具有被冷却壁的具体为燃气涡轮发动机组件的涡轮机组件和制造方法技术

本发明专利技术致力于一种涡轮机组件(10)，具体为一种燃气涡轮发动机组件，包括内置在来自弯曲或平面面板(11)，具体为金属薄片的部分中的至少一部分(2)，部分(2)包括多个冷却通道(3)，冷却流体(5)具体为空气，能够经由所述多个冷却通道(3)引导，其中多个冷却通道(3)中的至少一个具有连续锥形段(8)。多个冷却通道(3)中的至少一个具有来自面板(11)的第一表面(15)的单个入口(1)和用于使冷却流体(5)到另一个表面(16)，所述另一个表面(16)具体为与第一表面(15)相反的表面，或到第一表面(15)的单个出口(7)。进一步地，面板(11)经由激光烧结或激光熔融或直接激光沉积来建造。此外，本发明专利技术致力于装配有这种组件的燃气涡轮发动机和制造方法。

Turbine assembly with a cooled wall specific for a gas turbine engine assembly and method of manufacture

The invention relates to a turbine assembly (10), in particular to a gas turbine engine components, including built-in from curved or flat panel (11), specific for at least a portion of the sheet metal part (2), part (2) comprises a plurality of cooling channels (3), cooling fluid (5) specific for air through the plurality of cooling channels (3), wherein a plurality of cooling channels (3) at least one of continuous conical section (8). A plurality of cooling channels (3) at least one of the panel (11) from the first surface (15) of the single entrance (1) and (5) for the cooling fluid to another surface (16), the other surface (16) specific for the first surface (15) a surface opposite to the first surface, or (15) a single outlet (7). Further, the panel (11) is constructed by laser sintering or laser melting or direct laser deposition. Furthermore, the present invention is directed to a gas turbine engine having such a assembly and a manufacturing method thereof.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】具有被冷却壁的具体为燃气涡轮发动机组件的涡轮机组件和制造方法
本专利技术涉及一种涡轮机(或旋转机器)组件，具体涉及一种在燃气涡轮发动机的热区域中的燃气涡轮发动机组件，在该燃气涡轮发动机组件中存在冷却热表面的冷却通道。
技术介绍
燃气涡轮发动机和其他旋转机器一样包括引导冷流体的段和引导热流体通过发动机的其他区域。在燃气涡轮发动机中，通常作为相当冷的流体的环境空气可以由压气机段压缩且提供给燃烧室，在该燃烧室中，大量冷流体(至少比燃烧室内的工作状况冷)将连同燃料一起燃烧，以为随后的涡轮段提供驱动力，在涡轮段中，来自燃烧室的热流体将驱动涡轮的转子叶片以再次驱动轴。在燃烧室或在经过燃烧室的下游段中，高温可能出现在引导热流体穿过燃气涡轮发动机的组件上。该温度可能高达1500℃。然而，通常用于燃气涡轮发动机中的材料不能耐受800℃以上的温度。因此，可能需要冷却这些组件，或者需要特定涂层来保护组件。冷却可以以提取来自压气机的空气或流体的一部分(即，来自压气机的空气或流体从主流体路径分叉)且将其引导到需要被冷却的组件的方式来实现。冷却然后可以由不同措施(例如，冲击冷却、薄膜冷却、泻流冷却、发汗冷却和/或对流冷却)在待冷却部分处执行。另一方面，冷却功能的提供降低燃气涡轮发动机的效率。因此，目标是尽可能多地限制冷却，使得效率不降低且最大化。另一方面，组件的寿命很大程度上取决于组件将不经历超过设计温度水平的温度。组件所经历的温度水平可能在组件的不同位置处变化。例如，燃烧室衬套壁的上游区域可能经历比同一燃烧室衬套的下游区域更热的温度。因此，下游区域可能不需要与上游区域相同的冷却量。另一方面，因为冷却空气在冷却通道的第一端处可能比冷却通道的下游端(在该下游端后，冷却空气已经从待冷却组件取得热量)处更凉，所以特定长度的冷却通道可能在冷却通道的第一端处更高效。燃气涡轮发动机中要冷却的组件基本上为燃烧室、涡轮段以及过渡件(即位于燃烧室与涡轮段之间的过渡管道)中的零件。专利申请US2006/0130484A1显示了一种燃气涡轮发动机的过渡管道，在该过渡管道中，冷却通道存在于过渡管道壁内。此外，壁中还显示有冷却孔。除此之外，专利US6890148B2显示了燃气涡轮发动机的过渡管道内的更复杂的冷却通道，其中冷却通道跟随过渡管道壁内的一种蜿蜒路径。EP1001221A2显示了一种用于燃烧室壁的实施例，其中用于冷却空气的槽的横截面形状可以二维甚至三维地改变，使得宽度增大。US2003/0106318A1显示了一种泻流冷却的过渡管道。泻流孔可以具有变化的直径。US2005/0047907A1显示了一种被配置为减小热梯度的过渡管道冷却系统。另一方面，EP2607624A1显示了具有冷却特征的涡轮叶片。
技术实现思路
本专利技术寻求提供一种冷却燃气涡轮发动机或其他涡轮机或旋转机器或甚至经历寿命限制温度的其他机器中的热组件的改进方式。该目的由独立权利要求来实现。从属权利要求描述了本专利技术的有利发展和修改。根据本专利技术，提供了一种涡轮机组件(或旋转机器组件)，具体为一种燃气涡轮发动机组件，包括内置在来自弯曲或平面面板或来自弯曲或平面板(具体为金属薄片)的部分内的至少一部分(即，子组件)，该部分包括可经由其引导冷却流体(具体为空气)的多个冷却通道，其中多个冷却通道中的至少一个具有连续锥形段，其中多个冷却通道中的至少一个具有来自面板的第一表面的单个入口和用于使冷却流体到另一个表面(具体为与第一表面相反的表面)或到第一表面的单个出口，并且其中面板经由激光烧结或激光熔融或直接激光沉积来建造。因此，冷却通道显示其沿着其长度的横截面面积的转变。锥形段可以在入口与出口之间被恒定地锥形化。锥形段可以从入口到出口被恒定地锥形化。冷却通道可以被恒定地锥形化或可变地锥形化。该部分具体可以位于燃气涡轮发动机的燃烧室中、燃烧器段中、过渡管道中或涡轮段中。存在冷却通道以提供受与该部分的至少一个表面接触的热工作介质影响的部分的冷却。冷却流体具体可以为从燃气涡轮发动机的压气机段取得的空气。但可以使用其他的冷却流体源(例如，环境空气)。冷却流体可以在冷却通道中加压。冷却通道的锥形化将允许适应独立冷却通道内冷却流体的热量增加。锥形化将具有以下效果：通道中的冷却流体速率在冷却通道的横截面将减小(即，沿锥形的方向)的区域中增大。因此，否则将沿着冷却通道的长度劣化的冷却效果将保持大致同样有效。冷却效果通常受金属组件与冷却通道内的冷却空气之间的传热系数、温差以及接触面积来驱动。传热系数通常取决于通道中的冷却空气速率。因此，通过改变通道横截面面积(还被称为横截面宽度或横截面延展)，可以具体控制速率且因此控制传热系数。由此，更高冷却空气速率的效果可以补偿更高的空气温度和更少的接触表面这两者直到特定水平。术语“锥形段”在这里用于定义减小这种通道的横截面积。横截面积是垂直于冷却通道内冷却空气的流体流动方向而取得。但可以存在横截面保持恒定的子段。凭借术语“连续”锥形化，定义其中不存在横截面面积将保持恒定或者甚至扩大的一个子段的配置。凭借术语“段”，识别冷却通道长度的至少相当部分(可能为冷却通道长度的至少30％、冷却通道长度的至少50％、冷却通道长度的至少70％或冷却通道长度的至少90％)。在一些实施例中，“段”可以识别冷却通道的完全长度(即，从入口到出口)。根据本专利技术的冷却“通道”具体为关于其长度相当窄的管道。长度例如可以比通道的中等宽度长多于10或20倍(可能多于50或100倍)。该部分可以为复杂的三维组件。然而，该部分可以具有至少一段，其中该段具有板状外观(可能绕热工作气体通道弯曲)。面板或板可以为实心元件，但还可以由金属薄片建造且被形成为想要的形状。该部分可以由金属或任意其他导热元件来建造。冷却通道可以内置于该部分中，使得通道被该部分的材料包围，以形成穿过该部分的通道。该部分可以具有用于冷却通道中的每一个的入口和出口。入口通常可以位于与受热工作介质(该介质可以为气体或液体或气体和流体的混合物)直接影响的另一个(第二)表面相反的第一表面处。出口通常可以位于面向热工作介质的壁中(即，位于第二表面中)。冷却空气可以经由管子或经由某种通路或通道从压气机提供给用于冷却通道的这些入口，并且存在于冷却通道中的冷却空气将混合到热工作介质中。如所说明的，锥形化具有抵消冷却通道内的冷却空气的热量增加的效果。如果部分本身由于面向热工作介质的部分的表面处的局部热点而经历热点，则可以有利地使冷却通道的最窄部分位于该局部热点的区域中。因此，锥形段后面可以是其中通路被再次扩大或加宽或横截面积至少保持恒定的另外段。横截面具体可以与由贯穿冷却通道长度的横截面积的中心定义的线垂直地取得。根据实施例，该部分可以大致为形成热工作介质通路的平坦元件。冷却通道将位于在该平坦表面中(即，在其主或主要延展中)。具体地，冷却通道的锥形段将位于该区域中。冷却通道可以被布置为大致离热工作介质表面等距离。冷却通道可以被形成在组件的大致平坦段的主平面中，使得冷却剂大致平行于主平面流动。换言之，在后者的实施例中，锥形段具有纵轴，并且纵轴位于面板或板的平面中。纵轴可以为笔直或弯曲的。根据本专利技术，冷却通道具有特定长度，且在一端处具有单个入口，并且在另一端处具有单个出本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种涡轮机组件(10)，具体为一种燃气涡轮发动机组件，包括内置在来自弯曲或平面面板(11)的部分中的至少一部分(2)，所述弯曲或平面面板(11)具体为金属薄片，所述部分(2)包括多个冷却通道(3)，冷却流体(5)，具体为空气，能够经由所述多个冷却通道(3)引导，其中所述多个冷却通道(3)中的至少一个具有连续锥形段(8)，其中所述多个冷却通道(3)中的所述至少一个具有来自所述面板(11)的第一表面(15)的单个入口(1)和用于使所述冷却流体(5)到另一个表面(16)，所述另一个表面(16)具体为与所述第一表面(15)相反的表面，或到所述第一表面(15)的单个出口(7)，并且其中所述面板(11)经由激光烧结或激光熔融或直接激光沉积来建造。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.09.30 EP 14187066.71.一种涡轮机组件(10)，具体为一种燃气涡轮发动机组件，包括内置在来自弯曲或平面面板(11)的部分中的至少一部分(2)，所述弯曲或平面面板(11)具体为金属薄片，所述部分(2)包括多个冷却通道(3)，冷却流体(5)，具体为空气，能够经由所述多个冷却通道(3)引导，其中所述多个冷却通道(3)中的至少一个具有连续锥形段(8)，其中所述多个冷却通道(3)中的所述至少一个具有来自所述面板(11)的第一表面(15)的单个入口(1)和用于使所述冷却流体(5)到另一个表面(16)，所述另一个表面(16)具体为与所述第一表面(15)相反的表面，或到所述第一表面(15)的单个出口(7)，并且其中所述面板(11)经由激光烧结或激光熔融或直接激光沉积来建造。2.根据权利要求1所述的涡轮机组件(10)，其特征在于：所述多个冷却通道(3)中的所述至少一个的所述锥形段(8)位于所述面板(11)的主延展的区域中。3.根据前述权利要求中的任一项所述的涡轮机组件(10)，其特征在于：所述入口(1)和出口(7)中的至少一个大体垂直于所述面板(11)的平面。4.根据前述权利要求中的任一项所述的涡轮机组件(10)，其特征在于：所述多个冷却通道(3)中的所述至少一个还包括连续加宽段(9)，所述加宽段(9)关于操作期间所述冷却流体(5)的流动位于所述锥形段(8)的下游。5.根据权利要求1至权利要求3中的任一项所述的涡轮机组件(10)，其特征在于：所述多个冷却通道(3)中的所述至少一个的所述锥形段(8)在所述入口(1)与所述出口(7)之间被恒定地锥形化。6.根据权利要求1至权利要求3中的任一项所述的涡轮机组件(10)，其特征在于：所述多个冷却通道(3)的所述至少一个还包括在所述锥形段(8)的上游和/或所述锥形段(8)的下游和/或中断所述锥形段(8)的、具有恒定横截面(4)的至少一个段，其中所述锥形段(8)覆盖所述多个冷却通道(3)中的所述至少一个的长度的至少80％。7.根据前述权利要求中的任一项所述的涡轮...

【专利技术属性】
技术研发人员：D·罗斯塔德，T·奥弗维斯特德特，
申请(专利权)人：西门子股份公司，
类型：发明
国别省市：德国,DE