CN106437863A - 涡轮发动机部件 - Google Patents

Abstract

本发明涉及涡轮发动机部件。公开了一种涡轮发动机部件，其包括壁（100），该壁包括热气体侧表面（110）和冷却剂侧表面（120）。至少一个冷却剂排出管（210）设置在壁（100）中并且在冷却剂排出开口（214）处向外打开到热气体侧表面（110）上。冷却剂流动方向从冷却剂排出管（210）的内部朝着排出开口（214）被定义，冷却剂排出管（210）进一步通过设置在壁（100）内侧的其界定表面界定。冷却剂排出管（210）具有第一横截面方向和第二横截面方向。冷却剂排出管（210）是盲腔并且朝着冷却剂侧表面（120）封闭，并且进一步在第一横截面方向上测量的冷却剂排出管（210）的尺寸在冷却剂流动方向上减小。

Description

涡轮发动机部件

技术领域

本公开涉及如权利要求1中所提出的涡轮发动机部件。

背景技术

本领域中已知通过所谓的薄膜冷却来冷却涡轮发动机中的热加载部件。在燃气涡轮发动机的膨胀涡轮机中可发现典型示例，其中，热气体路径中（并且尤其在第一膨胀涡轮级的热气体路径中）的叶片、轮叶、平台和其它部件暴露于具有超过用于这些部件的材料的允许温度的温度的热气体流动，当考虑部件在操作发动机时所暴露于的显著机械应力时更多。

在应用薄膜冷却时，相对较冷流体的层被提供成沿着部件的暴露于热工作流体流动的表面流动。

为在部件表面上提供薄膜冷却流体，在部件的壁中设置管，所述管在所述部件的暴露于热气体的壁的暴露于热气体的表面上向外打开。所述管相对于壁的暴露于热气体的表面或热气体侧表面的法线倾斜。管尤其倾斜到沿着部件流动的工作流体的主方向中，以便使薄膜冷却流体带有平行于工作流体的速度的速度分量且与暴露于热气体的表面相切地排出，使得所述薄膜冷却流体的层被提供。冷却效果变得越均匀，冷却流体在暴露于热气体的表面上的分布就越均匀。在使用更多孔时该分布变得更均匀。在用狭槽替代孔时该分布甚至进一步得到改善。然而，薄膜冷却剂排出管的数量本质上受限。一方面，冷却剂消耗需要被限制例如以便避免妥协对总体发动机性能和效率的负面影响。另一方面，大量的冷却剂排出管（尤其如果完全穿透部件的壁）可损害结构完整性。

US 2001/0016162提出非穿透冷却剂排出管，其与设置在壁内侧的冷却剂供应路径流体连通。冷却剂供应路径包括近壁冷却管。在近壁冷却管中，实现逆流对流性冷却。因此使得涡轮发动机部件的暴露于热气体的表面上的温度分布更加均匀。

US 7,766,618提出将冷却剂排出管设置为狭槽，其中，狭槽纵向方向延伸横穿主工作流体流动方向。再次，冷却剂排出管被成形为盲腔并且朝着壁的冷却剂侧封闭。多个冷却剂排出管在暴露于热气体的表面处接合以便提供具有定向成横穿主工作流体流动的流动方向的纵向轴线的公共冷却剂排出狭槽。因此，期望获得分散在横穿主工作流体流动方向的暴露于热气体的表面上的冷却剂流动。然而，当冷却剂排出管紧邻着暴露于热气体的表面接合时，仍推想在热气体侧表面上有很大程度地非均匀冷却剂分布。

发明内容

本公开的目标是提供一种展现薄膜冷却特征的涡轮发动机部件。在一方面中，实现了部件的改善冷却。在另一个方面中，提供冷却剂的有效使用。在又另一方面中，在涡轮发动机部件的暴露于热气体的壁中将实现更均匀的冷却并且继而更均匀的温度分布。在再另一方面中，将改善在暴露于热气体的表面上的且横穿主工作流体流动方向的冷却剂的分布。在进一步的方面中，将提供薄膜冷却特征使得保持足够的材料以便不损害部件的结构完整性。

所公开主题的其他效果和优点（不管是否明确提及）根据下面所提供的公开将变得明显的。

这通过在权利要求1中描述的和下面在本文中提出的主题来实现。

因此，公开一种包括壁的涡轮发动机部件，所述壁包括热气体侧表面和冷却剂侧表面，其中，至少一个冷却剂排出管设置在所述壁中并且在冷却剂排出开口处向外打开到所述热气体侧表面上。冷却剂排出管的冷却剂流动方向从冷却剂排出管的内部朝着排出开口被定义。冷却剂排出管由设置为所述壁的内表面的其界定表面界定。冷却剂排出管具有第一横截面方向和第二横截面方向。尤其，第一横截面方向和第二横截面方向可彼此垂直。还理解的是横截面方向被定向成横穿如上所定义的冷却剂流动方向并尤其至少基本垂直于冷却剂流动方向。将理解的是进一步尤其横截面方向可跨越冷却剂排出管的流动横截面。冷却剂排出管是盲腔并且朝着冷却剂侧表面封闭。横穿冷却剂排出管并且在第一横截面方向上测量的冷却剂排出管的尺寸在冷却剂流动方向上减小。换句话说，在冷却剂流动方向上，当考虑在第一横截面方向上横穿冷却剂排出管测量的冷却剂排出管的尺寸时冷却剂排出管逐渐变细。用于待被排出的冷却剂的冷却剂排出管流动横截面的所述轮廓规定影响所排出的冷却剂的流动场的能力。例如，可在所述部件的暴露于热气体的表面上获得冷却剂排出流动的这样的更加均匀分布。

在进一步的实施例中，横穿冷却剂排出管并且在第一横截面方向上测量的冷却剂排出管的尺寸在冷却剂流动方向上减小，并且横穿冷却剂排出管并且在第二横截面方向上测量的冷却剂排出管的尺寸在冷却剂流动方向上增大。换句话说，在冷却剂流动方向上，当考虑横穿冷却剂排出管在第一横截面方向上测量的冷却剂排出管的尺寸时冷却剂排出管逐渐变细，并且当考虑横穿冷却剂排出管并在第二横截面方向上测量的冷却剂排出管的尺寸时逐渐变宽。

在提供冷却剂排出管的三维轮廓时，可对从冷却剂排出管排出到热气体侧表面上的冷却剂的流动场进行调节。冷却剂排出管的轮廓可选择成使得流动在热气体侧表面上的排出位置处在管的较宽尺寸上均匀分布。尤其，该轮廓可选择成使得沿着第二横截面方向在所排出的冷却剂从冷却剂排出管离开时实现所排出的冷却剂的一致速度分布。冷却剂排出管在第一方向上的逐渐变细几何结构继而用于调节从冷却剂排出管发出的冷却剂的平均速度，同时其在第二方向上逐渐变宽。冷却剂排出管在一个横截面方向上逐渐变细并在另一横截面方向上逐渐变宽的所述配合可用于相应地调节流动横截面。将冷却剂供应管设置为未完全穿透所述壁的盲腔可用于改善机械强度并保持部件的结构完整性并继而增强使用寿命。由于冷却剂排出通道是未穿透的事实（其在本文件的框架中应理解为未从热气体侧表面到冷却剂侧表面完全穿透所述壁），所以甚至在相当大的横截面冷却剂排出管的情况下也能保持足够的材料。此外，通过使冷却剂排出管成形为使得其尺寸沿着一个横截面方向增大同时在另一横截面方向上减小，材料强度的减小可能不会局部集中（其将导致峰值应力），而是可在较大容积上分布。

此外，冷却剂排出管可被成形为使得由冷却剂排出管提供的用于待被排出的冷却剂的流动的流动横截面在冷却剂流动方向上减小。换句话说，在冷却剂流动方向上，用于冷却剂流动的冷却剂排出管横截面流动面积逐渐变细。冷却剂流动在冷却剂排出管中加速。因此可有效地避免冷却剂排出流动从冷却剂排出管的轮廓界定表面流动分离。

在涡轮发动机部件的具体实施例中，第一横截面方向在主工作流体流动方向上在壁的热气体侧上延伸。在这个程度上将理解的是，所述部件旨在特定使用，并且因此主工作流体流动方向是所述部件和/或相应地其暴露于热气体的壁的明确定义的定向。所述部件可例如是但不限于叶片、轮叶、翼型件、平台、挡热板等等，其具有空气动力学形状和/或以独特方式与预期主工作流体流动方向相关的固定装置。

在另一方面中，冷却剂排出开口是狭槽，其中，该狭槽的纵向范围设置成沿着第二横截面方向。应指出的是狭槽可以是直的或弯曲的。在该方面中，冷却剂以从狭槽发出并沿着第二横截面方向延伸的冷却剂的薄层形式通过狭槽排出。尤其，在第二横截面方向定向成横穿主工作流体流动方向或第一横截面方向定向成沿着主工作流体流动方向的实施例中，发出的冷却剂的所述层被提供成横穿主工作流体流动方向并因此导致横穿主工作流体流动方向的更均匀的冷却剂层。

冷却剂排出管可是歪斜的，或在另一方面中，可相对于热气体侧表面的法线以第一角度倾斜。冷却剂流动方向因此具有定向成与所述壁的热气体侧表面相切的方向分量，从而支持如上所述的薄膜冷却。在另一方面中，从所述冷却剂排出管排出的冷却剂因此具有定向成平行于壁的热气体侧表面的速度分量。冷却剂排出管的方向可由其轴线定义。从另一个角度来看，冷却剂排出管的界定表面的定向可以说定义了所述定向并继而所述倾斜。从又另一个角度来看，冷却剂排出管的界定表面的平均定向可以说定义了所述定向并继而所述倾斜。冷却剂排出管的横向界定表面因此包括朝着所述壁的热气体侧表面设置的第一表面部分和朝着所述壁的冷却剂侧表面设置的第二表面部分。

在某些实施例中，所述倾斜可设置在由第一横截面方向和所述法线限定的平面中。那么可以说，所述第一角度位于由第一横截面方向和所述法线限定的平面中。尤其，关于其中冷却剂排出开口是狭槽（其中，该狭槽的长侧部沿着冷却剂排出管的第二横截面方向定向）的实施例，冷却剂层被排出，其中，层的平面朝着热气体侧表面歪斜，从而进一步支持薄膜冷却。

在进一步的实施例中，所述倾斜可沿着冷却剂流动方向指向所述部件的主工作流体流动方向下游。那么可以说，所述第一角度位于由主工作流体流动方向和所述法线限定的平面中。在该情况下，从另一个角度来看，可以说冷却剂排出管沿着或切向于热气体侧表面的定向，或冷却剂排出管歪斜至的方向定义所述主工作流体流动方向。在该实施例中，从冷却剂排出管排出的冷却剂朝着主工作流体流动方向的下游方向歪斜。即，所排出的冷却剂流动被定向成至少具有与主工作流体流动方向平行的其速度分量。尤其在冷却剂排出开口设置为狭槽（其中，所述狭槽的长侧部被定向成横穿主工作流体流动方向）的实施例中，冷却剂的层横穿主工作流体流动方向有效地分布。在该情况下可以说，冷却剂排出管的第一界定表面部分被设置成朝着所述壁的热气体侧表面并相对于主工作流体流动方向在上游，同时第二界定表面部分被设置成朝着所述壁的冷却剂侧表面并相对于主工作流体流动方向在下游。

在涡轮发动机部件的又进一步实施例中，冷却剂排出管由界定表面界定，界定表面包括朝着热气体侧表面设置的第一表面部分和朝着冷却剂侧表面设置的第二表面部分，其中，第一表面部分和第二表面部分中的至少一个包括平坦表面部分。所述实施例支持并促进提供狭槽形冷却剂排出开口。

在如本文中所描述的涡轮发动机部件的又进一步实施例中，所述部件还包括设置在所述壁中并与冷却剂排出管流体连通的冷却剂供应路径，其中，冷却剂供应路径在冷却剂排出管的横向界定表面处并以非零角度接合冷却剂排出管。通过所述冷却剂供应路径，可将冷却剂供应到冷却剂排出管，同时将冷却剂供应管设置成朝着所述壁的冷却剂侧封闭。尤其，从冷却剂供应路径流出并流到冷却剂排出管中的冷却剂可从冷却剂供应路径排出并流到冷却剂排出管中以便实现相对界定表面部分的冲击冷却。在一些实施例中，非零角度可以是至少大约90度，并可尤其是70度或更大，其与冷却剂供应路径接合到冷却剂排出管的表面相关，或与冷却剂排出方向相关。冷却剂供应路径可通过开口接合冷却剂排出管，所述开口设置在相对于主工作流体流动方向设置在下游侧的冷却剂排出管的横向界定表面部分中。这支持相对于主工作流体流动方向设置在上游的冷却剂排出管的表面部分的冲击冷却。更具体地，冷却剂供应路径可在与冷却剂排出管的盲端或者相对于冷却剂排出流动方向的上游端相距某一距离处接合冷却剂排出管。这使得从冷却剂供应路径发出并到冷却剂排出管中的冲击冷却自由射流能更均匀地散布在其冲击的表面上。冷却剂供应开口或喷嘴（冷却剂供应路径通过其接合冷却剂排出管）在冷却剂流动方向上具有尺寸，或在具体实施例中具有直径。所述冷却剂供应开口的下边缘或上游边缘与冷却剂排出管的盲端或上游端间隔开一定距离，所述距离在某些实施例中大于或等于所述冷却剂供应开口尺寸或直径的50%，并且在又进一步的实施例中大于或等于所述冷却剂供应开口尺寸或直径的70%。在另一方面中，当沿着冷却剂流动方向观察时，冷却剂供应开口的中心与冷却剂排出管的盲端或上游端间隔开一定距离，该距离大于或等于所述冷却剂供应开口尺寸或直径，并且更具体地大于或等于所述冷却剂供应开口尺寸或直径的1.2倍。冲击冷却效率得以改善。

冷却剂供应路径可进一步通过开口接合冷却剂排出管，所述开口设置在朝着所述壁的冷却剂侧表面设置的其横向界定表面部分中。因此，支持朝着所述壁的热气体侧表面设置的冷却剂排出管的横向界定表面的冲击冷却。邻近界定冷却剂排出管的表面的设置在所述热气体侧的表面部分，在冷却剂排出管的界定表面和热气体侧表面之间仅可存在小的壁厚度。此外，如果所述壁部分相对于主工作流体流动位于上游位置处，则其可能未充分受益于从冷却剂排出管发出的薄膜冷却层。该壁部分可因此尤其易受来自工作流体流动的热摄入的影响。根据本公开提供一种用于该状况的解决方案，即在冷却剂排出管朝着冷却剂侧表面设置的横向界定表面处提供冷却剂供应路径和冷却剂排出管的接合处，因此从冷却剂供应路径排出冷却剂供应流动，并且将冷却剂供应流动引导到冷却剂排出管的朝着所述壁的热气体侧表面设置的所述表面部分上。因此影响相应壁部分的冲击冷却。

为了进一步支持冷却剂排出管的与冷却剂供应路径和冷却剂排出管的接合处相对设置的横向表面部分的冲击冷却，可设有用于提供自由射流的装置，该自由射流从冷却剂供应路径发出并到冷却剂排出管中。所述装置可尤其设置为冷却剂供应路径的流动加速部分，其设置成位于或邻近于冷却剂供应路径和冷却剂排出管的接合处。在冷却剂供应流动进入冷却剂排出管之前或正在进入冷却剂排出管时加速冷却剂供应流动的情况下，将产生横穿冷却剂排出管的高脉冲射流，其冲击冷却剂排出管的相对的界定表面部分并有效地实现冲击冷却。流动加速部分可被成形为设置在冷却剂供应路径和冷却剂排出管的接合处的喷嘴。冷却剂供应路径可设置为具有第一流动横截面的管，所述第一流动横截面逐渐变细到喉部，所述喉部在冷却剂供应路径和冷却剂排出管的接合处或邻近该接合处具有较小的横截面。在提供冷却剂供应路径的流动加速部分，且尤其提供实现连续流动加速的加速部分（诸如例如喷嘴）的情况下，当与简单孔口（如将通过简单计量孔提供的）相比较时，获得更限定且单向的自由射流流动。冲击冷却效率和有效性得以增强并变得更加可预测。

在该方面中，冷却剂供应路径和冷却剂供应管的接合处可被设置成以便提供从自由射流产生装置发出的自由射流，所述自由射流沿着射流方向具有定向成从壁的冷却剂侧表面并朝着壁的热气体侧表面的，和/或定向成主工作流体流动方向上游的速度分量中的至少一个。

尤其，冷却剂供应路径可与设置成邻近壁的冷却剂侧表面的冷却剂供应容积流体连通，以便提供从所述供应容积到冷却剂排出管的冷却剂流动。

在根据本公开的涡轮发动机部件的又进一步实施例中，冷却剂供应路径包括沿着壁的纵长范围在壁内侧延伸的近壁冷却管。在该方面中，壁的纵长范围将被理解为在壁的热气体侧表面和壁的冷却剂侧表面之间并沿着其延伸，或基本上与其对准。在某些方面中，可被理解为平行于热气体侧表面和冷却剂侧表面中的至少一个。在具体方面中，可被理解为至少基本上平行于主工作流体流动方向延伸。近壁冷却管从其第一端延伸到其第二端，其中，用于提供自由射流的装置（如在特定实施例中的喷嘴，或更通常地，流动加速装置）可设置成邻近近壁冷却管的第二端。

在某些实施例中，近壁冷却管的第一端相对于主工作流体流动方向设置在近壁冷却管的第二端的下游。借助于该具体实施例，在冷却剂供应流动从冷却剂供应路径排入到冷却剂排出管中之前实现对流性逆流近壁冷却。

在进一步的实施例中，近壁冷却管至少基本上平行于热气体侧表面延伸。

近壁冷却管的内表面可被成形为以便改善近壁冷却管的表面和通过近壁冷却管的冷却剂供应流动之间的热传递，和/或可装备有增强热传递的元件。可应用技术人员已知的强化在界定近壁冷却管的表面和通过其的冷却剂流动之间的热传递的任何装置，诸如但不限于连接相对表面的柱、近壁冷却管的界定表面可呈波浪形等等。在具体实施例中，湍流产生元件设置在近壁冷却管内或在其界定表面上。

在根据本公开的涡轮发动机部件的又进一步实施例中，冷却剂流入管设置成在壁的冷却剂侧表面和近壁冷却管之间延伸，并且在近壁冷却管的侧壁处接合近壁冷却管，其中，该接合处设置成位于或邻近近壁冷却管的第一端，并且尤其设置在近壁冷却管的朝着壁的冷却剂侧表面布置的侧部上。还可构思，自由射流产生装置，类似于上述的位于或邻近于冷却剂供应路径和冷却剂排出管的接合处，被设置成邻近于或位于冷却剂流入管和近壁冷却管的接合处。尤其在冷却剂流入管在朝着冷却剂侧设置的其界定表面处接合近壁冷却管的实施例中，自由射流冲击近壁冷却管的朝着热气体侧表面设置的相对界定表面部分。如将理解的，在该表面部分处的所述部件的壁部分可设置成相对远离在热气体侧表面上的冷却剂排出位置下游（再次与主工作流体流动方向相关），并可因此经受相当高的热负载。借助来自冷却剂流入管的冲击自由射流，实现所述壁部分的有效冲击冷却。

如对于技术人员已经明显的，横穿及沿着主工作流体流动方向的近壁冷却管的范围可被选择成大于在冷却剂侧表面和热气体侧表面之间的方向上的横截面范围。

本文中所公开的涡轮发动机部件可包括设置在涡轮发动机部件的壁中的上面公开的类型的两个或多个冷却剂排出管，其中，所述至少两个冷却剂排出管各自均设有冷却剂排出开口，冷却剂排出开口设置成朝着壁的热气体侧表面。冷却剂排出开口中的每个均具有横截面，其中，所述横截面呈现：在第一方向上的第一范围小于在第二方向上的第二范围。冷却剂排出开口被布置成使得两个相邻冷却剂排出开口的短边缘彼此邻近设置。相邻冷却剂排出开口的邻近短边缘之间的距离可大体上小于每个冷却剂排出开口在第二方向上的较长范围。两个邻近短边缘之间的所述距离可以是邻近冷却剂排出开口中的每个在第二方向上的范围的50%或更小、40%或更小、30%或更小、20%或更小、以及尤其10%或更小。相应冷却剂排出管可在冷却剂排出开口的第一方向上倾斜。此外，冷却剂排出管可歪斜向主工作流体流动方向下游。

冷却剂排出开口可沿着第二方向彼此对准。即，换句话说，一排（尤其是狭槽形的）冷却剂排出开口设置在壁的热气体侧表面上，其中，冷却剂排出开口的长范围至少基本上彼此对准。在其他实施例中，然而，冷却剂排出开口可布置成以便形成曲折或以波浪形方式形成。如将理解的，借助于冷却剂排出开口的所述布置，多个冷却剂层或片从热气体侧表面上排出，其中，每个层或片均延伸横穿第一横截面方向。在特定实施例中，冷却剂排出管沿着主工作流体流动方向与第一横截面方向对准，并且冷却剂排出管倾斜成使得排出的冷却剂具有指向主工作流体流动方向下游的速度分量。冷却剂因此横穿主工作流体流动方向且在壁的热气体侧表面上的冷却剂排出开口下游有效地分散，从而提供出众的薄膜冷却有效性和效率。

邻近冷却剂排出开口（每个开口尤其与上述方式的冷却剂排出管流动连通）的多种布置可在第一方向上和/或在主工作流体流动方向上设置并交错。

在涡轮发动机部件的又进一步的实施例中，至少两个冷却剂排出开口在其短边缘处彼此毗连以便提供所述至少两个冷却剂排出管的公共冷却剂排出开口。借助于该实施例，可进一步支持并改善所排出的冷却剂在热气体侧表面上的均匀分布。

如将理解的，所公开主题的某些实施例可能需要在部件的壁内侧设置复杂的管几何结构。所述管可不通过凿削移除方法（chip removing method）昂贵地制造或可仅通过凿削移除方法昂贵地制造。因此所述部件可尤其通过高精度铸造获得。在进一步实施例中，所述部件可通过额外的生产方法获得，诸如但不限于选择性激光熔化或选择性电子束熔化。

进一步，公开一种包括如上所述的涡轮发动机部件的燃气涡轮发动机。

将理解的是上面所公开的特征和实施例可彼此组合。进一步将理解的是在本公开及所要求保护的主题的范围内可构思对技术人员明显和显而易见的其他实施例。

附图说明

现在通过在附图中示出的选择的示例性实施例更详细地解释本公开的主题，附图示出

图1是包括如上所述的冷却特征的涡轮发动机部件的壁的截面视图，揭示了冷却剂排出管的纵向截面；

图2是涡轮发动机部件的壁的截面视图，揭示了在另外的纵向截面中的冷却剂排出管的第一示例性实施例；

图3是涡轮发动机部件的壁的横截面视图，揭示了在类似于图2的纵向截面中的冷却剂排出管的又一示例性实施例；

图4是在具有冷却剂排出管和冷却剂排出开口的第一布置的部件壁的热气体侧表面上的视图；

图5是在具有类似于图3中示出的那些的冷却剂排出管和冷却剂排出开口的第二布置的部件壁的热气体侧表面上的视图；

图6是图5的实施例的截面视图以及

图7是根据本公开的涡轮发动机部件的示例性实施例。

应理解的是附图是高度示意性的，并且为了易于理解和描绘可能已省略对于教导目的不需要的细节。进一步应理解的是附图仅示出选择的、说明性实施例，并且未示出的实施例可仍然也在本文中所公开的和/或所要求保护的主题的范围内。

具体实施方式

图1示出涡轮发动机部件的壁100的实施例。壁100包括热气体侧表面110和冷却剂侧表面120。当部件安装在涡轮发动机中并且操作涡轮发动机时，热气体侧表面110预期暴露于工作流体流动50。部件尤其预期安装在涡轮发动机中，使得工作流体流动在由箭头（在50处）指示的主工作流体流动方向上沿着部件壁100的热气体侧表面110流到主工作流体流动下游方向。在这个程度上，能够定义与主工作流体流动方向相关的部件或相应地壁100的上游和下游方向。工作流体流动50可例如在燃气涡轮发动机的膨胀涡轮机中在高温下存在。尤其，安装在这样的膨胀涡轮机的第一级中的部件因此需要冷却。冷却剂排出管210设置在壁100中。冷却剂排出管210由设置在壁100内侧的界定表面界定。冷却剂排出管的轴线213相对于热气体侧表面110的法线111倾斜角度a，并且当考虑冷却剂排出管210从壁内侧到设置在热气体侧表面上的排出开口的定向时轴线213朝着工作流体主流动的下游方向歪斜。在另一方面中，界定表面的第一部分211和界定表面的第二部分212相对于所述法线倾斜，并且朝着主工作流体流动方向的下游定向歪斜。将理解的是壁100可以是弯曲的，并且因此热气体侧表面110可以是弯曲的。技术人员将容易理解的是在该情况下在流体排出管向外打开到热气体侧表面上的位置（即，排出位置）处的局部法线将用于定义所述法线或相应地所述倾斜。冷却剂排出流动350从冷却剂排出管210通过设置在热气体侧表面上的冷却剂排出开口排出并且被提供为在热气体侧表面110上流动的冷却剂层，因此一方面将热从部件或相应地部件壁100移除，并且此外还将壁的热气体侧表面与主工作流体流动50分离。由于冷却剂排出管210的倾斜，第一表面部分211朝着热气体侧表面设置，并且第二表面部分212朝着壁100或相应地部件的冷却剂侧表面设置。在另一方面中，可以说界定表面的第一部分211设置在上游，同时界定表面的第二部分212设置在下游，在每种情况下均与主工作流体流动方向相关。冷却剂排出管被设置为在壁100内侧的盲腔，即，从热气体侧表面到冷却剂侧表面不完全穿透壁。冷却剂排出管朝着壁的冷却剂侧表面120封闭。为了向冷却剂排出管提供冷却剂，设置有冷却剂供应路径，其包括冷却剂流入管230和近壁冷却管220。多个冷却剂流入管通常可设置成与近壁冷却管流体连通，并且位于在近壁冷却管的宽度上延伸的排中。在该特定实施例中，近壁冷却管220设置在壁100内侧并且沿着如由主工作流体流动方向限定的壁的纵长范围延伸。尤其，近壁冷却管可布置成至少基本平行于壁100的热气体侧表面110延伸。冷却剂流入管从壁的冷却剂侧表面120延伸。冷却剂流入管在近壁冷却管的横向表面处，并且靠近近壁冷却管的第一端接合近壁冷却管。在本实施例中，所述第一端相对于主工作流体流动方向是近壁冷却管的下游端。所述第一端相对于近壁冷却剂流动方向是近壁冷却管的上游端。近壁冷却管220在壁内从第一端延伸到第二端，其中，第二端相对于主工作流体流动方向设置在第一端上游。喷嘴250设置成邻近近壁冷却管的第二端，并且在冷却剂排出管的横向表面处（即，在朝着壁的冷却剂侧120设置的第二或下游表面部分212处）接合冷却剂排出管210。冷却剂供应路径以非零角度接合冷却剂排出管，并且在该特定实施例中，至少基本以直角接合。冷却剂流入管230向外打开到冷却剂侧表面120上。因此，冷却剂供应路径与设置成邻近壁100的冷却剂侧表面120的冷却剂供应容积150流体连通。如在310处指示的，冷却剂供应流动从冷却剂供应容积150流动并流到冷却剂流入管230中。在与近壁冷却管220的接合处，设置喷嘴240。所述喷嘴对于本公开的教导不是必要的，但是是可良好构思的实施例。通过喷嘴240，冷却剂自由射流320进入近壁冷却管220中，并且实现近壁冷却管的界定表面的一部分的冲击冷却，该部分朝着壁的热气体侧表面设置并且因此暴露于来自工作流体流动50的热摄入，尽管所述热摄入通过在热气体侧表面上流动的冷却剂流动350被减少。当近壁冷却流动330在定向成从近壁冷却管的第一端到近壁冷却管的第二端的方向上时，冷却剂供应流动进一步流过近壁冷却管220。近壁冷却流动330的流动方向被定向成与主工作流体流动方向50相对。因此，实现壁的逆流冷却。为了强化近壁冷却剂流动330和近壁冷却管220的界定表面之间的热交换，突出元件225布置在所述界定表面上并且用作湍流器。此外，湍流器增大参与热传递的表面面积。强化在界定近壁冷却管的表面和通过其的冷却剂流动之间的热传递的技术人员已知的其他装置可替代或额外于突出部存在，所述装置诸如但不限于连接相对表面的柱、近壁冷却管的界定表面可呈波浪形等等。近壁冷却剂流动330然后从冷却剂供应路径通过喷嘴250以自由射流340排出并排到冷却剂排出管210中。自由射流340冲击界定冷却剂排出管的界定表面的第一表面部分211并且实现所述表面的冲击冷却，并且因此实现壁100的相关部分的冲击冷却。通过自由射流340排入到冷却剂排出管210中的冷却剂随后在壁100的热气体侧表面110处作为冷却剂排出流动350排出，并且形成如上所述的薄膜冷却流动。在设有喷嘴250和240，并且因此连续加速流过喷嘴250和240的流动以形成自由射流的情况下，与简单的孔口相比，获得更限定且单向的自由射流流动，从而增强冲击冷却效率。应注意，喷嘴250在与冷却剂排出管210的盲端或相对于冷却剂排出流动方向的上游端相距某一距离处接合冷却剂排出管210。这将关于图2更详细地标出。这使得自由射流340能更均匀地散布在冷却剂排出管的界定表面的第一部分211上。同样地，并且出于相同原因，应注意冷却剂流入管230或相应地喷嘴240在与近壁冷却管220的第一、盲端相距某一距离处接合近壁冷却管220。

将理解的是，冷却剂在其通过冷却剂排出管210排出之前的流动用于冷却壁100的延伸区域。尤其，向朝着热气体侧表面110设置的冷却剂管的表面区域施加冷却，并且因此施加至暴露于来自工作流体流动50的主要热摄入的壁100的部分。将进一步理解的是冷却沿着主工作流体流动方向在壁的相当大的纵向范围上变得有效。如在图1中可进一步看到，另外的冷却剂流入管和近壁冷却管可邻近冷却剂排出管210并且在其上游（相对于主工作流体流动方向）设置，并且可以以在本描绘中未示出，但对技术人员来说是明显的方式与另外的冷却剂排出管流体连通。因此，壁100的基本所有范围均可设有冷却特征，并且可在壁100内获得更均匀的温度分布。此外，由于所述冷却剂排出管界定表面部分的冲击冷却，实现了壁100的下述部分的有效冷却，该部分支承冷却剂排出管界定表面的第一部分并且在该处设置低的材料厚度。

图2示出在第一实施例中的沿着图1中的A-A的截面视图。尽管关于图1可见：当在壁的纵向截面中考虑冷却剂排出管从壁内朝着设置在壁100的热气体侧表面110上的排出开口214的定向时，流体排出管210汇聚；在该横截面方面中，当考虑相同定向时冷却剂排出管发散。冷却剂排出开口214呈现狭槽的形状，其中，狭槽的纵向定向延伸横穿工作流体流动50的方向。因此，冷却剂排出流动350被提供为延伸横穿主工作流体流动方向的冷却剂的层。冷却剂供应路径通过设置在冷却剂排出管的第二界定表面部分212上的冷却剂供应开口251接合冷却剂排出管。冷却剂排出开口251在冷却剂流动方向上具有尺寸D，或在该具体情况下具有直径D。下边缘或上游边缘与冷却剂排出管的盲端或上游端间隔开距离l，距离l在某些实施例中大于或等于尺寸D的50%，并且在又进一步实施例中大于或等于尺寸D的70%。在另一方面中，冷却剂供应开口251的中心在沿着冷却剂流动方向观察时与冷却剂排出管的盲端或上游端间隔开距离L，距离L大于或等于D，并且更具体地大于或等于1.2D。

图3示出在第二实施例中的沿着图1中的A-A的截面视图。再次示出部件或相应地壁100的横截面视图，从而提供界定冷却剂排出管的表面的第二部分212的平面图。各个冷却剂排出管在横穿主工作流体流动方向50的方向上布置成彼此邻近。各个冷却剂排出管在该横截面视图中被成形成并布置成使得其在壁100的热气体侧表面110处彼此接合。在热气体侧表面110上设有一个公共冷却剂排出狭槽214用于布置在壁的一个横截面中的冷却剂排出管。因此，在热气体侧表面110上提供排出的冷却剂350的大体均匀层。冷却剂通过在相应冷却剂排出管的界定表面的第二部分中的各个冷却剂供应开口251供应到冷却剂排出管。如关于图1所标出的，喷嘴在冷却剂供应开口251上游设置在冷却剂供应路径中，其中，在该情况下上游与冷却剂供应流动的方向相关关，以便使冷却剂供应流动在其进入冷却剂排出管之前加速并且以便将冷却剂供应流动以自由射流排入到冷却剂排出管中。如关于图1所标出的，从冷却剂供应开口251排出的自由射流被提供用于冲击冷却冷却剂排出管的界定表面的第一部分，该部分布置成与表面部分212相对并且界定朝着壁的热气体侧表面的冷却剂排出管。尽管上述第一界定表面部分在本横截面视图中不可见，但其已关于图1被详细标出。

图4描绘如本文中所描述的涡轮发动机部件的示例性实施例的热气体侧表面110的平面图。横穿主工作流体流动方向50，多个狭槽形冷却剂排出开口214沿着曲折线布置。冷却剂排出开口布置成使两个相邻冷却剂排出狭槽的短边缘彼此邻近设置。设置在壁内侧的冷却剂排出管由虚线指示。

图5描绘如本文中所描述的并已关于图3提及的涡轮发动机部件的又一示例性实施例的热气体侧表面110的平面图。多个冷却剂排出管（由虚线指示）布置成横穿主工作流体流动方向50。冷却剂排出管朝着热气体侧表面110终止于狭槽形冷却剂排出开口214中。横穿主工作流体流动方向设置狭槽的长度范围。各个冷却剂排出管的冷却剂排出开口214在其短边缘处彼此毗连，并且因此在热气体侧表面110上形成共同冷却剂排出开口215。在图6中示出了在图5中的B-B处指示的截面视图。图6中示出的大部分元件已在上面详细地标出，并且因此省去关于图6的额外解释。冷却剂排出管210在热气体侧表面110下方终止于其冷却剂排出开口214处，并且接合公共冷却剂排出管215。

在图7中示出涡轮机翼型件1的示例性实施例，作为根据本公开的涡轮发动机部件的实施例。翼型件1包括前边缘11和后边缘12。吸入侧和压力侧布置在前边缘和后边缘之间。工作流体流动50围绕翼型件、从前边缘到后边缘、并且沿着压力侧和吸入侧流动。后边缘冷却剂狭槽13以已知方式设置在后边缘处。翼型件的壁100包围冷却剂供应容积150，其设置在翼型件内侧并由壁100的冷却剂侧表面120界定。壁的热气体侧表面110暴露于工作流体流动50。壁100装备有多个冷却剂排出管（在该图中没有参考数字），冷却剂排出管在冷却剂排出开口214处向外打开到热气体侧表面上。每个冷却剂排出管均与逆流近壁冷却通道220或平行流动近壁冷却管221流体连通。每个近壁冷却管均通过冷却剂流入管230与冷却剂供应容积150流体连通。

尽管已通过示例性实施例解释了本公开的主题，但应理解这些不意欲以任何方式限制所要求保护的发明的范围。将理解的是权利要求涵盖本文中未明确示出或公开的实施例，并且偏离在实施本公开的教导的示例性模式中所公开的那些的实施例仍将被权利要求涵盖。

参考数字列表

1 涡轮发动机部件、翼型件

11 前边缘

12 后边缘

13 后边缘冷却狭槽

50 工作流体流动；主工作流体流动方向

100 涡轮发动机部件的壁

110 热气体侧表面

111 热气体侧表面的法线

120 冷却剂侧表面

150 冷却剂供应容积

210 冷却剂排出管

211 界定冷却剂排出管的界定表面的第一部分

212 界定冷却剂排出管的表面的第二部分

213 冷却剂排出管的轴线

214 冷却剂排出开口，冷却剂排出狭槽

215 公共冷却剂排出开口

220 近壁冷却管

221 平行流动近壁冷却管

225 突出元件、湍流器、湍流产生元件

230 冷却剂流入管

240 喷嘴

250 喷嘴、自由射流产生装置、流动加速装置

251 冷却剂供应开口

310 冷却剂供应流动

320 冷却剂自由射流

330 近壁冷却剂流动

340 冷却剂自由射流

350 冷却剂排出流动

a 角度

D 冷却剂供应开口和/或自由射流产生装置沿着冷却剂流动方向在冷却剂排出管内侧的尺寸；冷却剂供应开口和/或自由射流产生装置的直径

l 从冷却剂排出管的盲端到冷却剂供应开口和/或自由射流产生装置的下游边缘的距离

L 从冷却剂排出管的盲端到冷却剂供应开口和/或自由射流产生装置的中心的距离

Claims (15)

1.一种涡轮发动机部件（1），其包括壁（100），所述壁（100）包括热气体侧表面（110）和冷却剂侧表面（120），其中，至少一个冷却剂排出管（210）设置在所述壁（100）中并且在冷却剂排出开口（214）处向外打开到所述热气体侧表面（110）上，冷却剂流动方向被定义为从所述冷却剂排出管（210）的内部朝着所述排出开口（214），所述冷却剂排出管（210）进一步通过设置在所述壁（100）内侧的其界定表面界定，所述冷却剂排出管（210）具有第一横截面方向和第二横截面方向，其特征在于，所述冷却剂排出管（210）是盲腔并且朝着所述冷却剂侧表面（120）封闭，并且进一步在所述第一横截面方向上测量的所述冷却剂排出管（210）的尺寸在所述冷却剂流动方向上减小。

2.根据前述权利要求所述的涡轮发动机部件（1），其特征在于，在所述第一横截面方向上测量的所述冷却剂排出管（210）的尺寸在所述冷却剂流动方向上减小，并且在所述第二横截面方向上测量的所述冷却剂排出管的尺寸在所述冷却剂流动方向上增大。

3.根据前述权利要求中的任一项所述的涡轮发动机部件（1），其特征在于，由所述冷却剂排出管（210）提供的流动横截面在所述冷却剂流动方向上减小。

4.根据前述权利要求中的任一项所述的涡轮发动机部件（1），其特征在于，所述冷却剂排出开口（214）是狭槽，其中，所述狭槽的纵向范围设置成沿着所述第二横截面方向。

5.根据前述权利要求中的任一项所述的涡轮发动机部件（1），其特征在于，所述冷却剂排出管（210）相对于所述热气体侧表面的法线（111）以第一角度（a）倾斜，其中，所述倾斜设置在由所述第一横截面方向和所述法线（111）限定的平面中，使得所述冷却剂排出管的横向界定表面包括第一表面部分（211）和第二表面部分（212），所述第一表面部分朝着所述壁（100）的所述热气体侧表面（110）设置，所述第二表面部分朝着所述壁（100）的所述冷却剂侧表面（120）设置。

6.根据前述权利要求中的任一项所述的涡轮发动机部件（1），其特征在于，所述冷却剂排出管（210）相对于所述热气体侧表面（110）的法线（111）以第一角度（a）倾斜，其中，所述倾斜在所述冷却剂流动方向上观察时指向所述部件（1）的主工作流体流动方向（50）下游。

7.根据前述权利要求中的任一项所述的涡轮发动机部件（1），其特征在于，所述冷却剂排出管（210）通过界定表面界定，所述界定表面包括朝着所述热气体侧表面（110）设置的第一表面部分（211）和朝着所述冷却剂侧表面（120）设置的第二表面部分（212），其中，所述第一表面部分（211）和所述第二表面部分（212）中的至少一个包括平坦表面部分。

8.根据前述权利要求中的任一项所述的涡轮发动机部件（1），所述部件（1）还包括设置在所述壁（100）中并与所述冷却剂排出管（210）流体连通的冷却剂供应路径，其特征在于，所述冷却剂供应路径在所述冷却剂排出管的横向界定表面处以非零角度接合所述冷却剂排出管（210）。

9.根据前述权利要求中的任一项所述的涡轮发动机部件（1），其特征在于，所述冷却剂供应路径包括装置（250），所述装置用于提供从所述冷却剂供应路径发出的自由射流（340）并设置在与所述冷却剂排出管（210）的接合处。

10.根据涉及冷却剂供应路径的前述权利要求中的任一项所述的涡轮发动机部件（1），其特征在于，所述冷却剂供应路径通过开口（251）接合所述冷却剂排出管（210），所述开口（251）设置在所述冷却剂排出管的横向界定表面部分（212）中，所述横向界定表面部分（212）朝着所述壁（100）的所述冷却剂侧表面（120）设置。

11.根据涉及冷却剂供应管的前述权利要求中的任一项所述的涡轮发动机部件（1），其特征在于，所述冷却剂供应路径包括沿着所述壁（100）的纵长范围在所述壁（100）内侧延伸的近壁冷却管（220,221），所述近壁冷却管（220,221）从第一端延伸到第二端，其中，所述第二端设置成朝着所述冷却剂排出管（210）。

12.根据前述权利要求所述的涡轮发动机部件（1），其特征在于，流动加速装置（250）被设置成邻近所述近壁冷却管（220,221）的所述第二端并在所述第二端和所述冷却剂排出管（210）之间提供流体连通。

13.根据叙述冷却剂供应路径的近壁冷却管（220,221）的前述权利要求中的任一项所述的涡轮发动机部件（1），其特征在于，冷却剂流入管（230）设置成从所述壁（100）的所述冷却剂侧表面（120）延伸到所述近壁冷却管（220,221）并且在所述近壁冷却管的侧壁处接合所述近壁冷却管（220,221），然而所述接合处被设置成邻近所述近壁冷却管（220,221）的所述第一端并且尤其设置在所述近壁冷却管（220,221）的朝着所述壁（100）的所述冷却剂侧表面（120）设置的侧部上。

14.根据前述权利要求中的任一项所述的涡轮发动机部件（1），其特征在于，设有至少两个冷却剂排出管（210），其中，所述至少两个冷却剂排出管（210）每个均设有朝着所述热气体侧表面（110）的冷却剂排出开口（214），其中，所述冷却剂排出开口（214）中的每个均包括横截面，所述横截面在第一方向上呈现第一范围，所述第一范围小于在第二方向上的第二范围，其中，所述冷却剂排出开口（214）被布置成使得两个相邻冷却剂排出开口（214）的短边缘彼此邻近设置。

15.根据前述权利要求所述的涡轮发动机部件（1），其特征在于，所述冷却剂排出开口（214）在其短边缘处彼此毗连，以便提供所述至少两个冷却剂排出管（210）的公共冷却剂排出开口（215）。