后缘冷却 【技术领域】
本发明涉及涡轮机，且尤其涉及冷却的涡轮机叶片和导向叶片。
背景技术
后缘冷却是涡轮机叶片和导向叶片的一般特征。在一般的制造方法中，叶片/导向叶片翼型件中的冷却网路的主要通道通过利用叶片/导向叶片铸造过程中失蜡芯而形成。翼型件表面提供有与网路连通的孔。一些或所有这些孔可以钻削而成。在一种制造方法中，一排后缘孔可以钻削为相互平行且间隔相等。
【发明内容】
因此本发明的一个方面涉及一个具有第一端和第二端、前缘和后缘、以及内部冷却通道网路的翼型件。多个后缘孔从后缘延伸到通道网路的后缘空腔。后缘孔以从第一端向第二端递增的间距而排列。通道网路适合于在后缘空腔内引导冷却空气，以在平行于后缘的第一方向上增加温度。在第一方向上该间隔基本上逐渐地减小。后缘空腔可以是冲击腔。本发明的其它方面涉及涡轮机元件的制造方法。
本发明的一个或多个实施例的细节将在下面的附图和说明书中描述。本发明的其它特点，目的和优点从说明书、附图和权利要求书中变得清楚。
【附图说明】
图1是涡轮导向叶片的视图。
图2是图1的叶片沿线2-2的部分截面图。
图3是图2的叶片沿线3-3的视图。
图4是导向叶片/叶片制造装置的视图。
图5是涡轮机叶片的X射线图。
在各图中相同的附图标记和标志表示相同的元件。
【具体实施方式】
图1表示了一个具有翼型件42的涡轮机导向叶片40，翼型件42从内侧平台46处地近根部44延伸一长度到外侧平台50上的远端48。并排安装许多这样的导向叶片，它们各自的内侧和外侧平台形成限定流路的内、外侧部分的内侧环和外侧环。在一个实施例中，导向叶片由金属合金整体地形成。
翼型件从前缘60延伸到后缘62。前缘和后缘分隔受压侧和负压侧或受压表面和负压表面64和66(图2)。为了冷却翼型件，翼型件上装有与一个或两个平台上的端口连接的冷却通道网路。示例的通道网路包括一连串的通常沿着翼型件的纵向延伸的空腔。一个最尾部的空腔称为后缘空腔70，通常平行于后缘延伸。倒数第二的空腔72位于后缘空腔70的前面。这些空腔在一端或两端和/或沿着它们的长度的位置相连，以便允许从倒数第二空腔向后缘空腔流动。在所示的实施例中，空腔70和72是冲击空腔。倒数第二空腔72从供给空腔73经由分隔这两个腔的壁上的一排孔75(见图3)接收空气。供给腔73从平台50上的端口74接收空气。同样的，后缘空腔70从倒数第二空腔72经由在这两个腔之间的壁上的孔77接收空气。在某种程度上，供给到空腔73中的冷却空气径向地向内前进时被加热，在冲击空腔70和72中的冷却空气温度在径向向内的方向上同样地增加。
通道网路还可以包括延伸到受压表面和负压表面64和66的孔，以用于进一步冷却并隔绝此表面与外部的高温。在这些孔中可以有在后缘附近位置和后缘冲击空腔70的最后缘之间延伸的一排后缘孔80。图2表示了一个具有表面82的所述孔，其以轴线500为中心且延伸一个长度502。所示的孔具有直径为504的圆形截面。
图3表示了这排后缘孔80的一部分。这些孔或更准确的是它们的轴线500以相对于后缘成角θ1和相对于后缘冲击空腔70的局部最末端90成角θ2。当达到后缘62和最末端90平行的程度时，对于给定的孔80所示的角θ1和θ2彼此相等。孔的节距510是沿着后缘的孔的中心线的间隔。
如下面进一步的详细解释，每一孔80的轴线500不必相互平行。同样地，每一个孔80的角θ1和/或θ2不必相同，它们的直径504和长度502也不必相同。结构整体性和制造方面的考虑可能影响或限定后缘62与空腔70的最末端90的间隔。有利的是，孔80是短且窄的，以便最大化后缘附近可能的冷却。窄度如直径主要由钻孔的容易程度限定。如果考虑到其它的制造和端接情况下面讨论最小化通过具有尽可能接近于与后缘和最末端相互垂直的轴线获得。
沿着后缘，沿后缘的一部分的每单位线性尺寸比沿后缘的另外部分要求更少的冷却。在所示的实施例中，随着供给空腔73中的冷却空气通常径向地向内流动，经过冲击空腔72和70及孔80的空气由于较短的网路流路因而在端部48附近比在根部44附近更冷。由于此更冷的空气对热传递是更有效的，端部48附近比根部44附近所需的孔80每线性尺寸通过的空气量更少。因此，为了有效地利用通过空腔70的冷空气，有利的是，孔的间隔沿着后缘在外侧方向上通常增加。忽略考虑制造和端接情况，根据合适的冷却分布，间隔的变化最好是连续的，一个孔与下一个孔之间的间隔有轻微的变化。
例如，如果空腔70的末端不延伸到后缘的外侧端，所需的是，孔细长地散布在外侧端附近或以别的方式强化冷却。后缘的内侧端由于与钻孔装置干涉还可能引起工艺问题。如果希望垂直于后缘来钻孔，则内侧平台可能与沿着后缘最内侧的孔的钻削干涉。因此，由于给定的钻孔装置，对垂直孔的限制可能导致最内侧孔置于远外侧。因此，对于这个孔，这样的情况可能引起角度θ1减小到90度之下，以便允许这个孔充分地向内侧。在后缘的内侧或外侧端处进入后缘空腔将使得具有所需角度的θ1角发生改变。此外，所希望的是，用单个具有几个刀头152(所示10个刀头)的钻孔装置150(图4)一次成排地钻多个孔。这种装置的使用可能在间隔选择和孔的方向上限制自由度。这样的装置可能要求几个排钻孔相互平行，从而防碍每一个孔的角度θ1的独立选择。这种装置为了易于制造可能要求几个孔的轴线相互均匀地间隔，所以防碍了每个孔间隔的独立选择。然而，间隔可以以另一种方式随着给定装置变化，一个装置的特定间隔(例如一个平均值或中间值)与下一个的不同。通过这样的装置，可以获得间隔的连续变化。
考虑到这一点，在一个排钻的例子中，使用单个钻孔装置同时钻给定数量N(例如5-15)个孔。可以使用这种装置钻M组(例如5或更多)这样的N个孔，总计孔数在40至200之间。每一组的轴线可以与另一组的轴线不平行，因此允许这些组的孔相对接近于垂直于后缘(由于端接的情况而引起的偏离)。在另一个例子中，使用具有不同的轴线间隔的不同的钻孔装置150钻不同组的孔。
作为例子，后缘的径向跨距根据使用场合可以大约是1.0-15英尺。孔的直径可以在大约0.01英尺和0.15英尺之间，更小的范围是大约0.015-0.025英尺。孔的长度可以是孔的直径的5-25倍之间。在一个典型的导向叶片的例子中，导向叶片是这样定尺寸的：装上环时，在后缘处根部相对于发动机中心线在大约10英尺的半径处。后缘的外侧端在大约12.5英尺的半径处。在典型实施例中，在内侧平台附近的间距初始为孔直径的大约2.1倍，直到后缘长度的中部通常保持相同，然后向着外侧平台增加到直径的大约2.7倍。因此，一个带有小间距的钻孔装置可以钻几组孔，然后用具有较大间距的第二装置钻其它孔(在典型例子中是数量稍少的孔)。在典型实施例中，孔的长度从内侧平台附近大约为孔径的14.5倍变化到外侧平台附近大约为孔径的13.75倍。在典型例子中，由于平台附近所需的冷却减小，沿着后缘的最内侧的大约10％，内侧平台附近的孔间距比2.1大。所以可以看出，只在后缘的主要部分(如40-90％或更窄为50-80％)上存在递增的间距。
图5表示具有平台202和从平台的最接近的根部206延伸到末端尖208的翼型件204的涡轮机叶片200。此翼型见与导向叶片的翼型件基本类似。在给定的涡轮机中，许多这样的叶片与它们的平台并排定位以形成一个环。这样的叶片环可以与导向叶片环间置，两者的内侧平台形成通过涡轮机流路的通常连续的内侧壁。典型的叶片翼型件具有分隔受压面214和负压面216的前缘210和后缘212。叶片翼型件可以与导向叶片翼型件一样具有一排后缘孔220。
已经描述了本发明的一个或多个实施例。不过。应该明白在不偏离本发明的精神和范围的前提下可以做出各种变化。例如，考虑到可得到的制造技术，涡轮机希望的流动性能可能影响孔的布置。在对已存在的涡轮机进行重新设计或改进过程中尤其是这样。因此，其它的例子包括在下述权利要求的范围内。