CN1008929B - 具有阶梯扩压的薄膜冷却通道的空心叶片 - Google Patents

Abstract

一种通过燃气涡轮机空心叶片壁的薄膜冷却通道，有一个定径段和叶型内部接通，引导定量冷却剂在第一方向上从通道中通过，其后有一个混合段，当冷却剂排出定径段时，造成混合剂流中的紊流，其后又有一个扩散段，通向叶片外表面上的通道出口。混合段在流路中有一个突伸的割阶或阶梯，在第一方向上突然就乱气流的前向冲力，造成其中的密度，可以使流体在以后的扩散段中较迅速散开，从而依附在张角较大的扩散段壁上。冷却剂通道的大扩散角使同量的冷却剂在型叶片的较大面积上扩散。

Description

本发明与叶片有关，具体有关薄膜冷却叶片。

已经熟知可以把冷却空气从一个内腔，通过若干小通道，向外表面引导，冷却叶片的外表面。从理想上希望能把出自由的空气，带附在叶片表面上的附面层中，在通道的下游尽可能拉长距离，在热主燃气流和叶片表面之间，提供冷空气保护薄膜。通道轴线和叶片表面之间的角度，以及其通道处，与在叶片表面上通过的热燃气流方向的关系，都是影响薄膜冷却有效率的重要因素。薄膜冷却效率的定义，是主燃气流温度（Tg）和冷却剂薄膜温度（Tf）的差，除以主燃气流温度和通道出口冷却剂温度（Tc）的温差、即（Tg-Tf）/（Tg-Tc），薄膜冷却的效率，随离通道出口距离的增大而迅速下降。在尽可能长的距离上的尽可能大的表面积上，保持高薄膜冷却效率，是叶片薄膜冷却的主要目的。

在本技艺领域中已熟知，发动机型必须用最低量的冷却空气冷却，因为冷却空气就是从压缩器中抽出的工作流体，在燃气流路径中的损失，迅速降低发动机的效率。叶片设计者面对用特定的最高冷却气流率，冷却发动机全部叶片的问题。从内腔通过每条冷却通道，进入燃气路径中的流体，由冷却通道的最小截面积（定径面积）控制。定径面积典型设置在通道与内腔相交处。全部冷却通道和通向叶片的孔的总定径面积，控制出自叶片的冷却剂的总流率，假定内、外压力固定，或至少超出设计者能力所及的范围。设计者有责任指定通道尺寸和通道之间的间距，以及通道的形状和方向，将叶片的各种面积，全部保持在从叶片材料性能，最大应力和使用寿命要求等方面所考虑所决定的临界设计温度以下。

从理想上要求用冷却空气薄膜笼罩叶片表面的100%;但是出自通道出口的空气，一般形成冷却薄膜条，宽度不大于或难得大于与燃气流垂直的通道的出口尺寸。对冷却通道的数目，尺寸和间隙受到限制，会造成保护薄膜的间隙，和/或低薄膜冷却效率区，而产生局部性热点。叶片热点是局限发动机运转温度范围的一个因素。

颁发荷瓦尔德（Howald）的美国专利第3，527，543中，使用了有圆截面的渐宽的维形通道，提高一个给定通道排出的冷却剂在附面层中依附。通道还最好在一个纵向伸展的平面中定向，或部分朝向燃气流的方向，把从通道出口排出的冷却剂，在向下游流动时，在纵向上扩散。虽然有这些特点，但是已经通过烟流显形试验和发动机硬件检查确定，从一个椭圆通道喷出口开始（即荷瓦尔德案），冷却剂向叶片表面上喷射后，其薄膜的纵向宽度，最多仅约为一条通道出口的短直径。这一点，加上通道之间典型纵向间距为直径的三至六倍，造成有纵向间距的通道之间和下游的叶片表面的区域，不从通道行列中接受冷却流。荷瓦尔德第3，527，543号专利中叙述的圆锥形倾斜通道，充其量大约也不能有超过70%的覆盖面（相邻孔开口中线之间，冷却剂覆盖距离的百分数）。

空气脱离冷却通道的速度，取决于其在通道进口的压力，和燃气流在通道出口压力的比率。一般讲，比率越高出口速度也越高。出口速度过高，则造成冷却空气侵入燃气流，没有形成有效的薄膜冷却时便被带走。压力比过低，则使燃气流被吸入冷却通道，使局部叶片冷却完成消失。叶片冷却完全消失通常造成严峻的后果，因此一般要保持一个安全余量，这个留作安全余量的增压，迫使设计倾向提高压力比。允许有高压力比是薄膜冷却设计迫求的一个特点。如上文所讨论的荷瓦尔德专利，将通道作成锥形，对冷却空气流作扩压，有利于提供这种容限，但该专利阐述的窄扩散角度（最大夹角12°），要求有长通道，因此，用厚叶片壁取得降低的出口速度，常被认为在降低苻合压力比的薄膜冷却敏感 性的设计所最理想的。关于西顿斯迪克的美国专利第4，197，443号中叙述的梯形扩压通道，也存在了相同的局限性。据该专利阐述：为了保证冷却流不和锥形壁分离，并且当冷却流进入热燃气流时，完全充满通道，最大扩压角在两个互相垂直的平面中，分别为7°和14°。在扩压角上加这种限制，只有用较厚的叶片，并且通道在展向上倾斜，才能产生较宽的通道出口，和通道在纵向上较小的间隙。因此大扩压角将较有利，但不能先有技术的理论取得。

日本专利第55-114806号说明，在其图2及3中（本说明书中作先有技术复印为图18及19），一个空心叶片中有圆柱形直通道，在纵行中布置，向在叶片外表面上形成的纵向槽孔排空。虽然该发明似乎说明，当冷却流体从槽孔中排出，达到叶片表面以前，从相邻通道排出的冷却流已混合，在槽孔的全部长度上，形成厚度均匀的冷却流薄膜，但是我们的试验说明，从圆柱形通道中排出的冷却流向下游流动时，成为宽度基本固定的条状，宽度基本等于通道的直径。假如相邻条状冷却流混合，造成扩散的话，那也是在很低的下游，那里的薄膜冷却的有效性、远远低于大多数叶片设计的要求。

颁发比尔（Beer）等人的美国专利第3，515，499号叙述一种用蚀刻薄片叠层制成的叶片。完成的叶片中有若干区域，其中有若干有纵向间距的通道，从一个内腔通向一个纵向伸展的共同槽孔，椐说冷却空气从槽孔中排出，在叶片全部外表面上，形成一个冷却空气薄膜。在其附图1中，每条通道从其进口逐渐收敛，达到最小载面处，在该处和槽孔相交。在图9的另一实施方案中，从图9中可见，通道有小的无变化的尺寸，向一条宽相当多的槽孔排出。这两种结构形式都可能有上文对该日本专利讨论提供的缺点;就是冷却流进入主燃气流以前，不能均匀充注槽孔，槽孔下游的薄膜覆盖面，看起来比100%还相距很远。

其他有关叶片外表薄膜冷却的出版物有：美国专利第2，149，510; 2，220，420;2，489，683号《飞行与飞机工程师》卷69等2460号，第292-295页，1956、、3、16出版，全部介绍了用纵向伸展的槽孔冷却叶型表面的前面的前缘，或压力侧及吸力侧。所介绍的槽孔完全通过叶片壁，直接和内腔接通。这种槽孔从结构强度看都是不利的，并且还要求有非常大的流率。

美国第4，303，374号专利介绍了一种结构形式，冷却叶片后缘的凹入（cutback）表面。这种结构形式有若干在后缘中的有纵向间距的收敛形通道。相邻通道在出口处会合，在凹入表面上形成连续的冷却空气薄膜。

纽约学术出版社（1971）出版，由T.F、irvinei    Jr.及J、P、Hartnerr编辑的连续出版物《热转换进展》第7卷中，有Richard    J.Goldstein编辐的专题论文集《薄膜冷却》，在321-379页中发表了关于薄膜冷却的状况综述。文中介绍了在全部被冷却的壁中伸展的各种不同形状的长槽孔，以及贯通壁部的圆截面通道。

本发明的一个目的，是改进叶片薄膜冷却通道的结构形式，用于冷却热燃气流在上面流过的壁。

本发明的另一目的，是提出一种叶片薄膜冷却通道，可以在一个短扩散距离上，把一个小量的冷却剂，散布在叶片外表面的一个大面积上，形成薄膜。

据本发明所提出，一条从被冷却的壁中通过的叶片薄膜冷却通道，有一个定径段，引导一个定量的冷却剂，在第一方向上通过，后面一个混合段，带结构形式可以在定径段排出的气流中造成紊流，至少在第一方向上，部分干扰其冲力，再后面有一个扩散段，通向热燃气在上面流过的壁外表上的通道出口。

在发明背景段落中已讨论的，先有技艺领域的一个目的，是从被冷却的壁的低温侧，取得少量的冷却流体，在壁的热表面上，散布一个面 积尽可能大的薄膜。为此，按要求要使冷却通道的出口，在与从通道出口的表面上流过的热燃气流方向垂直的方向上，尽可能延长;于是（在理想状况下），冷却流体必须在通道的出口，均匀充满整个通道，在出口的下游形成冷却薄膜，其宽度与出口长度相同。先有技艺阐述，从一个小截面进口或定径段向大截面出口扩散的冷却剂流，必须采用相当小的扩散角（即小于14°），防止和渐宽壁分离，以保证冷却流体在出口充满通道。假如限定用小扩散角，那么就要求有大通道长度，才能使通道出口尺寸有较多的增大。被冷却行壁较薄，或者凹孤面时，如空心涡轮叶片的壁等，那么必须对通道的长度作极大的限制。

据本发明所提，意外发现在定径段出口，和冷却通道扩散段进口之间连接的混合段，有助于在扩散段中使用大扩散角，比先有技艺领域中的结构形式可能采用的角度大许多。

混合段可以有任何构形，造成排出定径段的冷却流中的紊流，例如迅速将气流膨胀，降低气流的冲力，至少将其部分折向，从而当排出定径段出口的冷却流进入扩散段时，其平均速度和内聚作用减小;冷却剂的质量流不再呈现单向性。这样便使冷却剂在扩散段中比较迅速扩散、从而比在先有技艺领域中之通道构形中，可以在张角较大的扩展壁上持续依附。对本发明的有60°夹角的扩散段作了试验，其中完全充满冷却剂，在出口的全部范围中均匀排出，形成热表面的冷却剂薄膜。相信也可以用大达80°的角度。

在本发明的一个理想实施方案中，混合段是一个阶梯扩压件，从定径段中排出的冷却流体在里面突然膨胀，例如经过阶梯上面进入一个较大容积，而不是在逐渐扩散中膨胀。据信阶梯的锐角缘产生涡旋，把流体冲力的一部分通过涡旋涡流产生的离心力，改向与原来定径段排出的流体垂直的方向引导。

本发明上述以及其他的目的，特点和优点，在对附图表示的理想实 施方案作详叙述后，便可明确了解。

图1为局部解剖的空心涡轮叶片，其中包含本发明特点。

图2为沿图1，2-2线的剖视图。

图3为图2中用用字母A标注的圆圈部分放大视图，示有本发明所提沟形冷却通道。

图4（a），4（b），及4（c）分别为沿图3，4（a）-4（a），4（b）-4（b），4（c）-4（c）线的剖视图。

图5为沿图3，5-5线的剖视图。

图6为沿图4（a），6-6线的剖视图。

图7为与图4（a）相似的剖视图，示出本发明冷却通道的另一结构形式。

图8为沿图7，8-8线的剖视图。

图9为一电极的透视图，该电极可用于同时形成一组和图3-6中所示者相似的相邻冷却剂通道。

图10-12为基本型冷却通道构形，可用以与本发明比较。

图13为一曲线图，可用以将本发明冷却剂通道构形的薄膜冷却效率，和图10-12所示的基本型构形的效率比较。

图14和15为与图6相似的剖面简略视图，表示本发明冷却剂通道的另一构形。

图16及17为与图3相似的简略剖面图，表示本发明冷却剂通道的又一种构形。

图18及19分别为先有技艺领域中日本专利第55-114806号中，图2及3的复印图。

作为本发明的一个范例实施方案，设图1中之涡轮叶片，由标号图号10作一般表示。在图1及2中，叶片10有一个空心叶片12，从一体的根部14，展向或纵向伸出。一个缘板16处在叶片12的基部，叶片12包括 一个有外表面20和内表面22的壁18。内表面22围成一个纵向伸展的内腔，由纵向伸展的翼肋30，32，分隔成若干相邻纵向伸展的室24，26，28。叶根14中有一条通道34，和室24相通;叶根中有一条通道36，和室26及28相通。当叶片10在预定的环境中运转时，例如在燃气涡轮机向涡轮段中工作时，把来自适当供源的冷却剂，诸如压缩机的泄放空气，输入通道34，36内，对室24，26及28加压。

如图1所示，叶片12有冷却剂通道的若干纵向排列的行列，例如吸力面上的通道38，40;叶片前缘附近的通道42;和压力面上的通道44等的行列。每一通道38，40，42，44，从叶片内表面22上的进口，通向外表面20上的出口。这些通道在一行中或各行之间，不要求完全相似。图1及2中的叶片，为求清晰已作了简化，通道行列数目，每行中通道数，和行距，图中所示仅作阐述，而非作为限制。

冷却剂通道可用任何手段形成。理想的方法是用熟知的电火花加工（EDM）技术，用与形成的通道相同形状的电极加工。可用图9所示的“梳状”电极，同时形成若干通道，该“梳状”电极仅为有若干相邻的“齿”45的电极，各有待形成的通道的形状，在一共同的基部47上相连。通道形成方法不作本发明的方面。

在全部附图中箭头50表示热然气在叶片表面上的流向（即流线）。在本发明的说明中，热燃气无论在叶片的压力侧表面，或在吸力侧的表面的流动方向，都考虑为顺流方向。因此，在叶片的吸力侧表面或压力侧表面上的任何点，顺流方向和叶片表面相切，例外者也许只是产生不规则气流的叶片尖和叶片基的附近，基本和叶片的展向垂直。

本发明的改进冷却剂通道，在本说明书中用通道38表示，在展向排列的行列中通过叶片的吸力侧壁，图3至6中放大很多。虽然叙述中称为吸力面冷却剂通道，但其作用不限于在叶片的吸力侧。显然本发明可用于任何相对薄的壁，在壁的一侧有其中含有相对冷的流体的加压室或 腔，壁的另侧表面上有热流体通过，壁的待冷却的区域，压力低于冷却流体。

在图3-6中，通道38逐次包括定径段52，其后连接混合段54，再后为一扩散段56。在这实施方案中，定径段有大致矩形的截面;但是，具体截面形状在本发明中并非关键，例如也可作圆形椭圆形。从定义讲，定径段52是冷却剂通道38的一个部分，其最小截面与通过通道38的流向垂直，气流沿通道中线39前进，中线39从定径段52截面的几何中心中通过。通道38的长度B，是中线39和其与表面20，22相交点之间的长度。在本说明书中，沿中线39的气流为“轴线”气流。

定径段应有一个固定截面积部分，其长度不大于定径段截面积有效直径的三倍，以降低其中排出的冷却剂质量的内聚力。只要定径区域有良好定界则越短越好。定径段52的进口58，和室26（图2）内表面22处的通道38的进口60相通，接受其中排出的冷却流。定径段52的出口62和混合段54的进口重合。在本范例实施方案中，混合段有一个阶梯扩散器，下文中将进一步叙述。

混合段的出口64和扩散段56的进口重合。扩散段56中有一对有间距的平表面66，68。表面68和叶片的展向或纵向平行。表面68还和中线39平行。

表面66，68和叶片外表面20相交的角度为分别r1、r2（图3）。这些角度最好为不大于40°的小角度（最理想为30°以下），便可把在和叶片外表面垂直的方向上，热燃气流中的渗透的冷却剂流减为最低。过多的渗透可能造成把冷却剂从叶片表面上立刻吹散，而不形成在通道出口下游的叶片表面上依附的冷却剂薄膜。表面66，68和外表面20相交，分别形成通道出口71的下游边缘和上游边缘73，75;因此，把表面66    68分别称为下游表面和上游表面。注意下游表面66大致朝向上游，而上游表面68大致朝向下游。最好下游表面66和中线39而通道出口71逐渐运 离，张角在5°至10°之间。这便减小了角γ而合乎理想。表面66，68可以平行，但并非佳选;考虑形也属于本发明内。

图4-6示出最明确，扩散段56有侧表面70，72互相面对，在表面66，68之间伸展。每一侧表面还沿一与轴向39夹β张角的直线路径（图6），从混合段出口通至通道出口。试验时张角β达到30°都取得成功，产生的冷却剂薄膜膜宽度，基本等通道出口的整个宽度，就是说通道“畅通”。据信微调至40°的张角都可应用。

如图14及15分别概示，侧表面也可以有凸弧面（70′，72′）或者有若干直线部分（70′或72″），各部分的张角逐一大于前者。在任何情况下的有效张角分别为β和β。

参看图4a-4c，每一侧表面70，72沿其长度（如74，76处所示）和下游表面66混合成一个平滑弧面，和锐角或锐圆角半径不同（见关于图10-12的讨论）。最好在通道38处，弧形角缘的直径（图4a）与出口处表面66，68之间的距离相似。通道向着扩散段逐渐收缩时，直径逐渐减小。角缘最好沿扩散段的长度，形成斜圆维形的若干弧段。锥顶最好在点C处（图3及4（a））。平滑弧面角缘造成反向旋转的涡流，有助于将冷却剂向扩散段作进一步的均匀充注，有助于比先有技艺领域所用的一般圆角半径或锐角缘，更利于使用较大的张角β。本发明的这个方面，在共同持有的同时待准美国专利申请（我公司档案号F-5406）中有进一叙述，该案名称为“有弧形角缘的改良薄膜冷却通道”发明人同本申请案，两案同日提交。本案对该申请案引述为参考。

本发明的主要特点为通道38之混合段54。混合段54的功能，是使冷却从定径段52排出后，达到扩散段56以前，减低其冲力并将其改向。先有技艺领域中的通道如图10-12所示，冷却剂流倾向于保持为一个有相当大内聚性的单向气团，仅依靠附面层中的粘滞力，难以将其沿扩散段的扩展表面110，112，改变引导方向。根据本发明所提，之所以能对冷却 剂流改向引导并降低其冲力，在于在扩散段进口的上游，在大致与主流顺流方向50分离（即相对）的方向上，基本逐步增大通道的截面积。在图3的实施方案中冷却剂流是朝向并垂直于上游表面68的平面。

具体而言，在图3的实施方案中，通道38在定径段出口62处有一个阶梯处有一个阶梯90。这阶梯和表面68垂直。阶梯90有一个锐角缘或边缘92，据信可沿其长度产生涡流在与边缘92平行的方向上，给一部分冷却流体速度一个分速度。阶梯90的另一构形如图16所示。图16（a）的阶梯90是一个掏切部分。在图16（b）中，锐内角缘或圆角半径改换为一个较大的半径。在图16（c）中，阶梯90向通道出口倾斜，但角度很小，因此定径段排出的气流，在边缘92的下游，不在阶梯上滞附。如此则沿边缘产生涡流，如图16（a）及（b）中的实施例方案。阶梯90的斜坡必须选择，使定径段出口的截面积变化很快，足以产生紊流，为在通道扩散段56中产生理想的效果，紊流是必需的。

通道的截面积，在定径段出口处最好突然扩大，至少为定径段截面积的1.5倍。并且，从定径段出口62到通道出口上游边缘75的距离，最好不大于定径段截面积当量直径的四倍，因为涡流在混合段54中造成的扩散作用叙述哀减，假如混合段出口64和叶片表面之间的距离太大，冷却流倾向于恢复其凝聚状态。此外，阶梯和扩散段进口之间的距离不应太大，以致气流在又被基本仅在轴向上引导时，和其动量再行会合。因此，长混合段可能需要一个第二阶梯93，或截面积进一步突然增大，如图17所示。

虽然图3-6中范例实施方案冷却通道的混合段特点，结合了在扩散段中用大弧形把侧表面和下游表面连接的特点，但是这些特点提供的优点互不相关;本发明不受限制于这两特点的结合。因此，将混合段随同有标准圆角半径（即锐角缘）的扩散段使用，如图7及8所示，也能提供比先有技术大很多的改进。图7及8分别是相当于图4（a）及图6的 视图，图示图3扩散段56的另一构造形式，其全部角缘为“锐角”。图13之曲线图表示这另一构形和下文所述“基本型”构形的试验结果。

在图13中，水平轴线是一个无因次参数P，其数值是与冷却通道出口（主燃气流出口方向上）相距的距离x，和与排出通道的冷却空气质量流率直接相关的一个数的比率。垂直轴线是在通道出口下游一个距离x处测得的、薄膜冷却效率E（定义见上文）的量度。最大可能的冷却效率是1.0。因为P和距通道出一的距离直接相关，并且由于从出口向下游的距离是这些试验中唯一变数，可以把P作为从通道出口向下游一个量度。

标为A的曲线为图10-12所示的基本型冷却剂通道。基本型构形作比较用冷却剂通道除张角为10°外，其余都和西顿斯迪克美国第4，197，443号专利中所述相似。基本型试验件是一个平板，厚度1.4英寸。基本型通道在板上加工形成。热燃气在通道出口上的流动，和通道出口下游边缘垂直。通道的截面固定的定径段，长度L为0.475英寸;宽度W为0.450英寸;高度H为0.300英寸。每一通道的扩散段102有一个上游表面104，和通道的轴向106平行。扩散僭102的角缘都是“锐角”。扩散段102还有一个下液表面108，和轴向夹一个10°张角。虽然西顿斯迪克在论述中提议最大张角为7°，但我们确定侧表面110，112各轴向夹张角10°，可避免隔离（就是通道气流“通畅”产生的冷却剂薄膜，宽度基本和通道出口相同）。试验件的轴向和外表面114之间的张角为35°。

曲线B代表本发明单冷却剂通道的数据，形状如图7及8所示，该通道沿A-A线的剖面形式与图3者相同。平板试验件的厚度是0.9英寸。而γ30°，10°。角γ为30°。定径段的长度为0.5英寸，宽W为0.41英寸，高H为0.28英寸。混合段轴向长度0.5英寸，宽度0.41英寸，高0.42英寸。通过通道的冷却剂质量流率用曲线A及13表示，在试 验中相同恒定。通道的“全畅通”用烟流呈形试验证明。

曲线表示在通道出口下游20单位距离处，本发明的薄膜冷却效率，比基本型结构形式约大0.05倍;在40单位距离处差另约为0.03倍。从全貌来看这一点，假设冷却剂温度在通道出口为1200°F，主燃气流温度为2600°F，冷却效率每增高0.02，则转变为相同质量流率冷却剂薄膜温度的28°F的下降。

本发明通道的较张角，除可提高每一通道出口直接下游的冷却效率外，还可以把用量的冷却剂，在比基本型构形大很多的面积上散布，基本型构形用的是相同的定径段面积，通道长度约为基本形要求的一半。这样便可以用长度（B）对定径段有效直径（D）比率小的冷却通道，当要求冷却的壁非常薄时，这是特别有利的。

在薄壁（例如0.03英寸厚）小叶片中，全部冷却剂通道定径段截面积的总和有限制，因为从实际考虑，每一定径段的最小尺寸要限制于直径约为0.015英寸，本发明可以使展向排列的通道的出口比先有技艺领域中所用的通道有较紧密的间距。因此，冷却剂的相同总质量流率，在相同的叶片展向长度上，甚至先有技艺领域中形状最好的通道，也比本发明通道提供小很多的覆盖面。

在上述的实施方案中，及图1清晰地示出，展向排列的通道38中之每一通道，开口于叶片表面20，形成与其他出口完全隔离的出口，本发明考虑到相邻通道可以相当靠近，在表面20下通道（具体即为侧壁）互相交叉，这样在通道行列纵向上伸展的表面20上，形成连续的出口槽孔。槽孔工作时其中充满冷却剂;在表面20上的槽口下游形成的冷却剂薄膜，在行列的全部长度上纵向连贯，消灭通道出口间间隙造成的薄膜盖面间隙。这点在同时待准的专利申请案（代理人档案号F-5078）中，有更详细的说明和声称，该案共同所有权人为欧西尔（Thomas    A.Auxier）希尔（Edward    C.Hill）和安德森（Leon    R.Anderson），发明名称为 “叶片改良薄膜冷却槽孔”，与本案同日提交。

虽然对本案已就其附图作说明及图示如上，然而凡熟悉本技艺领域者应能理解，对本发明的形式和细节还可作各种变化和省略，而不脱离其精神和范围。

Claims (16)

1、具有阶梯扩压器的薄膜冷却通道的空心叶片有一个受冷却的壁有外表面，用于接触在该外表面上顺流的热燃气流，一个内表面，用于围成一个冷却剂腔的一部分，里面容放加压冷却剂，该壁内有一条冷却剂通道，该通道中有有串流关系的一个定径段和一个扩散段，该定径段有一个进口，用于从冷却剂腔接受一个冷却剂流，并控制冷却剂流通过该通道的流率，该定径段有一个出口，该扩散段有一个进口，和包括一个第一表面，和一个第二表面相对，并有间距，该第一及第二表面互相平行，或在向该外表面的方向上互相逐渐远离，与该壁的该外表面相交，与该外表有一个小角度倾斜，形成该冷却剂通道的出口，该冷却剂通道的方向，是将冷却剂从该通道出口向外引导，因而在顺流方向上有一个速度的分速度，该扩散段有侧表面互相相对，连接在该第一及第二表面之间，在朝该外表面的方向上互相远离，其特征在于该通道在定径段和扩散段之间有一个混合段，该定径段的出口是混合段的进口，该扩散段的进口是混合段的出口，该通道的定径段出口的截面积有基本为阶梯式的增大，该阶梯式截面积的增大只是在朝向该第一表面的方向上。

2、如权利要求1所述具有阶梯扩压器的薄膜冷却通道的空心叶片，其特征为该通道的截面积有阶梯式的增大，在该定径段的出口处增大至少1.5倍。

3、如权利要求1所述具有阶梯扩压器的薄膜冷却通道的空心叶片，其特征为该第一及第二表面、分别形成该通道出口的一个上游缘和下游缘，从该定径段出口到该上游缘的距离，不大于该定径段出口截面积当量直径的四倍。

4、如权利要求1所述具有阶梯扩压器的薄膜冷却通道的空心叶片，其特征为该混合段有一个表面，是该混合段该第一表面的延长，该混合段在该定径段的出口，在朝向并垂直于该延长表面的平面的方向上、截面积有阶梯式的增大。

5、如权利要求1所述具有阶梯扩压器的薄膜冷却通道的空心叶片，其特征为该定径段的方向，是把冷却剂流引进该混合段，沿轴线方向的第一线方向，流到该冷却剂通道的出口，该侧表面中的至少一个和该轴向逐渐远离，张角大于10°。

6、如权利要求5所述具有阶梯扩压器的薄膜冷却通道的空心叶片，其特征为该第一及第二表面，分别确定该通道出口的上游缘和下游缘，该通道出口的该上游缘和下液缘，在基本与顺流方向垂直的第一方向上伸展。

7、如权利要求6所述具有阶梯扩压器的薄膜冷却通道的空心叶片，其特征为各该侧表面和该轴向的张角大于10°。

8、如权利要求5所述具有阶梯扩压器的薄膜冷却通道的空心叶片，其特征为各该侧表面和该第一线的张角至少为15°。

9、如权利要求5所述具有阶梯扩压器的薄膜冷却通道的空心叶片，其特征为该轴线方向基本和该第一表面平行，该第二表面和该轴向的张角在5°至10°之间。

10、如权利要求7所述具有阶梯扩压器的薄膜冷却通道的空心叶片，其特征为各该侧表面沿长度和该扩散段的该第二表面，混合为一个滑弧面，该通道出口的直径相当于该出口处第一及第二表面之间的距离。

11、如权利要求6所述具有阶梯扩压器的薄膜冷却通道的空心叶片，其特征为该受冷却壁是空心型叶的外壁，该第一方向是该型叶的展向。

12、如权利要求11所述具有阶梯扩压器的薄膜冷却通道的空心叶片，其特征为该通道的截面积有阶梯式的增大，在该定径段的出口处增大至少1.5倍。

13、如权利要求12所述具有阶梯扩压器的薄膜冷却通道的空心叶片，其特征为该第一及第二表面，分别确定通道出口的一个上游缘和下游缘，从该定径段到该上游缘的距离，不大于该定径段出口截面积当量直径的四倍。

14、如权利要求13所述具有阶梯扩压器的薄膜冷却通道的空心叶片，其特征为该定径段从其进口向其出口在轴向上伸展，该定径段进口在该受冷壁的内表面上。

15、如权利要求13所述具有阶梯扩压器的薄膜冷却通道的空心叶片，其特征为若干该通道的出口有紧密的间距，基本在该型叶的展向上排列。

16、如权利要求4所述具有阶梯扩压器的薄膜冷却通道的空心叶片，其特征为该第一表面确定该通道出口的上游缘。

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