸的翼型件，吸力側(cè)和壓力側(cè)各自沿軸向方向在所述翼型件的前緣與后緣之間延伸，其中所述前緣利用沖擊所述前緣的內(nèi)側(cè)的冷卻介質(zhì)的成排的沿徑向分布的射流而借助于沖擊冷卻來冷卻，且其中所述成排的徑向分布的射流在內(nèi)部腹板處生成，腹板將翼型件的中空內(nèi)部分成第一腔和第二腔，其中第二腔布置在所述前緣處。
[0015]其特征在于所述內(nèi)部腹板包括兩排沿徑向分布的冷卻介質(zhì)供應(yīng)孔，經(jīng)由冷卻介質(zhì)供應(yīng)孔，冷卻介質(zhì)以沖擊射流形式進(jìn)入所述第二腔，且所述冷卻介質(zhì)供應(yīng)孔定向成使得一排的所述射流的方向與另一排的所述射流的方向交叉。
[0016]根據(jù)本發(fā)明的實施例，所述內(nèi)部腹板具有彎曲橫截面輪廓，其相對于第二腔凸出。
[0017]具體而言，所述腹板具有帶恒定曲率半徑(R1，R2)的彎曲橫截面輪廓。
[0018]作為備選，所述腹板具有帶’蛇頭’形狀的彎曲橫截面輪廓。
[0019]根據(jù)本發(fā)明的另一個實施例，所述第一排的沿徑向分布的冷卻介質(zhì)供應(yīng)孔布置在所述翼型件的吸力側(cè)附近，且由所述孔形成的射流沖擊所述前緣的壓力側(cè)，其中所述第二排沿徑向分布的冷卻介質(zhì)供應(yīng)孔布置在所述翼型件的壓力側(cè)附近，且由所述孔形成的射流沖擊所述前緣的吸力側(cè)。
[0020]根據(jù)本發(fā)明的另一個實施例，所述第一排的所述孔和所述第二排的所述孔沿徑向方向相對于彼此具有偏移。
[0021]根據(jù)本發(fā)明的另一個實施例，所述前緣具有噴頭構(gòu)造，其具有多個冷卻孔，通過冷卻孔，所述沖擊冷卻介質(zhì)噴射到所述翼型件外。
【附圖說明】
[0022]現(xiàn)在將借助于不同實施例且參照附圖來更詳細(xì)闡釋本發(fā)明。
[0023]圖1示出了具有成環(huán)的靜止導(dǎo)葉和成環(huán)的旋轉(zhuǎn)渦輪葉片的燃?xì)鉁u輪的渦輪級；
圖2示出了具有根據(jù)本發(fā)明的實施例的前緣冷卻方案的根據(jù)圖1的旋轉(zhuǎn)渦輪葉片的翼型件的橫截面；
圖3更詳細(xì)示出了圖2的前緣冷卻方案；
圖4示出了圖3的前緣冷卻方案的變型，其設(shè)計可能引入常規(guī)鑄造過程中而不使用可溶芯；圖5示出了圖2或3的翼型件的縱橫截，示出了吸力側(cè)與壓力側(cè)沖擊孔之間的徑向偏移;
圖6在透視圖中示出了申請人的GT24型(具有連續(xù)燃燒)的高溫燃?xì)鉁u輪的實例的透視圖。
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