[发明专利]带有膜孔的用于涡轮发动机的构件

说明书

技术领域

涡轮发动机且特别是燃气或燃烧涡轮发动机是从穿过发动机到多个旋转涡轮叶片上的燃烧气体的流获得能量的旋转发动机。

背景技术

发动机效率随燃烧气体的温度而提高。然而，燃烧气体沿其流动通路加热各种构件，这继而又需要其冷却来实现长发动机寿命。通常，热气体通路构件通过来自压缩机的放出空气冷却。该冷却过程降低发动机效率，因为放出空气未用于燃烧过程。

涡轮发动机冷却技术很成熟，且包括针对各种热气体通路构件中的冷却回路和特征的各种方面的许多专利。例如，燃烧器包括需要在操作期间冷却的径向外衬套和内衬套。涡轮喷嘴包括支承在也需要冷却的外带与内带之间的中空导叶。涡轮转子叶片是中空的，且通常包括其中的冷却回路，其中叶片由涡轮护罩包绕，其也需要冷却。热燃烧气体通过排气口排出，排气口也可有内衬且被适当地冷却。

在所有这些示例性涡轮发动机构件中，通常使用高强度超级合金金属的薄金属壁以用于提高的耐用性，同时最小化对其冷却的需要。各种冷却回路和特征针对发动机中的其对应环境中的这些独立构件定制。此外，所有这些构件通常包括共同的成排膜冷却孔。

典型的膜冷却孔是穿过加热壁成浅角倾斜的圆柱形开孔，以用于沿壁的外表面排出冷却空气的膜，以相对于操作期间来自热燃烧气体的流提供隔热。膜在壁外表面上成浅角排出以最小化非期望的吹出的可能性，吹出将导致流分离和膜冷却有效性的损失。

膜孔的入口与出口之间的几何关系可影响发动机效率和翼型件冷却。

发明内容

在一个方面，实施例涉及用于涡轮发动机的发动机构件，其生成热燃烧气流，且提供冷却流体流，包括：将热燃烧气流与冷却流体流分离且具有连同热流动通路中的热燃烧气流的热表面和面向冷却流体流的冷表面的壁，以及至少一个膜孔，其具有带有设在冷表面上的计量区段、流体地联接至计量区段且具有设在热表面上的出口的圆锥形区段，出口相比入口具有不同的截面形状和截面区域，其中计量区段相对于圆锥形区段定向成使得位于计量区段的外表面上的表面线平行于计量区段的中心线且切向地交叉并且位于圆锥形区段的外表面上。

在另一方面，实施例涉及用于涡轮发动机的发动机构件，其生成热燃烧气流，且提供冷却流体流，包括：将热燃烧气流与冷却流体流分离且具有连同热流动通路中的热燃烧气流的热表面和面向冷却流体流的冷表面的壁，以及至少一个膜孔，其具有带有设在冷表面上的计量区段、流体地联接至计量区段且具有设在热表面上的出口的圆锥形区段，出口相比入口具有较大的截面区域，其中沿其中心线投影的入口截面区域完全位于沿相同中心线投影的出口截面区域内。

技术方案1. 一种用于涡轮发动机的发动机构件，其生成热燃烧气流，且提供冷却流体流，包括：

壁，所述壁将所述热燃烧气流与所述冷却流体流分离且具有所述热燃烧气流沿其流动的热表面和面向所述冷却流体流的冷表面；以及

至少一个膜孔，其具有带有设在所述冷表面上的入口的计量区段、流体地联接至所述计量区段且具有设在所述热表面上的出口的圆锥形区段，所述出口相比所述入口具有不同的截面形状和截面区域，其中所述计量区段相对于所述圆锥形区段定向成使得位于所述计量区段的外表面上的表面线平行于所述计量区段的中心线且切向地交叉并且位于所述圆锥形区段的外表面上。

技术方案2. 根据技术方案1所述的发动机构件，其中，所述圆锥形区段的中心线与所述计量区段的中心线不同轴。

技术方案3. 根据技术方案2所述的发动机构件，其中，所述入口的截面形状是圆。

技术方案4. 根据技术方案3所述的发动机构件，其中，所述出口的截面形状是椭圆的。

技术方案5. 根据技术方案3所述的发动机构件，其中，所述出口的截面形状是三角形。

技术方案6. 根据技术方案5所述的发动机构件，其中，所述三角形是鲁洛三角形。

技术方案7. 根据技术方案1所述的发动机构件，其中，所述计量区段和所述圆锥形区段的外表面的仅一部分沿其整个范围共线。

技术方案8. 根据技术方案7所述的发动机构件，其中，在沿所述入口中心线穿过所述出口看时，所述入口完全位于所述出口内。

技术方案9. 根据技术方案1所述的发动机构件，其中，所述发动机构件还包括翼型件的前缘，且所述至少一个膜孔位于所述前缘内。

技术方案10. 根据技术方案1所述的发动机构件，其中，在沿所述入口中心线穿过所述出口看时，所述入口完全位于所述出口内。

技术方案11. 根据技术方案1所述的发动机构件，其中，所述圆锥形区段从所述计量区段立即延伸。