[发明专利]具有菱形湍流器的涡轮翼型件冷却通道

说明书

技术领域

本发明大体上涉及在燃气涡轮发动机的叶片中的冷却通道内提供湍流空气流的湍流器（turbulator），并且更具体地涉及其中湍流器具有菱形（diamond-shaped）构型的在燃气涡轮发动机的叶片中的冷却通道内提供湍流空气流的湍流器。

背景技术

世界的能源需求持续上升，这产生了对可靠、可支付、高效和环境相容的功率生成的需求。燃气涡轮发动机是一种已知的机器，其提供高效的功率并且常常具有用于发电厂中的发电机或飞行器或船舶中的发动机的应用。典型的燃气涡轮发动机包括压缩机段、燃烧段和涡轮段。压缩机段将压缩的空气流提供至燃烧段，空气在这里与诸如天然气的燃料混合，并且点燃以形成热工作气体。工作气体膨胀通过涡轮段并且由相关的翼片（vane）导向越过涡轮段中的叶片的排。随着工作气体穿过涡轮段，其致使叶片旋转，这继而致使轴旋转，从而提供机械功。

工作气体的温度被严格地控制，从而使其不超过特定涡轮发动机设计的某个预定温度，因为过高的温度会损坏发动机的涡轮段中的各种零件和部件。然而，希望允许工作气体的温度尽可能高，因为工作气体的温度越高，气体的流动就越快，这导致发动机的更高效操作。

在某些燃气涡轮发动机设计中，压缩空气流的一部分也用来为涡轮段中的某些部件(典型地翼片、叶片和环段)提供冷却。可提供给这些部件的更多冷却和/或更高效的冷却使部件能保持较低的温度，从而使工作气体的温度可以更高。例如，通过降低压缩气体的温度，需要较少的压缩气体来将零件保持在所需的温度，从而导致更高的工作气体温度和来自发动机的更大功率和效率。此外，通过在涡轮段中的一位置处使用较少的冷却空气，可以在涡轮段中的另一位置处使用更多的冷却空气。在一种已知的涡轮发动机设计中，压缩空气流的80%与燃料混合以提供工作气体，并且压缩空气流的20%用来冷却涡轮段零件。如果由于冷却空气处于较低温度而在一个特定位置处使用较少的该冷却空气，则可以在涡轮段中的其它区域使用更多冷却空气以增加冷却。

本领域已经知道在涡轮段中的叶片内提供蛇形（serpentine）冷却空气流动通道，在这里，在冷却空气离开叶片之前，空气在往复运动中沿一个通道向上并沿相邻的通道向下流动。在一种已知的冷却空气流动通道设计中，一系列特殊构造的湍流器或扰流条(trip strip)定位在流动通道内，致使扰流条上的空气流变成湍流的。由扰流条提供的空气流中的扰动增强了空气的局部传热系数，并且因此提高冷却性能。可以对扰流条做出改进以进一步提高冷却性能。

发明内容

本公开描述了一种具有菱形构型的湍流器，其中，湍流器的前部部分是湍流器的后部部分的镜像，并且其中，湍流器具有用于冷却燃气涡轮发动机的叶片中的流动通道的应用。菱形湍流器的阵列相对于冷却空气流定位成排，以使得在各排中的一排中的湍流器相对于在相邻排中的两个湍流器之间的间隙定位，以分散在湍流器之间流动的空气流。

根据结合附图的以下描述和所附权利要求，本发明的另外的特征将变得显而易见。

附图说明

图1是燃气涡轮发动机的剖开的等轴视图；

图2是从燃气涡轮发动机中的一排叶片分离的一个叶片的剖视图，并且示出了其中的空气冷却流动通道；

图3是沿图2中所示叶片的线3-3的剖视图；

图4是示出在图2和图3所示叶片中的流动通道内的多个已知的倾斜扰流条的图示；

图5是图4中所示扰流条中的一个的剖视图；

图6是示出在图2和图3所示叶片中的流动通道内的一系列已知的山形扰流条的图示；

图7是示出在图2和图3所示叶片中的流动通道内的已知的分段且倾斜的扰流条的图示；

图8是示出在图2和图3所示叶片中的流动通道内的菱形湍流器的构型的图示；

图9是图8所示湍流器中的一个的侧视图；以及

图10是图8中所示的两个相邻湍流器的俯视图。

具体实施方式

本发明的实施例的以下描述涉及用于冷却燃气涡轮发动机叶片内的流动通道的菱形湍流器，其在本质上仅仅是示例性的，并且决不旨在限制本发明或其应用或用途。