《针肋阵列.pdf》由会员分享，可在线阅读，更多相关《针肋阵列.pdf（11页珍藏版）》请在专利查询网上搜索。
1、(10)申请公布号 CN 102966380 A(43)申请公布日 2013.03.13CN102966380A*CN102966380A*(21)申请号 201210315830.4(22)申请日 2012.08.3013/221,009 2011.08.30 USF01D 5/18(2006.01)(71)申请人通用电气公司地址美国纽约州(72)发明人 A.E.史密斯(74)专利代理机构中国专利代理(香港)有限公司 72001代理人李强 严志军(54) 发明名称针肋阵列(57) 摘要本发明提供一种针肋阵列，其设于具有冷却流的翼型件中。该翼型件可以包括：内部冷却通路、与内部冷却通路连通的多个。
2、冷却孔、以及定位在内部冷却通路内的多个针肋。针肋布置成具有一个或多个转向开口以及一个或多个引导开口，以便朝向冷却孔对冷却流进行导向。(30)优先权数据(51)Int.Cl.权利要求书1页 说明书4页 附图5页(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请权利要求书 1 页 说明书 4 页 附图 5 页1/1页21.一种翼型件（100），在所述翼型件（100）中具有冷却流（130），所述翼型件（100）包括：内部冷却通路（110）；多个冷却孔（120），所述多个冷却孔（120）与所述内部冷却通路（110）连通；以及多个针肋（150），所述多个针肋（150）定位在所述内部冷却通路（110。
3、）内；所述多个针肋（150）包括一个或多个转向开口（170）以及一个或多个引导开口（180），以便朝向所述多个冷却孔（120）对所述冷却流（130）进行引导。2.根据权利要求1所述的翼型件（100），其特征在于，所述多个针肋（150）包括非均匀阵列（160）。3.根据权利要求1所述的翼型件（100），其特征在于，所述翼型件（100）还包括多个内部冷却通路（110）。4.根据权利要求1所述的翼型件（100），其特征在于，所述多个针肋（150）包括跨过一对列（200，210）的交错定位（190）。5.根据权利要求4所述的翼型件（100），其特征在于，所述多个针肋（150）包括跨过多个列（200，2。
4、10，220，230）的交错定位（190）。6.根据权利要求1所述的翼型件（100），其特征在于，所述一个或多个转向开口（170）包括在所述多个针肋（150）中的第一对针肋之间的第一距离，所述一个或多个引导开口（180）包括在所述多个针肋（150）中的第二对针肋之间的第二距离，并且所述第一距离大于所述第二距离。7.根据权利要求1所述的翼型件（100），其特征在于，所述一个或多个转向开口（180）使所述冷却流（130）转向大约九十（90）度。8.根据权利要求1所述的翼型件（100），其特征在于，所述多个冷却孔（120）包括多个后缘（48）冷却孔（120）。9.根据权利要求1所述的翼型件（100）。
5、，其特征在于，所述翼型件（100）还包括多个列（200，210，220，230）上的多个转向开口（170）。10.根据权利要求1所述的翼型件（100），其特征在于，所述翼型件（100）还包括多个列（200，210，220，230）上的多个引导开口（180）。权 利 要 求 书CN 102966380 A1/4页3针肋阵列技术领域0001 本申请以及所获得的专利总体涉及燃气涡轮发动机，并且更具体地涉及用于在燃气涡轮机翼型件等中使用的导流针肋阵列（pin-fin array）。背景技术0002 燃气涡轮机包括多个级，其斗叶从支承转子盘向外延伸。每个斗叶都包括翼型件，燃烧气体流过翼型件。必须对气流进。
6、行冷却，以承受燃烧气体所产生的高温。不充分的冷却可能导致翼型件上的过度应力，并且可能导致或者造成疲劳和/或损坏。因此，翼型件通常是具有一个或多个内部冷却流动通道的中空件。可以向内部冷却流动通道提供来自压缩机或者其它位置的冷却空气泄放。可以通过使用针肋阵列、紊流器等来增强冷却流与翼型件的内部金属表面之间的对流传热。针肋阵列或者紊流器在周围的边界层中产生扰乱，以便增加传热。0003 翼型件通常具有通向针阵列和多个出口的单个冷却流进给部。然而，这种构造通常导致相对于出口成角度的通过针阵列的流。该成角度的流可能导致其中传热效率降低。可以使用稳流器（flow straighteners），但是这样使得针。
7、阵列区域占用的空间和复杂度增加。0004 因此，需要一种具有改进的内部冷却流方案的翼型件，该改进的内部冷却流方案具有针肋阵列。这种改进的冷却流方案可以提供针肋阵列以用于更有效的传热、更好的流控制和更低的制造成本。发明内容0005 本申请以及所获得的专利提供一种其中具有冷却流的翼型件。该翼型件可以包括内部冷却通路、与内部冷却通路连通的多个冷却孔、以及定位在内部冷却通路内的多个针肋。针肋布置成具有一个或多个转向开口以及一个或多个引导开口，以便朝向冷却孔对冷却流进行引导。0006 所述多个针肋包括非均匀阵列。所述翼型件还包括多个内部冷却通路。所述多个针肋包括跨过一对列的交错定位；或者包括跨过多个列的。
8、交错定位。所述一个或多个转向开口包括在所述多个针肋中的第一对针肋之间的第一距离，所述一个或多个引导开口包括在所述多个针肋中的第二对针肋之间的第二距离，并且所述第一距离大于所述第二距离。所述一个或多个转向开口使所述冷却流转向大约九十（90）度。所述多个冷却孔包括多个后缘冷却孔。所述翼型件还包括多个列上的多个转向开口，和/或多个列上的多个引导开口。0007 本申请以及所获得的专利进一步提供一种其中具有冷却流的翼型件。该翼型件可以包括内部冷却通路、与内部冷却通路连通的多个冷却孔、以及以非均匀阵列定位在内部冷却通路内的多个针肋。针肋布置成具有处于交错定位的一个或多个转向开口、以及一个或多个引导开口，以。
9、便朝向冷却孔对冷却流进行引导。说 明 书CN 102966380 A2/4页40008 所述一个或多个转向开口包括在所述多个针肋中的第一对针肋之间的第一距离，所述一个或多个引导开口包括在所述多个针肋中的第二对针肋之间的第二距离，并且所述第一距离大于所述第二距离。所述一个或多个转向开口使所述冷却流转向大约九十（90）度。所述多个冷却孔包括多个后缘冷却孔。所述翼型件还包括多个列上的多个转向开口，和/或多个列上的多个引导开口。0009 本申请以及所获得的专利进一步提供一种其中具有冷却流的内部冷却通路。该内部冷却通路可以包括多个冷却孔、以及定位在内部冷却通路内的多个针肋。针肋布置成包括一个或多个转向开。
10、口以及一个或多个引导开口，所述一个或多个转向开口在第一对针肋之间具有第一距离，所述一个或多个引导开口在第二对针肋之间具有第二距离，并且其中第一距离大于第二距离。0010 所述多个针肋包括非均匀阵列。所述一个或多个转向开口使所述冷却流转向大约九十（90）度。所述内部冷却通路还包括多个列上的多个转向开口。0011 通过结合若干附图和所附权利要求阅览下文的详细描述，本申请以及所获得的专利的这些和其它的特征以及改进对于本领域普通技术人员而言将变得显而易见。附图说明0012 图1是燃气涡轮发动机的示意图。0013 图2是涡轮机斗叶的透视图。0014 图3是图2的涡轮机斗叶的侧横截面图。0015 图4是已。
11、知的针肋阵列的示意图。0016 图5是可以如本说明书所述的针肋阵列的示例的示意图。0017 附图标记列表：0018 10 燃气涡轮发动机 36 翼型件0019 12 压缩机 38 根部0020 14 空气流 40 尖端部0021 16 燃烧器 42 压力侧壁0022 18 燃料流 44 吸力侧壁0023 20 燃烧气体流 46 前缘0024 22 涡轮机 48 后缘0025 24 轴 50 后缘冷却孔0026 26 负载 52 前缘冷却孔0027 28 涡轮机斗叶 54 内部冷却路径0028 30 燕尾榫 56 针阵列0029 32 柄 58 针肋0030 34 平台 60 均匀阵列0031 。
12、62 冷却流 100 翼型件0032 170 转向开口0033 110 内部冷却路径 180 引导开口0034 120 冷却孔 190 交错定位说 明 书CN 102966380 A3/4页50035 130 冷却流 200 第一列0036 140 针阵列 210 第二列0037 150 针肋 220 第三列0038 160 非均匀阵列 230 第四列具体实施方式0039 现在参照附图，在附图中，相似的附图标记在全部若干附图中指代相似的元件，图1示出了如本说明书可以使用的燃气涡轮发动机10的示意图。燃气涡轮发动机10可以包括压缩机12。压缩机12对进入的空气流14进行压缩。压缩机12将经过压缩。
13、的空气流14输送至燃烧器16。燃烧器16将经过压缩的空气流14与经过压缩的燃料流18混合、并且点燃混合物，以产生燃烧气体流20。尽管仅示出了单个燃烧器16，但是燃气涡轮发动机10可以包括任何数量的燃烧器16。燃烧气体流20接着被输送至涡轮机22。燃烧气体流20对涡轮机22进行驱动，以便产生机械功。涡轮机22中所产生的机械功通过轴24驱动压缩机12并且驱动外部负载26，例如发电机等。0040 燃气涡轮发动机10可以使用天然气、各种类型的合成气以及/或者其它类型的燃料。燃气涡轮发动机10可以是由Schenectady（New York）的General Electric Company提供的多种不。
14、同的燃气涡轮发动机中的任何一种，其中包括但不限于例如7系列或9系列重型燃气涡轮发动机等的燃气涡轮发动机。燃气涡轮发动机10可以具有不同的构造，并且可以使用其它类型的部件。本发明还可以使用其它类型的燃气涡轮发动机。本发明也可以一起使用多种燃气涡轮发动机、其它类型的涡轮机以及其它类型的发电设备。0041 图2示出了可以与上文所述的涡轮机22一起使用的涡轮机斗叶28的示例。涡轮机斗叶28可以优选地形成为一件式高温合金铸件。涡轮机斗叶28可以包括传统的燕尾榫30，传统的燕尾榫30附接至传统的转子盘。叶片柄32从燕尾榫30向上延伸、并且终止于平台34中，平台34从柄32向外突出并且包绕柄32。0042 。
15、空心翼型件36从平台34向外延伸。翼型件36具有位于与平台34接合处的根部38、以及位于其外端处的尖端部40。翼型件36具有凹入的压力侧壁42和凸出的吸力侧壁44，凹入的压力侧壁42和凸出的吸力侧壁44在前缘46和后缘48处结合在一起。翼型件36可以包括多个后缘冷却孔50和多个前缘冷却孔52。仅仅为了举例的目的，本说明书将翼型件36和涡轮机斗叶28作为整体进行描述。翼型件36和涡轮斗叶28可以具有适于从燃烧气体流20提取能量的任何尺寸或形状。本发明可以使用其它的部件和其它的构造。0043 图3示出了翼型件36的侧横截面图。如图所示，翼型件36可以包括多个内部冷却路径54。翼型件36可以是空气冷。
16、却的、蒸汽冷却的、开放回路或者闭合回路。前缘冷却孔52可以与内部冷却路径54中的一个或多个内部冷却路径54连通。同样地，后缘冷却孔50可以与内部冷却路径54中的一个或多个内部冷却路径54连通。内部冷却路径54中的一个或多个内部冷却路径54还可以包括针阵列（pin array）56。针阵列56可以是针肋（pin-fin）58的阵列。针肋58可以具有任何期望的尺寸、形状或构造。在该示例中，针阵列56围绕后缘冷却孔50定位。本发明可以使用其它类型的传热技术。0044 图4示出了针阵列56的示例。在该示例中，针肋58布置在均匀阵列60中。如图所示，针肋58布置成每个针肋58之间都具有大体均匀的距离。因。
17、此，冷却流62可以相对说 明 书CN 102966380 A4/4页6于后缘冷却孔50以一定角度流过针阵列56或者其它类型的倾泄区域。如上所述，这种角度会折衷总体传热。0045 图5示出了可以如本说明书所述的翼型件100的一部分。翼型件100包括多个内部冷却路径110和贯穿其中的多个冷却孔120。冷却流130可以流过内部冷却路径110、并且通过冷却孔120离开，以便对翼型件100进行冷却。冷却孔120可以沿内部冷却路径110定位，使得冷却流130需要进行转向以便通过其中。本发明可以使用其它的构造和其它的部件。0046 翼型件100还包括位于内部冷却路径110中的一个或多个内部冷却路径110内的。
18、针阵列140。针阵列140可以包括多个针肋150。针肋150可以具有任何期望的尺寸、形状或构造。可以使用任何数量的针肋150。本发明也可以使用例如紊流器等的其它类型的扰流器。0047 在该示例中，针肋150可以定位在非均匀阵列160中。通过使用术语“非均匀”阵列160，我们意在表示单独的针肋150之间的距离可以发生变化。具体而言，单独的针肋150之间可以使用转向开口170和引导开口180。相比引导开口180，转向开口170仅具有位于针肋150之间的较大的开口区域。具体而言，转向开口170可以比引导开口180大大约百分之十五（15%）到大约百分之六十（60%），然而本发明可以使用其它范围。转向开。
19、口170的较大的开口区域倾向于使冷却流130沿期望的方向转向。针肋150还可以具有可变的下游交错定位190。可变的下游交错定位190还有助于根据需要对冷却流130进行引导或导向。在图示的示例中，针阵列140可以具有多个列：第一列200、第二列210、第三列220和第四列230。本发明可以使用任何数量的列。因此，交错定位190延伸跨过所述列。0048 因此，冷却流130转入第一列200中的转向开口170中，并且继续进入第二列210、第三列220和第四列230的转向开口170中。冷却流130沿内部冷却路径110主要进行大约九十（90）度转向进入冷却孔120。本说明书所示的针阵列140仅用于示例目的。
20、。单个针肋150的定位可以根据翼型件100、内部冷却路径110、冷却孔120、针肋150等的几何形状而发生变化。该定位还可能由于任何数量的不同操作和性能参数而发生变化。0049 因此，使用转向开口170以便使冷却流130转向，能够使针阵列140更有效地用于改进的传热和流控制。冷却流130将具有与其垂直的显著的动量分量。因此，冷却流130被高效地导入冷却孔120或其它的倾泄区域中。具体而言，冷却流130交替地或备选地在不同针行上停滞，以便提供该方向。此外，针肋150定位成以便优化局部流速。改进的传热可以使流要求降低，并且增强总体效率的提高。针阵列140还具有较大的针间距，以便降低制造成本和复杂度，同时仍然提供有效的换热和流控制。0050 应当显而易见的是，本说明书仅涉及本申请以及所获得的专利的某些实施例。本领域普通技术人员可以在不偏离如由下面权利要求及其等同形式限定的本发明的总体精神和范围的情况下对本发明进行众多改变和改型。说 明 书CN 102966380 A1/5页7图1说 明 书 附 图CN 102966380 A2/5页8图2说 明 书 附 图CN 102966380 A3/5页9图3说 明 书 附 图CN 102966380 A4/5页10图4说 明 书 附 图CN 102966380 A10。