[发明专利]涡轮翼型件后缘冷却狭槽

说明书

技术领域

本发明整体涉及燃气涡轮发动机涡轮翼型件冷却，更具体地，本发明涉及涡轮翼型件后缘冷却狭槽。

背景技术

在燃气涡轮发动机中，空气在压缩机中加压，并且在燃烧器中与燃料混合，以生成热燃烧气体。热气体被引导通过涡轮的各个级，这些级从热气体中提取能量以便为压缩机提供动力以及做功，例如在典型的飞行器涡轮风扇发动机应用中向上游风扇提供动力。

涡轮级包括静止涡轮喷嘴，该喷嘴具有一行中空轮叶，这些中空轮叶将燃烧气体引导到从支撑转子盘沿径向向外延伸的转子叶片的对应行中。轮叶和叶片具有对应的中空翼型件，该中空翼型件中具有对应的冷却回路。

冷却空气通常是压缩机排放空气，该排放空气从燃烧过程转移，因此降低了发动机的整体效率。冷却空气的量必须最小化，以最大化发动机的效率，但是足够的冷却空气必须用来充分冷却涡轮翼型件，以最大化其操作使用寿命。每个翼型件包括大致凹形的压力侧壁和相对的大致凸形的吸力侧壁，它们从翼型件基部沿着翼展纵向地或径向地向外延伸到翼型件末端，并且沿着弦向方向在前缘和后缘之间轴向地延伸。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涡轮护罩间隔开的径向外部末端。对于涡轮轮叶，翼型件从与径向内部带成一体的根部延伸到与外部带成一体的径向外部末端。

每个涡轮翼型件还初始将前缘尾部的厚度增大，然后将厚度减小到较薄或尖锐的后缘，压力侧壁和吸力侧壁在该后缘处连接在一起。翼型件的较宽部分具有足够的内部空间，以用于容纳各种形式的内部冷却回路和扰流器，以增强翼型件内部的热传递冷却，而较薄的后缘具有相应地受限的内部冷却空间。

每个翼型件通常包括延伸穿过其侧壁的多行膜冷却孔，这些冷却孔将耗尽的冷却空气从内部回路排出。膜冷却孔通常沿尾部方向朝向后缘倾斜，并且在翼型件的外表面上产生冷却空气薄膜，该冷却空气薄膜提供绝热空气覆盖层，以额外保护在操作期间流过翼型件表面的热燃烧气体。

薄后缘通常由一行后缘冷却狭槽保护，这些冷却狭槽在后缘的紧上游的断开部处破坏压力侧壁，以便排出其上的膜冷却空气。每个后缘冷却狭槽在压力侧具有出口孔口，该出口孔口开始于断开部处，并且在限定了冷却狭槽的轴向延伸的隔离物的尾端处可以或可以不由暴露的台面(land)沿径向方向界定。

轴向隔离物可以与翼型件的压力侧和吸力侧一体地形成，并且它们自身必须由通过由此限定的冷却狭槽排出的空气进行冷却。隔离物通常沿尾部方向朝向后缘会聚，使得冷却狭槽以浅扩张角度朝向后缘发散，该扩张角度促进排出的冷却空气沿着隔离物的侧面以小的间隔(如果有的话)进行扩散。

后缘冷却狭槽的空气动力学和冷却性能与冷却狭槽和介入的隔离物的特定构造直接相关。冷却狭槽的流动区域控制通过冷却狭槽排出的冷却空气的流动，并且冷却狭槽的几何结构影响其冷却性能。

冷却狭槽的发散或扩散角度可以实现排出的冷却空气的不期望的流动间距，这将降低排出的空气的性能和冷却效果。这还增大了影响涡轮效率的损失。在各个冷却狭槽直接下方的薄后缘的部分由排出的冷却空气有效地冷却，排出的空气还在隔离物的尾端处分布在居间暴露台面上。台面是压力侧壁的与吸力侧壁一体地形成的实心部分，并且对于冷却而言依赖于从相邻后缘冷却狭槽排出的空气。

尽管这些出口台面的小尺寸和后缘冷却狭槽的大致冷却性能，但是涡轮翼型件的薄后缘通常限制了这些翼型件的寿命，原因在于在燃气涡轮发动机的不利环境中的其高操作温度。

因此，期望的是提供一种涡轮翼型件，其具有改进的后缘冷却，并且具有用于改进翼型件耐久性和发动机性能的冷却狭槽。还期望的是最小化用于后缘冷却的冷却流量，以便最大化涡轮和发动机的燃料效率。

发明内容

燃气涡轮发动机涡轮翼型件(12)包括沿宽度方向间隔开的压力侧壁和吸力侧壁(42、44)，所述压力侧壁和吸力侧壁沿着翼展(S)从翼型件基部(34)向外延伸到翼型件末端(36)，并且沿着弦向(C)在相对的前缘和后缘(LE、TE)之间延伸。包围在压力侧壁(42)中的沿展向间隔开的后缘冷却孔(30)的展向行(38)终止于对应的沿展向间隔开的后缘冷却狭槽(66)，该后缘冷却狭槽相对于后缘(TE)大致成弦向地延伸。冷却孔(30)包括在下游呈串联关系的、弯曲入口(70)、恒定面积和恒定宽度的流动横截面的计量区段(100)、以及通到后缘冷却狭槽(66)中的沿展向的发散区段(102)。展向高度(H)大致大于通过冷却孔(30)的孔宽度(W)。