CN104271887A - 涡轮翼型件后缘冷却槽口 - Google Patents

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Abstract

一种涡轮翼型件(12)包括压力侧壁和吸力侧壁(42,44)，其沿从基部(34)到顶端(36)的翼展(S)延伸。在压力侧壁(42)中的沿翼展方向间隔开的后缘冷却孔(30)终止于沿弦向大致延伸至后缘(TE)的相应的沿翼展方向间隔开的后缘冷却槽口(66)处。每个冷却孔(30)包括插塞(110)，其向下游延伸通过通往槽口(66)的沿翼展方向扩散区段(102)的至少一部分。插塞(110)可在孔(30)中沿翼展方向居中，且可包括插塞拱顶(114)，其从沿吸力侧壁(44)的吸力侧壁表面（40）延伸的插塞基部(112)***。冷却孔(30)还可包括入口(70)，其通往在沿翼展方向扩散区段(102)上游的、具有恒定面积且恒定宽度流动横截面(74)的计量区段(100)。槽脊(50)可布置在后缘冷却槽口(66)之间，从而在槽脊(50)之间形成槽口底面(51)。

Description

涡轮翼型件后缘冷却槽口
技术领域
本发明大体涉及燃气涡轮发动机翼型件冷却，以及更特别地，涉及涡轮翼型件后缘冷却槽口。
背景技术
在燃气涡轮发动机中，空气在压缩器中加压，并且与燃料在燃烧器中混合，以生成热燃烧气体。该热气体被导引通过涡轮的各级，各级从热气体抽取能量，以驱动压缩器以及做功，诸如驱动典型的航空涡扇发动机应用中的上游风扇。
涡轮级包括具有成排的中空导叶的静止涡轮喷嘴，所述导叶将燃烧气体导引至从支承转子盘朝外径向延伸的相应的成排的转子叶片。导叶和叶片具有相应的中空翼型件，其具有在其中的相应的冷却回路。
冷却空气典型地是压缩器排气，其从燃烧过程转移，并且因此降低发动机的总体效率。冷却空气的量必须被最小化，以最大化发动机的效率，但是仍然必须使用足够的冷却空气，以充分冷却涡轮翼型件，以最大化其在运行期间的使用寿命。每个翼型件包括大体凹形的压力侧壁和相对的大体凸形的吸力侧壁，这些侧壁在前缘和后缘之间沿从翼型件基部到翼型件顶端的翼展纵向或径向朝外以及沿弦向轴向延伸。对于涡轮叶片来说，翼型件翼展从位于径向内侧平台处的根部延伸到与周围的涡轮护罩间隔开的径向外侧顶端。对于涡轮导叶来说，翼型件从与径向内侧带一体的根部延伸到与外侧带一体的径向外侧顶端。
每个涡轮翼型件还首先在前缘后方增加厚度，且然后厚度减小至相对薄或锋利的后缘，压力侧壁和吸力侧壁在该后缘处接合在一起。翼型件的较宽部分具有充分的内部空间，以容纳各种形式的内部冷却回路以及紊流器，以增强翼型件内部的传热冷却，同时，相对薄的后缘相应地具有有限的内部冷却空间。
每个翼型件典型地包括延伸通过其侧壁的多排膜冷却孔，其将用过的冷却空气从内部回路排出。膜冷却孔典型地沿朝后缘的向后方向倾斜，并且在翼型件的外部表面上产生冷却空气膜，其提供绝热空气垫，以针对在运行期间流过翼型件表面的热燃烧气体进行额外的保护。
薄的后缘典型地通过成排的后缘冷却槽口保护，槽口在后缘的上游不远处的破口(breakout)处突破压力侧壁，以将膜冷却空气排出到其上。每个后缘冷却槽口具有在压力侧中的出口孔，该出口孔始于破口处，并且可或可不通过限定冷却槽口的在轴向延伸的分隔件的后端处的暴露的槽脊沿径向方向限定。
轴向分隔件可与翼型件的压力侧以及吸力侧一体地形成，并且其自身必须由通过由其限定的冷却槽口排出的空气来冷却。分隔件典型地沿向后方向朝后缘会聚，使得冷却槽口以浅的扩散角朝后缘扩散，该扩散角促进排出的冷却空气的发散，而沿分隔件的侧面有小的(如果存在的话)流分离。
后缘冷却槽口的空气动力学和冷却性能与冷却槽口和介于中间的分隔件的特定构型直接相关。冷却槽口的流动面积调节通过冷却槽口排出的冷却空气流，并且冷却槽口的几何形状影响其冷却性能。 
冷却槽口的扩散或发散角可影响排出的冷却空气的不合需要的流分离，该流分离可降低排出空气的性能和冷却效率。这还增加负面地影响涡轮效率的损失。薄后缘在单独冷却槽口下方不远处的部分通过排出的冷却空气有效冷却，其中排出的空气还分布在分隔件的后端处的介于中间的暴露的槽脊上。该槽脊是压力侧壁的与吸力侧壁一体形成的实心部分，并且必须依赖于从邻近的后缘冷却槽口排出的空气来冷却。
虽然这些出口槽脊有小尺寸以及后缘冷却槽口有充分冷却性能，但是涡轮翼型件的薄后缘典型地仍然限制了那些翼型件的寿命，这是因为其在燃气涡轮发动机的恶劣环境中的高运行温度。
因此，期望提供一种涡轮翼型件，其具有改进的后缘冷却和冷却槽口，以改进翼型件耐用性和发动机性能。还期望最小化用于后缘冷却的冷却流的量，以便最大化涡轮和发动机的燃料效率。
发明内容
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)，其沿从翼型件基部(34)到翼型件顶端(36)的翼展(S)朝外延伸，且在相对的前缘和后缘(LE,TE)之间沿弦向(C)延伸。在压力侧壁和吸力侧壁(42,44)之间封闭在翼型件(12)中的沿翼展方向成排(38)的沿翼展方向间隔开的后缘冷却孔(30)终止于相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)大致沿弦向延伸至后缘(TE)。每个冷却孔(30)包括沿翼展方向扩散区段(102)，其通往后缘冷却槽口(66)。布置在冷却孔(30)中的插塞(110)向下游延伸通过扩散区段(102)的至少一部分。
按照向下游串联的冷却流关系，冷却孔(30)还可包括弯曲入口(70)、恒定面积且恒定宽度流动横截面计量区段(100)和扩散区段(102)。
插塞(110)可包括插塞拱顶(114)，其从沿吸力侧壁(44)的吸力侧壁表面（40）延伸的插塞基部(112)***。插塞(110)可沿翼展方向在孔(30)中居中，且可包括沿横向和翼展方向成圆形的上游和下游拱顶端部(116,118)。
在插塞(110)与冷却孔(30)之间的流动横截面(74)可具有横截面流动面积(AF)，其等于在冷却孔(30)的横截面孔面积(AH)与插塞(110)的横截面插塞面积(AP)之间的差。在扩散区段(102)中的横截面流动面积(AF)沿下游方向(D)增加。
流动横截面(74)可具有在相对窄的矩形中间区段(124)的远端(122)处的两个相对宽的圆形凸瓣(120)。流动横截面(74)的高度(H)在扩散区段(102)的整个长度上增加。凸瓣(120)相应地在扩散区段(102)中在压力侧壁和吸力侧壁(42,44)的压力侧壁表面和吸力侧壁表面(39,40)之间延伸。凸瓣(120)在扩散区段(102)中具有最大宽度(MW)，其等于扩散区段(102)在压力侧壁和吸力侧壁(39,40)之间的宽度(W)。
压力侧壁和吸力侧壁(42,44)分别包括在孔(30)中的压力侧壁表面和吸力侧壁表面(39,40)，并且，压力侧壁表面(39)可在整个计量区段和扩散区段(100,102)上都是平坦的。宽度(W)可在孔(30)的计量区段和扩散区段(100，102)上都是恒定的。
槽脊(50)可布置在后缘冷却槽口(66)中的沿翼展方向相邻的槽口(66)之间，并且槽口底面(51)可在槽脊(50)之间布置在后缘冷却槽口(66)中。槽脊(50)可在冷却槽口(66)的每一个周围与压力侧壁(42)的外部表面(43)共面或齐平。
槽脊(50)可在冷却槽口(66)的每一个周围与压力侧壁(42)的外部表面(43)共面或齐平。
露台(130)可经过槽口底面(51)从冷却孔(30)的扩散区段(102)沿弦向或向下游大致延伸到后缘(TE)。露台(130)从槽口底面(51)中的最底部(132)槽口底面沿翼展方向或沿径向朝外延伸到槽口底面(51)中的最顶部(134)槽口底面。上部和下部露台侧壁(136,138)从露台(130)延伸至压力侧壁(42)的外部表面(43)，且沿翼展方向限定露台(130)。
插塞(110)还可延伸通过后缘冷却槽口(66)的至少一部分。
附图说明
本发明的前述方面和其他特征在下文描述中结合附图解释，在附图中： 
图1是涡轮导叶和转子叶片翼型件的示例性实施例的纵向截面视图，该翼型件具有在沿翼展方向间隔开的后缘冷却槽口处终止的冷却孔。
图2是图1中示出的叶片的放大视图。
图3是具有插塞的冷却孔的压力侧截面视图，插塞在恒定宽度计量区段和通往图2中所示的后缘冷却槽口的发散区段中。
图4是通过图3中的4-4截取的后缘冷却槽口和冷却孔的横截面示意图。
图5是图3中所示的后缘冷却槽口的在上游看到的透视图。
图6是通过图3中的6-6截取的在恒定宽度计量区段中的伸长流动横截面的横截面示意图。
图7是通过图3中的7-7截取的在发散区段中的细长流动横截面的横截面示意图。
图8是图3中所示的冷却孔和插塞的透视图。
图9是图3中所示的冷却孔和备选插塞的透视图，该备选插塞延伸进入后缘冷却槽口中。
图10是图9中所示的后缘冷却槽口和冷却孔的横截面示意图。
图11是图9中所示的冷却孔和插塞的透视图，其中在槽口之间的槽脊较短。
具体实施方式
图1中所示的是环绕发动机中心线轴线8且定位在燃烧器20与低压涡轮(LPT)24之间的示例性燃气涡轮发动机高压涡轮级10。燃烧器20将燃料与加压空气混合，以生成热燃烧气体19，其向下游流过涡轮。
高压涡轮级10包括涡轮喷嘴28，其在高压涡轮(HPT)22的上游，热燃烧气体19通过该涡轮喷嘴28从燃烧器20排出。本文中所示的高压涡轮22的示例性实施例包括至少一排周向间隔开的高压涡轮叶片32。涡轮叶片32中的每一个包括与平台14一体形成的涡轮翼型件12和轴向进入燕尾件16，轴向进入燕尾件16用来将涡轮叶片安装在支承转子盘17的周边上。
参考图2，翼型件12沿从在叶片平台14上的翼型件基部34到翼型件顶端36的翼展S径向朝外延伸。在运行期间，热燃烧气体19在发动机中生成且向下游流过涡轮翼型件12，涡轮翼型件从热燃烧气体19中抽取能量，以旋转支承叶片的盘，以驱动压缩器(未示出)。在运行期间，加压空气18的一部分被适当冷却且引导至叶片以冷却叶片。
翼型件12包括横向间隔开的大体凹形的压力侧壁42和凸形的吸力侧壁44。压力侧壁42和吸力侧壁44沿从翼型件基部34到翼型件顶端36的翼展S纵向或径向朝外延伸。侧壁还在相对的前缘LE与后缘TE之间沿弦向C轴向延伸。翼型件12是中空的，其中压力侧壁42和吸力侧壁44在前缘LE与后缘TE之间横向或侧向间隔开，以在其中限定内部冷却空腔或回路54，以在运行期间使加压冷却空气或冷却剂流52循环。加压冷却空气或冷却剂流52来自从压缩器转移的加压空气18的部分。
涡轮翼型件12从前缘LE开始增加宽度W或横向地增加至在其后的最大宽度，且然后会聚至相对薄或锋利的后缘TE。内部冷却回路54的尺寸因此随翼型件的宽度W变化，并且在后缘TE的前方不远处相对薄，在后缘TE处，两个侧壁一体地接合在一起，且形成翼型件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设置在翼型件12的该薄的后缘部分56处或其附近以冷却它。
参考图3，在压力侧壁42与吸力侧壁44之间封闭在或埋入以及形成在翼型件12中的成排38的沿翼展方向间隔开的后缘冷却孔30终止在沿翼展方向间隔开的后缘冷却槽口66中的相应一个处。后缘冷却槽口66沿弦向大致延伸至后缘TE。后缘冷却孔30沿后缘TE的翼展S布置成与内部冷却回路54处于流连通，以在运行期间将冷却剂流52从其排出。
后缘冷却孔30在图3中更具体地示出。按照向下游串联的冷却流关系，每个冷却孔30包括向下游会聚或喇叭口形的弯曲入口70、恒定面积且恒定宽度流动横截面的计量区段100和沿翼展方向扩散区段102，沿翼展方向扩散区段102通往后缘冷却槽口66，且为槽口供应冷却空气或冷却剂流52。后缘冷却槽口66在扩散区段102的下游端69处的破口58处开始，且本文中所示的实施例沿翼展方向扩散。冷却孔30沿翼展S通过相应的轴向分隔件68彼此径向分开，该分隔件68朝后缘TE向下游延伸。弯曲入口70在本文中示出为向下游会聚或更具体地喇叭口入口。
入口70限定在分隔件68的前端72处以及前端72之间。分隔件68包括半圆形前端72，其具有限定喇叭口入口70的直径73。冷却孔30中的每一个沿着轴向分隔件68的相应的相邻成对的上部和下部分隔件25、26包括沿翼展方向间隔开的上部和下部孔表面46、48。如图3中所示，孔30的翼展方向高度H限定在轴向分隔件68的上部和下部分隔件25、26的上部和下部孔表面46、48之间。如图3中所示。计量区段100、扩散区段102以及后缘冷却槽口66分别具有向下游延伸的第一、第二和第三长度L1、L2和L3。
参考图3-5，孔30的孔宽度W限定在压力侧壁和吸力侧壁42、44的相应地在孔30中的压力侧壁表面和吸力侧壁表面39、40之间，如在图4中所示。后缘冷却槽口66包括槽口底面51，其打开且暴露于经过高压涡轮22的热燃烧气体19。槽口底面51沿吸力侧壁44延伸整个第三长度L3。
轴向分隔件68的相邻成对的上部和下部分隔件25、26以及压力侧壁和吸力侧壁42、44沿翼展方向限定孔30。参考图6和图7，冷却孔30具有大体沿翼展方向伸长的流动横截面74，并且翼展方向高度H比孔宽度W大致更宽。冷却孔30具有在大约2:1至10:1范围内的高度对宽度比H/W(参见图4-10)。压力侧壁和吸力侧壁42、44的压力侧壁表面和吸力侧壁表面39、40分别沿横向限定孔30。
图4中所示的冷却孔30的实施例在冷却孔30中具有固定或恒定的宽度W，并且压力和吸力侧壁表面39、40在冷却孔30的整个第一和第二长度L1、L2上平行。压力侧壁表面39在整个计量区段或扩散区段100、102以及其相应的冷却孔30的第一长度和第二长度L1、L2上是平的或平坦的。在冷却孔30的该实施例中，吸力侧壁表面40在整个计量区段或扩散区段100、102以及其相应的冷却孔30的第一长度和第二长度L1、L2上是平的或平坦的。槽口底面51与孔30中的吸力侧壁表面40共面。在图3中所示以及在图4的实线中示意性示出的后缘冷却孔30的实施例中，入口70、计量区段100以及扩散区段102具有相同的孔宽度W，或者具有恒定的宽度W。扩散区段102沿翼展方向扩散。
冷却孔30的扩散区段102通往后缘冷却槽口66，后缘冷却槽口在后缘TE前方或上游间隔开的破***49处突破压力侧壁42的外部表面43。每个后缘冷却槽口66由形成相应分隔件68的后端的暴露的槽脊50沿径向或沿翼展方向限定，而分隔件的前端从相应的破***49向前或向上游朝前缘延伸。图4中以实线示出的槽脊50的一个实施例在每一个暴露的冷却槽口66(包括在其间径向延伸的共同破***49)周围与压力侧壁42的外部表面43共面或齐平。这最大化了翼型件的压力侧的流动连续性。
槽口表面60在槽脊50与槽口底面51之间横向延伸。在槽脊50与槽口底面51之间的槽口拐角64中的圆角62在底部拐角半径RT附近具有圆角半径RF，其可与扩散区段102的流动横截面74的底部拐角半径RT大致相同尺寸。圆角半径RF有助于后缘冷却槽口66的可铸性。圆角半径RF通过将后缘冷却槽口中的冷却剂流52从槽口底面51重新分配至槽脊50，以便使冷却剂流52膜较均匀地覆盖在槽口底面51和槽脊50上，而帮助改进槽脊50的冷却。
槽脊50的另一实施例在图4和11中以虚线示出，且允许槽脊50在暴露的冷却槽口66中的每一个周围不与压力侧壁42的外部表面43共面或齐平。槽脊50可更加朝向槽口底面51弯曲，且远离压力侧壁42的外部表面43。槽脊50可以以在0-5度范围中的槽脊角度A3弯曲远离外部表面43，且槽脊50可在后缘TE上游截断槽口底面51。翼型件的该较短的槽脊实施例还包括在图11中进一步示出的露台130，其反过来提供用于槽口底面51的结构和表面。露台130经过槽口底面51从冷却孔30的扩散区段102沿弦向或向下游大致延伸到后缘TE。露台130从槽口底面51的最底部132槽口底面沿翼展方向或沿径向朝外延伸到槽口底面51的最顶部134槽口底面，且包括所有槽口底面51。露台130通过从露台130延伸到压力侧壁42的外部表面43的上部和下部露台侧壁136、138沿翼展方向限定。
参考图3-5以及图8，具有空气动力学形状的插塞110布置在冷却孔30中。插塞110向下游延伸通过扩散区段102的至少一部分。插塞110包括从插塞基部112***的插塞拱顶114。插塞拱顶114包括沿横向和沿翼展方向成圆形的上游和下游拱顶端部116、118。沿插塞110的插塞长度LP，插塞基部的翼展方向高度H小于冷却孔的翼展方向高度H。插塞110沿翼展方向在孔30中居中。插塞基部112在本文中示出为沿吸力侧壁44的吸力侧壁表面40延伸。备选地，插塞基部112可沿压力侧壁42的压力侧壁表面39延伸。插塞110提供对在冷却孔30的扩散区段102中的区域流动横截面74的膨胀率的控制。插塞110帮助维持沿冷却孔表面的稳定的发散流，即，防止或减少沿压力和吸力侧壁42、44的压力和吸力侧壁表面39、40(相应地在扩散区段102中)的流分离和湍流。插塞110允许轴向分隔件68的上部和下部分隔件25、26的上部和下部孔表面46、48在扩散区段102中的扩散比没有插塞时更大，且仍然维持扩散区段102中的附着和稳定冷却剂流52。流动横截面74在扩散区段102的整个第二长度L2上面积增加，但是该增加的速率通过插塞110控制。插塞110是三维成形或成型的，以维持附着和稳定的冷却剂流52，且防止在扩散区段102中沿轴向分隔件68的上部和下部分隔件25、26的上部和下部孔表面46、48的分离。
冷却孔30具有横截面孔面积AH，且插塞110具有横截面插塞面积AP。在插塞110和冷却孔30之间的流动横截面74具有横截面流动面积AF，其等于在孔面积AH与插塞面积AP之间的差。在扩散区段102中的流动横截面74的横截面流动面积AF沿向下游方向增加。在计量区段100中和在扩散区段102在插塞110上游的任意部分中的流动横截面74的横截面流动面积AF是冷却孔30的横截面孔面积AH。
在计量区段100中和在扩散区段102在插塞110上游的任意部分中的流动横截面74的实施例在图3-6中示出为具有跑道形流动横截面74，其具有在沿翼展方向或沿径向间隔开的圆形或半圆形内部和外部端部区段82、84之间的矩形区段75。在本文中示出的跑道形流动横截面74沿翼展方向伸长，具有四个相等的拐角半径R，且具有在0.15-0.50范围中的优选的宽度对高度比W/H。
图7中示出的扩散区段102具有插塞110的部分中的流动横截面74的实施例可大体描述为具有两个相对宽的圆形凸瓣120，其位于相对窄的矩形中间区段124的远端122处。流动横截面74的高度H在扩散区段102的整个长度上增加。流动横截面74的宽度W在没有插塞110的地方是恒定的，且跨存在插塞110的流动横截面74的高度H而变化，如在图7中所示。凸瓣120具有最大宽度MW，其等于扩散区段102的在压力侧壁和吸力侧壁42、44的相应的压力侧壁表面和吸力侧壁表面39、40之间测量的宽度W。凸瓣120相应地在扩散区段102中在压力侧壁和吸力侧壁42、44的压力侧壁表面和吸力侧壁表面39、40之间延伸。凸瓣120比中间区段124大致更宽。沿插塞110所定位的扩散区段102，轴向分隔件68的下部分隔件26的下部孔表面48比插塞基部112大致更宽。这允许冷却剂流52相应地在扩散区段102中在插塞110与压力侧壁和吸力侧壁42、44的压力侧壁表面和吸力侧壁表面39、40之间经过且冷却它们。
冷却孔30、后缘冷却槽口66以及槽脊50铸造成冷却特征。铸造这些特征提供用于翼型件和叶片及导叶的良好的强度、低的制造成本和耐用性。在沿翼展方向或沿径向间隔开的圆形或半圆形内部和外部端部区段82、84之间具有矩形截面75的跑道形流动横截面74提供良好的冷却流特性，其降低了冷却翼型件所需要的冷却剂流52的量。拐角半径R有助于这些冷却特征的良好的冷却、可铸性以及强度，以及特别地帮助冷却槽脊50，因此降低所使用的冷却剂流52的量。
图3和图5中所示的冷却孔30和后缘冷却槽口66的实施例包括扩散后缘冷却槽口66。扩散区段102和后缘冷却槽口66可以以不同的第一和第二扩散角A1、A2扩散，如在图3中所示。扩散区段102和后缘冷却槽口66的翼展方向高度H沿下游方向D增加。用于使冷却剂流52在破口处到槽脊上的相对于槽脊的较有利的流角度通过槽口的扩散区段102的膨胀角度A1以及在外部扩散区段66之间的相对角度来设立，即A2·A1。插塞还有助于迫使冷却流从槽口底面到槽脊上。
具有恒定宽度W的沿翼展方向伸长的计量区段100尺寸设置成控制冷却剂流52的量以有益于发动机循环。沿翼展方向伸长的计量区段100和扩散区段102使覆盖在破口58处的流膨胀，将后缘冷却槽口66中的冷却剂流52从槽口底面51重新分配至槽脊50，以便使覆盖在槽口底面51和槽脊50上的冷却剂流52膜较均匀。孔30的扩散区段102上游的恒定宽度W计量区段100帮助使冷却剂流52保持完全附着在扩散区段102中。
这继而允许增加槽口底面51的表面面积且减少槽脊50的表面面积。恒定宽度W计量区段100和扩散区段102帮助在破口处设立相对于槽脊50的较有利的流角度，以使更多的冷却剂流52到槽脊上。在冷却孔30的整个第一和第二长度L1、L2上的平坦压力侧壁表面39还帮助在破口处设立相对于槽脊50的较有利的流角度，以使更多的冷却剂流52到槽脊上。
冷却孔30的恒定宽度和单独的平坦压力侧壁表面39帮助在破口处将冷却剂流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，气动损失可导致对涡轮效率的负效应。这两个特征还帮助使冷却剂流52保持附着在槽口66的膨胀区段中。
参考图9-10，布置在冷却孔30中的具有气动形状的插塞110是延伸的插塞，其向下游进一步延伸通过扩散区段102的至少一部分和后缘冷却槽口66的至少一部分。
插塞在发散区段中产生气动流阻塞，即，针对给定的冷却剂流速率产生减小的流动面积。这允许发散器膨胀角度增加，且仍然在发散器中维持稳定的附着流。较高的发散器膨胀导致较小的热槽脊表面面积以及较大的冷槽口底面表面面积。插塞还使冷却剂速度在槽口出口处保持较高。对于相同的冷却剂流速率，没有插塞的发散器相比具有插塞的发散器具有较低的槽口出口速度。这对于限制由于热气体与冷却剂流的混合产生的气动损失而言是重要的，该损失根据冷却剂速度对外部气体速度的比率而变化。该比率越接近1，混合损失越小。插塞帮助使冷却流动速度保持较高，而仍然减少冷却流。插塞设立非常有利的流角度和涡流条件，以将冷却剂流推到槽脊上，从而给出较高的槽脊膜效应。延伸的插塞突出了该效应。较短的槽脊允许冷却剂在后缘处合并，从而给出较好的膜效应。该增加的槽脊角度使得在槽脊上有较好的冷却剂流卷动。热的槽脊表面面积也减少。
本发明已经以示例性方式描述。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。
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。

Claims (33)

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)，其沿从翼型件基部(34)到翼型件顶端(36)的翼展(S)朝外延伸；
所述压力侧壁和吸力侧壁(42,44)在相对的前缘和后缘(LE,TE)之间沿弦向(C)延伸；
沿翼展方向成排(38)的沿翼展方向间隔开的后缘冷却孔(30)，其在压力侧壁和吸力侧壁(42,44)之间封闭在所述翼型件(12)中，并且终止于相应的沿翼展方向间隔开的后缘冷却槽口(66)处，所述后缘冷却槽口(66)大致沿弦向延伸至所述后缘(TE)；
所述冷却孔(30)中的每一个包括沿翼展方向扩散区段(102)，其通往所述后缘冷却槽口(66)；以及
布置在所述冷却孔(30)的每一个中的插塞(110)，并且所述插塞(110)向下游延伸通过所述扩散区段(102)的至少一部分。
2. 根据权利要求1所述的翼型件(12)，其特征在于，还包括插塞拱顶(114)，其从所述插塞(110)的插塞基部(112)***，并且所述插塞基部(112)沿所述吸力侧壁(44)的吸力侧壁表面(40)延伸。
3. 根据权利要求2所述的翼型件(12)，其特征在于，还包括，所述插塞(110)在所述孔(30)中沿翼展方向居中。
4. 根据权利要求3所述的翼型件(12)，其特征在于，还包括，所述插塞(110)包括沿横向和翼展方向成圆形的上游和下游拱顶端(116,118)。
5. 根据权利要求3所述的翼型件(12)，其特征在于，还包括：
在所述插塞(110)和所述冷却孔(30)之间的流动横截面(74)，
所述流动横截面(74)具有横截面流动面积(AF)，其等于在所述冷却孔(30)的横截面孔面积(AH)与所述插塞(110)的横截面插塞面积(AP)之间的差，以及
在所述扩散区段(102)中的横截面流动面积(AF)沿下游方向增加。
6. 根据权利要求5所述的翼型件(12)，其特征在于，还包括：
在所述插塞(110)与所述冷却孔(30)之间的流动横截面(74)具有在相对窄的矩形中间区段(124)的远端(122)处的两个相对宽的圆形凸瓣(120)，
所述流动横截面(74)的高度(H)在所述扩散区段(102)的整个长度上增加，
所述凸瓣(120)相应地在所述扩散区段(102)中在所述压力侧壁和吸力侧壁(42,44)的压力侧壁表面和吸力侧壁表面(39,40)之间延伸，以及
所述凸瓣(120)在所述扩散区段(102)中具有最大宽度(MW)，其等于所述扩散区段(102)在所述压力侧壁和吸力侧壁(39,40)之间的宽度(W)。
7. 根据权利要求6所述的翼型件(12)，其特征在于，还包括，所述凸瓣(120)比所述中间区段(124)大致更宽。
8. 根据权利要求5所述的翼型件(12)，其特征在于，还包括在所述后缘冷却槽口(66)中的沿翼展方向相邻的槽口(66)之间布置的槽脊(50)，以及在所述槽脊(50)之间在所述后缘冷却槽口(66)中的槽口底面(51)。
9. 根据权利要求8所述的翼型件(12)，其特征在于，还包括，所述槽脊(50)在所述冷却槽口(66)的每一个周围与所述压力侧壁(42)的外部表面(43)共面或齐平。
10. 根据权利要求9所述的翼型件(12)，其特征在于，还包括：
露台(130)，其经过所述槽口底面(51)从所述冷却孔(30)的扩散区段(102)沿弦向或向下游大致延伸到所述后缘(TE)，
所述露台(130)从所述槽口底面(51)中的最底部(132)槽口底面沿翼展方向或沿径向朝外延伸到所述槽口底面(51)中的最顶部(134)槽口底面，以及
上部和下部露台侧壁(136,138)，其从所述露台(130)延伸至所述压力侧壁(42)的外部表面(43)，且沿翼展方向限定所述露台(130)。
11. 根据权利要求3所述的翼型件(12)，其特征在于，还包括，所述插塞(110)还延伸通过所述后缘冷却槽口(66)的至少一部分。
12. 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)，其沿从翼型件基部(34)到翼型件顶端(36)的翼展(S)朝外延伸；
所述压力侧壁和吸力侧壁(42,44)在相对的前缘和后缘(LE,TE)之间沿弦向(C)延伸；
沿翼展方向成排(38)的沿翼展方向间隔开的后缘冷却孔(30)，其在压力侧壁和吸力侧壁(42,44)之间封闭在所述翼型件(12)中，并且终止于相应的沿翼展方向间隔开的后缘冷却槽口(66)处，所述后缘冷却槽口(66)大致沿弦向延伸至所述后缘(TE)；
按照向下游串联的冷却流关系，所述冷却孔(30)中的每一个包括入口(70)、具有恒定面积且恒定宽度流动横截面(74)的计量区段(100)、以及通往所述后缘冷却槽口(66)的沿翼展方向扩散区段(102)；以及
布置在所述冷却孔(30)的每一个中的插塞(110)，并且所述插塞(110)向下游延伸通过所述扩散区段(102)的至少一部分。
13. 根据权利要求12所述的翼型件(12)，其特征在于，还包括插塞拱顶(114)，其从所述插塞(110)的插塞基部(112)***，并且所述插塞基部(112)沿所述吸力侧壁(44)的吸力侧壁表面(40)延伸。
14. 根据权利要求13所述的翼型件(12)，其特征在于，还包括，所述插塞(110)在所述孔(30)中沿翼展方向居中。
15. 根据权利要求14所述的翼型件(12)，其特征在于，还包括，所述插塞(110)包括沿横向和翼展方向成圆形的上游和下游拱顶端(116,118)。
16. 根据权利要求14所述的翼型件(12)，其特征在于，还包括：
在所述插塞(110)和所述冷却孔(30)之间的流动横截面(74)，
所述流动横截面(74)具有横截面流动面积(AF)，其等于在所述冷却孔(30)的横截面孔面积(AH)与所述插塞(110)的横截面插塞面积(AP)之间的差，以及
在所述扩散区段(102)中的横截面流动面积(AF)沿下游方向增加。
17. 根据权利要求16所述的翼型件(12)，其特征在于，还包括：
在所述插塞(110)与所述冷却孔(30)之间的流动横截面(74)具有在相对窄的矩形中间区段(124)的远端(122)处的两个相对宽的圆形凸瓣(120)，
所述流动横截面(74)的高度(H)在所述扩散区段(102)的整个长度上增加，
所述凸瓣(120)相应地在所述扩散区段(102)中在所述压力侧壁和吸力侧壁(42,44)的压力侧壁表面和吸力侧壁表面(39,40)之间延伸，以及
所述凸瓣(120)在所述扩散区段(102)中具有最大宽度(MW)，其等于所述扩散区段(102)在所述压力侧壁和吸力侧壁(39,40)之间的宽度(W)。
18. 根据权利要求17所述的翼型件(12)，其特征在于，还包括，所述凸瓣(120)比所述中间区段(124)大致更宽。
19. 根据权利要求18所述的翼型件(12)，其特征在于，还包括在所述后缘冷却槽口(66)中的沿翼展方向相邻的槽口(66)之间布置的槽脊(50)，以及在所述槽脊(50)之间在所述后缘冷却槽口(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，还包括槽脊(50)，其在所述冷却槽口(66)的每一个周围与所述压力侧壁(42)的外部表面(43)共面或齐平。
21. 根据权利要求19所述的翼型件(12)，其特征在于，还包括：
露台(130)，其经过所述槽口底面(51)从所述冷却孔(30)的扩散区段(102)沿弦向或向下游大致延伸到所述后缘(TE)，
所述露台(130)从所述槽口底面(51)中的最底部(132)槽口底面沿翼展方向或沿径向朝外延伸到所述槽口底面(51)中的最顶部(134)槽口底面，以及
上部和下部露台侧壁(136,138)，其从所述露台(130)延伸至所述压力侧壁(42)的外部表面(43)，且沿翼展方向限定所述露台(130)。
22. 根据权利要求12所述的翼型件(12)，其特征在于，还包括：
所述冷却孔(30)具有翼展方向宽度(H)，其在所述冷却孔(30)中大致大于孔宽度(W)，
所述压力侧壁和吸力侧壁(42,44)的相应地在所述孔(30)中的压力侧壁表面和吸力侧壁表面(39,40)，以及
所述压力侧壁表面(39)在整个计量和扩散区段(100,102)上是平坦的。
23. 根据权利要求22所述的翼型件(12)，其特征在于，还包括：
插塞拱顶(114)，其从所述插塞(110)的插塞基部(112)***，
所述插塞基部(112)沿所述吸力侧壁(44)的吸力侧壁表面(40)延伸，
所述插塞(110)沿翼展方向在所述孔(30)中居中，
在所述插塞(110)和所述冷却孔(30)之间的流动横截面(74)，
所述流动横截面(74)具有横截面流动面积(AF),其等于在所述冷却孔(30)的横截面孔面积(AH)与所述插塞(110)的横截面插塞面积(AP)之间的差，以及
在所述扩散区段(102)中的横截面流动面积(AF)沿下游方向增加。
24. 根据权利要求23所述的翼型件(12)，其特征在于，还包括：
在所述插塞(110)与所述冷却孔(30)之间的流动横截面(74)具有在相对窄的矩形中间区段(124)的远端(122)处的两个相对宽的圆形凸瓣(120)，
所述流动横截面(74)的高度(H)在所述扩散区段(102)的整个长度上增加，
所述凸瓣(120)相应地在所述扩散区段(102)中在所述压力侧壁和吸力侧壁(42,44)的压力侧壁表面和吸力侧壁表面(39,40)之间延伸，以及
所述凸瓣(120)在所述扩散区段(102)中具有最大宽度(MW)，其等于所述扩散区段(102)在所述压力侧壁和吸力侧壁(39,40)之间的宽度(W)。
25. 根据权利要求24所述的翼型件(12)，其特征在于，还包括，所述凸瓣(120)比所述中间区段(124)大致更宽。
26. 根据权利要求25所述的翼型件(12)，其特征在于，还包括在所述后缘冷却槽口(66)中的沿翼展方向相邻的槽口(66)之间布置的槽脊(50)，以及在所述槽脊(50)之间在所述后缘冷却槽口(66)中的槽口底面(51)。
27. 根据权利要求26所述的翼型件(12)，其特征在于，还包括槽脊(50)，其在所述冷却槽口(66)的每一个周围与所述压力侧壁(42)的外部表面(43)共面或齐平。
28. 根据权利要求26所述的翼型件(12)，其特征在于，还包括：
露台(130)，其经过所述槽口底面(51)从所述冷却孔(30)的扩散区段(102)沿弦向或向下游大致延伸到所述后缘(TE)，
所述露台(130)从所述槽口底面(51)中的最底部(132)槽口底面沿翼展方向或沿径向朝外延伸到所述槽口底面(51)中的最顶部(134)槽口底面，以及
上部和下部露台侧壁(136,138)，其从所述露台(130)延伸至所述压力侧壁(42)的外部表面(43)，且沿翼展方向限定所述露台(130)。
29. 根据权利要求28所述的翼型件(12)，其特征在于，还包括，所述宽度(W)在所述孔(30)的计量区段(100)上是恒定的。
30. 根据权利要求26所述的翼型件(12)，其特征在于，还包括：
所述凸瓣(120)具有拐角半径(R)，
在所述槽脊(50)与所述槽口底面(51)之间的槽口拐角(64)中的圆角(62)，以及
所述圆角(62)具有与所述凸瓣(120)的拐角半径(R)大致相同尺寸的圆角半径(RF)。
31. 根据权利要求30所述的翼型件(12)，其特征在于，还包括，所述扩散区段(102)和所述后缘冷却槽口(66)分别以不同的第一和第二扩散角(A1，A2)扩散。
32. 根据权利要求31所述的翼型件(12)，其特征在于，还包括，所述插塞(110)还延伸通过所述后缘冷却槽口(66)的至少一部分。
33. 根据权利要求12所述的翼型件(12)，其特征在于，还包括所述计量和扩散区段(100,102)具有翼展方向高度(H)与孔宽度(W)的孔高度对孔宽度比(H/W)，其在大约2:1到10:1的范围内。
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