用于流体流发动机的部件和方法技术

本发明专利技术涉及一种用于流体流发动机的部件(100)，所述流体流发动机比如是燃气涡轮机(100)，该部件包括第一侧部(1)和第二侧部(2)，第一侧部例如是顶侧部，第二侧部例如是底侧部，其中，所述部件(100)还包括用于导引流体穿过部件(100)的内部通道(20)的网格(5)，其中，在第一侧部(1)与第二侧部(2)处分别设置有与网格(5)的通道(10)流体连通的流体入口，并且其中，网格(5)还设置且构造成使得自第一侧部(1)的流体入口(10)的通道(20)与自第二侧部(2)的流体入口(10)的通道(20)相互交错，使得进入部件(100)的流体在网格(5)中至少部分地根据相反的方向(FD)导引。

Components and methods for a fluid flow engine

The present invention relates to a component (100) for a fluid flow engine, such as a gas turbine (100), which comprises a first side (1) and a second side (2), a first side, such as a top side, and a second side, for example, a bottom side, and the part (100) is also used to guide the flow of the fluid through the part. A mesh (5) of an internal channel (20) of a part (100), wherein the first side (1) and the second side (2) are respectively set up a fluid entrance with a channel (10) fluid connected to the grid (10), and in which the grid (5) is also configured to enable the fluid entrance (20) from the first side (1) (1) and the second side (2) fluid entrance (5). 0) the channels (20) are interlaced, so that the fluid entering the component (100) is guided at least partially in the opposite direction (FD) in the grid (5).

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于流体流发动机的部件和方法本专利技术涉及用于诸如燃气涡轮机之类的流体流发动机的部件，所述部件特别包括由内部通道比如冷却通道构成的网格。此外，本专利技术涉及增材制造所述部件的方法。优选地，所提到的部件借助于粉末床方法、比如选择性激光熔融和/或电子束熔融进行制造。这些是用于例如由粉末材料制作、成型或制造零件或部件的相对周知的方法。用于这些方法的常规设备或装置通常包括制造或构建平台，在供给基础材料层或粉末层之后在该平台上逐层构建该部件，其中，所述基础材料层或粉末层随后可以例如通过激光束的能量熔融并随后固化。层厚度由在粉末床上移动、例如自动移动并将余料移除的刮板确定。典型的层厚度的范围为20μm或40μm。在制造期间中，所述激光束在表面上扫描并根据要制造的部件的几何形状使选定区域中的粉末熔融，所述选定区域可以通过CAD文件预先确定。涡轮机部件、比如燃气涡轮机的叶片或叶轮需要在其预期操作期间被冷却，以抵抗在此期间由热气暴露引起的高热载荷。目前，燃气涡轮机的流动路径硬件在其预期操作期间例如需要抵抗高达1500℃的温度，以提高相应发动机的能量效率。因此，冷却空气或其他冷却流体的预定部分例如从内部被导引穿过部件。因此，该部件是冷的并且所述流体随后在专用出口开口处离开该部件，以例如提供薄膜冷却或泻流冷却(effusioncooling)。因此，当然必须保持部件的稳定性。这一点尤其重要，这是由于在涡轮机的叶轮或叶片的情况下，部件还暴露于高机械载荷例如操作期间的压力载荷或吸入载荷。由于冷却空气通常被分支成标准的工作流体流，因而必须经济地施加冷却空气，因为流体流的“冷却部分”并不有助于部件的能量转换或产生。因此，通常适宜的是将冷却机构主要施加于部件的暴露于最大热载荷的某些“热点”。现有技术例如描述了多种冷却原理，特别是涡轮机部件的蛇形冷却、泻流冷却和/或膜冷却。例如从GB2443116A已知燃气涡轮机部件的冷却装置。然而，仍存在对于改进的涡轮机的冷却原理的迫切的要求，这是因为例如由于气候和/或经济要求以及工业变化，必须尽可能地降低相关机器的燃料消耗。因此，本专利技术的目的在于提供改进的部件和/或解决所述问题的冷却原理。所述目的是通过独立权利要求的主题来实现的。有利的实施方式为从属权利要求的主题。本专利技术涉及一种用于流体流发动机的部件，流体流发动机例如是燃气涡轮机，该部件包括第一侧部和第二侧部，第一侧部例如是顶侧部，第二侧部例如是底侧部，其中，该部件还包括由内部通道构成的网格或网状件，内部通道用于导引流体比如冷却流体穿过该部件。第一侧部和第二侧部优选地限定部件的外部延伸部或尺寸。所述通道优选地涉及冷却通道。为此，所提到的流体优选地是预期用于在部件的预期操作期间实现部件的冷却的冷却流体。该部件在第一侧部处设置有流体入口，该流体入口与网格的通道中的至少一些通道流体连通。该部件在第二侧部处设置有流体入口，该流体入口与网格的通道中的至少一些通道流体连通。优选地，在第一侧部和第二侧部处分别设置有流体入口。网格还设置并构造成使得自第一侧部的或设置在第一侧部处的流体入口的通道与自第二侧部的或设置在第二侧部处的流体入口的通道相互交错，从而使得进入部件的流体在网格中至少部分地按相反方向引导。术语“相互交错”应是指例如在正交于第一侧部和/或第二侧部的平面上观察时通道路径在网格中至少部分重叠或共线地延伸。有利地，由此提出了一种改进的且新的冷却构思，该构思使得可以对部件进行特别有效且均匀的冷却。此外，所提出的构思提供了突出的故障安全性能(见下文)并使得部件在操作期间保持适当的机械稳定性。更具体地，可以提供蛇形冷却通道或管道与已知的扩散冷却之间的过渡。特别地，冷却流体可以进入部件的内部、优选地从第一侧部和第二侧部——即，优选地从部件的顶部侧和底部侧或顶部面或底部面——进入部件的内部，以对部件进行冷却。本专利技术的部件相比于现有技术的特别优点优选地在于，部件的冷却作用因此可以是均匀的，因为根据本专利技术，流体可以优选地在相反的侧面处进入部件。这与现有技术相比导致更有效的冷却，在现有技术中，冷却流体可以仅从底部或第一侧部进入相应的涡轮机叶片，而冷却流体随后在相反的梢端或第二侧部处离开部件。由此，由于冷却流体在其进入部件的梢端时已经被加热至较高的温度，因而从部件的底部至梢端会产生显著的和/或不利的温度梯度。换言之，冷却作用随着冷却流体已经对部件以及在部件中进行冷却的时间越长而减小。因此，在部件的梢端处，冷却作用较弱，并且由于冷却不足，热影响会主要发生在梢端处。所提出的原理的进一步改进之处在于根据部件在发动机或涡轮机流动路径中的实际应用来提供适于所需的冷却功能性的由内部通道构成的网格。在一实施方式中，第一侧部为部件的顶侧部、例如梢端，并且第二侧部为部件的底侧部、例如根部，并且其中，顶部侧和底部侧和/或网格的相应的通道或分支相反地设置，比如相对于彼此以180°的角度转弯。此几何形状可以特别地允许智能且有效地冷却部件。在一实施方式中，该部件包括位于第一侧部处的多个流体入口和位于第二侧部处的多个流体入口。借助于此实施方式，可以有效地对所提出的由冷却通道构成的网格提供例如冷却流体并且冷却流体也可以经由该网格以有利的方式分布在部件中。此外，冷却通道的相互交错几何形状可以以适宜的方式实现。在一实施方式中，内部通道为冷却通道并且流体为冷却流体。在一实施方式中，通道从流体入口几乎延伸经过部件的第一侧部与第二侧部之间的整个距离。此实施方式可以是进一步有利的，以解决本专利技术所提出的问题。在一实施方式中，通道从流体入口延伸超过部件的第一侧部与第二侧之间的距离的一半。在一实施方式中，通道渐缩成网格的(愈发)较小的通道或通向网格的(愈发)较小的通道、即例如在对应于流体流动方向或路线的方向上具有较小直径或横截面的内部通道。此实施方式特别地允许从部件至流体流的有利的热传递。在一实施方式中，形成或包括网格的通道以规则或不规则分支图案的分形方式设置，从而将流从较大直径的通路引导至较小直径的通路。在一实施方式中，网格构造成使得通道和/或较小通道被分支并且每个通道通向多个流体出口。此实施方式是特别有利的，因为可以节省冷却空气，并且还可以促进对部件进行膜冷却，在膜冷却中，例如部件的表面被适宜地冷却。在一实施方式中，通道为冷却通道，并且网格在第一侧部与第二侧部之间(至少大致)均匀地分布。由此可以实现的是，例如部件的表面以均匀的方式被冷却。换言之，可以有效地使用用于冷却部件的冷却流体，并且可以防止部件暴露于过度的或破坏性的热载荷。在实施方式中，网格在第一侧部与第二侧部之间不均匀地延伸。在一实施方式中，网格适于单个温度载荷，部件被暴露或预期暴露于预期操作中，其中，网格例如在部件的暴露于特别高的温度载荷的表面区域处变密。在一实施方式中，与暴露于较小温度载荷的表面区域相比，内部通道的网格的密度在部件的暴露于特别高的温度载荷的表面区域处增大。所述变密应优选地指，网格构造成在部件的预期于操作期间暴露于较高温度的这些区域中具有数目增大的通道和例如较小通道。在一实施方式中，通道设置且构造成朝向部件的表面是空的以促进部件的表面冷却、比如膜冷却或泻流冷却。优选地，冷却通道构造成使得较大的通道通向或渐缩成较小通道，并且较小通道中本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于流体流发动机的部件(100)，所述流体流发动机比如是燃气涡轮机(100)，所述部件(100)包括第一侧部(1)和第二侧部(2)，所述第一侧部(1)例如是顶侧部，所述第二侧部(2)例如是底侧部，其中，所述部件(100)还包括由用于导引流体穿过所述部件(100)的内部通道(20)构成的网格(5)，其中，在所述第一侧部(1)和所述第二侧部(2)处分别设置有与所述网格(5)的通道(10)流体连通的流体入口，并且其中，所述网格(5)还设置并构造成使得自所述第一侧部(1)的所述流体入口(10)的通道(20)与自所述第二侧部(2)的所述流体入口(10)的通道(20)相互交错，从而使得进入所述部件(100)的流体在所述网格(5)中至少部分地按相反的方向(FD)导引。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.12.03 EP 15197795.6;2016.08.04 EP 16182826.41.一种用于流体流发动机的部件(100)，所述流体流发动机比如是燃气涡轮机(100)，所述部件(100)包括第一侧部(1)和第二侧部(2)，所述第一侧部(1)例如是顶侧部，所述第二侧部(2)例如是底侧部，其中，所述部件(100)还包括由用于导引流体穿过所述部件(100)的内部通道(20)构成的网格(5)，其中，在所述第一侧部(1)和所述第二侧部(2)处分别设置有与所述网格(5)的通道(10)流体连通的流体入口，并且其中，所述网格(5)还设置并构造成使得自所述第一侧部(1)的所述流体入口(10)的通道(20)与自所述第二侧部(2)的所述流体入口(10)的通道(20)相互交错，从而使得进入所述部件(100)的流体在所述网格(5)中至少部分地按相反的方向(FD)导引。2.根据权利要求1所述的部件(100)，其中，所述第一侧部(1)为顶侧部并且所述第二侧部(2)为底侧部，并且其中，所述顶侧部和所述底侧部相反地设置。3.根据权利要求1或2所述的部件(100)，包括位于所述第一侧部(1)处和所述第二侧部(2)处的多个流体入口(10)。4.根据前述权利要求中的一项所述的部件(100)，其中，所述网格的通道(20)从所述流体入口(10)几乎延伸经过所述第一侧部与所述第二侧部之间的整个距离。5.根据前述权利要求中的一项所述的部件(100)，其中，所述通道(20)在与流体流动方向(FD)对应的方向上渐缩成所述网格(5)的较小通道(21)或通向所述较小通道(21)。6.根据权利要求5所述的部件(100)，其中，所述网格(5)构造成使得所述通道(20)被分支且构造成使得...

【专利技术属性】
技术研发人员：约翰内斯·福尔巴赫，洛维斯·弗利彭，艾克·罗伊特，
申请(专利权)人：西门子股份公司，
类型：发明
国别省市：德国,DE