CN106715836B - 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 - Google Patents

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Abstract

本发明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，本发明致力于装配有这种组件的燃气涡轮发动机和制造方法。

Description

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
技术领域
本发明涉及一种涡轮机(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。
背景技术
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。
发明内容
本发明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发明的有利发展和修改。
根据本发明，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)。
根据本发明的冷却“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。
根据本发明，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口。冷却通道具体不是每通道具有多个入口或多个出口的连续通路。
至少面板经由激光烧结或激光熔融或直接激光沉积来建造。这允许冷却通道横截面的非常精确的变化。还允许锥形化对每个冷却通道独立。
由此，在优选实施例中，本发明提供独立锥形化的冷却通道。
在优选实施例中，冷却通道将沿着在操作期间沿着该部分穿过的工作介质的流体流动方向来定向。可替代地但可能不那么有效地，冷却通路还可以相对于工作介质的流体流的方向、以例如垂直于工作介质的流体流或成角度的另一个方式来定向。
在优选实施例中，锥形段将从入口贯穿冷却通道的整个长度到出口扩展。在替代实施例中，可以存在通路关于它们的横截面积保持恒定的另外段。如果存在沿着冷却通道长度的横截面积的恒定段，则这些恒定部分应被限于独立冷却通道的完全长度的大约20％或30％。
基于哪个制造方法用于将冷却通道建造到该部分中，可以有利的是冷却通道的横截面将为矩形或正方形。锥形化然后可以通过减小矩形横截面的相对壁的距离或分离而发生。相对壁的变窄可以仅沿一个方位发生，并且其他壁可以保持以相同距离隔开，或沿两个方向，使得冷却通道的所有四个壁减小它们成对到另一个的距离。可以有利的是，保持与热工作介质相对的、通道的宽度恒定，并且仅改变作为垂直于主流体流的高度的、冷却通道的高度，使得该部分关于由于热工作介质而引起的受热的冷却效果不被消极地影响。在这方面的“宽度”是指大致平行于该部分的热表面的一个壁的通道的延展。如所述的，“高度”意指沿垂直于该部分的热表面或组件的主平面的方向的延展。
如之前提及的，矩形横截面被提出为用于冷却通道中的至少一个的一个实施例。替代地，同样，更复杂的几何结构可以用于冷却通道。例如，只要存在优点和和对冷却的效果且只要可以由已知制造方法制造，就可以使用三角形横截面或任意类型的横截面。如果使用选择性激光熔融或选择性激光烧结技术，则可以对于冷却通道设计几乎任意类型的结构。
锥形化率或冷却通道宽度的横截面积的变化率具体可以适于该部分在被组装在旋转机器中时且在操作期间经历的热分布。具体地，热通量可以贯穿通道保持大致恒定。这将保证没有组件的段可能经历太高的金属温度。在实施例中，锥形化率可与操作期间多个冷却通道中的至少一个内的冷却流体的温升成比例地适配。锥形化可以到这样的程度，以使得在部分的扩展区域的不同位置处取得的该部分的温度在通道中的不同位置处大致相同。
部分可以经由激光烧结或激光熔融技术来生产。烧结或熔融组件可以另外由超塑性变形和随后的扩散粘接来形成。替代地，部分还可以由以夹层型方式接合在一起的若干金属薄片组成。以这种夹层型方式，中间层将包括锥形冷却通道。外面板可以仅显示用于冷却通道的入口和/或出口。在这种夹层型方法中，可以容易地创建锥形通道，该锥形通道在制造期间通过使用切割盘来仅沿一个方向执行锥形化，该切割盘在高度上连续降低，使得切割将加宽。如果锥形化应沿矩形或冷却通道的两个方向执行，则可能需要通过切割盘简单地在板的表面中提供细长凹陷、但不完全切穿板来影响夹层方法的上板和下板。在这种情况下，切割盘可以被连续降低，以形成具有不同深度的凹陷。在接合不同板之后，将形成冷却通道的加宽部分。
替代地，两个金属薄片可以足以制造该部分。这通过在更厚的金属板中加工通道和孔、且在更薄的金属薄片中仅加工孔来实现。在该配置中，通道不是穿过板的完全切割，而仅加工表面。
如已经指示的，本发明还致力于生产这种旋转机器组件的制造方法。此外，本发明还涉及一种包括由锥形冷却通道定义的这种旋转机器组件的旋转机器。除此之外，本发明还致力于包括具有锥形冷却通道的这种元件的燃气涡轮发动机。
必须注意，已经参照不同的主题描述了本发明的实施例。具体地，已经参照装置型权利要求描述了一些实施例，而已经参照方法型权利要求描述了其他实施例。然而，本领域技术人员将从上述内容和以下描述推断：除非另外通知，除了属于一种类型主题的特征的任意组合之外，与不同主题有关的特征之间(具体为装置型权利要求的特征与方法型权利要求的特征之间的)的任意组合也被认为被本申请所公开。
本发明的上面定义的方面和另外方面从下文中要描述的实施例的示例而清楚，并且参照实施例的示例来说明。
附图说明
现在将参照示意性附图仅用示例的方式来描述本发明的实施例，附图中：
图1显示了典型燃气涡轮过渡管道的段的纵截面；
图2显示了待冷却组件中的已知冷却空气通道的图；
图3至图6显示了根据本发明的、待冷却组件中的冷却空气通道的实施例的不同图；
图7显示了不是本发明的一部分的、形成具有锥形冷却通道的待冷却组件的若干层的分解图。
附图中的图是示意性的。注意，对于不同附图中的类似或相同元件，相同附图标记将用于表示相同或等效特征。
将对于组装后的燃气涡轮机说明特征、特别是优点中的一些，但明显地，特征还可以应用于燃气涡轮机的单个组件，但仅一旦组装就可以在操作期间显示优点。但在借助于操作期间的燃气涡轮机进行说明时，细节不应限于仅在操作时的燃气涡轮机。因为本发明被启发为消除燃烧过程的问题，所以特征还可以应用于包括不同类型的燃烧室(例如，以不同于通常提供给燃气涡轮机燃烧室的气和/ 或油的不同的类型的燃料操作的燃烧室)的不同类型的机器。
具体实施方式
燃气涡轮发动机可以充当旋转机器的一个示例。燃气涡轮机 (燃气涡轮发动机的略称)在一端处包括空气入口，该空气入口后是压气机级，在压气机级中，压缩进入空气，以便应用于作为燃烧设备的一个或更多个燃烧室，这些燃烧设备可以为环形或所谓的罐环状或筒式，后者圆周地分布在涡轮轴周围。燃料引入燃烧室中，并且在那里与从压气机取得的压缩空气的大部分混合。作为燃烧室中燃烧的结果的高速热燃气被引导到由一组导叶引导(即，重新定向)，而被导向到涡轮段中的一组涡轮叶片。涡轮叶片和轴(涡轮叶片固定到该轴)形成转子，并且作为热燃气流动的影响的结果围绕轴旋转。旋转转子(或另一个转子)也使压气机级的叶片旋转，使得一旦操作，则到燃烧室的压缩空气供给也由转子(该转子包括所用叶片和导叶轮叶)来提供。在燃气涡轮发动机中可以存在多于一个转子。
作为旋转机器组件的示例，图1中显示了过渡管道10，图1显示了这种过渡管道的段和该区域中燃气涡轮机的其他部分的横截面图。过渡管道10可以提供从燃烧室到下游涡轮段的过渡。涡轮段为环形。燃烧室段例如可以也为环形或罐环状(即，由全部围绕轴线布置的多个燃烧室罐形成)。在后者的情况下，过渡管道将执行从多个椭圆或卵形横截面(燃烧室端处)至单个环状腔(涡轮段端处) 的转换，以便引导工作流体。之前提及的专利申请US2006/0130484A1中显示了后一类型的过渡管道。过渡管道10包括过渡管道壳10A，该过渡管道壳10A具有用于引导热工作流体的内表面，并且具有可以指向冷却流体可以存在于其中的腔的外表面。该腔可以被称为冷却空气腔12。而过渡管道10内的热工作流体由位于过渡管道10上游的燃烧室来提供，冷却空气腔12被提供有来自压气机(附图中未显示)的冷却空气。过渡管道壳10A包括结合的冷却通道3的部分2。在作为沿着旋转机器的旋转轴线的横截面的、图1的横截面图中，仅描绘了一个冷却通道，但通常多个冷却通道将布置或分布在部分2上。部分2可以为至少包括一个板11的复杂结构，该板优选地沿轴向弯曲(和图1中一样)，而且还围绕工作介质的路径沿周向弯曲。板11可以实质上为相当薄的材料(即，沿一个方向具有更大的延展，并且在宽度上具有小延展)。具体地，弯曲或波状外形的板11可以由金属薄片制成，并且被形成为期望的形式。部分2包括多个冷却通道3，经由这些冷却通道3，来自冷却空气腔12的冷却流体可以被引导穿过部分2，并且最终被注入到工作介质流中。冷却通道3内的冷却流体在附图中由附图标记5来识别。主燃气路径内的热工作流体在附图中由附图标记6来识别。冷却通道3具有入口1(每冷却通道单个入口)，该入口允许来自冷却空气腔12的冷却流体进入冷却通道3。此外，冷却通道3具有出口 7(每冷却通道单个出口)。附图中还显示了板11的第一表面15，并且该第一表面15指向被冷却侧(即，面向冷却空气腔12)。板11的相反表面是第二表面16，并且面向过渡管道10内的热工作介质。冷却通道3(还被称为冷却管道)可以为具有大致如图1中显示的未修改横截面的现有技术冷却管道，或者可以为具有连续锥形段的、根据本发明的冷却通道3。这将在以下附图中进一步说明(因为锥形化无法在被假设为显示了发明组件的一般配置的图1中清楚地突出)。
图2(包括其不同略图)显示了对于没有锥形段的现有技术配置的截面图以及如从第一表面15看到的俯视图。俯视图显示了入口 1，并且指示出口7，而且指示冷却通道3，其中被内部包括在部分2 内或无法从第一表面15看到的部分仅被显示为虚线。沿着线A-A、B-B、C-C以及D-D截取若干横截面图。沿着线A-A截取的横截面可以为与在图1中看到的类似图，仅图1的曲线未显示在图2中。沿着平面B-B、C-C、D-D截取的横截面是垂直于切面A-A的视图的平面。沿着切面A-A，冷却通道3被显示有入口1和出口7，冷却流体5从入口1至出口7在冷却通道3内流动。指向被冷却侧的第一表面15以及还有指向热工作介质的第二表面16在切面A-A的附图中识别。平面B-B、C-C、D-D处的不同切面显示由第一对表面 20A、20B和第二对表面21A、21B识别的横截面积在位置B-B、C- C、D-D中的每一个处相同。在图2中，对于平行冷却通道3(图2 中显示了五个冷却通道，但通常更多的冷却通道将存在于部分2 中，以允许板11的整个圆周上的冷却)中的若干，横截面也相同。该未修改的横截面反映现有技术。作为还在图2中显示的一个示例，冷却通道中的一个将提供一个方向上的冷却空气，并且第二冷却通道将提供相反方向上的冷却空气。这可以改进该配置中热部分2 的总体冷却质量。
现在参照图3，图3显示了锥形段8存在于冷却通道3中的、根据本发明的配置。在图3中，锥形段8将存在于入口1与出口7之间的冷却通道3的整个长度上。在未显示的实施例中，锥形段8的长度可以仅为冷却通道3长度的子段。在图3的示例中，所有被显示的冷却通道填充有沿相同方向流动的冷却空气，这意味着入口1 将位于板11的一端处，并且出口7将位于板11的第二端处。如可以在沿着平面A-A的切面中、而且沿着B-B、C-C、D-D的切面看到的，冷却通道横截面的高度H将从入口1处或附近沿到位置C-C 的方向减小，并且继续减小直到靠近出口7的位置D-D处的冷却通道3的下游端。同样，冷却空气通道的宽度W在尺寸上将从B-B经由C-C到D-D的位置减小。因此，横截面积沿着冷却通道3的长度连续锥形化。横截面积由附图标记4来指示。在图3的示例中，横截面积为正方形或者还可以为矩形，并且在尺寸上将沿宽度和高度两个方向减小，使得在每一个横截面图中，冷却通道3的横截面具有正方形。因此，冷却通道3的整体形状大致为具有四个面的截棱锥(考虑板11为平坦的(在真实组件中可能不是这种情况))。明显地，必须理解，图3是冷却通道3位于平板内的简化。然而，实际上，冷却通道3可以如参照图1描述的弯曲。
现在假定由具有附图标记6的箭头指示的热空气从区域B-B到区域D-D沿着表面16或在该表面上被平行(且沿相同方向)引导到冷却流体5。这意味着在区域B-B中，更高的温度影响部分2，因此也影响冷却通道3内的冷却流体温度，冷却流体温度因此将升高。当冷却流体温度从A到B沿着冷却通道3升高时，冷却通路或冷却通道的横截面将减小。这具有冷却流体将加速的效果。这还意味着在位置C-C处，具有更高速率的恒定冷却空气质量流穿过该位置C- C，但同时已经具有比位置B-B处更高的温度水平。总而言之，还考虑冷却通道3的变窄尺寸，在位置C-C处，冷却空气的冷却能力可以保持大致与位置B-B中相同的水平，使得部分2在位置B-B和 C-C这两者处充分冷却。相同效果进一步继续直到D-D，使得而且横截面积4继续锥形化，并且温度在冷却通道3内升高，然而，由于更高的速率，传热系数将升高，并且冷却效果将保持在更高水平。
总之，内部冷却通道3的该可变横截面积使得内部冷却通道3 能够特别为如图2中显示的不可能或难以交替通道流动方向、或不可能或难以实施其他冷却部件的应用提供高效冷却技术。可变冷却通道3尺寸还能够进行稍后将关于另外附图说明的、处理组件内的热点或冷点的高效方式。
根据图4，显示了图3的替代方案，在该替代方案中，冷却通道 3的高度沿着冷却通道3的长度保持相同，这在附图B-B、C-C、D- D的横截面图中看到。在该替代实施例中，仅修改冷却空气通道的宽度，使得位置B-B处的宽度WB大于位置C-C处的宽度WC，并且后者再次大于位置D-D处的宽度WD。因此，图4显示了具有矩形横截面的冷却通道3，在该横截面中，仅矩形的一维在尺寸上被修改。因此，冷却通道3为锥形化的，但仅关于一个方向。
图5显示了类似的实现，但在该实现中，冷却通道3的矩形横截面通过修改高度来在另一个方向上被修改。如在附图中看到的，宽度WB与宽度WC和宽度WD相同。位置B-B处的高度HB大于位置C-C处的高度HC，高度HC再次大于位置D-D处的高度HD。再次，冷却通道3的横截面连续锥形化。
在图6中，显示了大体类似的配置，在该配置中，假设在操作期间局部热点17存在。局部热点17可能由于燃烧室的布置或由于其他构造特征而总是存在于相同位置处。因此，可以将部分2构造为使得在局部热点17的区域处和/或附近改进冷却。这如根据图6说明的来实现。根据图6，连续锥形段8存在，这继续减小冷却通道3 的横截面积，直到热点所位于的区域为止，并且以后(即，下游)，不沿相同方向继续锥形化，而再次在加宽段9中加宽冷却通道3(你也可以说，段9显示了与冷却通道3内的流动方向相反的锥形化)。
术语“加宽”像“锥形化”一样旨在意指关于冷却通道3的横截面的尺寸变化。
锥形化和加宽以冷却通道3的收敛壁、随后是发散壁的意义来解释。可选地，具有恒定横截面积的段可以存在。
图6的该配置允许冷却通道3内局部热点17区域中的增大的冷却流体速率。这进而允许特别是在需要更多或另外冷却的区域中提供一种改进的冷却方式。该另外的冷却可以在不向冷却通道3中注入更高量的冷却空气的情况下执行。在图6中，还显示了与之前附图比较的另一个变化。显示了更靠近热点的冷却通道可以具有这种连续锥形化和加宽结构，而到这种局部热点17具有一距离的冷却通道可以沿着冷却通道3的长度具有连续横截面面积。因此，若干冷却通道3的形状不再相同，与其中所有冷却通道3对于部分中的所有冷却通道3尺寸类似的图2至图5的所示示例性实施例不同。
因为在一个部分2中通常存在若干冷却通道3，所以可以存在这些若干冷却通道3中的至少一个冷却通道3，其贯穿其长度具有与剩余冷却通道3不同的横截面区域形状。
如果部分2由增材制造技术(像选择性激光熔融或选择性激光烧结或直接激光沉积)来建造，则这种独立成形的冷却通道3可以独立生成。这些方法允许对于这些冷却通道3创建所有种类的复杂形状。同样，在使用这些技术时横截面不需要为矩形或正方形。不同形式的横截面形状可以由这些增材制造技术来提供，例如，冷却通道3的椭圆形或圆形横截面，这导致锥形化可以通过减小圆柱的半径来实现的圆柱形冷却通道。
图7显示了加工这些类型的锥形冷却通道3的不同方式，这不是本发明的一部分，因为不使用增材制造技术。在该实施例中，提供三层或三片金属薄片，并且其后被加工并组合在一起。在第一面板30上，将钻出或加工或浇筑入口1。在第二面板31上，还将钻出或加工或浇筑出口7。在作为中间面板或中面板的第三面板32(该第三面板最后将位于第一面板30与第二面板31之间)上，将制造狭槽35来实现冷却通道3。狭槽可以由切割机例如经由切割盘来形成，使得在切割盘被沿着表面移动时切割盘被连续降低到材料中，使得在切割盘被降低到第三面板32中时将加宽狭槽宽度。狭槽应被定位为与第一面板30和第二面板31的冷却入口1和冷却出口7对齐。最后，这三个金属薄片30、31、32可以以夹层型方式(例如，通过扩散黏合或热等静压)附接或接合到彼此，使得这三个层将生成对于之前附图提及的板11。该板11在第一处理步骤处可以为平面的，但稍后可以按需形成为合适的弯曲的表面区域(例如，过渡管道)。
夹层处理将以这样的方式执行，使得将第一面板30附接到中间面板32的第一表面33，且将第二面板31附接到中间面板32的第二表面34。
如根据图7说明的所说明方法仅允许冷却通道在一个方向 (即，冷却通道的宽度)上的锥形化。如果将需要两个方向(宽度和高度)上的锥形化，第一和第二面板30、31中的降低深度的另外凹陷可以产生高度减小的横截面。凹陷将需要与第三面板32的锥形狭槽对齐，使得它们将一起形成冷却通道。
作为替代方案但附图中未显示的，三层夹层结构还可以用两层夹层结构来代替，在该两层夹层结构中，层包括入口孔和冷却通道 (替代地，出口孔和冷却通道)。冷却通道将不完全切穿材料，但仅被端铣(或由替代方法来生产)，使得制造具有不同凹陷的深度和/或宽度的长的凹陷。再次，因为不使用增材制造技术，所以该替代方案不是本发明的一部分。
之前连同过渡管道10说明了本发明。燃气涡轮发动机或经历强热量的其他类型的旋转机器的其他元件也可以装配有这些锥形的冷却通道。例如，在燃气涡轮发动机中，燃烧室衬套可以装配有这些类型的冷却通道。同样，例如在燃气涡轮发动机的燃烧室中或在涡轮段处使用的防热罩可以装配有这些冷却通道。此外，本发明可以应用于燃气涡轮机中的排气喷嘴或涡轮围带。除此之外，本发明还可以用于位于发动机热区域中的外壳。
除此之外，其他类型的机器可以使用本发明特征来提供另外的冷却，只要冷却空气可以提供给该组件。因为燃气涡轮发动机具有被包括到系统中的压气机，其中空气在该压气中被压缩，该空气可以被用作冷却空气，所以本发明被结合在燃气涡轮发动机中是特别有利的。
因为组件可以在不需要过多额外空气的情况下来冷却，所以本发明是特别有利的。因为降低冷却空气的需要可以提高发动机的整体效率，所以这是有利的。冷却可以通过改变冷却通道的宽度和/或高度、而不通过将更多或更少冷却空气主动注入冷却通道中来隐式控制。因此，不需要其他主动控制措施。通过改变通道横截面积，可以有效控制冷却通道内冷却空气的速率，因此可以有效控制传热系数。在不需要具有另外额外冷却空气的情况下提高冷却效果，否则将降低发动机的性能。
总之，当使用增材制造用于建造具有其冷却通道3的部分2 时，增材制造允许大致在没有结构限制的情况下改变冷却通道的横截面。在简单实施例中，锥形段8中的横截面在冷却通道的长度上以相同的比率恒定变化。在更复杂的实施例中，横截面关于操作期间的期望温度水平变化。由此，基于区域中的期望温度水平，锥形化可以在一个区域中是陡峭的，而在另一个区域中是平缓的。
进一步地，可以注意，本发明涉及细长的冷却通道。换言之，冷却通道具有纵向延展。穿过壁的纯通孔不是这种冷却通道。细长通道例如可以为具有在冷却通道的任意位置处取得的横截面直径50 倍或100倍、甚至更多倍的长度的通道。
除此之外，即使这种冷却通道定义了从壁的一侧(第一表面 15)至壁的另一侧(另一个表面16)的通路，通常冷却通道也位于该壁的主延展的区域中，其中壁表示面板11。冷却通道是垂直于壁或与壁成角度的通孔是不足够的。冷却通道是在面板11中结合的管道或导管或管或管子。
本发明关于允许沿着冷却通道长度的冷却通道独立的横截面梯度是有利的。即，两个冷却分离通道可以具有不同形状。冷却通道独立横截面梯度可以关于操作期间的期望局部温度来配置。

Claims (13)

1.一种涡轮机组件(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，所述至少一部分(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.根据权利要求1至2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2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2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.根据权利要求1至2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横截面(4)为矩形，具体为正方形，并且所述多个冷却通道(3)中的所述至少一个由两对表面(20A、20B；21A、21B)形成，所述对表面(20A、20B；21A、21B)具有大致彼此相反的表面。
8.根据权利要求7所述的涡轮机组件(10)，其特征在于：
所述锥形段(8)中的锥形化通过减小所述两对相反表面(20A、20B；21A、21B)中的第一对(20A、20B)和/或所述两对相反表面(20A、20B；21A、21B)中的第二对(21A、21B)的距离来实现。
9.根据权利要求1、2和8中的任一项所述的涡轮机组件(10)，其特征在于：
锥形化率适于所述至少一部分(2)在操作期间经历的热分布。
10.根据权利要求1、2和8中的任一项所述的涡轮机组件(10)，其特征在于：
锥形化率与操作期间所述多个冷却通道(3)中的所述至少一个内的所述冷却流体(5)的温升成比例地适配，具体是使得在所述至少一部分(2)的区域的不同位置处取得的所述至少一部分(2)的温度在所述不同位置处大致相同，和/或使得所述多个冷却通道(3)中的所述至少一个内的热通量或热梯度保持大致恒定。
11.根据权利要求1、2和8中的任一项所述的涡轮机组件(10)，其特征在于：
所述至少一部分(2)包括流体引导表面(16)，所述流体引导表面在所述涡轮机组件(10)被布置于涡轮机中、且所述涡轮机在操作时，引导所述涡轮机中的热工作流体(6)。
12.一种燃气涡轮发动机的燃气涡轮发动机组件，其特征在于：
根据权利要求1至权利要求11中任一项所述的至少一部分(2)位于所述燃气涡轮发动机的热区域中，具体位于燃烧室壁、在燃烧室下游的过渡管道(10)、防热罩、排气喷嘴以及外壳中的至少一个处，其中所述冷却流体(5)从所述燃气涡轮发动机的压气机提供。
13.一种涡轮机组件(10)的部分(2)的制造方法，所述涡轮机组件(10)具体为燃气涡轮机燃烧组件，所述方法包括以下步骤：
经由激光烧结或激光熔融或直接激光沉积积累材料，以形成根据权利要求1至权利要求11中任一项限定的所述至少一部分(2)，所述部分包括具有连续锥形段(8)的结合的冷却通道(3)。
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