翼型件的製作方法

2023-10-07 13:00:19

專利名稱：翼型件的製作方法
技術領域：
本發明大體涉及一種例如可能在渦輪中使用的翼型件。
背景技術：
渦輪被廣泛用於各種航空、工業和功率生成應用中以做功。每個渦輪通常包括周向安裝的定子導葉和旋轉葉片的交替的級。每個定子導葉和旋轉葉片可包括成形為翼型件的高合金鋼和/或陶瓷材料，並且諸如蒸汽、燃燒氣體或空氣的壓縮的工作流體沿渦輪中的氣體路徑跨(across)定子導葉和旋轉葉片流動。定子導葉將壓縮的工作流體加速並導向至旋轉葉片的後續級上以賦予旋轉葉片運動並做功。與壓縮的工作流體相關聯的高溫可導致定子導葉和/或旋轉葉片的增加的磨損和/或損壞。因此，可以在翼型件內部供應冷卻介質並將其通過翼型件釋放以便為翼型件的外部提供膜冷卻。翼型件中的溝槽(trench)使冷卻介質跨翼型件的外表面均勻分布。然而，改變冷卻介質跨翼型件的外表面的分布的改進的翼型件將是有用的。

發明內容
本發明的方面和優點在下面的描述中提出，或者可由該描述顯而易見，或者可通過實施本發明來了解。本發明的一個實施例是一種包括內表面和與內表面相對的外表面的翼型件。外表面包括壓力側、與壓力側相對的吸力側、在壓力側和吸力側之間的滯止(stagnation)線、以及在壓力側和吸力側之間以及滯止線下遊的後緣。一個或多個溝槽段在外表面上，並且每個溝槽段中的單冷卻通道提供從內表面到外表面的流體連通。本發明的另一個實施例是一種包括平臺和連接到平臺的外表面的翼型件。一個或多個溝槽段在外表面上，並且每個溝槽段中的單冷卻通道將冷卻介質供應至外表面。在又一實施例中，翼型件包括內表面和與內表面相對的外表面。外表面包括壓力偵U、與壓力側相對的吸力偵彳、在壓力側和吸力側之間的滯止線、以及在壓力側和吸力側之間以及滯止線下遊的後緣。一個或多個溝槽段在壓力側、吸力側、滯止線或後緣中的至少一個上，並且在每個溝槽段中的單冷卻通道提供從內表面到外表面的流體連通。本發明的另一個實施例是一種包括內表面和與內表面相對的外表面的翼型件，其中外表面包括壓力側、與壓力側相對的吸力側、在壓力側和吸力側之間的滯止線、以及在壓力側和吸力側之間及滯止線下遊的後緣。平臺或側壁中的至少一個鄰近外表面。一個或多個溝槽段在平臺或側壁上，並且單冷卻通道在每個溝槽段中。通過閱讀說明書，本領域的普通技術人員將更好地理解這些實施例的特徵和方面及其它。


在說明書的其餘部分中參考附圖更具體地描述了本發明的全面並能夠實施的公開，包括對於本領域技術人員來說的最佳模式，在附圖中:
圖1是根據本發明的一個實施例的翼型件的透視 圖2是圖1所示翼型件沿線A— A截取的軸向剖視 圖3是圖1所示翼型件沿線B— B截取的徑向剖視 圖4是根據本發明的第二實施例的翼型件的透視 圖5是根據本發明的第三實施例的翼型件的透視圖；以及 圖6是圖5所示翼型件沿線C一C截取的徑向剖視圖。部件列表 10翼型件 12平臺
16內表面 18外表面 20壓力側 22吸力側 24滯止區域 26後緣 30徑向長度 32軸向長度 40溝槽段 42 壁
46溝槽段(較長)
50單冷卻通道 52第一分段 54第二分段 56冷卻通道。
具體實施例方式現在將詳細參照本發明的當前實施例，其一個或多個示例在附圖中示出。詳細描述使用數字和字母標記來指代附圖中的特徵。在附圖和描述中相似或類似的標記用於指代本發明的相似或類似的部件。如本文中所用，術語「第一」、「第二」和「第三」可互換使用以區分一部件與另一部件而並非意圖表示單個部件的位置或重要性。此外，術語「上遊」和「下遊」是指部件在流體路徑中的相對位置。例如，如果流體從部件A流至部件B，則部件A在部件B的上遊。反之，如果部件B接納來自部件A的流體流，則部件B在部件A的下遊。每個示例通過對本發明進行解釋而不是對本發明進行限制的方式提供。實際上，對本領域技術人員而言，顯而易見的是，在不脫離本發明的範圍或精神的情況下，可在本發明中作出修改與變型。例如，作為一個實施例的部分而顯示或描述的特徵可用於另一實施例，以得到又一實施例。因此，本發明意圖包括這樣落入所附權利要求及其等同物的範圍內的修改與變型。圖1提供了根據本發明的一個實施例的翼型件10的透視圖，並且圖2和圖3分別提供了圖1所示翼型件10沿線A— A和B— B截取的軸向剖視圖和徑向剖視圖。翼型件10可例如用作渦輪中的旋轉葉片或固定導葉，以將與壓縮工作流體相關聯的動能轉化為機械能。壓縮的工作流體可以是蒸汽、燃燒氣體、空氣或具有動能的任何其它流體。如圖1至圖3所示，翼型件10通常連接到平臺或側壁12。平臺或側壁12通常用作渦輪內部的氣體路徑的徑向邊界並為翼型件10提供附連點。翼型件10可包括內表面16和與內表面16相對且連接到平臺12的外表面18。外表面通常包括壓力側20和與壓力側20相對的吸力側22。如圖1和圖2所示，壓力側20通常為凹面的，並且吸力側22通常為凸面的，以提供壓縮的工作流體在其上流動的空氣動力學表面。在壓力側20和吸力側22之間的翼型件10的前緣處的滯止線24表示外表面18上通常具有最高溫度的位置。後緣24在壓力側20和吸力側22之間以及滯止線24的下遊。這樣，外表面18形成適於將與壓縮的工作流體相關聯的動能轉化為機械能的空氣動力學表面。外表面18通常包括從平臺12延伸的徑向長度30和從滯止線24延伸至後緣26的軸向長度32。一個或多個溝槽段40在外表面18中徑向和/或軸向延伸，並且每個溝槽段40包括提供從內表面16到外表面18的流體連通的單冷卻通道50。這樣，可以在翼型件10的內部供應冷卻介質，並且冷卻通道50允許冷卻介質流過翼型件10以向外表面18提供月旲冷卻。溝槽段40可位於在翼型件10和/或平臺或側壁12上的任何位置處且可具有一致或變化的長度。此外，溝槽段40可以是直的或弓形的，並可相對於彼此對齊或交錯。例如，如圖1所示，溝槽段40可以在平臺或側壁12、壓力側20和滯止線24上布置成列和/或行。備選地或此外，溝槽段40可位於吸力側22和/或後緣26上。在圖1所示的特定實施例中，每個溝槽段40大致為直的且沿外表面18徑向延伸。此外，相鄰列中的溝槽段40具有不同的長度且相對於彼此交錯，使得在相鄰列中的溝槽段40的端部不一致。這樣，溝槽段40的行彼此重疊以促進流過冷卻通道50的冷卻介質的徑向分布。在備選實施例中，溝槽段40的單冷卻通道50可與具有多於一個冷卻通道50的溝槽段40結合，並且溝槽段40的長度可最多變化至外表面18的整個徑向長度30。如圖2和圖3中最清楚示出地，每個溝槽段40通常包括相對的壁42，其限定在外表面18中的凹陷或凹槽。相對的壁42可以是直的或彎曲的，並且可限定用於溝槽段40的恆定或變化的寬度。相鄰溝槽段40中的單冷卻通道50可彼此對齊或偏移。每個單冷卻通道50可包括終止於內表面16處的第一分段52和終止於外表面18處的第二分段54。第一分段52可具有柱形形狀，並且第二分段54可具有錐形或球形形狀。如圖3所示，第一分段52可相對於第二分段54和/或溝槽段40成角度，以便為流過單冷卻通道50且進入溝槽段40中的冷卻介質提供定向流動。備選地或此外，第二分段54和/或溝槽段40的壁42可以是不對稱的，以便優先地使冷卻介質跨外表面18分布。圖4提供了根據本發明的第二實施例的旋轉葉片10的透視圖。如圖所示，翼型件10也包括此前關於圖1至圖3所述的平臺或側壁12、溝槽段40和單冷卻通道50。在該特定實施例中，溝槽段40是直的且沿外表面18對角地延伸。此外，每個溝槽段40延伸過小於50%的外表面18的徑向長度30和/或軸向長度32，且具有變化的寬度和/或深度。溝槽段40的變化的寬度和/或深度和對角放置改變了冷卻介質跨外表面18的分布。例如，加寬溝槽段40並在其移動離開冷卻通道50時使其更淺可有助於跨外表面18擴散冷卻介質。圖5提供了根據本發明的第三實施例的翼型件10的透視圖，並且圖6提供了圖5所示翼型件10沿線C一C截取的徑向剖視圖。如圖所示，翼型件10也包括此前結合圖1至圖3所述的平臺12、溝槽段40和冷卻通道50。在該特定實施例中，溝槽段40沿外表面18為彎曲或弓形的且具有變化的寬度和/或深度。這樣，彎曲的溝槽段40使通過溝槽段40的冷卻介質流彎曲或轉向。此外，一些溝槽段40延伸過小於50%的外表面18的徑向長度30和/或軸向長度32，且包括單冷卻通道50，如在圖1至圖3中那樣。然而，其它溝槽段46延伸過大於50%的外表面18的徑向長度30和/或軸向長度32，且包括多個冷卻通道56。一個或多個冷卻通道56可相對於溝槽段46成角度以優先地在溝槽段46中導向冷卻介質。具體而言，如圖6中最清楚不出的，一個或多個冷卻通道56中的第一分段52和/或第二分段54可朝溝槽段46的較寬和/或較淺部分成角度。這樣，成角度的冷卻通道58與溝槽段46的變化的寬度和/或深度結合促進了冷卻介質沿外表面18的分布。該書面描述使用示例來公開包括最佳模式的本發明，並且還使本領域任何技術人員能實施本發明，包括製造和使用任何裝置或系統以及執行任何包括在內的方法。本發明的可專利範圍由權利要求所限定，並且可包括本領域技術人員所想到的其它示例。如果這種其它示例包括與所附權利要求的字面語言沒有不同的結構元件，或者如果它們包括與所附權利要求的字面語言無實質差別的等同結構元件，則這種其它示例預期在所附權利要求的範圍內。
權利要求
1.一種翼型件，包括: a.內表面； b.外表面，其與所述內表面相對，其中，所述外表面包括壓力側、與所述壓力側相對的吸力側、在所述壓力側和吸力側之間的滯止線、以及在所述壓力側和吸力側之間且在所述滯止線下遊的後緣； c.一個或多個溝槽段，其在所述外表面上；以及 d.單冷卻通道，其在每個溝槽段中，其中，每個單冷卻通道提供從所述內表面到所述外表面的流體連通。
2.根據權利要求1所述的翼型件，其特徵在於，至少一個溝槽段至少部分地位於在所述壓力側和所述吸力側之間的滯止線上。
3.根據權利要求1所述的翼型件，其特徵在於，至少兩個相鄰溝槽段相對於彼此交錯。
4.根據權利要求1所述的翼型件，其特徵在於，至少兩個相鄰溝槽段具有不同的長度。
5.根據權利要求1所述的翼型件，其特徵在於，至少一個溝槽段為弓形的。
6.根據權利要求1所述的翼型件，其特徵在於，至少一個溝槽段沿所述至少一個溝槽段的長度具有變化的維度。
7.根據權利要求1所述的翼型件，其特徵在於，至少一個溝槽段具有減小的維度，並且在所述至少一個溝槽段中的單冷卻通道朝所述減小的維度成角度。
8.根據權利要求1所述的翼型件，其特徵在於，相鄰溝槽段中的單冷卻通道彼此偏移。
9.根據權利要求1所述的翼型件，其特徵在於，每個單冷卻通道包括終止於所述內表面處的第一分段和終止於所述外表面處的第二分段，並且所述第一分段具有柱形形狀，並且所述第二分段具有錐形或球形形狀。
10.一種翼型件，包括: a.平臺； b.外表面，其連接到所述平臺； c.一個或多個溝槽段，其在所述外表面上；以及 d.單冷卻通道，其在每個溝槽段中，其中，每個單冷卻通道將冷卻介質供應至所述外表面。
11.根據權利要求10所述的翼型件，其特徵在於，還包括在所述外表面上的滯止線，其中，至少一個溝槽段至少部分地位於所述滯止線上。
12.根據權利要求10所述的翼型件，其特徵在於，至少兩個相鄰溝槽段相對於彼此交錯。
13.根據權利要求10所述的翼型件，其特徵在於，至少兩個相鄰溝槽段具有不同的長度。
14.根據權利要求10所述的翼型件，其特徵在於，至少一個溝槽段為弓形的。
15.根據權利要求10所述的翼型件，其特徵在於，至少一個溝槽段沿所述至少一個溝槽段的長度具有變化的維度。
16.根據權利要求10所述的翼型件，其特徵在於，至少一個溝槽段具有減小的維度，並且在所述至少一個溝槽段中的單冷卻通道朝所述減小的維度成角度。
17.根據權利要求10所述的翼型件，其特徵在於，還包括在所述平臺中的平臺溝槽段。
18.根據權利要求10所述的翼型件，其特徵在於，在相鄰溝槽段中的單冷卻通道彼此偏移。
19.根據權利要求10所述的翼型件，其特徵在於，每個單冷卻通道包括具有柱形形狀的第一分段和具有錐形或球形形狀的第二分段。
20.—種翼型件，包括: a.內表面； b.外表面，其與所述內表面相對，其中，所述外表面包括壓力側、與所述壓力側相對的吸力側、在所述壓力側和吸力側之間的滯止線、以及在所述壓力側和吸力側之間且在所述滯止線下遊的後緣； c.溝槽段，其在所述壓力側、吸力側、滯止線或後緣中的至少一個上；以及 d.單冷卻通道，其在所述溝槽段中，其中，所述單冷卻通道提供從所述內表面到所述外表面的流體連通。
21.一種翼型件，包括: a.內表面； b.外表面，其與所述內表面相對，其中，所述外表面包括壓力側、與所述壓力側相對的吸力側、在所述壓力側和吸力側之間的滯止線、以及在所述壓力側和吸力側之間且在所述滯止線下遊的後緣； c.平臺或側壁中的至少一個，其鄰近所述外表面； d.一個或多個溝槽段，其在所述平臺或側壁上；以及 e.單冷卻通道，其在每個溝槽段中。
全文摘要
本發明涉及一種翼型件。更具體而言，一種翼型件包括平臺和連接到平臺的外表面。多個溝槽段在外表面上，並且在每個溝槽段中的單冷卻通道將冷卻介質供應至外表面。
文檔編號F01D9/02GK103206261SQ20131000983
公開日2013年7月17日 申請日期2013年1月11日 優先權日2012年1月13日
發明者B.P.萊西 申請人:通用電氣公司