[发明专利]用于翼型件的逐渐缩减的冷却通道

说明书

本发明包括用于提供位于涡轮翼型件的壁内的冷却通道的系统和方法。这些冷却通道包括沿翼型件的长度和宽度在各个方向上逐渐缩减的微回路。此外，这些冷却通道具有多种形状和区域以促进在周围空气和翼型件之间的对流热传递。

背景技术

典型燃气涡轮发动机包含三个主区段：压缩机区段、燃烧器区段和涡轮区段。当在标准操作周期中，压缩机区段用于对供应至燃烧器区段的空气加压。在燃烧器区段中，燃料与来自压缩机区段的加压空气混合且点燃，以便生成高温和高速率的燃烧气体。这些燃烧气体然后流入多级涡轮中，在那里高温气体流过旋转燃气涡轮翼型件和静止燃气涡轮翼型件的交替的排。静止导叶的排典型地用于将燃烧气体重新引导到旋转叶片的后续级上。涡轮区段沿公共轴向轴联接到压缩机区段上，使得涡轮区段驱动压缩机区段。

空气和热燃烧气体通过涡轮叶片和导叶引导穿过涡轮区段。这些叶片和导叶经历极端地高的操作温度，通常超过叶片和导叶由其制成的材料的接受力。极端的温度还可引起构件中的热生长(thermal growth)、热应力，且可导致耐久性不足。为了降低有效操作温度，通常利用空气或蒸汽冷却叶片和导叶。然而，冷却必须以有效的方式发生，以便有效地使用冷却流体。结果，尤其需要解决这些问题的用于燃气涡轮中的翼型件的改进的冷却设计。

发明内容

简短地且以高水平，本申请的主题大体上涉及并入到燃气涡轮翼型件中的冷却通路、通道和腔(chamber)。燃气涡轮翼型件包含翼型件壁，其包含内表面和外表面，且形成至少部分地由翼型件壁围住的翼型件腔。实施例提供了以各种位置、方向和构造在翼型件壁中形成的翼型件通路和腔穴(pocket)。翼型件通路允许冷却液体或空气传送穿过翼型件壁和翼型件腔，从而在燃气涡轮的操作期间冷却翼型件。

在本发明的第一实施例中，提供了一种具有前缘和后缘的用于燃气涡轮的翼型件。翼型件还包含：翼型件壁，其具有内表面和外表面。翼型件壁形成至少部分地围住在翼型件壁内的翼型件腔。此外，翼型件还包括形成在翼型件壁中的多个翼型件通路。该多个翼型件通路中的每个包含：在内表面中的第一开口、在外表面中的第二开口、以及从第一开口延伸到第二开口的通道。通道的横截面区域在第一开口和第二开口之间减小。

在本发明的第二实施例中，提供了一种燃气涡轮组件。该燃气涡轮组件包含多个翼型件。该多个翼型件中的每个包含具有内表面和外表面的翼型件壁，翼型件壁形成至少部分地围住在翼型件壁内的翼型件腔，和形成在翼型件壁中的翼型件通路。翼型件通路包含：在内表面中的第一开口、在外表面中的第二开口、以及从第一开口延伸到第二开口的通道。通道的横截面区域在第一开口和第二开口之间减小。第一开口具有第一横截面区域，且第二开口具有第二横截面区域，且其中第一横截面区域大于第二横截面区域。

在本发明的第三实施例中，提供了一种制造燃气涡轮翼型件的方法。制造燃气涡轮翼型件的方法包含提供具有翼型件壁的翼型件，翼型件壁包含具有内表面和外表面。翼型件壁形成至少部分地围住在翼型件壁内的翼型件腔。此外，该方法还包含在翼型件壁内形成多个空气流通路。此外，该多个空气流通路中的每个包含在内表面中的第一开口、在外表面中的第二开口、以及从第一开口延伸到第二开口的通道。通道的横截面区域在第一开口和第二开口之间减小。

在本公开中描述的冷却回路、通道、通路和/或微回路在燃气涡轮翼型件的语境中经常讨论，但可用在任何类型的翼型件结构中。此外，冷却流体、气体、空气和/或空气流在本公开中可互换地使用，且指可传送穿过翼型件以提供翼型件的热传递和冷却的任何冷却介质。

附图说明

下文参照附图详细地描述本发明，在附图中：

图1A是现有技术的燃气涡轮翼型件的透视图；

图1B是现有技术的燃气涡轮导叶的透视图；

图2是图1A中所示的翼型件的截面图；

图3A是根据本发明的实施例的带有冷却通道的翼型件的成角度的透视截面图；