專利名稱：用于沖擊冷卻的渦輪機部件的灰塵分離的制作方法
技術領域：
本發(fā)明得到政府的支持，由美國海軍授予的合同號為N00019-02-C-3003。因而政府在本發(fā)明中具有某些權利。
本發(fā)明涉及一種沖擊管，其接收在渦輪機部件內部，其中沖擊管具有內部和外部部分，外部部分被構造為將前緣處的沖擊空氣的灰塵阻塞降低到最小。在一個實施例中，內部和外部部分形成為單獨的部件，在另一個實施例中，內部和外部部分形成為一個整體。
背景技術：
渦輪發(fā)動機具有許多部件。一種類型的部件是靜葉片。葉片位于燃燒室下游的熱空氣路徑中，具有面對熱空氣的前緣。葉片因而暴露在高溫下，要求冷卻。一種被用于冷卻葉片的方法是成型葉片以便具有中空區(qū)域，將沖擊管放置在中空區(qū)域中。沖擊管具有多個孔，其用于向外引導沖擊空氣到葉片內的點?？滓餐ㄟ^葉片的壁延伸，以便將沖擊空氣引導到葉片的外部表面上。
該應用涉及在葉片的中空區(qū)域中使用的沖擊管，其接收來自內部和外部葉片冷卻空氣的冷卻空氣。一種從內部和外部供應源供應沖擊冷卻空氣的一個已知方式是使用沖擊管，其包括外部部分和內部部分。內部和外部部分的每一個具有大致在葉片內的中間位置處的端壁，端壁通常平行于渦輪機的旋轉軸線。外部冷卻空氣被引入外部部分，內部冷卻空氣被引入內部部分。沖擊管部分和葉片中的孔在鄰近葉片的前緣處密集。
已經發(fā)現來自徑向外部源的空氣與來自徑向內部源的空氣相比攜帶更多的灰塵。沖擊管和葉片上的孔相對較小，有時被沖擊氣流內部的灰塵阻塞。當該灰塵阻塞前緣附近的孔時，相比希望值更少的空氣導入前緣。

發(fā)明內容
在本發(fā)明已公開的實施例中，葉片接收包括內部和外部部分的沖擊管。在一個實施例中，內部和外部部分的端壁形成為不平行于渦輪機的旋轉軸線。尤其是，外部部分中的端壁被布置以致與其覆蓋間隔朝向后緣的后端部相比，外部部分覆蓋較少的葉片前緣。在公開的實施例中，外部部分的端壁通常為平面，成角度地徑向向內從前緣朝著后緣移動。在這種方式中，與其在前緣處相比，外部部分具有鄰近后端部的更多表面面積。因而，與其流入前緣相比，骯臟的外部沖擊空氣以更大的體積流入后端部。
內部部分以相反的方式形成，其端壁也徑向向內從前緣朝著后緣移動。但是，因為內部部分，該成角度的端壁的效果是相對于導入后端部的空氣體積，增加從內部沖擊空氣源導入前緣的空氣體積。
不僅這種形狀相對于后端部降低導入前緣的外部沖擊氣流的體積，而且機械裝置和因而產生的流動動力降低到達葉片前緣的灰塵數量。尤其是，當來自外部沖擊空氣源的空氣進入外部部分時，存在的動量致使灰塵沿著成角度的端部被導向遠離前緣并朝著外部沖擊管的后端部。在現有技術的結構中，灰塵不被導向后端部，當其在后端部時很可能最初就停留在前緣處。同樣，在現有技術的結構中，最初在后端部的灰塵能移回前緣處。但是，在本發(fā)明中，成角度的端壁將灰塵“釘”在后端部處。這是因為來自楔形的壓力載荷。在楔的底部處的凈化孔，結合朝向后邊緣的面積減少固有的受到抑制的靜態(tài)壓力，創(chuàng)建增加的動態(tài)壓力載荷，其阻止灰塵從后端部朝著外部部分中的前緣移動。同樣，成角度的端壁創(chuàng)建楔形，其起到捕獲灰塵的機械裝置的作用。成角度的端壁首先將灰塵導入外部沖擊管的后端壁，一旦到達該處其被機械釘住，阻止因產生的流動動力而朝著前緣移動。
灰塵因而趨向于被捕獲或者退出鄰近后端部的外部部分。退出鄰近后緣的外部部分的灰塵接著通過鄰近后端部的葉片的外部表面上的薄膜孔一起離開葉片。本質上，楔形創(chuàng)建收集部，其或者永久地捕獲灰塵，或者允許灰塵退出鄰近后端部的葉片，其將阻塞葉片前緣的可能性降低到最小。
盡管本發(fā)明公開了以這種方式成角度地通常為平面的端壁，但是也可使用其它形狀的外部部分和/或內部部分，只要它們實現以下目的減少從外部沖擊空氣源到達葉片前緣的氣流。
在第一個實施例中，內部和外部部分形成為單獨的部件。在第二個實施例中，內部和外部部分形成為一個整體。
本發(fā)明因而降低外部氣流內部灰塵的可能性，降低到達葉片前緣的沖擊氣流。
本發(fā)明的這些和其他特征從下面的說明書和附圖中將更好理解，下面是簡要說明。


圖1是渦輪發(fā)動機一部分的視圖。
圖2A顯示體現本發(fā)明的葉片。
圖2B是通過葉片的一部分的剖視圖。
圖3是發(fā)明的沖擊管組的透視圖。
圖4顯示沖擊管的第二實施例。
具體實施例方式
氣體渦輪發(fā)動機20如圖1所示。正如已知的，動葉片22圍繞中心軸線旋轉，接收來自上游的燃燒室的空氣。若干靜葉片24鄰近動葉片22布置。正如已知的，葉片24暴露于非常熱的空氣，因而冷卻空氣被導入葉片24。如圖所示，存在用于冷卻空氣的徑向內部源26和用于冷卻空氣的徑向外部源28?？諝饫缤ㄟ^在前緣處發(fā)現的薄膜冷卻孔25流出葉片24。其它孔也被發(fā)現橫貫葉片，但是為了簡單并不闡述。已經確定與徑向內部源26相比，徑向外部源28導入攜帶更多灰塵的空氣進入葉片24。徑向線R，下面將被用作參考，可被描述為通常垂直于動葉片22的旋轉軸線。
圖2A顯示葉片24，其具有前緣34，與后緣21間隔的肋32，以及分別的內部托板16和外部托板17。如圖所示，中空區(qū)域19將接收一個沖擊管，另一個沖擊管接收在另一個中空區(qū)域中，包括鄰近前緣34的外部部分36和內部部分40。如圖所示，外部部分36具有端部38，內部部分40具有端部42。
如圖2B所示，葉片24包括前緣34處的外壁30。如圖所示，前緣34暴露于最熱的溫度中，因為其直接面對燃燒室下游的流動。
來自外部空氣源28的冷卻空氣被導入具有端壁38的外部沖擊管部分36。內部沖擊管部分40接收來自內部空氣源26的空氣，具有端壁42。正如從圖2A和2B中可察覺的，端壁38和42不垂直于半徑R，或者換句話說，不平行于動葉片22的旋轉軸線。在現有技術中，端壁38和42平行于動葉片22的旋轉軸線。
沖擊管部分36和40包括許多沖擊氣流孔44?？?4被發(fā)現橫貫沖擊空氣管部分36和40，但是，在該應用中它們僅在鄰近前緣34處被闡述。沖擊空氣管部分在鄰近前緣處具有更大密集度的孔44，因為希望導入最多的冷卻空氣到前緣處。但是，應該理解其它孔將被發(fā)現有間隔地遠離沖擊管部分36和40。為了闡述方便，這些孔在這些圖簡單地不作闡述。
如上所述，與在內部氣流源26相比，灰塵D在較大程度上在外部氣流源28中被發(fā)現。在過去，該灰塵堵塞孔，例如孔44和25。這在前緣34處尤其有害。
來自外部氣流28的動量攜帶較重的灰塵微粒D進入后端部35和端壁38之間創(chuàng)建的楔形部，進一步遠離外部沖擊管孔44的前部和前緣孔25。在現有技術中，因為端壁平行于渦輪機的旋轉軸線，所以灰塵微粒不會被導向遠離前緣或者被抑制移回前緣，因而最后堵塞鄰近前緣34的孔25和44。
本發(fā)明以三種方式解釋了該關心點。首先，因為端壁38與前緣成角度地向內朝著后端部35，所以在灰塵微粒D上存在動態(tài)壓力載荷阻止其朝著前緣的移動。其次，因為在后端部35和端壁38之間創(chuàng)建的楔形，灰塵被捕獲在沖擊管密封嚴密的角落或者退出后端部35，而不是朝著前緣移動并堵塞孔25和44。再次，外部沖擊管部分36的簡單幾何形狀以致與鄰近后端部邊緣相比，鄰近前緣處具有更少的流動橫截面積。如從圖2可察覺的，徑向內部沖擊管部分40相反布置是正確的。因而，與其提供給第二端部35相比，徑向內部源26提供更大體積的冷卻空氣給前緣34，同時與其供應給前緣34相比，徑向外部源28供應更多的沖擊冷卻空氣給后端部35。這些因素的組合降低了可能到達葉片24的前緣處和外部沖擊管部分36處的孔25和44的灰塵數量。
在外部沖擊管部分36的端壁38和后端部35之間測量得到的角度A優(yōu)選地在20°至60°之間。在一個實施例中，角度為36°。重要的是角度小到足夠收集灰塵，但是不要大到足夠影響通過沖擊管的冷卻氣流。內部部分端部42壁的角度平行于端壁38。
因而，解釋了上述討論的問題。存在更大的可靠性沖擊空氣被導入葉片24的前緣34。
圖3顯示沖擊管36和40進一步的細節(jié)。
盡管在已公開的實施例中端壁38和42通常為平面，但是實現上述體積流動特性和/或阻止灰塵移動的沖擊管部分的其它形狀也在本在上述實施例中，內部和外部部分形成為單獨的部件。圖4顯示一個實施例，其中沖擊管的外部部分202和內部部分204形成為一個整體。單個壁206提供上述的特性。
盡管本發(fā)明在葉片中公開，但是在其他的渦輪機部件中也有潛在的應用，所述部件接收內部和外部冷卻空氣流。示例可包括燃燒器襯墊、火焰穩(wěn)定器、渦輪排氣殼等。
盡管本發(fā)明的優(yōu)選實施例已經被公開，但是熟悉本領域的技術人員會意識到某些修改也在本發(fā)明的范圍之內。因此下面的權利要求書被考慮為確定本發(fā)明的真正范圍和內容。
權利要求
1.一種氣體渦輪發(fā)動機，包括至少一個轉子，其圍繞中心軸線旋轉；至少一個葉片，所述葉片具有前緣和后緣，所述葉片接收鄰近所述前緣的沖擊管，所述沖擊管具有前緣和間隔遠離所述前緣并朝向所述葉片的所述后緣的后端部；外部空氣源，其引導空氣從徑向外部位置進入所述沖擊管，以及內部空氣源，其引導空氣從徑向內部位置進入所述沖擊管；以及所述沖擊管包括徑向外部部分和徑向內部部分，所述徑向內部部分接收來自所述內部空氣源的空氣，所述徑向外部部分接收來自所述外部空氣源的空氣，所述徑向內部和外部部分具有沖擊空氣孔，其用于引導沖擊空氣到達鄰近所述葉片的所述前緣的位置，以及至少所述徑向外部部分被構造為與被導向所述前緣的體積相比，其引導更大體積的沖擊空氣朝向所述葉片的所述后端部。
2.如權利要求1所述的氣體渦輪發(fā)動機，其特征在于，與導向所述后端部的體積相比，所述徑向內部部分引導更大體積的沖擊氣流朝向所述葉片的所述前緣。
3.如權利要求2所述的氣體渦輪發(fā)動機，其特征在于，所述徑向外部和徑向內部部分具有端壁。
4.如權利要求3所述的氣體渦輪發(fā)動機，其特征在于，所述徑向外部部分的所述端壁與所述前緣成角度地在徑向內部方向上朝向所述后端部，以致所述徑向外部部分的前緣短于所述后端部。
5.如權利要求4所述的氣體渦輪發(fā)動機，其特征在于，所述徑向內部部分的所述端壁與所述前緣成角度地在徑向內部方向上朝向所述后端部，以致所述徑向內部部分的前緣長于后端部。
6.如權利要求5所述的氣體渦輪發(fā)動機，其特征在于，所述徑向外部部分和所述徑向內部部分的所述端壁通常彼此平行。
7.如權利要求4所述的氣體渦輪發(fā)動機，其特征在于，所述徑向外部部分的所述端壁和所述后端部之間的角度在20°至60°之間。
8.如權利要求1所述的氣體渦輪發(fā)動機，其特征在于，所述徑向外部部分和所述徑向內部部分形成為單獨的部件。
9.如權利要求1所述的氣體渦輪發(fā)動機，其特征在于，所述外部部分和所述徑向內部部分形成為一個整體。
10.一種渦輪機部件，包括主體，其具有前緣和后緣，所述主體具有徑向外部邊緣和徑向內部邊緣；沖擊管，其接收在所述主體內部，包括徑向外部部分和徑向內部部分，所述徑向內部部分用于接收來自徑向內部源的空氣，所述徑向外部部分用于接收來自徑向外部源的空氣，所述徑向內部和外部部分具有沖擊空氣孔，其用于引導沖擊空氣到達鄰近所述主體的所述前緣的位置，以及至少所述徑向外部部分被構造為與被導向所述前緣的體積相比，其引導更大體積的沖擊空氣到達后端部，所述后端部間隔遠離所述前緣并在一個方向上朝向所述主體的所述后緣。
11.如權利要求10所述的渦輪機部件，其特征在于，所述主體是葉片翼面。
12.如權利要求11所述的渦輪機部件，其特征在于，與導向所述后端部的體積相比，所述徑向內部部分引導更大體積的沖擊氣流朝向所述葉片的所述前緣。
13.如權利要求12所述的渦輪機部件，其特征在于，所述徑向外部和徑向內部部分具有端壁。
14.如權利要求13所述的渦輪機部件，其特征在于，所述徑向外部部分的所述端壁與所述前緣成角度地在徑向內部方向上朝向所述后端部，以致所述徑向外部部分的前緣短于所述第二端部。
15.如權利要求14所述的渦輪機部件，其特征在于，所述徑向內部部分的所述端壁與所述前緣成角度地在徑向內部方向上朝向所述后端部，以致所述徑向內部部分的前緣長于后端部。
16.如權利要求15所述的渦輪機部件，其特征在于，所述徑向外部部分和所述徑向內部部分的所述端壁通常彼此平行。
17.如權利要求14所述的渦輪機部件，其特征在于，所述徑向外部部分的所述端壁和所述第二端部之間的角度在20°至60°之間。
18.如權利要求10所述的渦輪機部件，其特征在于，所述徑向外部部分和所述徑向內部部分形成為兩個單獨的部件。
19.如權利要求10所述的渦輪機部件，其特征在于，所述外部部分和所述徑向內部部分形成為一個整體。
20.一種用于降低朝向中空翼面的前緣的灰塵流動的方法，包括以下步驟(1)為翼面以及在所述翼面內部的沖擊管設置徑向外部沖擊管部分和徑向內部沖擊管部分，引導徑向外部空氣源進入所述徑向外部沖擊管部分，以及引導徑向內部空氣源進入所述徑向內部沖擊管部分；以及(2)成型所述外部沖擊管部分，以致其將灰塵朝向所述徑向外部沖擊管部分的前緣的移動降低到最少。
21.如權利要求20所述的方法，其特征在于，所述徑向外部沖擊管部分的端壁被成型，以致與被導向所述前緣的體積相比，更大體積的氣流從所述徑向外部源被導向所述徑向外部沖擊管部分的后端部，所述后端部間隔朝向所述翼面的后緣。
全文摘要
一種用于氣體渦輪發(fā)動機的葉片，其具有面對上游的燃燒室的前緣。葉片具有中空區(qū)域，其接收用于輸送沖擊空氣的沖擊管。沖擊管包括徑向外部部分和徑向內部部分。徑向外部部分的端壁相對于渦輪機的旋轉軸線成角度，以致從徑向外部源進入沖擊管的空氣使灰塵被導向遠離前緣。因而，灰塵更小可能地阻塞前緣空氣供應孔。在一個實施例中，內部和外部部分形成為單獨的部件，在另一個實施例中，內部和外部部分形成為一個整體。
文檔編號F01D9/06GK1793616SQ20051010869
公開日2006年6月28日 申請日期2005年10月20日 優(yōu)先權日2004年12月21日
發(fā)明者C·鮑維, J·布里奇斯, M·德沃爾 申請人:聯(lián)合工藝公司