具有改進的冷卻的翼型件的制作方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種用于燃氣渦輪的翼型件，其包括形成在翼型件的內冷卻通道中的改進的湍流器布置。
【背景技術】
[0002]如公知的，燃氣渦輪或大體上構造成借助于精心制作熱氣流來獲得有用功的機器包括配置成用于此類功能的構件如翼型件。在機器操作期間，翼型件需要冷卻，以便將它們的零件的溫度保持在可接受極限內。出于該原因，翼型件大體上包括沿縱向延伸的內部通道或導管，其構造成接收冷卻空氣。通常，翼型件包括以蛇線型構造連接于彼此的多個內通道。具體而言，冷卻空氣進入在第一通道中的冷卻回路中，其位于前緣附近，該前緣為具有高外部熱負載的翼型件的部分，并且通過冷卻通道離開回路，該冷卻通道繼而位于后緣附近。
[0003]在通道內，湍流促進器或湍流器為如下器件，該器件通常配置成以便在冷卻通道的內壁附近生成湍流，因此加強了冷卻流與翼型件之間的熱交換，并且因此改進了冷卻性會K。
[0004]湍流器大體上以設置在冷卻通道的內壁上的肋條形元件的形式提供。
[0005]影響翼型件與冷卻流體之間的熱交換的參數中的一個為形成在沿著翼型件的縱軸線的冷卻空氣流的方向與湍流器之間的角。對于具有直縱軸線的翼型件，肋條保持沿垂直軸線恒定傾斜，并且此類角在整個冷卻通道上是恒定的。
[0006]然而，為了改進渦輪效率，翼型件可為三維形的，意思是其縱軸線可彎曲并且偏離垂直軸線，該垂直軸線為構件設計軸線，并且其大體上涉及燃氣渦輪的放置。此類曲率通常主要在翼型件的前緣部分附近最顯著。
[0007]因此，以相對于垂直軸線的固定傾斜來沿冷卻通道的內壁布置肋條導致了較弱的冷卻性能，因為其中縱軸線彎曲的區域特征在于由肋條和冷卻空氣流的方向形成的角的減小。如上文指出的，此類角為用于冷卻系統的效率的驅動參數。
[0008]此外，仍根據已知翼型件，為用于熱傳遞的另一個驅動參數的隨后的肋條之間的距離或肋條與肋條的節距沿垂直軸線保持恒定。類似地，對于具有3D彎曲形狀的翼型件的此類已知幾何形狀導致了通常稱為P的肋條與肋條節距的變化。具體而言，這導致了甚至更高的節距，并且關于有效肋條角，進一步減小了那些被影響的區中的熱傳遞。
[0009]因此，標準設計途徑提供了特別用于具有彎曲輪廓的翼型件的不足冷卻。此外，標準途徑導致沿彎曲導管的不均一的冷卻，因為在具有最彎曲形狀的區域中，熱傳遞相比于直部分較低。
[0010]用于標準設計的可能的對策將為增加冷卻空氣消耗。然而，配置在冷卻導管內的湍流器的幾何形狀將仍相同，并且因此這將導致相比于直部分的3D形狀區域中的較低冷卻性能，并且沿導管的不均一的冷卻將仍存在。此外，增加冷卻空氣流，這將翼型件的彎曲部分中的金屬溫度保持在預定值內，將不可避免地降低渦輪效率和功率。

【發明內容】

[0011]本發明的目的在于通過提供如獨立權利要求1中大致限定的創新翼型件來解決前述技術問題。
[0012]優選實施例在對應的從屬權利要求中限定。
[0013]根據本發明的優選實施例，其將僅出于示范而非限制的目的在以下詳細描述中描述，以便確保通道內的冷卻流關于各個湍流器的恒定角，形成在湍流器與垂直軸線之間的角在彎曲區域中有利地針對每個湍流器改變。此外，相同原理可應用于翼型件內出現的所有冷卻通道。
[0014]此外，根據本發明的優選實施例，兩個隨后的湍流器之間的相對傾斜的最大變化將不超過3°，因為否則肋條的前緣與后緣處的節距之間的較高變化將導致較低冷卻性能。
[0015]最后，隨后的湍流器之間的距離或節距改變成使節距保持沿冷卻流動路徑恒定，同時沿垂直軸線變化。
【附圖說明】
[0016]本發明的前述目的和所附優點中的許多個在其通過參照連同附圖進行時的以下詳細描述而變得更好理解時變得更容易認識到，在該附圖中:
圖1為根據本發明的用于燃氣渦輪的翼型件的透視圖；
圖2為圖1的翼型件的截面視圖；
圖3和4示意性地示出了具有根據本發明的湍流器布置(左側)對根據現有技術的布置(右側)的翼型件的截面視圖；
圖5示意性地強調了根據本發明的包括湍流器布置的翼型件的優選實施例；以及圖6示出了根據本發明的翼型件的側向截面視圖。
【具體實施方式】
[0017]參照圖1，其示出了用于燃氣渦輪的根據本發明的翼型件的外部視圖，該翼型件大體上以附圖標記I表示。翼型件I包括內部冷卻回路(圖1中不可見)，其具有用于在其結構內吹送冷卻流體(其通常是從發動機的壓縮機放出的空氣)的入口 11，以及作為冷卻回路的端部處的出口的壓力側放出部12。
[0018]接下來參照圖2，示出了翼型件I的橫截面。具體而言，圖2的橫截面展現出以蛇線型構造連接于彼此的內冷卻通道2，21和22的存在。內通道2位于翼型件的前緣部分附近，而內通道22位于翼型件I的后緣附近。內通道21為定位在通道2與通道22之間的中間通道。將認識到的是，翼型件還可包括不同類型的冷卻回路，其甚至可僅包括一個冷卻通道。
[0019]從現在起將參照前緣內通道2，但將認識到的是，相同描述將適用于冷卻回路的每個通道。如附圖中可見，冷卻通道2限定縱軸線a，并且包括第一下部(其可附接于未繪出的燃氣渦輪的轉子體)和上部。具體而言，下部為大致直的，并且沿所述部分的縱軸線a與垂直軸線z大致對準，大體上關于與燃氣渦輪的設計軸線相關的垂直方向。不同地，上部在其三維發展中扭轉，并且所述部分中的縱軸線a顯著地偏離垂直軸線z，如在附圖中清楚地可見。為了在冷卻通道內生成湍流并且促進冷卻流與翼型件之間的熱交換，多個沿縱向間隔開的湍流器沿通道提供。作為非限制性實例，將參照隨后的湍流器51和52，如在附圖中指出。在該優選實施例中，湍流器以肋條形狀元件的形式提供。然而，可考慮其它形狀。
[0020]現在參照圖3的左側，示意性地示出了根據現有技術的沿冷卻通道的肋條形元件或肋條的典型布置。具體而言，肋條設置成相對于垂直軸線z恒定傾斜。然而，通道的上部扭轉，并且因此縱軸線a偏離其。由于通道內放出的冷卻流沿著由導管的縱軸線a限定的方向，故此類布置導致具有流與通