CN107366554B - 具有用于翼型件的限定凹面曲率的内部肋 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于叶片翼型件(25)的内部肋(160)，其具有限定为确保耐用性并且提供所需热传递的凹形表面(162)。凹形表面(162)面向压力侧外壁(26)或吸力侧外壁(27)。宽度位于第一端部(170)与第二端部(172)之间，深度是正常深度线的长度，正常深度线位于所述凹形表面(162)的中点与所述深度线和所述压力侧外壁(26)或吸力侧外壁(27)的交会点之间。不规则弧形限定在居中在交会点处的弧形角内，不规则弧形具有第一弧形半径和第二弧形半径，第一弧形半径等于凹形表面(162)的中点处的深度，第二弧形半径位于弧形角与凹形表面(162)相交处并且等于深度与形状因子的乘积。形状因子与宽高比具有基本线性关系。

Description

具有用于翼型件的限定凹面曲率的内部肋

技术领域

本发明涉及叶片翼型件，更具体地涉及具有用于使流体(比如为空气)通过以冷却翼型件的内部通道的中空涡轮翼型件(比如为转子叶片或定子叶片)。更具体地，本发明涉及一种具有构造成确保耐用性和所需热传递的标准的凹面或曲率的内部肋。

背景技术

燃烧或燃气涡轮发动机(以下称“燃气轮机”)包括压缩机、燃烧室和涡轮。如本领域众所周知地，在压缩机中压缩的空气与燃料混合并且在燃烧室中点燃，然后通过涡轮膨胀以产生动力。涡轮内的部件，特别是周向排列的转子叶片和定子叶片，承受以极度高温和由此消耗的燃烧产物的压力为特征的有害环境。为了承受反复的热循环以及该环境的极端温度和机械应力，翼型件必须具有坚固的结构并且被有效冷却。

如将理解的，涡轮转子叶片和定子叶片通常包含内部通道或回路，内部通道或回路形成冷却系统，通常为从压缩机漏出的空气的冷却剂通过该冷却系统循环。这种冷却回路一般由对翼型件提供所需结构支撑的内部肋形成，并且包括将翼型件保持在可接受的温度分布线内的多个流动路径布置。穿过这些冷却回路的空气通常通过形成在翼型件的前缘、后缘、吸力侧和压力侧上的膜冷却孔排出。

可以理解的是当点火温度升高时燃气轮机的效率增大。因此，存在对于使得叶片能够承受更高温度的技术进步是永恒的需求。这些进步有时包括能够承受更高温度的新材料，但正如通常其涉及改进翼型件的内部结构，由此加强叶片结构和冷却性能。然而，由于冷却剂的使用降低了发动机的效率，因此过多依赖增大水平的冷却剂使用的新布置仅以低效率来换取承受更高温度。因此，继续存在对于提供提高冷却剂效率的内部翼型件构造和冷却剂环流的新的翼型件布置的需求。

内冷式翼型件的进一步复杂化布置的考虑是位于翼型件内部结构和外部结构之间的在操作期间产生的温差。即，由于其暴露于热气路径，因此翼型件的外壁一般在操作期间较之许多内部肋处于高得多的温度下，许多内部肋例如可以具有流过通道的冷却剂，通道由内部肋的每一侧限制。事实上，共用翼型件结构包括“四壁”布置，其中长的内肋平行于压力侧外壁和吸力侧外壁延伸。众所周知，可以通过形成在四壁布置中的近壁流动通道获得高冷却效率。近壁流动通道的问题在于外壁比内壁经受显著更大水平的热膨胀。各个肋构造已被设计成处理这些问题。具体地，内部肋曲率形状必须被优化以平衡冷却和耐用性。

发明内容

本发明的第一方面提供用于叶片翼型件的内部肋，内部肋间隔用于接收凹形压力侧外壁与凸形吸力侧外壁内的冷却剂流的径向延伸的腔室，凹形压力侧外壁和凸形吸力侧外壁沿着前缘和后缘连接成具有预定横截面积的通道，内部肋包括：

面向压力侧外壁和吸力侧外壁中的选定的一个的凹形表面，凹形表面由以下限定：宽度和深度，宽度位于凹形表面的第一端部与凹形表面的第二相对端部之间，深度限定为深度线的长度，深度线在位于第一端部与第二相对端部之间的凹形表面的中点与深度线与压力侧外壁和吸力侧外壁中的选定的一个的交会点之间延伸，宽高比，宽高比(aspectratio)限定为宽度除以深度，

不规则弧形，不规则弧形限定在居中在交会点处的弧形角内，不规则弧形具有第一弧形半径和第二弧形半径，第一弧形半径等于凹形表面的中点处的深度，第二弧形半径位于弧形角与凹形表面相交处并且等于深度与形状因子的乘积，形状因子与宽高比具有基本线性关系，以及其中，宽度、深度、形状因子和弧形角构造成提供具有预定横截面积的通道。

除了上述第一方面之外，本发明基于上述第一方面还提供以下技术方案：

技术方案1：根据第一方面的内部肋，所述弧形角以所述凹形表面的中点为中心延伸不小于60度并且不大于120度。

技术方案2：根据第一方面的内部肋，所述凹形表面的第一端部限定为所述凹形表面上的最靠近所述前缘或所述后缘中的一者的点，所述凹形表面的第二相对端部限定为所述凹形表面上的最靠近所述前缘或所述后缘中的另一者的点。

技术方案3：根据第一方面的内部肋，所述宽高比限定为以下之和：所述形状因子和斜率的乘积以及y截距，其中，所述斜率大致为+3.29，所述y截距在从-0.89至-1.89的范围内。

本发明的第二方面提供用于叶片翼型件的内部肋，内部肋间隔用于接收凹形压力侧外壁与凸形吸力侧外壁内的冷却剂流的径向延伸的腔室，凹形压力侧外壁和凸形吸力侧外壁沿着前缘和后缘连接成具有预定横截面积的通道，内部肋包括：凹形表面，凹形表面面向压力侧外壁或吸力侧外壁中的选定的一个，凹形表面由以下限定：宽度和深度，宽度位于凹形表面的第一端部与凹形表面的第二相对端部之间，深度限定为深度线的长度，深度线在位于第一端部与第二相对端部之间的凹形表面的中点与深度线与压力侧外壁和吸力侧外壁中的选定的一个的交会点之间延伸，宽高比，宽高比限定为宽度除以深度，不规则弧形，不规则弧形限定在居中在交会点处的弧形角内，不规则弧形具有第一弧形半径和第二弧形半径，第一弧形半径等于凹形表面的中点处的深度，第二弧形半径位于弧形角与凹形表面相交处并且等于深度与形状因子的乘积，形状因子与宽高比具有基本线性关系，其中，弧形角以凹形表面的中点为中心延伸不小于60度并且不大于120度，宽高比限定为以下参数之和：形状因子和斜率的乘积以及y截距，其中，斜率大致为+3.29，y截距在从-0.89至-1.89的范围内，以及其中，宽度、深度、形状因子和弧形角构造成提供具有预定横截面积的通道。

除了上述第二方面之外，本发明基于上述第二方面还提供以下技术方案：

技术方案4：根据第二方面的内部肋，所述凹形表面的第一端部限定为所述凹形表面上的最靠近所述前缘或所述后缘中的一者的点，所述凹形表面的第二相对端部限定为所述凹形表面上的最靠近所述前缘或所述后缘中的另一者的点。

本发明的例示方面布置成解决本文中描述的问题和/或未讨论的其他问题。

附图说明

通过结合描绘本发明的各个实施例的附图所作出的对本发明的各个方面的以下详细说明将更加容易地理解本发明的这些以及其他特征，在附图中：

图1是其中可以采用本申请的某些实施例的说明性涡轮发动机的示意图。

图2是图1的燃气涡轮发动机的压缩机区段的截面图。

图3是图1的燃气涡轮发动机的涡轮区段的截面图。

图4是其中可以采用本发明的实施例的类型的涡轮转子叶片的透视图。

图5是根据常规配置的具有内壁或肋结构的涡轮转子叶片的横截面图。

图6是根据常规配置的具有内壁结构的涡轮转子叶片的横截面图。

图7是根据本发明的实施例的内部肋的示意图。

图8是用于限定根据本发明的实施例的内部肋的宽高比和形状因子之间的关系的图示。

注意到，本发明的附图未按比例绘制。如图旨在仅描绘本发明的一般方面，因此不应被理解为限制本发明的范围。在附图中，相同的数字在附图中代表相同的元件。

具体实施方式

首先，为了清晰地描述本发明，将在参照和描述燃气轮机内的相关机器部件时有必要选择一定的术语。在有可能这样做时，通用行业术语将被使用并被以与其通义一致地采用。除非另有说明，这种术语应该被给予与本申请的上下文和随附权利要求的范围一致的宽泛解释。本领域普通技术人员将理解的是，通常特定部件可被指代采用几个不同的或交叉的术语。在本文中可以作为单个零件说明的可以在另一个上下文包括并且被参考为包括多个部件。可替代地，如可以在本文中说明的包括多个部件的情况可以在其他地方被参照为单个零件。

另外，几个描述性术语在本文中可以规则地使用，并且其将证明有助于在本部分的开始限定这些术语。除非另有说明，这些术语及其定义如下所述。如本文中所使用的，“下游”和“上游”是指示相对于流体流的方向的术语，流体流比如为通过涡轮发动机的工作流体，或例如通过燃烧室的空气流或通过涡轮机的部件系统之一的冷却剂流。术语“下游”对应于流体的流动方向，术语“上游”指的是与流动相反的方向。术语“前”和“后”在没有进一步特指的情况下指的是参照发动机的前部或压缩机端部的“前”，“后”指的是发动机的后部或涡轮端部。通常需要关于中心轴线描述处于不同径向位置的零件。术语“径向”指的是垂直于轴线的运动或位置。在比如此种情况下，如果第一部件比第二部件更靠近轴线定位，则本文中将描述成第一部件在第二部件的“径向内部”或“内侧”。另一方面，如果第一部件比第二部件远离轴线定位，则在本文中可以描述第一部件在第二部件的“径向外部”或“外侧”。术语“轴向”指的是平行于轴线的运动或位置。最后，术语“周向”指的是围绕轴线的运动或位置。可以理解的是，这些术语可以与涡轮机的中心轴线相关地应用。

通过背景技术，现在参考附图，图1至图4示出其中可以采用本申请的实施例的示例燃气涡轮发动机。本领域技术人员将理解的是，本发明不限于特定类型的用途。本发明可被用于燃气涡轮发动机，比如用于发电、飞机的那些燃气涡轮发动机以及其他发动机或涡轮机类型。除非另有说明，所提供的例子并非旨在限制。

图1是燃烧涡轮发动机10的示意图。一般地，通过从由压缩空气流中的燃料的燃烧产生加压热气流吸取能量使燃烧涡轮发动机运转。如图1所示，燃烧涡轮发动机10可以配置有轴流压缩机11和燃烧室12，轴流压缩机11通过共用轴或转子机械联接至下游涡轮区段或涡轮13，燃烧室12定位在压缩机11与涡轮13之间。

图2示出可被用于图1的燃烧涡轮发动机中的示例性多级轴流压缩机11的视图。如图所示，压缩机11可以包括多个级。每个级可以包括一排压缩机定子叶片15之前的一排压缩机转子叶片14。因此，第一级可以包括围绕中心轴旋转的一排压缩机转子叶片14，一排压缩机转子叶片14之后是在运转期间保持静止的一排压缩机定子叶片15。

图3示出可被用于图1的燃烧涡轮发动机中的示例性涡轮区段或涡轮13的局部视图。涡轮13可以包括多个级。示出三个示例性级，但涡轮13中可以存在更多或更少级。第一级包括在操作期间围绕轴旋转的多个涡轮叶片或涡轮转子叶片16，以及在操作期间保持静止的多个喷嘴或涡轮定子叶片17。涡轮定子叶片17彼此周向地间隔开并且围绕旋转轴线固定。涡轮转子叶片16可以安装在涡轮叶轮(未示出)上，用于围绕轴(未示出)旋转。还示出涡轮13的第二级。第二级类似地包括位于多个周向地间隔的涡轮定子叶片17之后的多个周向地间隔的涡轮转子叶片16，涡轮转子叶片16也安装在用于旋转的涡轮叶轮上。还示出第三级，第三级类似地包括多个涡轮定子叶片17和转子叶片16。可以理解，涡轮定子叶片17和涡轮转子叶片16位于涡轮13的热气路径中。穿过热气路径的热气流的方向由箭头指示。如本领域普通技术人员将理解的，涡轮13可以具有比图3中示出的级更多的级，或在有些情况下具有比图3中示出的级更少的级。每个另外的级可以包括一排涡轮转子叶片16之前的一排涡轮定子叶片17。

在一个运转例子中，轴流压缩机11内的压缩机转子叶片14的旋转可以压缩空气流。在燃烧器12中，当压缩空气与燃料混合并被点燃时可以释放能量。来自燃烧室12的可被称为工作流体的所形成的热气流然后被引导越过涡轮转子叶片16，工作流体流引起涡轮转子叶片16围绕轴旋转。由此，工作流体流的能量被转换成旋转叶片的机械能，并且由于转子叶片与轴之间的连接，旋转轴旋转。轴的机械能然后可被用于驱动压缩机转子叶片14旋转，以便产生压缩空气的必要的供给，以及还例如驱动发电机以生产电力。

图4是其中可以采用本发明的实施例的类型的涡轮转子叶片16的透视图。涡轮转子叶片16包括根部21，转子叶片16通过根部21附装至转子轮盘。根部21可以包括构造成用于安装在转子轮盘的圆周中的相应的燕尾槽内的燕尾。根部21还可以包括在燕尾与平台24之间延伸的桨杆，桨杆布置在翼型件25与根部21的接合处并且限定穿过涡轮13的流动路径的内侧边界的一部分。可以理解的是，翼型件25是转子叶片16的拦截工作流体流并且引起转子轮盘旋转的主动部件。虽然该示例的叶片是涡轮转子叶片16，但是可以理解的是本发明还可以应用于涡轮发动机10内的其他类型的叶片，包括涡轮定子叶片17(轮叶)。将看到的是，转子叶片16的翼型件25包括分别在相对的前缘28与后缘29之间轴向地延伸的凹形压力侧(PS)外壁26和周向或横向地相对的凸形吸力侧(SS)外壁27。侧壁26和27还沿径向方向从平台24延伸至外侧尖端31。(可以理解的是本发明的应用可以不限于涡轮转子叶片，但也可以适用于定子叶片(轮叶)。转子叶片在本文中说明的几个实施例中的使用仅是说明性的，除非另有说明)。

图5和图6示出如可以建立在具有常规配置的转子叶片翼型件25中的两个示例内壁结构。如图所示，翼型件25的外表面可以由相对薄的压力侧(PS)外壁26和吸力侧(SS)外壁27限定，压力侧(PS)外壁26和吸力侧(SS)外壁27可以经由多个径向延伸和交叉的肋60连接。肋60被构造成向翼型件25提供结构支撑，同时还限定多个径向延伸且基本分离的流动通道40。通常，肋60径向地延伸以便在翼型件25的大部分径向高度之上分隔流动通道40，而流动通道可以沿着翼型件的外周连接以便限定冷却回路。即，流动通道40可以在翼型件25的外侧或内侧边缘处以及经由多个较小交叉通道44或可以定位在其之间的冲击孔(后者未示出)流体地连通。这样，流动通道40中的一些可以一起形成卷绕(winding)或蛇形(serpentine)冷却回路。另外，可以包括薄膜冷却端口(未示出)以提供从流动通道40释放到翼型件25的外表面上的冷却剂所穿过的出口。

肋60可以包括两种不同类型，这两种不同类型然后如本文所提供的可被进一步再细分。第一类型的中弧线肋(camber line rib)62一般为平行于或大致平行于翼型件的中弧线延伸的长肋，翼型件的中弧线是从前缘28延伸至后缘29并且连接压力侧外壁26与吸力侧外壁27之间的中点的参考线。如在通常的情况下，图5和图6的说明性常规结构包括两个中弧线肋62、压力侧中弧线肋63和吸力侧中弧线肋64，在其中给定其偏离压力侧外壁26并且靠近压力侧外壁26的方式下，压力侧中弧线肋63还可被称为压力侧外壁，在其中给定其偏离吸力侧外壁27并且靠近吸力侧外壁27的方式下，吸力侧中弧线肋64还可被称为吸力侧外壁。如上所述，这些类型的布置通常由于包括两个外壁26、27和两个中弧线肋63、64的普遍四个主壁而被称作具有“四壁”结构。可以理解的是，可以利用任何现有已知或随后开发的技术形成外壁26、27和中弧线肋62，例如经由铸造或增材制造为整体式部件。

第二类型的肋在本文中称作横肋(traverse rib)66。横肋66是示出为连接四壁结构的壁和内肋的短肋。如图所示，四壁可以通过多个横肋66连接，横肋66还可以根据其每一个所连接的壁而分类。如本文所使用的，将压力侧外壁26连接至压力侧中弧线肋63的横肋66称为压力侧横肋67。将吸力侧外壁27连接至吸力侧中弧线肋64的横肋66称为吸力侧横肋68。将压力侧中弧线肋63连接至吸力侧中弧线肋64的横肋66称为中央横肋69。最后，连接压力侧外壁26和靠近前缘28的吸力侧外壁27的横肋66称为前缘横肋70。在图5和图6中，前缘横肋70还连接至压力侧中弧线肋63的前缘端部和吸力侧中弧线肋64的前缘端部。

当前缘横肋70联接压力侧外壁26和吸力侧外壁27时，其还形成在本文中称为前缘通道42的通道40。前缘通道42可以具有与本文中说明的其他通道40相似的功能。如图所示，作为选择以及如本文中所注意到的，交叉通道44可以允许冷却剂穿行至前缘通道42和/或从前缘通道42穿行至紧邻的后中央通道46。交叉端口(cross-over port)44可以包括以径向间隔关系定位在通道40、42之间的任何数量的端口。

一般说来，翼型件25中的任何内部结构的目的是提供有效的近壁冷却，其中冷却空气在与翼型件25的外壁26、27相邻的通道中流动。可以理解的是，由于冷却空气非常接近翼型件的热的外表面，因此近壁冷却是有利的，并且由于通过对通过狭窄通道的流进行限制来获得高流速，因此使得所形成的传热系数较高。然而，由于在翼型件25内承受的最终可能缩短转子叶片的寿命的不同水平的热膨胀，上述布置易于经受低循环疲劳。例如，在操作中，吸力侧外壁27比吸力侧中弧线肋64更加热膨胀。该不均匀膨胀趋于增大翼型件25的中弧线的长度，并且因此引起这些结构以及连接这些结构的另外的结构中的每一个之间的应力。另外，压力侧外壁26还比更冷的压力侧中弧线肋63更加热膨胀。这种情况下，不均匀膨胀趋于减小翼型件25的中弧线的长度，并且因此引起这些结构以及连接这些结构的另外的结构中的每一个之间的应力。在一种情况下趋于减小翼型件中弧线并且在另一种情况下增大翼型件中弧线的翼型件内的对抗力能够引起应力集中。其中这些力证明自身为给定翼型件的特定结构构造的各种方式以及其中力然后被平衡并被补偿的方式变成转子叶片16的零件寿命的重要因素。

更具体地，在通常情况下，吸力侧外壁27趋于在其弧度的暴露于热气路径的高温下的顶点处向外弯曲，以使其热膨胀。可以理解的是，作为内壁的吸力侧中弧线肋64不经受相同水平的热膨胀，因此不具有向外弯曲的相同倾向。即，中弧线肋64和横肋66及其连接点抵制外壁27的热膨胀。

在图5中示出的示例的常规配置具有形成有几乎不或不提供柔顺性的刚性几何形状的中弧线肋62。阻力以及由其引起的应力集中可能是相当大的。加重该问题的是，用于将中弧线肋62连接至外壁27的横肋66可以形成有线性轮廓并且相对于其所连接的壁以大致直角定向。情况如此，起作用的横肋66将外壁27与中弧线肋64之间的“冷”空间关系基本保持为以明显不同的速率膨胀的被加热结构。几乎没有或没有“弹性”情形(“give”situation)防止在结构的一些区域中集中的应力的缓解。不同的热膨胀导致缩短部件寿命的低循环疲劳。

过去已经计算了许多不同的内部翼型件冷却系统和肋构造，并且已经做出修正该问题的企图。一个此类方法提出：过冷外壁26、27，使得温差并且由此减小热膨胀差别。将被理解的是，然而通常实现的方式是增加通过翼型件循环的冷却剂的量。由于冷却剂一般是从压缩机漏出的空气，其增加的使用对发动机的效率具有负面影响，并且因此是优选地避免的解决方案。其他方案已经提出：采用使用相同量的冷却剂但使其更加有效的改进的制造方法和/或更加复杂的内部冷却构造。虽然这些方案已证明稍微有效，每一种方案对发动机的运行或零件的制造中的任一者带来了额外成本并且没有直接解决根源问题，根源问题是考虑到翼型件在操作期间如何热膨胀的常规配置的几何缺陷。如在图6的一个示例中所示，另一种方法采用减轻通常发生在叶片(比如为涡轮叶片)的翼型件中的不平衡热应力的一些弯曲或泡沫状或正弦式或波状内部肋(以下称为“波状肋”)。这些结构减小了翼型件25的内部结构的硬度，以便提供通过其分散应力集中以及将应力集中应变卸载至能够更好地承受其的其他结构区域的目标灵活性。这可以包括例如卸载应力至将应变散布在更大面积上的区域，或者一般更优选地，也许是将应力卸载至卸载用于压缩载荷(compressiveload)的拉伸应力的结构。这样，可以避免寿命缩短的应力集中和应变。实施波状轮廓肋构造的挑战包括识别还将在翼型件25的寿命期间提供机械耐用性的肋的优化曲率。当前方法包括反复模拟肋的曲线、分析冷却效率以及然后修正模型，这将是费时又费钱的。

根据本发明的实施例，内部肋根据其多个物理特性构造以优化对于所需冷却效率和机械耐用性的肋曲率。具有本文中说明的特征的内部肋大大地减少了设计和制图周期时间，同时生产满足冷却和机械寿命要求的所需肋和通道的形状。

图7示出根据本发明的实施例的内部肋160的示意图。内部肋160可以是本文中描述的任何肋(例如60、62、66等等)，肋间隔径向延伸腔室用于接收凹形压力侧外壁26或凸形吸力侧外壁27内的冷却剂流。如图所示，外壁26、27沿着前缘28(图5-6)和后缘29(图5-6)连接。内部肋160将径向延伸腔室间隔成具有预定横截面面积的通道40(例如图6)。每个通道140的横截面积可以以任何现有已知或随后研发的方式确定。例如，外壁26、27的长度可被确定用于特定翼型件25以及沿着每个选定的壁设置的通道140的数目，例如，如图4-7。另外，在每个通道140的位置处提供必要的热传递所需的贯穿(进入或流出页面)的冷却剂的容积流量可以以常规方式计算以便对于每个通道140形成所需的预定横截面积。

肋160包括面向压力侧外壁26和吸力侧外壁27中的选定的一个的凹形表面162。根据本发明的实施例，凹形表面162限定成确保通道140的所需预定横截面积以及肋160的耐用性。更具体地，凹形表面162具有多个物理属性或特征，多个物理属性或特征设定成确保形成预定横截面积的通道140的肋160是耐用的。由于凹形表面162的形状以与是否应用于压力侧外壁26和吸力侧外壁27无关的同样方式根据本发明的实施例布置，因此其在图7中共同地表示为外壁26、27。

首先，为了清晰地描述当前实施例，在参考和描述凹形表面162的物理属性时选择一些术语变得必要。至此，以下定义将参照凹形表面162使用：“宽度”W定义为凹形表面162的第一端部170与凹形表面162的第二相对端部172之间的距离。“第一端部”170和“第二相对端部”172可被定义为根据观察者的视野的凹形表面162上的最靠近前缘28或后缘29的相应点。即，凹形表面162的第一端部170定义为凹形表面162上的最靠近前缘28(图6)和后缘29(图6)之一的点174，凹形表面162的第二相对端部172定义为凹形表面162上的最靠近前缘28(图6)和后缘29(图6)中的另一者的点176。这些点174、176可以是凹形表面162如本文中所限定的在此停止并且转变至另一弧度的位置，即，该表面充分地转向以凸形方式、不同的半径等等朝向壁26、27延伸，但并非在所有情况下均是如此。“深度”D定义为深度线DL的长度，深度线DL在位于第一端部170和第二相对端部172之间的凹形表面162的中点M与深度线DL和压力侧外壁26与吸力侧外壁27中的选定的一个的交会点IP之间延伸。深度线DL在交会点IP处垂直于压力侧外壁26和吸力侧外壁27中的选定的一个。“宽高比”(“Aspectratio”)定义为宽度W除以深度D。

凹形表面162包括不规则弧形，不规则弧形是不具有均一曲率半径的弧形。在本发明的实施例中，弧形角α以交会点IP为中心。对于特定翼型件25(图6)而言，弧形角α可以进行选择并被保持。在一个实施例中，弧形角α可以不小于60度并且不大于120度，以及在任何情况下以深度线DL为中心。在所示出的示例中，弧形角α大致为90度。在另一个示例中，弧形角α可以为大致45度。凹形表面162的不规则弧形在一方面限定成具有第一弧形半径R1，第一弧形半径R1等于凹形表面162的中点M处的深度D。在另一个方面中，不规则弧形具有第二弧形半径R2，弧形角α在第二弧形半径R2处与凹形表面162相交。第二弧形半径R2等于深度D与形状因子SF的乘积。

根据本发明的实施例，形状因子SF与宽高比具有基本线性关系。这样，当通道140的宽高比增大时，即，其变得没那么深(深度D减小)并且更宽(宽度D增大)时，形状因子SF也增大，迫使不规则弧形的凹形表面162的展宽增大。凹形表面162的不规则弧形的增大展宽使得肋160更加柔性并且更加耐用，这是因为肋160在其中心变得没那么圆而且在第二弧形半径R2处(即，弧形角α与凹形表面162相交之处)更圆。同时，宽度W、深度D、形状因子SF和弧形角α构造成提供具有预定横截面积的通道140，其保持所需热传递。即，可以例如以常规迭代过程选择宽度W、深度D、形状因子SF和弧形角α，以利用如本文所述地成形的凹形表面162提供预定横截面积。

就基本的线性关系而言，宽高比可以限定为以下之和：形状因子SF和斜率的乘积，以及y截距。在一个实施例中，斜率可以大致为+3.29，y截距可以为-1.39，其中y截距具有+/-0.5的范围，即，y截距可以在从-0.89至-1.89的范围内。这样，限定词“基本”如由所提出的范围提供定义。图8示出宽高比(AR)与形状因子(SF)的一个说明性关系的图示。宽高比位于Y轴上，形状因子位于X轴上。在此，最佳拟合线(中心线)提供+3.29的斜率和-1.39的y截距。最上线具有-0.89的y截距，最下线具有-1.89的y截距，并且由此指示基本的线性关系在y截距方面的一些变化。

翼型件26内的每个通道140可以具有如本文中限定的凹形表面162，但具有由对于外壁26、27所需的通道140的数量和所需热传递，即，预定横截面积，确定的不同的宽度W。一旦限定凹形表面162，从凹形表面162至外壁26、27的曲线可以利用任何现有已知或随后研发的方案进行限定。

本发明的实施例使内部肋160的形状标准化，以便在更短的设计周期内但在具有所需热传递和耐用性的情况下实现优化的通道形状。如本文中描述的内部肋160的构造可以应用于实际完成肋或用于铸造芯部。

本文中使用的术语的目的仅在于描述具体实施例，而非旨在限制本发明。如本文中所使用的，单数形式“一种”、“一个”和“该”旨在也包括复数形式，除非上下文中明确作出相反的表示。将会进一步理解的是，术语“包括”和/或“包含”在用于本说明书中时指定为所述特征、整体、步骤、操作、元件和/或部件的存在，但不排除一个或更多个其他特征、整体、步骤、操作、元件、部件和/或其组合的存在或增加。“可选择的”或“可选择地”指的是可能出现或可能不出现的随后描述的事件或情况，并且说明书包括发生事件的情况和不发生事件的情况。

如本文中在整个说明书和权利要求书中使用的近似措辞可被用于调节任何定量表示，定量表示可以在不引起相关基本功能变化的情况下可容许地改变。因此，通过比如为“大约”、“大致”和“基本”的术语修饰的值不限于所指定的精确值。在至少一些情况中，近似措辞可以对应于用于测量数值的器械的精度。在此以及整个说明书和权利要求书中，范围限制可以组合和/或互换，这些范围被确定并且包括包含其中的全部子范围，除非上下文或措辞上相反地表示。应用于特定范围值的“大致”也应用于两个值，并且除非另外取决于测量值的器械的精度，可以指示设定值(stated value)的+/-10％。

所有装置或步骤的对应的结构、材料、作用及其等同物加上以下权利要求中的功能元件旨在包括用于与如所具体要求保护的其他所请求保护的元件结合的执行功能的任何结构、材料或动作。本发明的说明书已被提供用于例示和说明目的，而非旨在穷举或局限于所公开形式的公开内容。在不脱离本发明的范围和精神的情况下本领域技术人员将容易想到许多变型和变化。实施例被选择和说明以便最佳地解释本发明的原理和实际应用，以及使得本领域技术人员能够理解用于具有如适用于所预期的具体应用的各种变型的各种实施例的公开内容。

Claims (6)

1.一种用于叶片翼型件（25）的内部肋（160），所述内部肋（160）间隔用于接收凹形压力侧外壁（26）与凸形吸力侧外壁（27）内的冷却剂流的径向延伸腔室，所述凹形压力侧外壁和所述凸形吸力侧外壁沿着前缘（28）和后缘（29）连接成具有预定横截面积的通道（40），其特征在于，所述内部肋（160）包括：

凹形表面（162），所述凹形表面面向所述压力侧外壁（26）或所述吸力侧外壁（27）中的选定的一个，所述凹形表面（162）由以下限定：

宽度和深度，所述宽度位于所述凹形表面（162）的第一端部（170）与所述凹形表面（162）的第二相对端部（172）之间，所述深度限定为深度线的长度，所述深度线在位于所述第一端部（170）与所述第二相对端部（172）之间的所述凹形表面（162）的中点与所述深度线与所述压力侧外壁（26）和所述吸力侧外壁（27）中的选定的一个的交会点之间延伸，

宽高比，所述宽高比限定为所述宽度除以所述深度，

不规则弧形，所述不规则弧形限定在居中在所述交会点处的弧形角内，所述不规则弧形具有第一弧形半径和第二弧形半径，所述第一弧形半径等于所述凹形表面（162）的中点处的深度，所述第二弧形半径位于所述弧形角与所述凹形表面（162）相交处并且等于所述深度与形状因子的乘积，所述形状因子与所述宽高比具有基本线性关系，以及

其中，所述宽度、所述深度、所述形状因子和所述弧形角构造成提供具有所述预定横截面积的通道（40）。

2.根据权利要求1所述的内部肋（160），其特征在于，所述弧形角以所述凹形表面（162）的中点为中心延伸不小于60度并且不大于120度。

3.根据权利要求1所述的内部肋（160），其特征在于，所述凹形表面（162）的第一端部（170）限定为所述凹形表面（162）上的最靠近所述前缘（28）或所述后缘（29）中的一者的点（174），所述凹形表面（162）的第二相对端部（172）限定为所述凹形表面（162）上的最靠近所述前缘（28）或所述后缘（29）中的另一者的点（176）。

4.根据权利要求1所述的内部肋（160），其特征在于，所述宽高比限定为以下之和：所述形状因子和斜率的乘积以及y截距，其中，所述斜率大致为+3.29，所述y截距在从-0.89至-1.89的范围内。

5.一种用于叶片翼型件（25）的内部肋（160），所述内部肋（160）间隔用于接收凹形压力侧外壁（26）与凸形吸力侧外壁（27）内的冷却剂流的径向延伸腔室，所述凹形压力侧外壁和所述凸形吸力侧外壁沿着前缘（28）和后缘（29）连接成具有预定横截面积的通道（40），其特征在于，所述内部肋（160）包括：

凹形表面（162），所述凹形表面面向所述压力侧外壁（26）或所述吸力侧外壁（27）中的选定的一个，所述凹形表面（162）由以下限定：

宽度和深度，所述宽度位于所述凹形表面（162）的第一端部（170）与所述凹形表面（162）的第二相对端部（172）之间，所述深度限定为深度线的长度，所述深度线在位于所述第一端部（170）与所述第二相对端部（172）之间的所述凹形表面（162）的中点与所述深度线与所述压力侧外壁（26）和所述吸力侧外壁（27）中的选定的一个的交会点之间延伸，

宽高比，所述宽高比限定为所述宽度除以所述深度，

不规则弧形，所述不规则弧形限定在居中在所述交会点处的弧形角内，所述不规则弧形具有第一弧形半径和第二弧形半径，所述第一弧形半径等于所述凹形表面（162）的中点处的深度，所述第二弧形半径位于所述弧形角与所述凹形表面（162）相交处并且等于所述深度与形状因子的乘积，所述形状因子与所述宽高比具有基本线性关系，其中，所述弧形角以所述凹形表面（162）的中点为中心延伸不小于60度并且不大于120度，

其中，所述宽高比限定为以下之和：所述形状因子和斜率的乘积以及y截距，其中，所述斜率大致为+3.29，所述y截距在从-0.89至-1.89的范围内，以及

其中，所述宽度、所述深度、所述形状因子和所述弧形角构造成提供具有所述预定横截面积的通道（40）。

6.根据权利要求5所述的内部肋（160），其特征在于，所述凹形表面（162）的第一端部（170）限定为所述凹形表面（162）上的最靠近所述前缘（28）或所述后缘（29）中的一者的点（174），所述凹形表面（162）的第二相对端部（172）限定为所述凹形表面（162）上的最靠近所述前缘（28）或所述后缘（29）中的另一者的点（176）。

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