专利名称：供冷却燃气透平叶片后缘用的冷却流道的构造的制作方法
技术领域：
本发明涉及燃气透平用的诸如一种静叶的翼面。更具体地说，涉及一种具有改进的冷却空气流道的翼面。
燃气透平采用若干成排排到在透平区圆周上静叶。由于这些叶片暴露于自燃烧区排出的灼热燃气，因此，这些叶片的冷却是非常重要的。通常，由经叶片翼面内构成的一些腔道的流动冷却空气来实现冷却。
按照一种方法，叶片翼面的冷却是借助于将一个或多个管形插入物插入到各翼面空腔内，从而在该插入物和该翼面壁之间构成包围该插入物的通道来实现的。插入物具有许多沿其周边分布的孔，这些孔将冷却空气沿这些通道周围分布。
按照另一种方法，每一翼面空腔包含许多条径向延伸的通道，通常为3条，构成螺旋形排列。供给叶片外侧板的冷却空气，进入第一通道，并径向向内流动，直到它达到叶片内侧板。冷却空气的第一部分经内侧板流出叶片，进入位于相邻排转子盘之间的空腔内。空腔内的冷却空气用来冷却转子盘的表面。冷却空气的第二部分变换方向，径向向外流经第二通道，直达它达到外侧板，随后它再次改变方向，并径向向内流经第三通道。
叶片后缘部分由于薄其冷却是特别困难的。在传统的开环冷却系统中，冷却空气自叶片内腔经翼面后缘内的轴向通道排入热燃气流道内。在闭环系统中，叶片翼面的后缘部分可将冷却空气经包围的流道沿翼驻方向引入后缘中来冷却。然而，这种方法导致了厚的后缘，从空气动力学的观点看是不希望的，并增加了制造复杂性。
按照另一种方法，冷却空气经在内、外侧板之间延伸的翼展方向的径向孔引入，空气或者自内侧板径向向外流到外侧板，或者自外侧板径向向内流到内侧板。遗憾的是这种方法具有几个缺点。首先，由于冷却空气到达孔端的时间而被充分加热，使它的冷却效果不够，从而导致邻近内侧板或外侧板的后缘部分过热。而且，若这些孔径较小，则孔的长度会导致不希望有的大的冷却空气压降。然而，用增加孔径来减小压降会导致不希望有的厚的后缘。
而且翼展径向孔难以制造。若翼面是铸造的，则采用长的小直径的翼展径向孔能导致长的无支撑的，因而足够的型芯。此外，这种长的冷却孔使它难以保持壁厚公差，从而导致长的渗漏时间。
因此，希望提供一种供冷却翼面后缘部分用的冷却方案，它克服了前述方法所存在的问题，包括由于冷却流体到达冷却通道端部的时间而被加热以及冷却流体经受的压降两者均被减至最小。
因此，本发明总的目的是提供一种供冷却翼面后缘部分用的方案，它克服了前述方法所存在的问题，包括由冷却流体到达冷却通道端部的时间而被加热以及冷却流体经受的压降两者均被减至最小。
简单地说，本发明的这一目的以及其它的目的是通过采用一种燃气透平翼面来实现的。它包括(ⅰ)一前缘和一后缘；(ⅱ)第一和第二端，第一端自第二端径向向外配置；(ⅲ)第一和第二侧壁；(ⅳ)在第一和第二侧壁之间构成的第一通道，它有一进口，接收被引至该翼面的冷却流体流；(ⅴ)一个配置在在第一和第二端之间的压力空间，与第一通道连通；(ⅵ)若干与所述压力空间连通的第二通道，自该压力空间沿大致径向方向朝第一端延伸；(ⅶ)若干与该压力空间连通的第三通道，自该压力空间沿大致径向方向朝第二端延伸。
在本发明的一个优先实施例中，该压力空间配置在邻近该翼面后缘的大致中间高度上。
图1是经本发明燃气透平叶片的纵剖面图；图2是经图1中Ⅱ-Ⅱ线所取的横剖面图；图3是经图1中Ⅲ-Ⅲ线所取的横剖面图；图4是图1所示叶片后缘部分的等角投影图。
参照各附图，在图1-4中表示一种供燃气透平的透平区用的具有本发明的翼面的叶片1。该叶片1由在一端具有一内侧板2和在另一端具有一外侧板4的翼面6组成。如图2清楚表示，叶片1的翼面部分6由相对两侧壁9和11构成，它们会合形成一前缘8和一后缘10。本发明涉及一用以冷却翼面6，最好冷却邻近后缘10的翼面部分的装置。
翼面6的主部是空心的。横向延伸肋48、50和52将翼面6的空心内部分隔成了3个冷却空气通道32、34和36。第一通道32是却空气输送通道，是在邻近前缘8的翼面6的部分中形成的。第二通道34也是冷却空气输送通道，但是在后缘10邻近形成的。内侧板2中的通道17连接通道32和34。第三通道36是在翼面6的中弦区内形成的，构成冷却空气排出通道。
参照图1，冷却流体输送管道13与外侧板4相连接。外侧板4中的开口18允许输送管13跟在外侧板内形成的通道16连通。外侧板通道16跟翼面6中的通道32和34连接。
如图2和4中清楚表示的，按照本发明的一个重要方面，在侧壁9和11之间形成一个用作压力空间的空腔42。该空间42最好配置在邻近翼面6的后缘10，在其大约中间高度处。肋52中的开口40将压力空间42与输送通道34连接。
如图1和3清楚表示的，第一排冷却流体孔38’自压力空间42径向向外延伸到在外侧板4内形成的冷却流体岐管54，这些孔的进口处在该压力空间处，而其出口处在该岐管处。如图3所示，通道58在外侧板4内形成，它大致垂直于径向方向延伸。通道58自伸入该外侧板的翼面6部分附近的歧管54延伸。开口46和47分别在伸外侧板4的侧壁9和11部分内形成。开口46和47允许通道58与排出通道36连通。如图1所示，在排出通道36内形成一出口30，后者与回流管14相连。
如图1、2和4中清楚表示的，第二排冷却流体孔38”，它们最好与冷却流体孔38’径向对齐，自压力空间42径向向外延伸至在内侧板2内形成的冷却流体岐管56，这些孔的进口处在该压力空间处，而其出口处在该歧管处。一条类似于外侧板4内的通道58的通道(未示)在内侧板2内形成，自伸入内侧板的翼面6部分附近的歧管56延伸。开口44分别在伸入内侧板2的侧壁9和11部分内形成。其中之一示于图1中，它们类似于外侧板处的开46和47。开口44允许内侧板2内的该通道与排出通道36连通。
应当理解，内外侧板，除了连接后缘冷却流体歧管54的那些冷却通道和排出通道36之外，还可包含某些其它的通道，这样有助于这些侧板本身的冷却。然而，这种侧板冷却不是构成本发明的部分，本发明涉及翼面6，最好为邻近后缘10的翼面部分的冷却。
在运转中，在该优先实例中的冷却流体通常是从燃气透平的压气机区放出的压缩空气，由输送管13引导到叶片外侧板4中，如图1所示。按照本发明的一个优先实施例，叶片1具有一些冷却通道，它们是闭环冷却空气系统的一部分。因此，基本上所有输送给叶片1的冷却空气都被返回到该冷却系统。
在流经开口18并进入外侧板4内的通道16时，冷却空气20被分流为两个气流22和24。第一冷却空气流22经后缘输送通道34径向向内流到压力空间42，在这样流动时，冷却了翼面6的侧壁9和11部分。
第二冷却空气流24径向向内流经前缘输送通道32，并冷却翼面6的前缘8分部。内侧板2中的通道17此时将冷却空气24自通道32引至通道34，在那里它径向向外(即向外侧板4)流到压力空间42。在该空间42内，冷却空气流22和24汇合，然后被后缘冷却孔38分隔成许多小气流。如图2和4清楚表示的，压力空间42随着沿轴向向翼面6的后缘10延伸逐渐成为雏形。这种逐渐变成锥形提供了为在冷却孔38间均匀流动分布所需的面积缩小。
冷却空气22和24的混合流部分28，自压力空间42径孔38’径向向外(即向外侧板4)流至歧管54，从而对邻近位于压力空间42上方的后缘10翼面6的大致上半部分提供强有力的冷却。在歧管54中，汇集各冷却空气流28，然后经通道58引至开口46和47，如图3所示。自开口46和47，冷却空气28进入排出通道36而径向向外流至排气管14，如图1所示。
同样，冷却空气22和24的混合流部分26自压力空间42径孔38”径向向内流至歧管56，从而对邻近处在压力空间42下方的后缘10翼面6的大致下半部提供强有力的冷却。在歧管56内，汇集各冷却空气流26，然后内侧板通道引至开口44，如上就外侧板4所讨论过的那样。自开口44，冷却空气26进入排出通道36而径向向外流至排气管14，而在这样流动时，冷却了翼面6侧壁9和11的中间弦部分。在本发明的优先实施例中，排气管14将冷却空气29引至一冷却器，为的是再循返回到透平。
本发明相对于传统的翼面冷却方案具有许多优点。首先，因为冷却空气通道38的长度被有效地切为两半，与自内侧板延伸到外侧板的翼展方向的一些孔相比，很少有机会，例如由于冷却剂到达一侧板的时间使可能是空气或蒸气的冷却剂过热。而且，经通道38的压降减小了，从而允许采用最小直径的孔38。小直径孔允许采用薄的后缘10，这具有空气动力学的优点。由于避免了长度长的冷却孔，还使翼面6易于制造。
虽然就燃气透平中的静叶的翼面讨论了本发明，然而，本发明也能适用于其它型式的部件。此外，虽然相对于采用压缩空气的闭环冷却系统讨论了本发明，然而本发明也适用于更为常规的开环系统以及采用其它型式的冷却流体，诸如蒸汽的系统。因此，本发明可按其它特定的方式来实施而不背离其精神或基本特征，所以在表明本发明的范围时，应当参考所附的权利要求书，而不是前述的说明。
权利要求
1．一种透平的翼面，包括a)一个前缘和一个后缘；b)第一和第二端部，第一端自第二端径向向外配置；c)第一和第二侧壁；d)一条在第一和第二侧壁之间形成的第一通道，它具有一进口，供接收被引至所述翼面的冷却流体流之用；e)一个在所述两侧壁之间形成的并被配置在所述第一与第二端之间的压力空间，所述压力空间与第一通道成流体连通；f)若干与所述压力空间成流体连通的第二通道，这些第二通道沿大致径向方向自所述压力空间向第一端延伸；g)若干与所述压力空间成流体连通的第三通道，这些第三通道沿大致径向方向自所述压力空间向第二端延伸。
2．按权利要求1所述的翼面，其特征在于所述压力空间配置在第一和第二端之间大致中间的后缘附近。
3．按权利要求1所述的翼面，其特征在于第二和第三通道构成一排配置于后缘附近的通道。
4．按权利要求1所述的翼面，其特征在于还包括一根第一歧管，供汇集自第二通道排出的冷却流体之用。
5．按权利要求1所述的翼面，其特征在于还包括一个用以自所述翼面排出冷却流体的出口以及用以将冷却流体经第一歧管导至所述翼面出口的装置。
6．按权利要求5所述的翼面，其特征在于所述流体引导装置包括一条与第一歧管成流体连通的第四通道。
7．按权利要求6所述的翼面，其特征在于还包括一块固定于所述两端之一的第一侧板，其中，第四通道在第一侧板内形成。
8．按权利要求6所述的翼面，其特征在于第四通道沿大致垂直于径向的方向延伸。
9．按权利要求6所述的翼面，其特征在于还包括一条在第一和第二侧壁之间形成的第五通道。
10．按权利要求9所述的翼面，其特征在于还包括一条在第一和第二侧壁之间延伸并将第五通道与第一通道隔离的肋。
11．按权利要求9所述的翼面，其特征在于将第四通道配置成使第一歧管置于与第五通道成流体连通的状况下。
12．按权利要求7所述的翼面，其特征在于还包括a)用以汇集自第三通道排出的冷却流体的第二歧管；b)用以将经第二歧管汇集的冷却流体引导到翼面出口的第二冷却流体引导装置。
13．按权利要求12所述的翼面，其特征在于第二冷却流体引导装置包括一条与第二歧管成流体连通的第五通道，还包括一块固定于所述两端的另一端的第二侧板，第五通道在第二侧板内形成。
14．按权利要求1所述的翼面，其特征在于所述翼面是静叶的一部分。
15．一种燃气透平叶片，包括a)一前缘和一后缘；b)第一和第二侧壁；c)内、外侧板；d)一个配置在第一和第二侧壁之间的空腔，具有一个用以接收被引导到所述翼面的冷却流体流的进口；e)一个配置在所述空腔和在内、外侧板间大致中间的后缘之间的压力空间，在所述压力空间与所述空腔之间形成一个开口；f)在后缘附近成排形成的若干第一通道，它们大致沿径向向外方向自所述压力空间延伸到外侧板；g)在后缘附近成排形成的若干第二通道，它们大致沿径向向内方向自所述压力空间延伸到内侧板。
16．按权利要求15所述的叶片，其特征在于还包括a)分别在内、外侧板内形成的第一和第二歧管；b)在所述压力空间和第一歧管之间延伸的若干第一通道；c)在所述压力空间和第二歧管之间延伸的若干第二通道。
17．按权利要求16所述的叶片，其特征在于还包括a)将冷却流体自所述叶片排出的装置；b)将第一和第二歧管分别置于跟所述冷却流体排出装置成流体连通的第三与第四通道。
全文摘要
一种冷却燃气透平叶片后缘部的装置。两条连接于外侧板的径向延伸的通道将冷却流体引导到后缘附近大约中间翼展外形成的压力空间。两排冷却流体通道自该压力空间延伸。一排径向向外朝外侧板延伸，而另一排径向向内朝内侧板延伸。该压力空间将冷却流体分配到所述两排通道，因此，冷却流体径向向内和向外流到在内、外侧板中形成的两歧管内。这些歧管将用过的冷却流体引导到一条排出通道内。
文档编号F01D9/02GK1228135SQ98800764
公开日1999年9月8日 申请日期1998年3月25日 优先权日1997年4月15日
发明者R·S·诺尔德伦德, K·G·胡尔特格伦, R·K·斯科特, Z·辛诺特, W·E·诺尔斯 申请人:西屋电气公司