非对称成形的后缘冷却孔的制作方法
【专利摘要】一种涡轮翼型件(12)包括压力侧壁和吸力侧壁(42,44)，它们沿着从基部(34)至顶端(36)的翼展(S)延伸。压力侧壁(42)中的沿翼展方向间隔开的后缘冷却孔(30)终止于相对应的沿翼展方向间隔开的后缘冷却槽口(66)处，后缘冷却槽口(66)沿弦向基本延伸至后缘(TE)。各个冷却孔(30)包括穿过通向槽口(66)的一个或多个非对称的中间段(101)的非对称的流动横截面(74)。流动横截面(74)相对于中间平面(75)是非对称的，中间平面沿轴向且沿翼展方向穿过中间段(101)而延伸。不同的后缘冷却孔(30)可包括不同的非对称的流动横截面(74)。槽脊(50)可在冷却槽口(66)之间延伸。隆起底面(88)可远离压力侧壁或吸力侧壁(42,44)中的至少一个而延伸，至少部分地穿过一个或多个非对称的中间段(101)且可选地至少部分地穿过冷却槽口(66)。隆起底面(88)可包括上斜坡和下斜坡(90,94)和在斜坡(90,94)之间的平坦的过渡段(92)。
【专利说明】非对称成形的后缘冷却孔
[0001]相关申请的交叉引用
本申请要求享有于2012年5月9日提交的题名为“非对称成形的后缘冷却孔”的美国临时专利申请N0.61/645/008的优先权，其公开通过引用而结合在本文中。
【技术领域】
[0002]本发明大体涉及燃气涡轮发动机涡轮翼型件冷却，并且更具体地说，涉及通向后缘冷却槽口的涡轮翼型件后缘冷却孔。
【背景技术】
[0003]在燃气涡轮发动机中，空气在压缩机中进行压缩，并在燃烧器中与燃料进行混合，以用于产生热的燃烧气体。热的气体被引导穿过涡轮的各个级，涡轮从中抽取能量，以用于驱动压缩机和做功，例如在典型的飞机涡轮风扇发动机应用中驱动上游风扇。
[0004]涡轮级包括固定的涡轮喷嘴，其具有一排空心的导叶，导叶将燃烧气体引导至相对应的从支承性转子盘沿径向向外延伸的一排转子叶片中。导叶和叶片具有相对应的空心的翼型件，翼型件里面具有相对应的冷却回路。
[0005]冷却空气典型地是从燃烧过程转移过来的压缩机排出空气，并从而降低了发动机的总效率。为了最大限度地增加发动机的效率，必须最大限度地减小冷却空气的数量，但尽管如此，必须使用足够的冷却空气来充分地冷却涡轮翼型件，以便最大限度地增加其在运行期间的有效寿命。各个翼型件包括大体凹入的压力侧壁和相对的大体凸起的吸力侧壁，它们沿着从翼型件基部至翼型件顶端的翼展沿纵向或沿径向向外延伸，并且沿轴向在弦向方向上在前缘和后缘之间延伸。对于涡轮叶片，翼型件翼展从径向内侧平台处的根部延伸至与周围涡轮护罩间隔开的径向外侧顶端。对于涡轮导叶，翼型件从与径向内带构成整体的根部延伸至与外带构成整体的径向外侧顶端。
[0006]各个涡轮翼型件的厚度最初还在前缘后面增加，然后厚度向相对较薄的或尖锐的后缘减小，在后缘处，压力侧壁和吸力侧壁连接在一起。翼型件较宽的部分具有足够的内部空间，用于容纳各种形式的内部冷却回路和紊流器，以便增强翼型件内部的热传递冷却，而相对较薄的后缘具有相对有限的内部冷却空间。
[0007]各个翼型件典型地包括各种穿过其侧壁而延伸成排的薄膜冷却孔，其从内部回路排出使用过的冷却空气。薄膜冷却孔典型地在向后方向朝着后缘倾斜，并且在翼型件的外表面上产生冷却空气薄膜，其为抵抗在运行期间在翼型件表面上流过的热的燃烧气体提供了用于额外保护的隔热气毯。
[0008]薄的后缘典型地受到一排后缘冷却孔的保护，后缘冷却孔在后缘上游的破口(breakout)不远处突破压力侧壁，以将薄膜冷却空气排出到后缘冷却槽口中。各个后缘冷却孔在压力侧中具有出口孔，其开始于破口处，并且在径向方向上可由或不由沿轴向延伸的间壁的后端处暴露的槽脊来界定边界，沿轴向延伸的间壁限定了冷却槽口。
[0009]轴向间壁可与翼型件的压力侧和吸力侧整体地成形，并且自身必须通过由其限定的冷却槽口所排出的空气进行冷却。间壁典型地在向后方向上朝着后缘收敛，使得冷却槽口朝着后缘以浅发散角进行发散，这促进了排出的冷却空气进行扩散，而沿着间壁的侧部很少有(如果有的话)流分离。
[0010]后缘冷却槽口的空气动力学性能和冷却性能直接与冷却槽口和中间间壁的具体配置相关。冷却槽口的流动面积调节通过冷却槽口排出的冷却空气的流量，并且冷却槽口的几何结构影响其冷却性能。
[0011]冷却槽口的发散角或扩散角可使排出的冷却空气出现不符合要求的流分离，这将降低排出空气的性能和冷却效率。这还增加了损失，这对涡轮效率产生负面影响。直接位于单独的冷却槽口下面的薄后缘的部分通过排出的冷却空气进行有效地冷却，其中在间壁的后端，排出的空气还分布在中间的暴露的槽脊上。槽脊是与吸力侧壁整体成形的压力侧壁的实心部分，并且必须依赖于从相邻的后缘冷却槽口排出的空气进行冷却。
[0012]尽管这些出口槽脊具有小的尺寸且后缘冷却槽口具有显著的冷却性能，但是在燃气涡轮发动机的恶劣环境中，由于其高的运行温度，涡轮翼型件的薄的后缘典型地限制了那些翼型件的寿命。
[0013]冷却空气对涡轮流道中的主流气体的压力比典型地在后缘是最高的，所以将冷却流调节至所需水平通常是困难的。薄膜冷却效率必须在槽口底面或露台和槽脊上都足够高，以保持可接受的金属温度。这对于槽脊是极大的挑战，槽脊必须依赖于侧向冷却流迁移，以达到顶表面。
[0014]因此，需要提供一种涡轮翼型件，其具有改进的后缘冷却和冷却槽口，以改善翼型件耐用性和发动机性能。还需要最大限度地减小用于后缘冷却的冷却流，从而最大限度增加涡轮和发动机的燃料效率。还需要提供一种冷却空气计量方法，从而最大限度地减小槽口的冷却孔出口的吹送比，以便在与槽脊边缘有良好的流对准以及有较小的槽脊面积的条件下，保持良好的槽口底面薄膜效率、低的冷却流和在槽脊上的冷却薄膜效率。
【发明内容】
[0015]一种燃气涡轮发动机涡轮翼型件(12)包括沿横向间隔开的压力侧壁和吸力侧壁(42，44)，它们沿着从翼型件基部(34)至翼型件顶端(36)的翼展(S)向外延伸，并且沿弦向(C)在相反的前缘和后缘(LE，TE)之间延伸。在压力侧壁和吸力侧壁(42，44)之间包在翼型件(12)中的沿翼展方向成排(13)的沿翼展方向间隔开的后缘冷却孔(30)终止于相对应的沿翼展方向间隔开的后缘冷却槽口(66)处，后缘冷却槽口沿弦向基本延伸至后缘(TE)。各个冷却孔(30)包括通向后缘冷却槽口(66)的一个或多个非对称的中间段(101)，以及非对称的流动横截面(74)。非对称的流动横截面(74)相对于中间平面(75)是非对称的，中间平面沿轴向和沿翼展方向穿过一个或多个非对称的中间段(101)而延伸。
[0016]排(13)中不同的翼型件(12)后缘冷却孔(30)可包括不同的非对称的流动横截面(74)。至少一个隆起底面(88)可远离压力侧壁或吸力侧壁(42，44)中的一个或两者而延伸，并且在一个或多个非对称的中间段(101)中向下游(D)延伸且至少部分地穿过一个或多个非对称的中间段(101)，或者在一个或多个非对称的中间段(101)中向下游(D)延伸且至少部分地穿过一个或多个非对称的中间段(101)并且至少部分地穿过冷却槽口(66)。隆起底面(88)按照下游串联关系可包括上斜坡(90)、下斜坡(94)和位于上斜坡和下斜坡(90，94)之间的平坦的过渡段(92)。
[0017]翼型件(12)可还包括设置在沿翼展方向相邻的后缘冷却槽口 ￠6)之间的槽脊
(50)以及在槽脊(50)之间位于后缘冷却槽口(66)中的槽口底面(51)。槽脊(50)可围绕各个冷却槽口(66)而与压力侧壁(42)的外表面(43)共面或齐平。
[0018]各个冷却孔30可按照下游(D)串联冷却流关系包括冷却孔(30)的入口(70)、一个或多个非对称的中间段(101)以及后缘冷却槽口(66)和上斜坡(90)。
[0019]一个或多个非对称的中间段(101)可为单个中间段(101)以及包括非对称的流动横截面(74)的计量段(100)。
[0020]翼型件(12)的一个实施例可包括冷却孔(30)的入口(70)，并且一个或多个非对称的中间段(101)可包括计量段(100)和发散段(102)。各个冷却孔30按照下游(D)串联冷却流关系包括入口(70)、计量段(100)和发散段(102)。至少一个隆起底面(88)可远离压力侧壁或吸力侧壁(42，44)中的一个或两者而延伸，并且在计量段(100)中向下游(D)延伸且至少部分地穿过计量段并且至少部分地穿过发散段(102)。或者隆起底面(88)可在计量段(100)中向下游(D)延伸且至少部分地穿过计量段，穿过发散段(102)且至少部分地穿过冷却槽口(66)。
【专利附图】
【附图说明】
[0021]在以下描述中结合附图来解释本发明的前述方面和其它特征，其中:
图1是涡轮导叶和转子叶片翼型件的一个示例性实施例的纵向截面图，翼型件具有非对称成形的冷却孔，冷却孔在沿翼展方向间隔开的后缘冷却槽口上达到顶点。
[0022]图2是图1中所示叶片的放大图。
[0023]图3是通向图2中所示的后缘冷却槽口的冷却孔的压力侧截面图。
[0024]图4是通过图3中的4-4得到的后缘孔边缘冷却孔和槽口中的一个的横截面示意图。
[0025]图5是图3中所示的后缘冷却孔和槽口的上游透视图。
[0026]图6是通过图3中的6-6得到的恒定宽度的计量段中的非对称的流动横截面的横截面示意图。
[0027]图7是通过图3中的6-6得到的恒定宽度的计量段中的非对称的流动横截面的第一备选横截面不意图。
[0028]图8是通过图3中的6-6得到的恒定宽度的计量段中的非对称的流动横截面的第二备选横截面示意图。
[0029]图9是通过图3中的6-6得到的恒定宽度的计量段中的非对称的流动横截面的第三备选横截面示意图。
[0030]图10是通过图3中的6-6得到的恒定宽度的计量段中的非对称的流动横截面的第四备选横截面示意图。
[0031]图11是通过图3中的6-6得到的恒定宽度的计量段中的非对称的流动横截面的第五备选横截面示意图。
[0032]图12是从图3中所示的冷却孔延伸到槽口中的隆起底面的透视图。
[0033]图13是非对称的冷却孔的压力侧截面图，冷却孔具有发散段，发散段通向图2中所示的后缘冷却槽口。
【具体实施方式】
[0034]在图1中显示了一种示例性的燃气涡轮发动机高压涡轮级10，其限定成围绕发动机中心轴线8，并且定位在燃烧器20和低压涡轮(LPT) 24之间。燃烧器20使燃料与压缩空气混合，用于产生热的燃烧气体19，燃烧气体19穿过涡轮而流向下游D。
[0035]高压涡轮级10包括位于高压涡轮(HPT) 22上游的涡轮喷嘴28，通过该涡轮喷嘴将热的燃烧气体19排出到燃烧器20中。这里所示的高压涡轮22的示例性实施例包括至少一排沿周向间隔开的高压涡轮叶片32。各个涡轮叶片32包括与平台14和轴向入口鸠尾榫16整体成形的涡轮翼型件12，轴向入口鸠尾榫16用于将涡轮叶片安装在支承的转子盘17的周边上。
[0036]参照图2，翼型件12沿着从叶片平台14上的翼型件基部34至翼型件顶端36的翼展S沿径向向外延伸。在运行期间，在发动机中产生热的燃烧气体19，并且热的燃烧气体19向下游D流过涡轮翼型件12，涡轮翼型件从中抽取能量，用于使支承叶片的盘旋转，从而驱动压缩机(未显示)。在运行期间，压缩空气18的一部分经过合适的冷却，并被引导至叶片，以用于其冷却目的。
[0037]翼型件12包括沿横向间隔开的大体凹入的压力侧壁42和凸起的吸力侧壁44。压力侧壁42和吸力侧壁44沿纵向或径向向外沿着从翼型件基部34至翼型件顶端36的翼展S延伸。侧壁还沿轴向在弦向方向C上，在相对的前缘LE和后缘TE之间延伸。翼型件12是空心的，其中压力侧壁42和吸力侧壁44沿横向或侧向在前缘LE和后缘TE之间间隔开，从而在其中限定内部冷却空腔或回路54，以便在运行期间使加压的冷却空气或冷却剂流52循环。加压的冷却空气或冷却剂流52来自从压缩机分流的加压空气18的一部分。
[0038]涡轮翼型件12在宽度W方面或者沿横向从前缘LE增加至其后部的最大宽度，然后收敛至相对较薄的或尖锐的后缘TE。内部冷却回路54的尺寸因此随翼型件的宽度W而变化，并且在后缘TE的前面不远处相对较薄，在此处两个侧壁整体地连接在一起，并形成翼型件12的薄的后缘部分56。沿翼展方向间隔开的后缘冷却槽口 66设于翼型件12的这个薄的后缘部分56处或其附近，以便冷却它。
[0039]参照图3，一排38沿翼展方向间隔开非对称的后缘冷却孔30被包在或埋置和成形于翼型件12中，位于压力42和吸力侧壁44之间，终止于相对应的沿翼展方向间隔开的后缘冷却槽口 66处。后缘冷却槽口 66沿弦向基本延伸至后缘TE。后缘冷却孔30沿着后缘TE的翼展S进行设置，以便与内部冷却回路54保持流连通，用于在运行期间从中排出冷却剂流52。
[0040]在图3中更具体地显示了后缘冷却孔30。各个冷却孔30按照下游D串联冷却流关系包括入口 70、通向后缘冷却槽口 66的一个或多个非对称的中间段101。图3中所示的冷却孔30的实施例具有向下游D收敛的或喇叭口形状的弯形入口 70。图3中所示的冷却孔30的实施例具有单个中间段101，其是具有非对称的恒定面积的流动横截面74的计量段100。冷却孔30为槽口供给冷却空气或冷却剂流52。后缘冷却槽口 66开始于计量段100的下游端69处的破口 58，并且这里所示的实施例是沿翼展方向发散的。冷却孔30沿着翼展S通过相对应的轴向间壁68而彼此沿径向分隔开，间壁向下游D朝着后缘TE延伸。弯形入口 70这里显示为向下游收敛的或更具体地说喇叭口形状的入口。
[0041]入口 70被限定在间壁68的前端72上和其之间。间壁68包括半圆形的前端72，其具有直径73，该直径限定了喇叭口入口 70。各个冷却孔30沿着轴向间壁68中的相对应的相邻成对的上间壁25和下间壁26包括沿翼展方向间隔开的上孔表面46和下孔表面48。如图3中所示，孔30的沿翼展方向的高度H被限定在轴向间壁68中的上间壁25和下间壁26的上孔表面46和下孔表面48之间。入口 70、计量段100和后缘冷却槽口 66具有分别如图3中所示的向下游延伸的第一长度L1、第二长度L2和第三长度L3。
[0042]参照图3-5，孔30的孔最大宽度MW相应地在孔30中被限定在压力侧壁42和吸力侧壁44的压力侧壁表面39和吸力侧壁表面40之间，如图4中所示。后缘冷却槽口 66包括槽口底面51，其是开放的并暴露于穿过高压涡轮22的热的燃烧气体19中。槽口底面51沿着吸力侧壁44而延伸达整个第三长度L3。
[0043]轴向间壁68的相邻成对的上间壁25和下间壁26以及压力侧壁42和吸力侧壁44沿翼展方向限定了孔30的边界。参照图6和图7，冷却孔30具有非对称的流动横截面74，其可大体是沿翼展方向伸长的，并且沿翼展方向的高度H基本上大于孔最大宽度MW。冷却孔30可具有在大约2:1至10:1 (见图4-10)范围内的示例性的高度对最大宽度比H/MW。压力侧壁42和吸力侧壁44的压力侧壁表面39和吸力侧壁表面40分别沿横向限定了孔30的边界。
[0044]在非对称的冷却孔30内部是隆起底面88，其在计量段100中提供了非对称的恒定面积的流动横截面74。恒定面积的流动横截面74相对于中间平面75是非对称的，中间平面如图4-11中所示沿轴向和沿翼展方向穿过冷却孔30的一个或多个非对称的中间段101而延伸。隆起底面88向下游D延伸，开始于入口 70，并至少部分地穿过计量段100，并且如图12中所示可至少部分地穿过冷却槽口 66而延伸。隆起底面88按照下游串联关系包括位于入口 70中的上斜坡90、位于计量段100的末端的下斜坡94、以及在计量段100中处于上斜坡90和下斜坡94之间的平坦的过渡段92，过渡段92提供了非对称的恒定面积的流动横截面74。如图12中所示，包括下斜坡94的隆起底面88可延伸到后缘冷却槽口 66中。
[0045]参照图4，隆起底面88远离吸力侧壁44的吸力侧壁表面40而隆起或延伸，如图4中所示，或者远离压力侧壁42的压力侧壁表面39而隆起或延伸。上斜坡90向上倾斜，并在计量段100的末端处从吸力侧壁表面40向下游D延伸。下斜坡94向下倾斜，并向下游D从过渡段92延伸至后缘TE。图4中所示的冷却孔30的实施例在冷却孔30中具有固定的或恒定的最大宽度MW，并且压力侧壁表面39和吸力侧壁表面40在冷却孔30的整个第二长度LI，L2中平行。在冷却孔30的整个入口 70和计量段100以及它们相对应的第一长度LI和第二长度L2中，压力侧壁表面39都是平坦的或平直的。在冷却孔30的这个实施例中，在冷却孔30的整个入口 70和计量段100和它们相对应的第一长度LI和第二长度L2中，吸力侧壁表面40都是平坦的或平直的。槽口底面51与孔30中的吸力侧壁表面40是共面的。
[0046]冷却孔30的计量段100通向后缘冷却槽口 66，后缘冷却槽口 66在后缘TE前面或上游间隔开的破口唇部49处突破压力侧壁42的外表面43。各个后缘冷却槽口 66沿径向或沿翼展方向由暴露的槽脊50来界定边界，槽脊50形成了相对应的间壁68的后端，其中间壁的前端从相对应的破口唇部49向前或向上游朝着前缘延伸。图4中实线所示的槽脊50的一个实施例围绕各个暴露的冷却槽口 66与压力侧壁42的外表面43是共面的或齐平的，包括在它们之间沿径向延伸的公共破口唇部49。这最大限度增加了翼型件的压力侧的流动连续性。
[0047]参照图5，槽口表面60在槽脊50和槽口底面51之间沿横向延伸。位于槽口表面60和槽口底面51之间的槽口转角64中的圆角62具有圆角半径RF，其可与计量段100的流动横截面74的底部转角半径RT在底部转角半径RT附近基本相同尺寸。圆角半径RF有助于后缘冷却槽口 66的铸造性。圆角半径RF有助于通过将在后缘冷却槽口中的冷却剂流52从槽口底面51重新分布至槽脊50上而改善槽脊50的冷却，从而使冷却剂流52薄膜更均匀地覆盖在槽口底面51和槽脊50上。
[0048]图4中的虚线所示的槽脊50的另一实施例包括槽脊50，其围绕各个暴露的冷却槽口 66与压力侧壁42的外表面43不是共面的或齐平的。这些较短的槽脊50朝着槽口底面51成更大角度，且更远离压力侧壁42的外表面43。槽脊50可远离外表面43以在0_5度之间的范围内的槽脊角度A3成角度，并且槽脊50可在后缘TE上游与槽口底面51相交。翼型件的这个较短的槽脊实施例还包括露台130，其则为槽口底面51提供了结构和表面。露台130沿弦向或向下游从冷却孔30的计量段100经过槽口底面51而基本延伸至后缘TE。
[0049]在图6和图7中显示了冷却孔30中的计量段100的非对称的流动横截面74。图6中所示的隆起底面88从压力侧壁42的压力侧壁表面39隆起。图7中所示的隆起底面88从吸力侧壁44的吸力侧壁表面40隆起。冷却孔30具有非对称的横截面孔面积AH，并且隆起底面88具有横截面隆起底面面积AP。在隆起底面88和冷却孔30之间的流动横截面74具有流动截面积AF，其等于在孔面积AH和隆起底面面积AP之差。在图8，9和10中显示了其它示例性的非对称的流动横截面74。图10中所示的计量段100的非对称的流动横截面74具有中间段71和上部隆起底面88U和下部隆起底面88L以及隆起底面上部面积APl和隆起底面下部面积AP2。
[0050]图6-10中所示的流动横截面74的实施例大体可被描述为具有位于中间段124的远端122处的两个或多个凸瓣120，中间段124可为相对较窄的矩形中间段124。图11中所示的流动横截面74的实施例具有三个凸瓣120。流动横截面74的高度H在计量段100的整个长度上增加。
[0051]在这排38沿翼展方向间隔开的非对称的后缘冷却孔30中的不同的非对称的后缘冷却孔30在非对称的中间段101中可具有相对应的不同的非对称的流动横截面74。这容许翼型件22和后缘TE的冷却适应局部的加热和冷却要求。
[0052]冷却孔30、后缘冷却槽口 66和槽脊50是铸造的冷却特征。铸造这些特征为翼型件和叶片及导叶提供了良好的强度、低的制造成本和耐用性。非对称成形的流动横截面74提供了良好的冷却流特征，这减少了冷却翼型件所需要的冷却剂流52的数量。底部转角半径RT有助于这些冷却特征的良好的冷却、可铸造性和强度，并且特别有助于冷却槽脊50，因而减少了所使用的冷却剂流52的数量。
[0053]在图13中显示了后缘冷却孔30具有两个中间段101，其包括基本恒定面积的计量段100和沿翼展方向发散段102。各个后缘冷却孔30按照下游串联冷却流关系包括向下游聚合的或喇叭口形状的弯形入口 70、基本恒定面积的非对称的流动横截面计量段100和通向后缘冷却槽口 66中的沿翼展方向发散段102。各个后缘冷却孔30为槽口 66供给冷却空气或冷却剂流52。隆起底面88在计量段100和发散段102中提供了非对称的恒定面积的流动横截面74。隆起底面88按照下游串联关系包括位于入口 70中的上斜坡90、位于计量段100末端的下斜坡94、以及在计量段100和发散段102中处于上斜坡90和下斜坡94之间的平坦的过渡段92，过渡段92提供了非对称的恒定面积的流动横截面74。如图12中所示，包括下斜坡94的隆起底面88可延伸到边缘冷却槽口 66中。
[0054]隆起底面88有助于强制将冷却流从槽口底面分布到槽脊上。这非对称的计量段100产生了冷却节流作用，这能够显著冷却流动区域和满足冷却流需求。冷却孔的非对称成形的计量段可发生极大地变化，以满足设计需要，并可置于冷却孔的顶部或底部。冷却孔的非对称成形的计量段可通过引进工字梁作用而改善芯部强度，以减少弯曲。在计量段中具有不同的非对称形状的流动横截面74。
[0055]冷却孔的非对称成形的计量段解决了有效地计量翼型件后缘冷却流的问题，并且同时改善了翼型件后缘薄膜效率。在冷却孔入口 70处实现了冷却流计量，在通向槽口 66的冷却孔出口处减少了吹送比，从而在减少冷却流的条件下保持良好的槽口底面薄膜效率。槽口底面上的冷却薄膜效率通过与槽脊边缘更好的流对准以及更小的槽脊面积而得以改善。冷却孔的非对称成形的计量段有助于减少涡轮冷却流，这产生更好的发动机性能和更低的SCF，以及更低的峰值后缘金属温度。
[0056]具有恒定宽度W的计量段100的尺寸设置成控制冷却剂流52的数量，从而有利于发动机循环。计量段100扩展破口 58处的流覆盖范围，使后缘冷却槽口 66中的冷却剂流52从槽口底面51重新分布到槽脊50上，从而使冷却剂流52薄膜更均匀地覆盖在槽口底面51和槽脊50上。位于孔30的发散段102上游的恒定宽度W的计量段100有助于冷却剂流52完全粘附在发散段102中。
[0057]这则容许增加槽口底面51的表面面积，并减少槽脊50的表面面积。恒定宽度W的计量段100和发散段102有助于在破口处相对于槽脊50建立更有利的流动角A2，从而使更多的冷却剂流52到达槽脊上。在冷却孔30的整个第一长度LI和第二长度L2上平直的压力侧壁表面39还有助于在破口处相对于槽脊50建立更有利的流动角，从而使更多的冷却剂流52到达槽脊上。
[0058]冷却孔30的恒定宽度和单独的平坦压力侧壁表面39帮助将在破口处的冷却剂流52的冷却剂速度以及沿压力侧壁42的外部表面43的热燃烧气体的气体速度保持为大约相等，以最小化气动损失，气动损失可对涡轮效率导致不利作用。这两个特征还帮助使冷却剂流52保持附着在槽口 66的扩张段中。
[0059]本发明已经以说明性方式描述。应当理解，所使用的术语意图具有词语的描述而非限制的性质。虽然已经在本文中描述了被认为是本发明的优选且示例性的实施例，但是从本文的教导，本发明的其他修改将对本领域技术人员显而易见，并且因此，期望在所附权利要求中保护落在本发明的真正精神和范围内的所有这种修改。
[0060]因此，期望通过美国专利特许证所保护的是在所附权利要求书中限定和区分的本发明。
【权利要求】
1.一种燃气涡轮发动机涡轮翼型件(12)，包括: 沿横向间隔开的压力侧壁和吸力侧壁(42，44)，它们沿着从翼型件基部(34)至翼型件顶端(36)的翼展(S)向外延伸； 所述压力侧壁和吸力侧壁(42，44)沿弦向(C)在相对的前缘和后缘(LE，TE)之间延伸； 沿翼展方向成排(13)的沿翼展方向间隔开的后缘冷却孔(30)，其在所述压力侧壁和吸力侧壁(42，44)之间包在所述翼型件(12)中，并终止于相对应的沿翼展方向间隔开的后缘冷却槽口 ￠6)处，所述后缘冷却槽口 ￠6)沿弦向基本延伸至所述后缘(TE)； 所述冷却孔(30)中的各个包括通向所述后缘冷却槽口 ￠6)的一个或多个非对称的中间段(101)； 在所述一个或多个非对称的中间段(101)中的非对称的流动横截面(74):以及 所述非对称的流动横截面(74)相对于中间平面(75)是非对称的，所述中间平面沿轴向且沿翼展方向穿过所述一个或多个非对称的中间部段(101)而延伸。
2.根据权利要求1所述的翼型件(12)，其特征在于，还包括，所述排(13)中的不同的后缘冷却孔(30)在所述不同的后缘冷却孔(30)中的对应的后缘冷却孔的一个或多个非对称的中间段(101)中包括不同的非对称的流动横截面(74)。
3.根据权利要求1所述的翼型件(12)，其特征在于，还包括至少一个隆起底面(88)，其可远离所述压力侧壁或所述吸力侧壁(42，44)中的一个或两者而延伸，并且在所述一个或多个非对称的中间段(101)中向下游(D)延伸且至少部分地穿过所述一个或多个非对称的中间段(101)，或者在所述一个或多个非对称的中间段(101)中向下游(D)延伸且至少部分地穿过所述一个或多个非对称的中间段(101)并且至少部分地穿过所述冷却槽口(66)。
4.根据权利要求3所述的翼型件(12)，其特征在于，还包括，所述隆起底面(88)按照下游串联关系包括上斜坡(90)、下斜坡(94)和位于所述上斜坡和下斜坡(90，94)之间的平坦的过渡段(92)。
5.根据权利要求4所述的翼型件(12)，其特征在于，还包括设置在沿翼展方向相邻的后缘冷却槽口 ￠6)之间的槽脊(50)，以及在所述槽脊(50)之间位于所述后缘冷却槽口(66)中的槽口底面(51)。
6.根据权利要求5所述的翼型件(12)，其特征在于，还包括，所述槽脊(50)围绕所述冷却槽口(66)中的各个而与所述压力侧壁(42)的外表面(43)是共面的或齐平的。
7.根据权利要求4所述的翼型件(12)，其特征在于，还包括，所述冷却孔(30)中的各个按照下游(D)串联冷却流关系包括所述冷却孔(30)的入口(70)、所述一个或多个非对称的中间段(101)以及所述后缘冷却槽口(66)和在所述入口(70)中的上斜坡(90)。
8.根据权利要求1所述的翼型件(12)，其特征在于，还包括，所述一个或多个非对称的中间段(101)是单个中间段(101)以及包括所述非对称的流动横截面(74)的计量段(100)。
9.根据权利要求8所述的翼型件(12)，其特征在于，还包括设置在沿翼展方向相邻的后缘冷却槽口 ￠6)之间的槽脊(50)以及在所述槽脊(50)之间位于所述后缘冷却槽口(66)中的槽口底面(51)。
10.根据权利要求9所述的翼型件(12)，其特征在于，还包括，所述槽脊(50)围绕所述冷却槽口(66)中的各个而与所述压力侧壁(42)的外表面(43)是共面的或齐平的。
11.根据权利要求8所述的翼型件(12)，其特征在于，还包括: 所述冷却孔(30)的入口(70)， 所述冷却孔(30)中的各个按照下游(D)串联冷却流关系包括所述入口(70)和所述计量段(100)，以及 至少一个隆起底面(88)，其远离所述压力侧壁或吸力侧壁(42，44)中的一个或两者而延伸，并且在所述一个或多个非对称的中间段(100)中向下游(D)延伸且至少部分地穿过所述一个或多个非对称的中间段(100)，或者隆起底面(88)在所述计量段(100)中向下游(D)延伸且至少部分地穿过所述计量段(100)并且至少部分地穿过所述冷却槽口(66)。
12.根据权利要求11所述的翼型件(12)，其特征在于，还包括，所述隆起底面(88)按下游串联关系包括上斜坡(90)、下斜坡(94)和在所述上斜坡和下斜坡(90，94)之间的平坦的过渡段(92)。
13.根据权利要求12所述的翼型件(12)，其特征在于，还包括设置在沿翼展方向相邻的后缘冷却槽口 ￠6)之间的槽脊(50)以及在所述槽脊(50)之间位于所述后缘冷却槽口(66)中的槽口底面(51)。
14.根据权利要求13所述的翼型件(12)，其特征在于，还包括，所述槽脊(50)围绕所述冷却槽口 ￠6)中的各个而与所述压力侧壁(42)的外表面(43)是共面的或齐平的。
15.根据权利要求1所述的翼型件(12)，其特征在于，还包括: 所述冷却孔(30)的入口(70)， 所述一个或多个非对称的中间段(101)包括计量段(100)和发散段(102)， 所述冷却孔(30)中的各个按照下游(D)串联冷却流关系包括所述入口(70)、所述计量段(100)和所述发散段(102)， 至少一个隆起底面(88)，其远离所述压力侧壁或吸力侧壁(42，44)中的一个或两者而延伸，并且在所述计量段(100)中向下游(D)延伸且至少部分地穿过所述计量段(100)并且至少部分地穿过所述发散段(102)，或者隆起底面(88)在所述计量段(100)中向下游(D)延伸，并且至少部分地穿过所述计量段(100)，穿过所述发散段(102)且至少部分地穿过所述冷却槽口(66)。
16.根据权利要求15所述的翼型件(12)，其特征在于，还包括设置在沿翼展方向相邻的后缘冷却槽口 ￠6)之间的槽脊(50)以及在所述槽脊(50)之间位于所述后缘冷却槽口(66)中的槽口底面(51)。
17.根据权利要求16所述的翼型件(12)，其特征在于，还包括，所述槽脊(50)围绕所述冷却槽口 ￠6)中的各个而与所述压力侧壁(42)的外表面(43)是共面的或齐平的。
18.根据权利要求15所述的翼型件(12)，其特征在于，还包括，所述隆起底面(88)按下游串联关系包括上斜坡(90)、下斜坡(94)和在所述上斜坡和下斜坡(90，94)之间的平坦的过渡段(92)。
19.根据权利要求18所述的翼型件(12)，其特征在于，还包括设置在沿翼展方向相邻的后缘冷却槽口 ￠6)之间的槽脊(50)以及在所述槽脊(50)之间位于所述后缘冷却槽口(66)中的槽口底面(51)。
20.根据权利要求19所述的翼型件(12)，其特征在于，还包括，所述槽脊(50)围绕所 述冷却槽口 ￠6)中的各个而与所述压力侧壁(42)的外表面(43)是共面的或齐平的。
【文档编号】F01D5/18GK104487658SQ201380024123
【公开日】2015年4月1日 申请日期:2013年5月9日 优先权日:2012年5月9日
【发明者】F. 小伯格霍尔斯 R., L. 杜尔斯托克 D. 申请人:通用电气公司