CN101549332A - 用于其中具有机加工出的异型通道的喷嘴的翼形件 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于其中具有机加工出的异型通道的喷嘴的翼形件。提供了一种喷嘴(1)，其中翼形件(10)包括在该翼形件(10)的基本上相对的弦端处连接以形成该翼形件(10)的前缘(14)和该翼形件(10)的后缘(13)的压力面(12)和吸力面(11)。穿过翼形件(10)而限定了冷却剂可以流过其中的后缘通道(50)。该后缘通道(50)邻近翼形件(10)的后缘(13)，且具有与该后缘(13)的轮廓形状相符的轮廓形状。

Description

用于其中具有机加工出的异型通道的喷嘴的翼形件
技术领域
本申请涉及用于翼形件(airfoil)后缘(TE)冷却的机加工出的异型通道，且更具体地，涉及其中异型通道模仿翼形件后缘的形状的、用于翼形件后缘冷却的机加工出的异型通道。
背景技术
近来，已经注意到，可以在例如涡轮发动机中采用贯穿喷嘴翼形件的后缘的通道来在翼形件使用期间冷却后缘。冷却过程涉及迫使冷却剂，例如处于高压下的水或蒸气通过通道。然而，喷嘴设计通常涉及加热后缘的高温，且因此要求后缘具有可从翼形件的内部冷却的薄壁。这样，薄壁要求、较高的外部温度和较高的内部压力的组合要求后缘冷却通道要很小，而且后缘冷却通道的壁部要具有一定的尺寸和厚度。
虽然通常采用铸造技术来生成喷嘴翼形件的后缘通道，但是铸造不能可靠地形成对于喷嘴和喷嘴翼形件的正常性能而言所必需的小尺寸后缘通道。也就是说，铸造工艺对于小后缘通道而言是实验性的，且具有保持后缘通道的壁厚方面的固有问题。
发明内容
根据本发明的一个方面，提供了一种喷嘴且其包括翼形件和该翼形件的壁部部分，该翼形件包括在其基本上相对的弦端处连接以形成翼形件的前缘和翼形件的后缘的压力面和吸力面，该翼形件的该壁部部分用以限定邻近后缘而贯穿该翼形件的、冷却剂可以流过其中的后缘通道，该壁部部分具有基本上一致的厚度，使得该后缘通道限定为具有与该后缘的轮廓形状相符的轮廓形状。
根据本发明的另一方面，提供了一种喷嘴，且其包括至少一对相对的平台，以及设置在各对平台之间的至少一个翼形件；该至少一个翼形件包括具有在翼形件的基本上相对的弦端处连接以形成翼形件的前缘的压力面和吸力面的壁部，以及该壁部的限定了邻近后缘而贯穿该翼形件的、冷却剂可以流过其中的后缘通道的一部分，该壁部的该部分具有基本上一致的厚度，使得该后缘通道限定为具有与该后缘的轮廓形状相符的轮廓形状。
附图说明
当参照附图阅读以下详细说明时，本发明的这些和/或其它特征、方面和优点将得到更好的理解，在整个附图中，相同字符表示相同部件，其中：
图1是根据本发明的示例性实施例的喷嘴翼形件的截面视图；
图2是根据本发明的示例性实施例的翼形件的后缘的截面视图；以及
图3A、3B和3C示意了根据本发明的示例性实施例形成后缘通道的方法。
部件列表：
1        喷嘴段
10       翼形件
W        弦线
11       吸力面
12       压力面
13       后缘
14       前缘
20       内侧壁
21       内部腔体
30        外侧壁
31        内部腔体
40        主内部腔体
41-46     六个内部腔体
50        后缘通道
51        入口
52        出口
T1，T2，T3，T4    厚度
70        导向孔70
具体实施方式
参照图1，涡轮或其它类似机器的喷嘴段1包括设置在大体面向彼此的内侧壁20区段和外侧壁30区段之间的翼形件10。虽然未示出，但是应当理解，喷嘴段1可以形成绕轴线布置在其阵列中的多个喷嘴段1中的一个，以形成例如涡轮的喷嘴台，其中内侧壁20和外侧壁30分别形成喷嘴台的内部区域的一部分和外部区域的一部分。同样，虽然显示了单个翼形件10处在内侧壁20和外侧壁30之间，但是应当理解，在内侧壁20和外侧壁30之间可以设置有两个或更多个翼形件10。
如图1所示，翼形件10包括位于翼形件10的相对的表面上的压力面12和吸力面11。压力面12和吸力面11在翼形件的基本上相对的弦端(见图1和3A中的弦线W)处连接，以形成翼形件10的前缘14和后缘13。另外，翼形件绕喷嘴1的径向轴线弯曲，此处该径向轴线限定为基本上平行于后缘13而延伸。此处，压力面12跨越弯曲部的外部，而吸力面11则跨越弯曲部的内部。
内侧壁20和外侧壁30分别具有内部腔体21和31。类似地，翼形件10具有限定在其内部中的主内部腔体区段40和后缘通道50。虽然后缘通道50是单个特征，但是主内部腔体区段40可以进一步包括约6个内部腔体41、42、43、44、45和46。此处，内部腔体41-46和后缘通道50可以各自包括入口51和出口52(图1中示为用于后缘通道50)，该入口51和出口52可以允许内部腔体41-46和后缘通道50与内侧壁20的内部腔体21和外侧壁30的内部腔体31连通。当然，应当理解，不是所有的内部腔体41-46都需要以这种方式来设计。
在这种容量中，内部腔体41-46和后缘通道50各自可以提供通路，以便于冷却剂(如蒸气或水)在内侧壁20的内部腔体21和外侧壁30的内部腔体31之间流动。根据所需的流动特性，这些通路可以包含或可以不包含湍流器。冷却剂对在喷嘴段1的操作期间暴露于高温的翼形件10以及内侧壁20和外侧壁30进行冷却。
现参照图1和2，注意，翼形件10的后缘13定位在翼形件10的最薄的部分上，而且后缘通道50与后缘13的形状相符，从而压力面12和吸力面11的壁厚是基本上一致的。也就是说，压力面12、吸力面11和后缘13各自的至少一部分具有在约0.104cm(+/-0.03)厘米至约0.155(+/-0.02)厘米之间的厚度。
详细地说，注意，可以在对应于翼形件10的位于后缘13处或邻近后缘13处的厚度T1、T2和T3的点处以及在翼形件10的各个截面处测量壁厚。对于示例性实施例1和2，已经对图1的截面A-I以厘米为单位执行了这种测量，且揭示了以下内容：
也就是说，该壁部的沿吸力面11的一部分具有介于约0.104(+/-0.03)厘米至约(0.132+/-0.03)厘米之间的壁厚T1，该壁部的沿压力面12的一部分具有介于约0.117(+/-0.03)厘米至约0.150(+/-0.03)厘米之间的壁厚T2，并且该壁部的围绕后缘13的一部分具有介于约0.127(+/-0.02)厘米至约0.155(+/-0.02)厘米之间的壁厚T3。
仍然参照图2，注意，翼形件10的在后缘通道50和相邻的内部腔体46之间的内部部分的厚度T4沿着翼形件10的跨距保持基本一致。也就是说，在本发明的一个实施例中，厚度T4介于约0.251(+/-0.03)厘米至约0.284(+/-0.03)厘米之间。
参照图3A-3C，根据本发明的另一方面，形成后缘通道50以提供翼形件10的后缘13的冷却的方法包括：铸造具有后缘13的翼形件10的主体，以及沿着例如垂直于翼形件10的弦方向(沿着图1和3A的线W)的方向且与翼形件的弯曲部相对而暂时使翼形件10平整。然后，将如图3B所示的导向孔70钻到翼形件10的邻近后缘13的区域中。此处，可以通过例如电化学(ECM)钻削工艺来钻出导向孔70。
一旦钻好导向孔70，就将电位移加工(EDM)(electro-displacementmachining)处理线材***导向孔70中。然后，使EDM处理线材在导向孔70内按轨迹行进，以便从翼形件10的主体中移除导向孔70周围的材料。如图3C所示，这种处理使后缘通道50形成为具有与后缘13的形状相符的形状的异型通道。一旦形成了后缘通道50，就释放暂时使翼形件10的弯曲部平整所需的压力。
根据本发明的各个实施例，铸造可以包括在翼形件10内形成内部腔体41-46以及在内侧壁20和外侧壁30内形成内部腔体21和内部腔体31。另外，一旦形成了内部腔体41-46和后缘通道50，则检查通过内部腔体41-46和后缘通道50的气流水平。
本书面说明使用了包括最佳模式的实例来公开本发明，且使本领域技术人员能够实施本发明，包括制造和使用任何装置或***。本发明的可取得专利的范围由权利要求书限定，且可以包括本领域技术人员想到的其它实例。如果这种其它实例具有无异于权利要求书的字面语言的结构性元素，或者如果这种其它实例包括具有非实质性地区别于权利要求书的字面语言的等效结构性元素，那么这些其它实例意图处于权利要求书的范围之内。

Claims (10)

1.一种喷嘴(1)，包括：
翼形件(10)，其包括在所述翼形件(10)的基本上相对的弦端处连接以形成所述翼形件(10)的前缘(14)和所述翼形件(10)的后缘(13)的压力面(12)和吸力面(11)；以及
所述翼形件的壁部部分，其用以限定邻近所述后缘(13)而贯穿所述翼形件(10)的、冷却剂可以流过其中的后缘通道(50)，所述壁部部分具有基本上一致的厚度，使得所述后缘通道(50)限定为具有与所述后缘(13)的轮廓形状相符的轮廓形状。
2.根据权利要求1所述的喷嘴，其特征在于，所述翼形件(10)沿着导向其所述后缘(13)的方向渐缩。
3.根据权利要求2所述的喷嘴，其特征在于，所述后缘通道(50)是与所述翼形件(10)的所述渐缩相一致的楔形。
4.一种喷嘴(1)，包括：
至少一对相对的平台；以及
设置在各对所述平台之间的至少一个翼形件(10)，所述至少一个翼形件(10)包括：
壁部，其具有在所述翼形件(10)的基本上相对的弦端处连接
以形成所述翼形件(10)的前缘(14)和所述翼形件(10)的后缘(13)的压力面(12)和吸力面(11)；以及
所述壁部的一部分，其用以限定邻近所述后缘(13)而贯穿所述翼形件(10)的、冷却剂可以流过其中的后缘通道(50)，所述壁部的所述部分具有基本上一致的厚度，使得所述后缘通道(50)限定为具有与所述后缘(13)的轮廓形状相符的轮廓形状。
5.根据权利要求4所述的喷嘴，其特征在于，所述相对的平台分别包括所述喷嘴(1)的内侧壁(20)和外侧壁(30)的区段。
6.根据权利要求4所述的喷嘴，其特征在于，所述壁部的所述部分沿所述吸力面(11)和所述压力面(12)的相应部分延伸，且在所述后缘(13)周围延伸。
7.根据权利要求4所述的喷嘴，其特征在于，所述翼形件(10)沿着导向其所述后缘(13)的方向渐缩。
8.根据权利要求7所述的喷嘴，其特征在于，所述后缘通道(50)是与所述翼形件(10)的所述渐缩相一致的楔形。
9.根据权利要求4所述的喷嘴，其特征在于，所述相对的平台各自包括铸造材料，以及
其中所述翼形件(10)包括所述后缘通道(50)被机加工于其中的铸造材料。
10.根据权利要求9所述的喷嘴，其特征在于，所述相对的平台的所述铸造材料以及所述翼形件(10)的所述铸造材料构造成一体地相互结合。
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