CN109083688B - 具有偏转器的涡轮发动机部件 - Google Patents

Abstract

本申请提供的用于涡轮发动机的设备和方法可以包括发动机部件。发动机部件可以包括内部冷却通道，所述内部冷却通道至少部分地限定用于使冷却流体流穿过部件的冷却回路。膜孔提供用于将冷却流体的一部分排出到部件的外部，以沿发动机部件的外部热表面形成冷却膜。偏转器可以定位在膜孔上游的冷却通道内。

Description

具有偏转器的涡轮发动机部件

技术领域

本申请涉及一种具有偏转器的涡轮发动机部件和在涡轮发动机部件中减少膜孔处来自气流的冷却流体流的交叉流的方法。

背景技术

涡轮发动机，尤其是燃气或燃烧式涡轮发动机，为旋转式发动机，这种发动机从穿过发动机流动到多个旋转涡轮机叶片上的燃烧气体流中提取能量。

用于飞行器的燃气涡轮发动机被设计成可在高温下运行，以最大化发动机效率，因此冷却高压涡轮机和低压涡轮机等特定发动机部件可以是有益的。通常，用管道将较冷空气从高压和/或低压压缩机输送到需要冷却的发动机部件，以完成冷却。高压涡轮机中的温度在1000°C到2000°C左右，而来自压缩机的冷却空气在500°C到700°C左右。尽管压缩机空气温度很高，但相对涡轮机空气而言，压缩机空气的温度较低，并且可以用来冷却涡轮机。

现在的涡轮机叶片大体上包括一个或多个内部冷却回路，用以引导冷却空气穿过叶片，从而冷却叶片的不同部分，并且可以包括用于冷却叶片的不同部分的专用冷却回路。冷却回路可以包括一个或多个气流元件以增强冷却，然而，此类元件可能导致灰尘或颗粒物质的过度收集，从而降低使用寿命或需要附加的维护。

发明内容

在一个方面，本发明涉及一种用于涡轮发动机的翼型件，所述翼型件包括外壁，所述外壁包括外表面和界定内部空间的内表面。外壁限定压力侧和吸入侧，所述压力侧和所述吸入侧在前缘与后缘之间轴向延伸并且在根部与尖部之间径向延伸，所述前缘和所述后缘限定翼弦方向，所述根部和所述尖部限定翼展方向。冷却通道位于内部空间中，至少部分地限定冷却回路和限定流动方向。至少一个膜孔延伸穿过所述外壁，所述外壁具有内表面上提供的入口和外表面上提供的出口。至少一个偏转器具有偏转器高度，并且提供于冷却通道中以及定位在所述至少一个膜孔上游的与所述至少一个膜孔相对于所述流动方向相隔十倍偏转器高度内的间隔距离处。

在另一方面，本发明涉及一种用于涡轮发动机的发动机部件，所述发动机部件提供流体流，并且包括冷却回路，所述冷却回路具有带有至少一个膜孔的周壁，所述周壁至少部分地形成冷却通道和限定流体流的流动方向，其中相对于流动方向在至少一个膜孔上游的冷却通道中提供至少一个偏转器。

在又一方面，本发明涉及一种在涡轮发动机的部件中减少膜孔处的冷却流体流的交叉流的方法。所述方法包括在膜孔的入口上游利用偏转器相对于冷却流体流的流动方向偏转冷却流体流，以降低冷却流体流穿过膜孔的入口的速度。

技术方案1 一种用于涡轮发动机的翼型件，所述翼型件包括：外壁，所述外壁包括外表面和界定内部空间的内表面，所述外壁限定压力侧和吸入侧，所述压力侧和所述吸入侧在前缘与后缘之间轴向延伸并且在根部与尖部之间径向延伸，所述前缘和所述后缘限定翼弦方向，所述根部和所述尖部限定翼展方向；冷却通道，所述冷却通道位于所述内部空间中，并且至少部分地限定冷却回路和限定流动方向；至少一个膜孔，所述至少一个膜孔延伸穿过所述外壁，所述外壁具有所述内表面上提供的入口和所述外表面上提供的出口；和至少一个偏转器，所述至少一个偏转器具有偏转器高度，所述至少一个偏转器提供于所述冷却通道中，并且定位在所述至少一个膜孔上游的与所述至少一个膜孔相对于所述流动方向相隔十倍偏转器高度内的间隔距离处。

技术方案2 根据技术方案1所述的翼型件，进一步包括内壁，所述内壁从所述外壁延伸到所述内部空间中，在所述内壁与所述外壁之间的接合点限定拐角，其中所述至少一个偏转器定位在所述拐角中。

技术方案3 根据技术方案1所述的翼型件，其中至少一个膜孔包括多个膜孔，并且所述至少一个偏转器包括多个偏转器，其中所述多个偏转器定位在所述对应的多个膜孔的上游。

技术方案4 根据技术方案3所述的翼型件，其中每个膜孔具有一个偏转器。

技术方案5 根据技术方案1所述的翼型件，其中所述至少一个偏转器包括面向所述流动方向的斜面。

技术方案6 根据技术方案1所述的翼型件，其中所述至少一个偏转器是圆形的。

技术方案7 根据技术方案1所述的翼型件，其中所述至少一个膜孔至少部分地延伸穿过所述偏转器。

技术方案8 根据技术方案1所述的翼型件，其中所述至少一个偏转器安装到所述外壁的所述内表面，并且包括在所述偏转器与所述外壁之间的接合点的圆角。

技术方案9 根据技术方案8所述的翼型件，其中所述至少一个膜孔延伸穿过所述圆角。

技术方案10 根据技术方案1所述的翼型件，其中所述偏转器是浮动偏转器，所述浮动偏转器具有与所述外壁间隔开的部分。

技术方案11 根据技术方案10所述的翼型件，其中在距离所述外壁小于所述偏转器高度的50%的距离处提供所述浮动偏转器。

技术方案12 根据技术方案11所述的翼型件，其中在小于所述偏转器高度的30%的距离处提供所述浮动偏转器。

技术方案13 一种用于涡轮发动机的发动机部件，所述发动机部件用于提供流体流，所述发动机部件包括冷却回路，所述冷却回路具有带有至少一个膜孔的周壁，所述周壁至少部分地形成冷却通道和限定所述流体流的流动方向，其中相对于所述流动方向在所述至少一个膜孔上游的所述冷却通道中提供至少一个偏转器。

技术方案14 根据技术方案13所述的发动机部件，进一步包括内壁，所述内壁从所述周壁延伸到所述发动机部件的内部中，在所述内壁与所述周壁之间的接合点限定拐角，其中所述至少一个偏转器定位在所述拐角中。

技术方案15 根据技术方案13所述的发动机部件，其中每个膜孔具有一个偏转器。

技术方案16 根据技术方案13所述的发动机部件，其中所述至少一个偏转器包括面向所述流动方向的斜面。

技术方案17 根据技术方案13所述的发动机部件，其中所述至少一个膜孔与所述偏转器相隔小于十倍所述偏转器高度。

技术方案18 根据技术方案13所述的发动机部件，其中所述偏转器是浮动偏转器，所述浮动偏转器与所述周壁间隔开。

技术方案19 根据技术方案18所述的发动机部件，其中在距离所述周壁小于一倍偏转器高度的距离处提供所述浮动偏转器。

技术方案20 一种在涡轮发动机的部件中减少膜孔处的冷却流体流的交叉流的方法，所述方法包括：在所述膜孔的入口上游利用偏转器相对于所述冷却流体流的流动方向偏转所述冷却流体流，以降低所述冷却流体流穿过所述膜孔的入口的速度。

技术方案21 根据技术方案20所述的方法，其中偏转所述冷却流体流将所述冷却流体流穿过所述膜孔的入口的所述速度降低到小于所述冷却流体穿过所述膜孔的平均速度的50%。

技术方案22 根据技术方案20所述的方法，其中所述膜孔上游处的偏转处于十倍所述偏转器高度内。

技术方案23 根据技术方案20所述的方法，其中所述膜孔上游处的偏转包括部分地延伸穿过所述偏转器的所述膜孔。

技术方案24 根据技术方案20所述的方法，其中偏转所述冷却流体流进一步包括减少所述膜孔内的灰尘收集。

附图说明

在附图中：

图1是用于飞行器的燃气涡轮发动机的横截面示意图。

图2是包括内部冷却通道的图1的燃气涡轮发动机的翼型件的透视图。

图3是沿截面3-3截取的图2的翼型件的截面图，示出在冷却通道的拐角内提供的偏转器。

图4A是图3的一个冷却通道内的拐角偏转器的俯视图。

图4B是图4A的一行拐角偏转器的透视图。

图5A是在浮动拐角偏转器与图3的冷却通道的拐角之间具有间隙的浮动拐角偏转器的俯视图。

图5B是图5A的一行浮动拐角偏转器的透视图。

图6A是沿图3的冷却通道壁提供的壁偏转器的俯视图。

图6B是图6A的一行壁偏转器的透视图。

图7是沿具有膜孔而无偏转器的发动机部件的壁传递的气流的示例性截面图。

图8是沿图6B的截面8-8截取的截面图，示出沿翼型件的壁传递且由壁偏转器偏转的气流。

图9是图3的翼型件的可选择翼型件的截面图，示出两个附加的偏转器实施例。

图10是沿图9的截面10-10截取的截面侧视图，示出安装至图6A-6B的翼型件的内壁的偏转器。

图11是沿图9的截面11-11截取的截面侧视图，示出与图6A-6B的翼型件的内壁间隔开的浮动偏转器。

具体实施方式

本说明书所述的本发明的方面是针对翼型件叶片内提供的气流偏转器。为便于说明，将参考飞行器燃气涡轮发动机的涡轮机来描述本发明。然而，应理解，本说明书所述的本发明的方面并不限于此，并且可在发动机（包括压缩机）内以及非飞行器应用中具有普遍适用性，诸如在其他移动应用和非移动工业、商业和住宅应用中。类似地，本说明书所述的方面将对具有膜冷却的其他发动机部件具有同等的适用性，并且不仅仅限于翼型件或叶片。

本说明书中所用的术语“前部”或“上游”是指相对于诸如空气的局部流体流的方向沿更靠近流体流的源头的方向移动或朝向发动机入口移动，或者相对于另一部件而言，某一部件相对更靠近发动机入口。与“前部”或“上游”结合使用的术语“后部”或“下游”是指相对于诸如空气的局部流体流的方向远离流体流的源头的方向或朝向发动机的后部或出口的方向，或者相对于另一部件而言，相对更靠近发动机出口。

此外，本说明书中所用术语“径向”或“径向地”是指延伸在发动机纵向中心轴与发动机外周之间的尺寸。

所有方向性词语（例如，径向、轴向、近端、远端、上、下、向上、向下、左、右、横向、前、后、顶部、底部、上方、下方、垂直、水平、顺时针、逆时针、上游、下游、前部、后部等）仅用于标识目的以便于读者理解本发明，并且不构成限制，尤其是对于本说明书所述的本发明方面的位置、定向或使用不构成限制。连接性词语（例如，附接、联接、连接和接合）应从广义上解释，并且除非另作说明，否则可包括一组元件之间的中间部件以及这些元件之间的相对移动。因此，连接性词语并不一定可推断出两个元件直接相连并且彼此固定。示例性的附图仅用于说明，相关附图中所反映的尺寸、位置、顺序和相对尺寸可以更改。

图1是用于飞行器的燃气涡轮发动机10的截面示意图。发动机10具有大体呈纵向延伸的轴或中心线12，所述轴或中心线从前部14向后部16延伸。发动机10以下游串行流关系包括：风扇部分18，所述风扇部分包括风扇20；压缩机部分22，所述压缩机部分包括增压器或低压（LP）压缩机24和高压（HP）压缩机26；燃烧部分28，所述燃烧部分包括燃烧器30；涡轮机部分32，所述涡轮部分包括HP涡轮机34以及LP涡轮机36；以及排气部分38。

风扇部分18包括围绕风扇20的风扇壳体40。风扇20包括围绕中心线12径向设置的多个风扇叶片42。HP压缩机26、燃烧器30和HP涡轮机34形成发动机10的核心44，所述核心产生燃烧气体。核心44由核心壳体46围绕，所述核心壳体可与风扇壳体40联接。

围绕发动机10的中心线12同轴设置的HP轴或转轴48驱动地将HP涡轮机34连接到HP压缩机26。LP轴或转轴50围绕发动机10的中心线12同轴设置在较大直径环形HP转轴48内，所述LP轴或转轴驱动地将LP涡轮机36连接到LP压缩机24和风扇20。转轴48、50可围绕发动机中心线旋转并且联接到多个可旋转元件，这些元件可以共同限定转子51。

LP压缩机24和HP压缩机26分别包括多个压缩机级52、54，其中一组压缩机叶片56、58相对于对应组的静态压缩机轮叶60、62（也称为喷嘴）旋转，以压缩或加压穿过该级的流体流。在单个压缩机级52、54中，多个压缩机叶片56、58可以设置成环状，并且可以相对于中心线12从叶片平台径向向外延伸到叶片尖端，而对应的静态压缩机轮叶60、62定位在旋转叶片56、58的上游并且与其邻接。应注意，选择图1中所示的叶片、轮叶和压缩机级的数量只为便于说明，其他数量也可适用。

可将用于压缩机的级的叶片56、58安装到盘61上，所述盘经安装到HP转轴48和LP转轴50中的对应一个转轴上，其中每个级具有其各自的盘61。可将用于压缩机的级的轮叶60、62以周向布置安装到核心壳体46。

HP涡轮机34和LP涡轮机36分别包括多个涡轮机级64、66，其中一组涡轮机叶片68、70相对于对应组的静态涡轮机轮叶72、74（也称为喷嘴）旋转，以从穿过该级的流体流中提取能量。在单个涡轮机级64、66中，多个涡轮机叶片68、70可以设置成环状，并且可以相对于中心线12从叶片平台径向向外延伸到叶片尖端，而对应的静态涡轮机轮叶72、74定位在旋转叶片68、70的上游并且与其邻接。应注意，选择图1中所示的叶片、轮叶和涡轮机级的数量只为便于说明，其他数量也可适用。

可将用于涡轮机的级的叶片68、70安装到盘71上，所述盘经安装到HP转轴48和LP转轴50中的对应一个转轴上，其中每个级具有其各自的盘71。压缩机级的轮叶72、74可按照周向布置安装到核心壳体46。

与转子部分互补，发动机10的静止部分，诸如压缩机和涡轮机部分22、32之间的静态轮叶60、62、72、74，也单独地或统一地称为定子63。因此，定子63可以指整个发动机10中的非旋转元件的组合。

在操作中，从风扇部分18排出的气流分开，使得将气流的一部分引导到LP压缩机24中，所述LP压缩机随后向HP压缩机26供应加压空气76，所述HP压缩机进一步对所述空气加压。来自HP压缩机26的加压空气76与燃烧器30中的燃料混合并点燃，从而产生燃烧气体。HP涡轮机34从这些气体中提取一部分功，以此驱动HP压缩机26。将燃烧气体排放到LP涡轮机36中，所述LP涡轮机提取附加的功来驱动LP压缩机24，并且废气最终经由排气部分38从发动机10排出。LP涡轮机36驱动LP线轴50来使风扇20和LP压缩机24旋转。

可从压缩机部分22抽取加压气流76的一部分作为引气77。可从加压气流76抽取引气77并提供给需要冷却的发动机部件。进入燃烧器30的加压气流76的温度显著增加。因此，由引气77提供的冷却对于在升高的温度环境中操作这种发动机部件是必需的。

气流78的剩余部分穿过静态轮叶行绕过LP压缩机24和发动机核心44而离开发动机组件10，尤其是穿过位于风扇排气侧84的出口导向轮叶组件80离开，所述出口导向轮叶组件包括多个翼型件导向轮叶82。更具体地，邻近风扇部分18使用一行周向的径向延伸翼型导向轮叶82，以对气流78施加一定的定向控制。

由风扇20供应的一部分空气可以绕过发动机核心44并且用于冷却发动机10的多个部分，尤其高温部分，和/或用于冷却或驱动飞行器的其他方面。在涡轮发动机的背景下，发动机的高温部分通常位于燃烧器30的下游，尤其是涡轮机部分32的下游，其中HP涡轮机34是温度最高的部分，因为此部分处于燃烧部分28的正下游。其他冷却流体来源可包括但不限于从LP压缩机24或HP压缩机26排出的流体。

图2是图1中的发动机10的涡轮机叶片68中的一个涡轮机叶片形式的发动机部件的透视图。所述涡轮机叶片68包括燕尾90和翼型件92。翼型件92包括尖部94和根部96，所述尖部和根部两者限定其间的翼展方向。在静止轮叶或喷嘴的情况下，尖部94可以是翼型件92的最远径向范围。在根部96的平台98处，翼型件92安装到燕尾90上。平台98有助于径向地容纳所述涡轮发动机的主流气流。所述燕尾90可配置成安装到图1的发动机10的涡轮机转子盘71上。所述燕尾90进一步包括至少一个入口通道100，示例性地示出为三个入口通道100，每个入口通道延伸穿过燕尾90，以在通道出口102处提供与翼型件92的内部流体连通。应当理解，所述燕尾90以横截面形式示出，使得入口通道100容纳在燕尾90的主体内。

翼型件92可以包括一个或多个内部冷却通道102，所述一个或多个内部冷却通道大体上沿翼展方向从根部96延伸到尖部94，同时可以设想任何定向。冷却通道102可以部分地或完全地延伸穿过翼型件92，并且可以彼此互连。

参照图3，翼型件92以沿图2的截面3-3截取的横截面示出，并且所述翼型件包括外壁108，所述外壁包括凹形压力侧110和凸形吸入侧112，两者接合在一起以限定翼型件92的形状。翼型件92包括前缘114和后缘116，两者限定翼弦方向。翼型件92具有由外壁108限定的内部118。外壁108进一步包括面向内部118的内表面120和面向翼型件92的外部的外表面122。在操作中，回应于穿过涡轮发动机的主气流，叶片68沿某一方向旋转，使得压力侧110跟随吸入侧112。因此，如图3所示，翼型件92将朝页面顶部向上旋转。在静止轮叶作为发动机部件的情况下，翼型件92不会旋转。

示出为肋部124的一个或多个内壁可将内部118分成多个冷却通道102，所述冷却通道可以沿大体上翼展方向延伸。例如，冷却通道102可以部分地或完全地从根部96延伸到尖部94（图2）。冷却通道102可以彼此流体联接或者流体联接到翼型件92内的其他气流结构以形成冷却回路126。典型地，大部分冷却通道102将彼此分离，并且不流体联接。因此，可以在翼型件92的内部118内形成多个冷却回路126。肋部124在外壁108处的接合点可以形成拐角128。拐角128不需要是尖锐的，并且可以如图所示为圆形或倒圆，或者可以是肋部124与外壁108之间的任何此类接合点。

应理解，如图所示限定冷却回路126的肋部124和通道102是示例性的，并且可以是沿翼展方向延伸的单个通路，或可以可选择地是复合冷却回路，具有多重特征，诸如通道、通路、入口、插头组、回路、子回路、膜孔、气室、网眼、湍流器或其他，并且可以沿任何方向延伸或具有任何几何形状。

可以在外壁108中形成一个或多个膜孔130。在一个示例中，膜孔130可以定位在拐角128中。可以在邻近膜孔130且位于所述膜孔上游的冷却通道102中提供一个或多个偏转器132。应理解，膜孔130和偏转器132并非限制为如图所示。可以在外壁108和冷却通道102内的任何位置分别使用任何数量的膜孔130或偏转器132。定位在膜孔130上游的偏转器132将翼型件92内的流体流偏转离开附近的膜孔130，同时在偏转流体流时产生很少或不产生湍流以防止跨膜孔130的交叉流。相比之下，翼型件或发动机部件内的湍流器旨在为流体流产生增加的湍流。

偏转器132可以是拐角偏转器132A、浮动拐角偏转器132B、或壁偏转器132C。将拐角偏转器132A设置在拐角128中并且完全连接到外壁108和肋部124。浮动拐角偏转器132B连接到肋部124和外壁108，并且与拐角128相隔间隙164。壁偏转器132C沿外壁108的内表面120提供，并且与肋部124间隔开。还可以设想，壁偏转器132C可以定位在肋部124或邻近内部孔结构的其他内部结构上。偏转器132A至132C应理解为非限制性的，并且其他偏转器132是可能的。此外，如图3所示的翼型件92是非限制性的，并且不同的翼型件92构造可能需要不同的偏转器132。翼型件或发动机部件可以具有更多或更少的偏转器132，并且可以仅包括一种类型的偏转器132或多种类型的偏转器132。

现在参照图4A，示出图3的拐角偏转器132A的俯视图。拐角偏转器132A可以具有外表面140。在一个非限制性示例中，外表面140可以是圆形的，而在附加的非限制性示例中可以设想所述外表面可以是平坦的、倾斜的或成角度的。拐角偏转器132A以及本说明书中所述的所有偏转器132可以具有偏转器高度142。拐角偏转器132A的偏转器高度142可限定为垂直于拐角128或外表面140测量的在拐角128与外表面140之间的最大距离。

每个膜孔130包括在其间限定通道148的入口144和出口146。入口144可以定位在靠近偏转器132的外壁108的内表面120上，并且出口146可以提供于外壁108的外表面122上。将膜孔130定位在拐角128中提供了细长通道148，这可以改善膜孔130的方向性。

图4B示出与三个膜孔130间隔开的三个拐角偏转器132A。拐角偏转器132A或本说明书中所述的任何偏转器132可以组织成行150。尽管本说明书中所述的任何偏转器可以组织成行，但应理解，可以针对一个膜孔仅具有一个分立的偏转器，针对一个偏转器具有多个膜孔，针对一个膜孔具有多个偏转器，或者偏转器可以以特定翼型件92或发动机部件所需的任何方式组织。

拐角偏转器132A可以具有从外表面140延伸到外壁108的内表面120的圆角152。圆角152可以相对于发动机中心线12（图1）或相对于穿过冷却通道102的冷却流体流C径向地定位在外表面140的上方或下方。在非限制性示例中，外表面140可以是倾斜表面或弯曲表面，以便偏转空气流，同时给气流施加最小湍流。圆角152可以进一步使由冷却通道102内的偏转器132产生的冷却流体流C的湍流最小化，同时从外壁108附近朝向偏转器132A的外表面140偏转冷却流体流C。在一个示例中，湍流可以是冷却流体流C的大体上非层流的局部流动，诸如涡旋流动。另外，使流体偏转可以包括降低冷却流体流C的局部速度。尽管偏转器132A被示出为细长的，远远超过相邻膜孔130的横截面面积，但是应理解，可以期望使偏转器132A的尺寸最小化，以便使总体部件重量最小化。可以在圆角152上提供膜孔130的入口144。可以相对于穿过冷却通道102的冷却流体流C在拐角偏转器132A的下游的圆角152上部分地或整体地提供入口144。此外，可以设想，拐角偏转器132A或本说明书中所述的任何偏转器132可以具有或可以不具有圆角152。

或者，不需要在圆角152上提供膜孔130的入口144。入口144可以在外壁108的内表面120上提供，并且与拐角偏转器132A相隔间隔距离154。如图4A中所限定的，间隔距离154可以在十倍偏转器132A的高度142内。在非限制性示例中，可以设想可选择的间隔，其中间隔距离154可以取决于流率、速度或者发动机部件或特定冷却通道的特定几何形状。类似地，膜孔130的入口144可以相对于偏转器132A的中心定位，诸如相对于偏转器132A居中，或者相对于偏转器132A的中心偏移。

图5A示出图3的浮动拐角偏转器132B的俯视图并且图5B示出图3的一行浮动拐角偏转器132B的透视图。参照图5A，浮动拐角偏转器132B定位在拐角128处。浮动拐角偏转器132B可以具有相对于拐角128的外表面160和内表面162。在一个非限制性示例中，外表面160可以是圆形的，而在附加的非限制性示例中，可以设想所述外表面可以是平坦的、倾斜的或成角度的，外表面160可以限定为具有离拐角128最大距离的表面，并且内表面162可以具有离拐角128的最小距离。因此，可以设想，外表面160和内表面162可以是一个连续表面，诸如浮动拐角偏转器132B具有大体圆柱形形状或大体圆形轮廓的示例。浮动拐角偏转器132B的偏转器高度142可以测量为外表面160与内表面162之间的距离。间隙164可以测量为拐角128与内表面162之间的距离。间隙164可以介于偏转器高度142的0.2倍和5倍之间。膜孔130包括类似于图4A和图4B的入口和出口的入口144和出口146。

间隙164应足够小以使得冷却流体C中的一些可以穿过间隙164。因此，确定间隙164的尺寸以允许最小部分的冷却流体流C穿过入口144，同时浮动拐角偏转器132B偏转来自入口144的较大部分的冷却流体流C。与图4A至图4B的拐角偏转器132A相反，间隙164可以在浮动拐角偏转器132B处提供降低的温度，因为较大量的热量可能聚集在较大体积的材料上，这可能减少部件寿命或减少部件可以承受的运行温度。

图5B示出布置成一行166的三个浮动拐角偏转器132B。行166可以相对于冷却流体流C对齐。入口144可以与浮动拐角偏转器132B相隔间隔距离168。在一个示例中，间隔距离168可以测量为浮动拐角偏转器132B与入口144之间相对于冷却流体流C的最短距离。在另一可选择非限制性示例中，浮动拐角偏转器132B的行166可以限定行轴170，并且可以相对于行轴170在拐角128上的投影来测量间隔距离168。在另一非限制性示例中，浮动拐角偏转器132B可以投影到拐角128上，所述拐角垂直于穿过冷却通道102纵向限定的轴。因此，应理解，有许多不同的方法来确定间隔距离168。间隔距离168小于图5A的偏转器高度142的十倍，所述偏转器高度在外表面160与内表面162之间针对浮动拐角偏转器132B测量。

图6A示出在远离拐角的外壁108上提供的壁偏转器132C的俯视图并且图6B示出布置成一行的三个壁偏转器132C的透视图。参照图6A，沿外壁108的内表面120提供壁偏转器132C。壁偏转器132C可以包括外表面180和两个从外表面180向外壁108过渡的相对末端182。可以在外表面180与外壁108之间提供侧表面188。类似于图4A和图4B的圆角152，侧表面188可以是弯曲的或圆角的，同时可以设想，本说明书中所述的任何偏转器的任何此类表面都可以是弯曲的或圆角的。壁偏转器132C可以包括偏转器高度142，所述偏转器高度限定为垂直于外壁120测量的在外壁108的内表面120与壁偏转器132C的外表面180之间的距离。壁偏转器132C可以包括中心184，所述中心测量为在相对末端182之间的壁偏转器132C的中间。膜孔130可以与中心184对齐，例如使得通道148的中心与中心184对齐。因此，入口144和出口146从壁偏转器132C的中心偏移。或者，可以设想，膜孔130或入口144、出口146或其通道148可以布置在相对于壁偏转器132C的任何位置，使得入口144在两个末端182之间提供并且在下游与壁偏转器132C间隔开。

参照图6B，壁偏转器132C的行186被示出为沿外壁108的内表面120提供。壁偏转器132C可以与膜孔130的入口144相隔间隔距离190。间隔距离190可以是偏转器高度142的十倍或更小，并且可以测量为入口144与侧表面188和外壁108的内表面120之间的接合点之间的最短距离。

壁偏转器132A至132C有利于在膜孔130上方偏转冷却流体流C的流动。壁偏转器132C的缩短的长度可以有效地偏转冷却流体流C。图7示出沿外壁108的膜孔130，而不具有如图3至图6B所述的偏转器132A至132C。冷却流体流C穿过膜孔130并在膜孔130的入口上产生交叉流C_F。交叉流C_F是不期望的，因为它可能导致膜孔130中的涡旋和灰尘收集，这可能不利地影响膜孔效率。

现在参照跨图6B的截面8-8截取的图8，外壁108被示出为包括壁偏转器132C，所述壁偏转器可以表示本说明书中所述的任何偏转器。外表面180成角度或倾斜以限定倾斜表面，冷却流体流C可以在所述倾斜表面上偏转。成角度的、斜的或倾斜的外表面180提供用于偏转冷却流体流C，同时在被偏转的冷却流体流C中产生最小湍流。侧表面188是弯曲的或圆角的，以在外表面180与外壁108之间平滑过渡，以进一步使由壁偏转器132C产生的湍流最小化。在操作中，冷却流体流C的流动沿着外壁108传送并且面对偏转器132。偏转器132将冷却流C偏转为偏转流D。将偏转流D推离外壁108并远离膜孔130。偏转流D不直接穿过膜孔130，从而防止剪切的交叉流。防止膜孔130的入口144上的交叉流使孔内涡流最小化并且改善膜孔效率。此外，防止交叉流直接穿过膜孔130使膜孔130内的灰尘收集最小化，这可以改善部件使用寿命、在翼上的时间，并最小化所需维护，这会降低成本。

尽管在与壁偏转器132C相关的图8中描述了偏转器132的操作，但应理解，本说明书中所述的任何偏转器可以以类似的方式操作，以将冷却流体C的交叉流偏转离开膜孔130。此外，如本说明书中所述的偏转器132将冷却流体流C推离外壁108，同时在冷却流体流C中引发最小的湍流或没有湍流。冷却流体流中的湍流可以是非层流的局部流。相反，如已知的，湍流器旨在于冷却流体流中产生增加的湍流。因此，面对冷却流体流C的偏转器132的弯曲表面或倾斜的、斜的或成角度的表面是期望的以使所产生的湍流量最小化。

图9示出另一示例性翼型件192的横截面视图。图9的翼型件192可以大体上类似于图3的翼型件92。因此，将使用相似数字来描述相似元件，只是数值增加一百，并且论述将限于两个翼型件之间的差异。

翼型件192的内部内的冷却通道202可以具有一个或多个偏转器，所述偏转器示出为全壁偏转器232A和浮动偏转器232B。全壁偏转器232A可以在内部内的压力侧210与吸入侧212之间延伸的两个肋部224之间完全延伸。或者，可以在内部内离散地形成冷却通道202，其中肋部或类似结构不跨越内部。

全壁偏转器232A沿外壁208的内表面220在两个肋部224之间完全延伸，而浮动偏转器232B与内表面220间隔开，并在肋部224之间延伸。膜孔230邻近偏转器定位，以用于将来自冷却通道202的冷却流体排出到翼型件192的外部外表面。

现在参照图10，示出了沿图9的截面10-10截取的全壁偏转器232A的横截面。全壁偏转器232A可以包括面向穿过冷却通道202的冷却流体流的前表面240、背离冷却流体流C的后表面242、以及外表面244。外表面244可以是倾斜表面，其中斜面面对冷却流体流C。在可选择示例中，外表面244可以是平坦的或弯曲的。在外表面244为弯曲的示例中，外表面244以及前表面240和后表面242将是连续的。全壁偏转器232A可以在大体上垂直于外壁208的方向上将偏转器高度246限定为外壁208与外表面244的最远范围之间的最大距离。

膜孔230可以具有内表面220上提供的入口248和外表面上提供的出口250，其中通道252将入口248联接到出口250。膜孔230可以相对于冷却流体流C定位在偏转器的下游，并且入口248可以与后表面242相隔间隔距离254。在一个非限制性示例中，间隔距离254可以小于十倍偏转器高度。

参照图11，示出了沿截面11-11截取的图9的浮动偏转器232B的横截面。如图所示，浮动偏转器232B包括菱形轮廓，同时在非限制性示例中可以设想任何轮廓形状，诸如四边形、圆形、椭圆形、三角形或其他几何形状。浮动偏转器232B包括前表面260和后表面262，其中第一侧表面264背离外壁208并且第二侧表面266面向外壁208。第一侧表面264可成角度以相对于穿过冷却通道202的冷却流体流C产生倾斜表面。第一侧表面264的倾斜表面的特定角度可以定制成偏转冷却流体流C，同时使湍流最小化。

浮动偏转器232B可以具有偏转器厚度268。偏转器厚度268可以测量为浮动偏转器232B垂直于外壁208延伸的最大距离。或者，偏转器厚度268可以是浮动偏转器232B的厚度，作为第一侧表面264与第二侧表面266之间的距离。应理解，在非限制性示例中可以以许多其他不同方式测量浮动偏转器232B的高度，诸如轴向地、径向地、沿冷却通道202的纵向长度或相对于局部冷却流体流测量。

浮动偏转器232B与外壁208的内表面220相隔间隙270。应确定间隙270的尺寸以使得只有最小量的冷却流体C可以穿过间隙270。间隙270的尺寸足够小，使得沿外壁208的内表面220穿过的大部分冷却流体C在偏转器232B上远离膜孔230转向。

浮动偏转器232B与入口248相隔间隔距离272。偏转器高度可以限定为垂直于内表面220测量的偏转器厚度268和间隙270的组合。可以例如平行于穿过冷却通道202的冷却流体流来测量间隔距离272。在一个非限制性示例中，间隔距离272可以小于偏转器高度的十倍。或者，间隔272可以测量为浮动偏转器232B与入口248之间的最短距离。另外，间隙270可以小于如限定为厚度268和间隙270的组合的偏转器高度的一半或50%。因此，间隙270应小于厚度268。在另一个非限制性示例中，间隙270可以小于偏转器高度的30%。

在如图3至图11所示的翼型件的操作中，穿过膜孔130、230的冷却流体流C可以作为入口144、248上的交叉流引发剪切效应，并且可以引发孔内涡流。偏转器132A至132C、232A至232B偏转膜孔130、230的入口144、248上游的冷却流C以偏转冷却流体流C，使得冷却流体流C不直接穿过膜孔130、230，从而防止剪切的交叉流。防止膜孔130、230的入口144、248上的交叉流使孔内涡流最小化。减小孔内涡流改善了膜孔操作。此外，防止交叉流直接穿过膜孔130、230使膜孔130、230内的灰尘收集最小化，这可以改善部件使用寿命、在翼上的时间，并最小化所需维护，这会降低成本。

在涡轮发动机的部件中减少膜孔处来自气流的交叉流的方法可以包括在膜孔的入口上游利用偏转器相对于气流的流动方向偏转气流以降低冷却流体流穿过膜孔的入口的速度。在非限制性示例中，部件可以是如本说明书中所述的翼型件，或者可以是利用膜孔冷却的任何其他发动机部件，诸如轮叶、护罩或燃烧器衬管。如本说明书中所述，气流可以是冷却流体流C。利用偏转器来偏转气流可以包括将如本说明书中所述的任何偏转器定位在膜孔的上游，诸如图3至11的偏转器132A至132C、232A至232B。

所述方法可以包括其中偏转冷却流体流将冷却流体流穿过膜孔的入口的速度降低到小于冷却流体穿过膜孔的平均速度的50%。一定体积的冷却流体流进入膜孔的入口并从膜孔排出。冷却流体流可以在膜孔通道内时具有平均速度。因此，穿过膜孔入口的交叉流可以具有小于膜孔通道内平均速度的一半的速度。

所述方法可以进一步包括偏转气流，其中由偏转器引发的偏转发生在十倍的偏转器高度内。如本说明书中所述，偏转器可以具有偏转器高度。偏转器应定位在十倍的偏转器高度内，以便有效地从膜孔偏转气流。所述方法可以进一步包括偏转器，其中膜孔部分地延伸穿过偏转器。所述方法可以进一步包括减少膜孔内的灰尘收集。

应理解，如本说明书中所述的偏转器防止空气流在膜孔上方产生剪切的交叉流。防止剪切交叉流可以改善膜孔有效性，同时使膜孔内的灰尘收集最小化。因此，偏转器可以改善部件和发动机效率，同时进一步改善部件使用寿命、在翼上的时间，并最小化维护。

应理解，所公开设计的应用并不限于具有风扇和增压器部分的涡轮发动机，而是也能够适用于涡轮喷气发动机和涡轮增压发动机。

本说明书使用各种示例来描述本说明书所述的本发明的各个方面，包括最佳模式，同时也让所属领域的任何技术人员能够实践本发明的各个方面，包括制造并使用任何装置或系统以及实施所涵盖的任何方法。本发明各方面的可授予专利的范围由权利要求书限定，并且可包括所属领域的技术人员想到的其他示例。如果其他此类示例的结构要素与权利要求书的字面意义相同，或如果此类示例包括的等效结构要素与权利要求书的字面意义无实质差别，则此类示例也应在权利要求书的覆盖范围内。

Claims (24)

1.一种用于涡轮发动机的翼型件，所述翼型件包括：

外壁，所述外壁包括外表面和界定内部空间的内表面，所述外壁限定压力侧和吸入侧，所述压力侧和所述吸入侧在前缘与后缘之间轴向延伸并且在根部与尖部之间径向延伸，所述前缘和所述后缘限定翼弦方向，所述根部和所述尖部限定翼展方向；

第一肋部，所述第一肋部在所述压力侧上的外壁和所述吸入侧之间延伸且限定了在所述肋部和所述外壁之间的接合点处的拐角；

冷却通道，所述冷却通道位于所述内部空间中，并且至少部分地限定冷却回路和限定流动方向；

第二肋部，所述第二肋部从所述外壁延伸且至少部分地限定所述冷却通道，所述第二肋部与所述第一肋部间隔；

多个膜孔，所述多个膜孔延伸穿过所述外壁，每个膜孔具有所述内表面上提供的入口和所述外表面上提供的出口；和

多个偏转器，其中所述多个偏转器中的每个偏转器位于所述拐角处，使得所述多个偏转器中的每个偏转器的一部分沿着所述外壁提供在所述第一肋部处，其中每个偏转器具有偏转器高度，提供于所述冷却通道中，并且其中所述多个偏转器中的每个偏转器定位在所述多个膜孔中的每个膜孔上游且与其间隔以所述多个膜孔中的最近的膜孔相对于所述流动方向相隔十倍偏转器高度内的间隔距离；

其中所述多个偏转器中的每个偏转器在所述第一肋部处提供但是与所述第二肋部间隔。

2.根据权利要求1所述的翼型件，进一步包括内壁，所述内壁从所述外壁延伸到所述内部空间中，在所述内壁与所述外壁之间的接合点限定拐角，其中至少一个所述偏转器定位在所述拐角中。

3.根据权利要求1所述的翼型件，其中至少一个膜孔包括多个膜孔，并且至少一个所述偏转器包括多个偏转器，其中所述多个偏转器定位在对应的多个膜孔的上游。

4.根据权利要求3所述的翼型件，其中每个膜孔具有一个偏转器。

5.根据权利要求1所述的翼型件，其中至少一个所述偏转器包括面向所述流动方向的斜面。

6.根据权利要求1所述的翼型件，其中至少一个所述偏转器是圆形的。

7.根据权利要求1所述的翼型件，其中至少一个膜孔至少部分地延伸穿过所述偏转器。

8.根据权利要求1所述的翼型件，其中至少一个所述偏转器安装到所述外壁的所述内表面，并且包括在所述偏转器与所述外壁之间的接合点的圆角。

9.根据权利要求8所述的翼型件，其中至少一个膜孔延伸穿过所述圆角。

10.根据权利要求1所述的翼型件，其中所述偏转器是浮动偏转器，所述浮动偏转器具有与所述外壁间隔开的部分。

11.根据权利要求10所述的翼型件，其中在距离所述外壁小于所述偏转器高度的50%的距离处提供所述浮动偏转器。

12.根据权利要求11所述的翼型件，其中在小于所述偏转器高度的30%的距离处提供所述浮动偏转器。

13.一种用于涡轮发动机的发动机部件，所述发动机部件用于提供流体流，所述发动机部件包括：

冷却回路，所述冷却回路包括在第一拐角处接合第一肋部且在第二拐角处接合第二肋部的周壁，其中所述周壁、所述第一肋部以及所述第二肋部至少部分地限定形成所述冷却回路的一部分的冷却通道，且所述冷却通道限定所述流体流的流动方向；

多个膜孔，所述多个膜孔沿着所述冷却通道在所述第一拐角处提供；

多个偏转器，所述多个偏转器沿着第一拐角提供在所述冷却通道中且与所述第二拐角间隔，其中所述多个偏转器中的每一个偏转器相对于所述流动方向位于所述多个膜孔中的一个膜孔上游且与其间隔开。

14.根据权利要求13所述的发动机部件，进一步包括内壁，所述内壁从所述周壁延伸到所述发动机部件的内部中，在所述内壁与所述周壁之间的接合点限定所述第一拐角和所述第二拐角，其中至少一个所述偏转器定位在所述第一拐角和所述第二拐角中。

15.根据权利要求13所述的发动机部件，其中每个膜孔具有一个偏转器。

16.根据权利要求13所述的发动机部件，其中至少一个所述偏转器包括面向所述流动方向的斜面。

17.根据权利要求13所述的发动机部件，其中至少一个膜孔与所述偏转器相隔小于十倍所述偏转器高度。

18.根据权利要求13所述的发动机部件，其中所述偏转器是浮动偏转器，所述浮动偏转器与所述周壁间隔开。

19.根据权利要求18所述的发动机部件，其中在距离所述周壁小于一倍偏转器高度的距离处提供所述浮动偏转器。

20.一种在根据权利要求13-19中任一项所述的涡轮发动机的发动机部件中减少膜孔处的冷却流体流的交叉流的方法，所述方法包括：

在所述膜孔的入口上游利用偏转器相对于所述冷却流体流的流动方向偏转所述冷却流体流，以降低所述冷却流体流穿过所述膜孔的入口的速度。

21.根据权利要求20所述的方法，其中偏转所述冷却流体流将所述冷却流体流穿过所述膜孔的入口的所述速度降低到小于所述冷却流体穿过所述膜孔的平均速度的50%。

22.根据权利要求20所述的方法，其中所述膜孔上游处的偏转处于十倍所述偏转器高度内。

23.根据权利要求20所述的方法，其中所述膜孔上游处的偏转包括部分地延伸穿过所述偏转器的所述膜孔。

24.根据权利要求20所述的方法，其中偏转所述冷却流体流进一步包括减少所述膜孔内的灰尘收集。

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