CN106907194B - 用于改进的流量的分段微通道 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于改进的流量的分段微通道。系统包括用于在涡轮中使用的护罩段，并且包括主体(42)，主体(42)具有前缘和后缘(44、46)、第一及第二侧缘(48、50)，以及位于前缘及后缘(44、46)与第一及第二侧缘(48、50)之间的一对对置的横侧面(52、54)。第一横侧面(52)与具有冷却流体的腔交界。第一通道(86)包括第一及第二端部(82)。第二通道(88)包括第三端部(83)和第四端部(85)。第一及第二通道(86、88)从腔(56)接收冷却流体，以使主体(42)冷却。第二端部(82)包括具有第一计量特征(98)的第一分段通道，并且第三端部(83)包括具有第二出口特征(106)的第二分段通道。第一及第二出口特征(106)对第一及第二通道(86、88)内的冷却流体的流量进行计量。

Description

用于改进的流量的分段微通道
技术领域
本文中所公开的发明主题涉及燃气涡轮发动机，且更具体地涉及用于燃气涡轮发动机的涡轮护罩。
背景技术
比如燃气涡轮发动机之类的涡轮机械可以包括压缩机、燃烧器以及涡轮。在压缩机中，使气体压缩，与燃料结合，且然后供给至燃烧器，在燃烧器中，使气体/燃料混合物燃烧。然后，将高温且高能量的排出流体沿着热气路径供给至涡轮，在涡轮中，将流体的能量转化成机械能。沿着热气路径的高温能对涡轮构件(例如，涡轮护罩)进行加热，从而导致构件的劣化。
发明内容
在下文中概述了在范围上与初始要求保护的主题相当的某些实施例。这些实施例不旨在限制要求保护的主题的范围，而是，这些实施例仅旨在提供对本主题的可能的形式的简要概述。实际上，本主题可以包括可与在下文中阐明的实施例类似或不同的各种形式。
在第一实施例中，系统包括用于燃气涡轮发动机的涡轮区段中使用的护罩段。该系统包括主体，该主体包括前缘、后缘、第一侧缘(side edge)、第二侧缘，以及位于前缘及后缘与第一及第二侧缘之间的一对对置(opposed)的横侧面(lateral sides)。这一对对置的横侧面中的第一横侧面配置成与具有冷却流体的腔交界(interface)。这一对对置的横侧面中的第二横侧面取向为朝向热气流路。该系统包括设置于主体内的第一通道，其中第一通道包括第一端部和第二端部，并且第一端部设置成与第一侧缘相邻，并且第二端部设置成与第二侧缘相邻。该系统包括设置于主体内的第二通道，其中第二通道包括第三端部和第四端部，第三端部设置成与第一侧缘相邻，并且第四端部设置成与第二侧缘相邻。第一及第二通道配置成从腔接收冷却流体，以使主体冷却。第二端部包括第一分段通道，第一分段通道具有第一出口特征，并且第三端部包括第二分段通道，第二分段通道包括第二出口特征。第一及第二出口特征配置成分别减少第一及第二通道内的堵塞。
在第二实施例中，系统包括燃气涡轮发动机，该燃气涡轮发动机包括压缩机、燃烧系统以及涡轮区段。该涡轮区段包括：壳体；与外壳体联接的护罩段；以及腔，其配置成从压缩机接收冷却流体。护罩段包括主体，该主体包括前缘、后缘、第一侧缘、第二侧缘，以及位于前缘及后缘与第一及第二侧缘之间的一对对置的横侧面。这一对对置的横侧面中的第一横侧面配置成与腔交界，并且，这一对对置的横侧面中的第二横侧面取向成朝向热气流路。多个通道设置于主体内，并且从与第一侧缘相邻的位置延伸至与第二侧缘相邻的位置。该多个通道中的各通道包括第一端部和第二端部。该多个通道配置成从腔接收冷却流体，以使主体冷却。相应的第二端部各自具有分段通道，分段通道具有出口特征，并且，相应的出口特征配置成减少在多个通道中的相应通道内的堵塞。还提供了用于完成一直通到斜面的通道的目标。
在第三实施例中，用于制造在燃气涡轮发动机的涡轮区段中使用的内护罩段的方法包括，提供内护罩段的主体，其中，该主体包括前缘、后缘、第一侧缘、第二侧缘，以及位于前缘及后缘与第一及第二侧缘之间的一对对置的横侧面。该一对对置的横侧面中的第一横侧面配置成与腔交界，该腔由与外护罩段联接的内护罩段限定。该一对对置的横侧面中的第二横侧面取向为朝向热气流路。该方法包括，通过电火花加工或比如铣削（milling）之类的其他合适方法，在主体内形成多个通道，这些通道从与第一侧缘相邻的位置延伸至与第二侧缘相邻的位置。该多个通道中的各通道包括第一端部和第二端部，并且，相应的端部各自具有分段通道。该方法包括，通过电火花加工或比如铣削之类的其他合适方法，沿着与该多个通道的第二端部对准的第一及第二侧缘形成目标特征。该方法包括，在形成目标特征之后，将预烧结的预成形层钎焊至第二横侧面上，其中，预烧结的预成形层包括配置成与热气流路交界的第一表面和与主体一起限定多个通道的第二表面。该方法包括，在将预烧结的预成形层钎焊至第二横侧面上之后，借助于利用电极的爆孔操作通过电火花加工，而在该多个通道的各第二端部内，形成多个出口特征中的相应出口特征。
根据本发明，还提供了以下实施方案。
实施方案1．一种用于在燃气涡轮发动机的涡轮区段中使用的护罩段，包括：
主体，包括前缘、后缘、第一侧缘、第二侧缘，以及位于所述前缘和后缘与所述第一及第二侧缘之间的一对对置的横侧面，其中，所述一对对置的横侧面中的第一横侧面配置成与具有冷却流体的腔交界，并且，所述一对对置的横侧面中的第二横侧面取向为朝向热气流路；
第一通道，设置于所述主体内，其中，所述第一通道包括第一端部和第二端部，所述第一端部设置成与所述第一侧缘相邻，并且所述第二端部设置成与所述第二侧缘相邻；以及
第二通道，设置于所述主体内，其中，所述第二通道包括第三端部和第四端部，所述第三端部设置成与所述第一侧缘相邻，并且，所述第四端部设置成与所述第二侧缘相邻；以及
其中，所述第一及第二通道配置成从所述腔接收冷却流体，以使所述主体冷却，并且，其中，所述第二端部包括第一分段通道，该第一分段通道具有第一出口特征，并且，所述第三端部包括第二分段通道，该第二分段通道包括第二出口特征，并且，所述第一及第二出口特征配置成分别减少所述第一及第二通道内的堵塞。
实施方案2．根据实施方案1所述的护罩段，其中，所述第二端部包括第一部分和第二部分，所述第一部分设置成与所述第一出口特征相邻并且位于所述第一出口特征的上游，所述第二部分设置成与所述第二出口特征相邻并且位于所述第二出口特征的下游，并且，第三端部包括第三部分和第四部分，所述第三部分设置成与所述第二出口特征相邻并且位于所述第二出口特征的上游，所述第四部分设置成与所述第二出口特征相邻并且位于所述第二出口特征的下游，并且，其中，所述第一和第三部分具有从所述第一侧缘至所述第二侧缘的第一方向上的第一宽度，所述第二和第四部分具有所述第一方向上的第二宽度，并且，所述第二宽度大于所述第一宽度。
实施方案3．根据实施方案2所述的护罩段，其中，所述第一出口特征包括沿所述第一方向延伸跨过所述第一通道的所述第二端部的第一主体部分，并且，所述第二出口特征包括沿所述第一方向延伸跨过所述第二通道的所述第三端部的第二主体部分。
实施方案4．根据实施方案3所述的护罩段，其中，所述第一主体部分和所述第二主体部分朝向所述第二横侧面沿径向方向延伸。
实施方案5．根据实施方案4所述的护罩段，其中，所述第二端部和所述第一主体部分限定了位于所述第二端部的所述第一和第二部分之间的第一通路，所述第三端部和所述第二主体部分限定了位于所述第三端部的第二和第四部分之间的第二通路，并且，所述第一及第二通路具有比第一及第二宽度两者都要更小的在第三方向上的第三宽度。
实施方案6．根据实施方案5所述的护罩段，包括钎焊到所述第二横侧面上的预烧结的预成形层，其中，所述预烧结的预成形层包括配置成与所述热气流路交界的第一表面，和同所述主体一起限定所述第一及第二通道的第二表面。
实施方案7．根据实施方案6所述的护罩段，其中，在将所述预烧结的预成形层钎焊至第二横侧面上之前，将所述第二端部的所述第一及第二部分和所述第三端部的所述第三及第四部分电火花加工至所述主体中。
实施方案8．根据实施方案7所述的护罩段，其中，在将所述预烧结的预成形层钎焊至所述第二横侧面上之后，借助于爆孔操作而将所述第一及第二通路电火花加工至所述主体中。
实施方案9．根据实施方案1所述的护罩段，其中，所述第一端部和所述第四端部各自包括具有自由端的钩状部分。
实施方案10．根据实施方案9所述的护罩段，包括相应的入口通路，所述相应的入口通路联接至各自由端，并且沿径向方向从所述自由端延伸至所述第一横侧面，其中，每一个相应的入口通路配置成将所述冷却流体从所述腔提供至各自的通道。
实施方案11．一种燃气涡轮发动机，包括：
压缩机；
燃烧系统；和
涡轮区段，包括：
壳体；
护罩段，与所述外壳体联接；
腔，其配置成从所述压缩机接收冷却流体，其中，所述护罩段包括：
主体，其包括前缘、后缘、第一侧缘、第二侧缘，以及位于所述前缘及后缘与所述第一及第二侧缘之间的一对对置的横侧面，其中，所述一对对置的横侧面中的第一横侧面配置成与腔交界，并且所述一对对置的横侧面中的第二横侧面取向为朝向热气流路；
多个通道，其设置于所述主体内，并且从所述第一侧缘相邻的位置延伸至与所述第二侧缘相邻的位置，其中所述多个通道中的各通道包括第一端部和第二端部；并且，
其中，所述多个通道配置成从所述腔接收所述冷却流体，以使所述主体冷却，并且，其中，相应的第二端部各自具有分段通道，所述分段通道具有出口特征，并且，相应的出口特征配置成减少所述多个通道中的相应的通道内的堵塞。
实施方案12．根据实施方案11所述的燃气涡轮发动机，其中，所述第二端部包括第一部分，其设置成与第一出口特征相邻并且位于第一出口特征的上游；和第二部分，其设置成与第二出口特征相邻并且位于第二出口特征的下游。
实施方案13．根据实施方案12所述的燃气涡轮发动机，其中，所述第一出口特征包括沿所述第一方向延伸跨过第一通道的所述第二端部的第一主体部分。
实施方案14．根据实施方案13所述的燃气涡轮发动机，其中，所述第一主体部分朝向所述第二横侧面沿径向方向延伸。
实施方案15．根据实施方案11所述的燃气涡轮发动机，包括被钎焊至所述第二横侧面上的预烧结的预成形层，其中，所述预烧结的预成形层包括配置成与所述热气流路交界的第一表面，和同所述主体一起限定所述多个通道的第二表面。
实施方案16．根据实施方案11所述的燃气涡轮发动机，其中，在将所述预烧结的预成形层钎焊至所述第二横侧面之后，借助于爆孔操作而将所述多个通道加工于所述主体中。
实施方案17．一种用于制造在燃气涡轮发动机的涡轮区段中使用的内护罩段的方法，包括：
提供所述内护罩段的主体，其中，所述主体包括前缘、后缘、第一侧缘、第二侧缘，以及位于所述前缘及后缘与第一及第二侧缘之间的一对对置的横侧面，其中，所述一对对置的横侧面中的第一横侧面配置成与腔交界，所述腔包括冷却流体、并且由与外护罩段联接的所述内护罩段限定，并且所述一对对置的横侧面中的第二横侧面取向为朝向热气流路；
在所述主体内经由电火花加工而形成多个通道，所述多个通道从与第一侧缘相邻的位置延伸至与第二侧缘相邻的位置，其中，所述多个分段通道中的各通道包括第一端部和第二端部，并且，其中所述相应的端部各自具有分段通道，并且，其中，所述相应的端部各自具有分段通道；
经由电火花加工，沿着与所述多个通道的第二端部对准的第一及第二侧缘，而形成目标特征；
在形成所述目标特征之后，将预烧结的预成形层钎焊至所述第二横侧面，其中，所述预烧结的预成形层包括配置成与所述热气流路交界的第一表面，和同所述主体一起限定所述多个通道的第二表面；以及
在将所述预烧结的预成形层钎焊至所述第二横侧面之后，借助于利用电极的爆孔操作，经由电火花加工，而在所述多个通道的各个第二端部中形成多个出口特征中的相应出口特征。
实施方案18．根据实施方案17所述的方法，包括对所述多个通道的第二端部和所述出口特征内的冷却流体的流量计量。
实施方案19．根据实施方案18所述的方法，包括将所述多个出口特征形成为，具有位于所述出口特征的上游的第一部分和位于所述出口特征的下游的第二部分，其中，所述第一部分具有所述第一方向上的第一宽度，并且，所述第二部分具有所述第一方向上的第二宽度，并且，所述第二宽度大于所述第一宽度。
实施方案20．根据实施方案17所述的护罩段，形成沿所述第一方向延伸跨过所述第二端部的第一主体部分，从而朝向所述第二横侧面沿径向方向延伸。
附图说明
在参考附图来阅读以下的详细描述时，将更清楚地理解本发明主题的这些及其他特征、方面以及优点，其中，在整个附图中，相同的字符表示相同的零件，其中：
图1是具有带有冷却通道的涡轮护罩的涡轮系统的一实施例的框图；
图2是与外涡轮护罩段联接的内涡轮护罩段的一实施例的透视图；
图3是内涡轮护罩段的一实施例的仰视图(例如，取向为朝向热气流路的横侧面的视图)；
图4是内涡轮护罩段的一实施例的顶视图(例如，与腔交界的横侧面的视图)；
图5是图4的内涡轮护罩段的一部分的一实施例的沿着线5-5截取的透视横截面图(其中入口通路和通道以虚线示出)；
图6是内涡轮护罩段的一部分的一实施例的透视图；
图7描绘了一实施例，该实施例描绘了分段冷却通道的端部；
图8描绘了一实施例，该实施例描绘了分段冷却通道的端部的尺寸；
图9描绘了用于形成冷却通道内的出口特征的电极；并且，
图10是用于制造内涡轮护罩段的方法的一实施例的流程图。
具体实施方式
将在下文中描述本主题的一个或更多个具体的实施例。为了提供对这些实施例的简明的描述，可能未在说明书中描述实际的实现方案的所有的特征。应当意识到，在任何这样的实际的实现方案的开发中，如在任何工程或设计项目中，必须作出许多实现方案所特有的决策，以实现开发者的特定目标，比如遵循可能因实现方案而异的与系统相关的约束和与商业相关的约束。此外，应当意识到，这样的开发努力可能复杂而费时，但对于得益于本公开的普通技术人员而言，将不过是设计、制备和制造的常规事业。
在介绍本主题的各种实施例的元件时，冠词“一”、“一个”、“该”以及“所述”旨在意指存在一个或更多个元件。术语“包括”、“包含”以及“具有”旨在为包含性的，并且意指可能存在除了所列出的元件之外的另外的元件。
如在下文中详细地讨论的，与燃气发动机相关联的涡轮护罩的某些实施例减少涡轮叶片的压力侧与吸力侧之间的热气泄漏。涡轮护罩还将冷却流(例如，空气)提供给涡轮叶片，以减少叶片及相关联的叶片构件的过早失效。如本文中所描述的涡轮护罩利用了多个冷却通道。冷却通道包括至少第一及第二冷却通道。第一冷却通道包括第一端部和第二端部。第二冷却通道包括第三端部和第四端部。第一端部和第三端部设置成与护罩主体的第一侧缘相邻。第二端部和第四端部设置成与护罩主体的第二侧缘相邻。
第一及第二通道配置成从腔中接收冷却流体(例如，空气)，其中，该腔由与外护罩段联接的内护罩段形成。第二端部包括具有第一出口特征的第一分段通道，并且，第三端部包括具有第二出口特征的第二分段通道。这些出口特征通过使通道免于暴露于斜面(侧面)直到完成涂覆工艺之后为止，从而减少了(多次)涂覆操作期间的通道的堵塞。这些出口特征还可以充当对通道内的冷却流体的流量进行调节的计量特征。可以通过比如放电加工之类的合适工艺来形成第一及第二冷却通道和第一及第二出口特征。例如，能够通过电火花加工而在护罩主体内形成第一及第二冷却通道，第一及第二冷却通道从与护罩主体相邻的第一侧延伸至与护罩主体的第二侧缘相邻的第二侧。可以通过比如电火花加工之类的任何合适工艺来形成沿着第一及第二侧缘的出口特征(例如，搭接部分)。经由比如电火花加工之类的合适加工而在通道的端部(例如，第二端部)内形成出口特征。然后，可以使用爆孔(hole popping)操作来形成出口特征及冷却通路，以便使冷却流体流过出口特征及冷却通路，从而改进涡轮护罩的冷却。
来看附图，图1是涡轮系统10的实施例的框图。如在下文中详细地描述的，所公开的涡轮系统10(例如，燃气涡轮发动机)可以采用具有下文中所描述的冷却通道的涡轮护罩或其他构件，这些冷却通道可以减少热气路径构件中的应力模式，并且改进涡轮系统10的效率。涡轮系统10可以使用液体或气体燃料，比如天然气和/或富氢合成气，来驱动涡轮系统10。如所描绘的，燃料喷嘴12将燃料源14吸入，使燃料与比如空气、氧气、富氧空气、氧气减少的空气或这些气体的任何组合之类的氧化剂混合。虽然下文的讨论将氧化剂当作空气，但任何合适的氧化剂都可以与所公开的实施例一起使用。一旦使燃料和空气混合，燃料喷嘴12就将燃料与空气的混合物以合适的比分配至燃烧器16中，以便实现最佳的燃烧、排放、燃料消耗以及功率输出。涡轮系统10可以包括一个或更多个燃料喷嘴12，燃料喷嘴12位于一个或更多个燃烧器16内侧。燃料与空气的混合物在燃烧器16内的室中燃烧，从而造成热的加压的废气。燃烧器16引导废气(例如，热的加压气体)通过过渡件而到达涡轮喷嘴(或“第一级喷嘴”)及其他多级轮叶(或叶片)和喷嘴中，导致涡轮18在涡轮壳体19(例如，外壳体)内的旋转。废气流向排气出口20。当废气经过涡轮18时，气体迫使涡轮轮叶(或叶片)使沿着涡轮系统10的轴线的轴22旋转。如图所示，轴22可以与涡轮系统10的包括压缩机24的各种构件连接。压缩机24还包括与轴22联接的叶片。当轴22旋转时，压缩机24内的叶片也旋转，从而使从空气进气口26通过压缩机24而到达燃料喷嘴12和/或燃烧器16中的空气被压缩。可以使来自压缩机24的一部分的压缩后的空气(例如，所排放的空气)转向至涡轮18或其构件，而不经过燃烧器16。可以利用所排放的空气(例如，冷却流体)，使比如定子上的护罩和喷嘴连同转子上的轮叶、盘以及间隔件一起之类的涡轮构件冷却。轴22还可以与负荷28连接，例如，负荷28可以是汽车或比如发电厂中的发电机或飞机上的螺旋桨之类的固定式负荷。负荷28可以包括能够通过涡轮系统10的旋转输出而提供动力的任何合适的装置。涡轮系统10可以沿着轴向轴线或方向30、朝向或远离轴线30的径向方向32以及围绕轴线30的周向方向34延伸。在实施例中，热气构件(例如，涡轮护罩、喷嘴等)位于涡轮18中，其中，热气流经构件，导致涡轮构件的蠕变、氧化、磨损以及热疲劳。涡轮18可以包括具有冷却通路(例如，近表面的微通道)的一个或更多个涡轮护罩段(例如，内涡轮护罩段)，以使得能够对热气路径构件的温度进行控制(例如，利用比用于护罩的典型的冷却系统更少的冷却空气)，从而减少构件中的受损模式(distress mode)，以延长构件的服役寿命(当执行其预期功能时)，减少与使涡轮系统10运行相关联的成本，并且改进燃气涡轮系统10的效率。
图2是内涡轮护罩段36的实施例的透视图，内涡轮护罩段36与外涡轮护罩段38联接，以形成涡轮护罩段40。涡轮18包括多个涡轮护罩段40，多个涡轮护罩段40共同形成围绕相应涡轮级的相应环。在某些实施例中，涡轮18可以包括多个内涡轮护罩段36，内涡轮护罩段36与各涡轮护罩段40的相应外涡轮护罩段38联接，外涡轮护罩段38围绕涡轮18(及涡轮级)的旋转轴线沿周向方向34设置。在其他实施例中，涡轮18可以包括多个内涡轮护罩段36，内涡轮护罩段36与外涡轮护罩段38联接，以形成涡轮护罩段40。
如所描绘的，内涡轮护罩段40包括主体42，主体42具有上游缘或前缘44和下游缘或后缘46，上游缘或前缘44和下游缘或后缘46两者都与热气流路47交界。主体42还包括第一侧缘48(例如，第一斜面)和第二侧缘50(例如，第二斜面)，第二侧缘50设置成与第一侧缘48相对，第一侧缘48和第二侧缘50两者都在前缘44与后缘46之间延伸。主体42进一步包括一对对置的横侧面52、54，横侧面52、54在前缘和后缘44、46与第一及第二侧缘48、50之间延伸。在某些实施例中，主体42(具体地，横侧面52、54)可以在第一及第二侧缘48、50之间沿周向方向34且/或在前缘和后缘44、46之间沿轴向方向30呈弧形。横侧面52配置成与腔56交界，其中，腔56限定于内涡轮护罩段36与外涡轮护罩段38之间。横侧面54配置成朝向涡轮18内的热气流路47取向。
如在下文中更详细地描述的，主体42可以包括多个通道(例如，冷却通道或微通道)，多个通道设置于横侧面54内，以帮助使热气流路构件(例如，涡轮护罩40、内涡轮护罩段36等)冷却。预烧结的预成形件(PSP)层58可以设置于(例如，钎焊至)横侧面54上，以便PSP层58的第一表面60与主体42一起限定(例如，包围)通道，并且，PSP层58的第二表面62与热气流路47交界(interface)。PSP层58可以由超合金和钎焊材料形成。在某些实施例中，热障涂层(TBC)可以设置于PSP层54上。TBC可以由热障材料形成，比如陶瓷(例如，氧化钇稳定的氧化锆)和/或耐火氧化物(例如，由第IV、V以及VI族元素形成的氧化物、通过比如La、Nd，Gd、Yb等之类的镧系元素而改性的氧化物)。在某些实施例中，作为PSP层58的备选方案，非PSP金属片可以设置于横侧面54上，其中，横侧面54与主体42一起限定通道。在某些实施例中，可以将通道在横侧面54附近全部地铸造于主体42内。在某些实施例中，作为PSP层58的备选方案，可以利用屏障涂层或TBC搭接来包围主体42内的通道。
主体42包括钩部分64、66，以允许将内涡轮护罩涡轮段36与外涡轮护罩段38联接。例如，钩部分64(设置成与前缘44相邻)可以配合于外涡轮护罩段38的凹陷部68内。钩部分66可以抵靠着外涡轮护罩段38的钩部分70，钩部分66和钩部分70经由保持器72而联接在一起。如上文中所提到的，内涡轮护罩段36和外涡轮护罩段38的横侧面52限定腔56。外涡轮护罩段38大体上接近来自压缩机24的涡轮18中的相对地较冷(即，比热气流路47中的温度更冷)的流体或空气。外涡轮护罩段38包括接收来自压缩机24的冷却流体或空气的通路(未示出)，该通路将冷却流体提供给腔56。如在下文中更详细地描述的，冷却流体经由入口通路而流动至内涡轮护罩段36的主体42内的通道，其中，入口通路设置于主体42内，从横侧面52延伸至通道。各通道包括第一端部和第二端部，第一端部包括钩状部分，钩状部分具有自由端。第二端部可以包括出口特征(例如，延伸至通道中的一部分的主体42)，以便通过使通道74免于暴露于斜面(侧面)，直到完成涂覆工艺之后为止，从而减少(多次)涂覆操作期间的通道74的堵塞。出口特征还能够充当对通道74内的冷却流体的流量进行调节的计量特征。在某些实施例中，各通道本身(将第二端部排除在外)充当计量特征(例如，包括延伸至通道中的主体42的一部分)。在其他实施例中，与钩状部分联接的入口通路可以包括计量特征(例如，延伸至入口通路中的主体42的部分)。在某些实施例中，通道本身、第二端部或入口通路或以上的部件的组合包括计量特征。另外，冷却流体经由第一侧缘48和/或第二侧缘50处的第二端部而退出通道(及主体42)。在某些实施例中，通道可以按交替的模式布置，通道具有设置成与第一侧缘48相邻的第一端部和设置成与第二侧缘50相邻的第二端部，而相邻的通道具有相对的取向(即，第一端部设置成与第二侧缘50相邻，并且，第二端部设置成与第一侧缘48相邻)。通道的钩状部分通过在将流量保持为最小值的同时，延长与斜面相邻的冷却通道的长度，从而提供更大的冷却区域(例如，比用于涡轮护罩的典型的冷却系统更大)。另外，钩状部分允许通道的直线部分的更好的间距。还使通道的形状优化，从而万一通道发生堵塞，则提供充分的冷却。内涡轮护罩段的所公开的实施例可以允许以更少的空气(例如，与用于涡轮护罩的典型的冷却系统相比)使内涡轮护罩段冷却，导致降低与用于冷却的付费空气方面相关的成本。
图3是不具有PSP层58的内涡轮护罩段36的实施例的仰视图(例如，取向为朝向热气流路的主体42的横侧面54的视图)。如所描绘的，主体42包括多个通道74(例如，冷却通道或微通道)，通道74设置于横侧面54内。主体42可以包括2至40个或更多个通道74(如所描绘的，主体42包括23个通道74)。各通道74配置成从腔56接收冷却流体。各通道74包括第一端部76，第一端部76包括钩状部分78，钩状部分78具有自由端80。各钩状部分78具有在大约0.05至4 mm，0.1至3毫米(mm)、1.14至2.5 mm以及其间的所有的子范围的范围内变动的钩转弯半径。如在下文中更详细地描述的，各钩状部分78的自由端80与入口通路联接，入口通路允许通道74从腔56接收冷却流体。钩状部分78的弯曲允许将更多的通道74设置于横侧面54内。另外，钩状部分78通过在将流量保持为最小值的同时，延长与侧缘48、50相邻的冷却通道74的长度，从而提供更大的冷却区域(例如，比与用于涡轮护罩的典型的冷却系统更大)。另外，钩状部分78允许通道74的直线部分的更好的间距。而且，钩状部分78的折回允许使通道的直线部分均等地远离相邻的通道，以筹划(cook)护罩段36的主体42的主要部分。在某些实施例中，能够调整钩状部分78，以允许将通道74的直线部分的间距针对热量更高的负荷带而更紧密地组合(packed)。总体上，还使通道74的形状优化，以便万一在通道74发生堵塞的情形下提供充分的冷却。各通道74还包括第二端部82，第二端部82允许所耗费的冷却流体经由侧缘48、50且经由如箭头84所指示的出口孔而退出主体42。在某些实施例中，第二端部82包括计量特征，该计量特征配置成对相应通道74内的冷却流体的流量进行调节(例如，计量)。在某些实施例中，各通道74可以形成第二端部82处的分段通道。具体地，主体42的搭接部分可以在第二端部82内延伸跨过各通道74(例如，沿从前缘44至后缘46的方向)，通道74的一部分位于搭接部分的上游，并且，通道74的一部分位于搭接部分的下游。通路可以在搭接部分的下方延伸，将通道74的位于搭接部分的上游和下游的部分流体连接。在某些实施例中，各通道74本身(将第二端部82排除在外)充当计量特征(例如，包括延伸至通道中的主体42的一部分)。在其他实施例中，与钩状部分78联接的入口通路可以包括计量特征(例如，延伸至入口通路中的主体42的部分)。在某些实施例中，通道74本身、第二端部82或入口通路或这些部件的组合，包括计量特征。
如所描绘的，一些通道74(例如，通道86)包括设置成与侧缘50相邻的第一端部76的钩状部分78和设置成与侧缘48相邻的第二端部82，而一些通道74(例如，通道88)包括设置成与侧缘48相邻的第一端部76的钩状部分78和设置成与侧缘50相邻的第二端部82。在某些实施例中，通道74以交替的模式设置(例如，通道86、88)，一个通道74具有设置成与一个侧缘48或50相邻的钩状部分78和设置成与相对的侧缘48或50相邻的第二端部82(例如，在某些实施例中，具有计量特征)，相邻的通道74具有相对的取向。如所描绘的，通道74在侧缘48、50之间从与前缘44相邻的位置延伸至与后缘46相邻的位置。在某些实施例中，通道74可以在侧缘48、50之间延伸而覆盖主体42的位于前缘44与后缘46之间的长度90的大约百分之50至90、百分之50至70、百分之70至90及其中的所有的子范围。例如，通道74可以在侧缘48、50之间延伸而覆盖长度90的大约百分之50、55、60、65、70、75、80、85、或90。这允许不但沿着侧缘48、50两者都冷却，而且还在前缘44与后缘46之间和侧缘48、50之间横过主体42的相当大的部分(具体地，取向为朝向热气流路47的横侧面54)而冷却。
图4是内涡轮护罩段36的实施例的顶视图(例如，与腔56交界的横侧面52的视图)。如所描绘的，主体包括多个开口或孔隙92，开口或孔隙92允许冷却流体而从腔56经由入口通路而流动至通道74中。图5是图4的内涡轮护罩段36的实施例的沿着线5-5截取的透视横截面图。如所描绘的，入口通路94(以虚线示出)大致沿着径向方向32从通道74的钩状部分78的自由端80延伸至横侧面52，以允许冷却流体流动至通道74中。在某些实施例中，入口通路94可以相对于横侧面54而成角度。例如，入口通路94的角可以在大约45与90度之间、45与70度之间、70与90度之间及其中的所有的子范围的范围内变动。
图6是内涡轮护罩段36(例如，不具有PSP层58)的实施例的一部分的透视图，图示通道74的第二端部82的分段通道96。在某些实施例中，第二端部82包括计量特征(例如，搭接部分98)，计量特征配置成对相应的通道74内的冷却流体的流量进行调节(例如，计量)。具体地，主体42的搭接部分98可以在第二端部82内延伸跨过各通道74(例如，沿从前缘44至后缘46的方向(例如，轴向方向30))，以形成分段通道96，通道74的部分100位于搭接部分98的上游，并且，通道74的部分102位于搭接部分98的下游。搭接部分98还可以沿径向方向32部分地延伸至通道74中。通路104可以在搭接部分98的下方延伸，将通道74的位于通道74的上游和下游的部分100、102流体连接，以允许冷却流体经由出口孔105而退出。在某些实施例中，各通道74本身(将第二端部82排除在外)充当计量特征(例如，包括延伸至通道中的一部分的主体42)。在其他实施例中，与钩状部分78联接的入口通路94可以包括计量特征(例如，延伸至入口通路中的该部分的主体42)。在某些实施例中，通道74本身、第二端部82或入口通路94或以上的部件的组合包括计量特征。
图7描绘了实施例，该实施例描绘分段冷却通道74的端部81(例如，第二端部82、第三端部83)。在所图示的实施例中，端部81包括具有出口特征106(例如，搭接部分98)的分段冷却通道(例如，第一分段冷却通道96、第二分段通道108)。出口特征106由电极形成(如在下文中关于图9而详细地描述)。在一些实施例中，出口特征106分别对比如第一通道86和第二通道88内的空气之类的冷却流体的流量进行调节或计量。
图8描绘了实施例，该实施例描绘分段冷却通道74的端部81的尺寸。端部81可以包括：第一部分112，设置成与出口特征106相邻，并且，位于出口特征106的上游部75；和第二部分114，设置成与出口特征106相邻，并且，位于出口特征106的下游部77。在所图示的实施例中，第一部分112具有第一方向122(例如，轴向方向30)上的第一宽度120。第二部分114具有第一方向(例如，轴向方向30)上的第二宽度122，并且，第二宽度122比第一宽度120更大。在一些实施例中，第二宽度122可以是第一宽度120的宽度的至少2、3、4、5、6、7、8或更多倍。
在所图示的实施例中，可以将出口特征106电火花加工至护罩主体42中。出口特征106包括主体部分，该主体部分沿第一方向(例如，轴向方向30)延伸跨过通道74的端部81。内护罩段36包括主体部分，该主体部分沿径向方向32朝向第二横侧面54(例如，与热气流路流体连通的外部部分)延伸。
在所图示的实施例中，内护罩段36包括第一通路86和第二通路88。第一及第二通路86、88具有第三方向(例如，径向方向32)上的由箭头124描绘的第三宽度，第三宽度可以比第一宽度120和第二宽度122两者都更窄。第二端部82和第一主体部分126限定第二端部82的第一部分112与第二部分114之间的第一通路86。
图9描绘了由电极形成的形状，电极形成出口特征106和分段冷却通路74。电极用于创建分段冷却通道74和出口特征106。主体42可以具有径向方向32上的主体高度109。通道高度111可以由电极形成于主体42内，其中，形成有冷却通道74和出口特征106。通道高度111可以是主体高度109的高度的10至75%、25至60%、30至50%以及其间的所有的子范围。
如进一步关于图10而描述的，可以通过比如电火花加工之类的任何合适的制造工艺而将第二端部82的第一及第二部分112、114和第三端部83的第三及第四部分116、118加工至护罩主体42中。可以在将预烧结的预成形层58钎焊或熔融至第二横侧面54上之前，形成第二端部82的第一及第二部分112、114和第三端部83的第三及第四部分116、118。可以通过对冷却通道74进行“爆孔”，从而将第一及第二通路86、88电火花加工至护罩主体42中，以形成分段冷却通道86、88。可以在将预烧结的预成形层58钎焊或熔融至第二横侧面54上之后，通过爆孔操作而将第一及第二通路86、88电火花加工至护罩主体42中。在所图示的实施例中，第一端部76和第四端部85包括钩状部分70，钩状部分70具有自由端80。自由端80形成与各自由端80联接的相应入口通路(例如，冷却通路74)。自由端80沿径向方向32延伸至护罩主体42的第一横侧面52。相应的入口通路(例如，冷却通道52、冷却通路)将比如空气之类的冷却流体从腔提供至相应冷却通道74中的每一个。
图10是用于制造内涡轮护罩段36的方法130的实施例的流程图。方法130包括，铸造主体42(方框132)。方法130还包括，将气路表面研磨（或称“磨光”，“磨削”）至主体42上(方框134)。具体地，可以将配置成取向为朝向热气流路47的横侧面54，在第一及第二侧缘48、50之间沿周向方向34和/或在前缘和后缘44、46之间，沿轴向方向30研磨成弧形。方法130进一步包括，将通道74电火花加工至主体42的横侧面54中(方框136)。方法130还进一步包括，形成(例如，加工、电火花加工等)出口特征或出口标记特征(例如，搭接部分102)，这些特征指示应当对通道74的第二端部82中的出口孔105进行钻孔或电火花加工的位置(方框138)。方法130还进一步包括，将入口通路94从横侧面552形成(例如，机加工、电火花加工等)至通道74的第一端部76的钩状部分78的自由端80(方框140)。方法130包括，将入口通路94的开口或孔隙92遮蔽(方框142)，以阻挡在内涡轮护罩段36的制造的期间在通道74内得到的碎屑。方法130包括，将PSP层58钎焊至横侧面54上(方框144)，以便PSP层58的第一表面60与主体42一起限定(例如，包围)通道74，并且，PSP层58的第二表面62与热气流路47交界。在某些实施例中，作为PSP层58的备选方案，非PSP金属片可以设置于横侧面54上，横侧面54与主体42一起限定通道74。在某些实施例中，作为PSP层58的备选方案，可以利用屏障涂层或TBC搭接来包围主体42内的通道74。方法130还包括，对将PSP层58钎焊到主体42上的钎焊进行检查(方框146)。方法130还进一步包括，加工斜面(例如，侧缘48、50)(方框148)。方法130还进一步包括，从入口通路94的开口92去掉遮蔽(方框150)。方法130甚至还进一步包括，形成(例如，加工、电火花加工等)通道74的第二端部82的出口计量孔105，以允许冷却流体退出侧缘48、50(方框152)。在某些实施例中，可以将通道74、计量特征以及入口通路94铸造于主体42内。
所公开的实施例的技术效果包括，利用多个冷却通道来使涡轮护罩的区域冷却。冷却通道包括至少具有第一及第二端部的第一冷却通道和具有第三及第四端部的第二冷却通道。第二端部包括具有第一出口特征的第一分段通道，并且，第三端部包括具有第二出口特征的第二分段通道。出口特征减少了涂覆操作期间的通道堵塞(例如，通过使通道免于暴露于斜面(侧面)，直到完成涂覆工艺之后为止)。出口特征还可以充当计量特征，以对通道内的冷却流体的流量进行调节。第一及第二冷却通道和第一及第二出口特征可以通过比如电火花加工之类的合适工艺而形成。
本书面描述使用示例来公开本发明，包括最佳方式，并且，还允许本领域任何技术人员实施本发明，包括制作并使用任何装置或系统和执行任何结合的方法。本发明的专利范围由权利要求限定，并且，可以包括本领域技术人员所想到的其他示例。如果这样的其他示例具有与权利要求的字面语言无差异的结构要素，或如果这些示例包括与权利要求的字面语言无实质性差异的等同结构要素，则这些示例旨在属于权利要求的范围内。

Claims (9)

1.一种用于在燃气涡轮发动机的涡轮区段(18)中使用的护罩段，包括：
主体(42)，包括前缘(44)、后缘(46)、第一侧缘(48)、第二侧缘(50)，以及位于所述前缘及所述后缘与所述第一侧缘及所述第二侧缘之间的一对对置的横侧面(52、54)，其中，所述一对对置的横侧面(52、54)中的第一横侧面(52)配置成与具有冷却流体的腔交界，并且所述一对对置的横侧面(52、54)中的第二横侧面(54)取向为朝向热气流路；
第一通道(86)，其设置于所述主体(42)内，其中，所述第一通道(86)包括第一端部(76)和第二端部(82)，所述第一端部(76)设置成与所述第一侧缘(48)相邻，并且所述第二端部(82)设置成与所述第二侧缘(50)相邻；以及
第二通道(88)，其设置于所述主体(42)内，其中，所述第二通道(88)包括第三端部(83)和第四端部，所述第三端部(83)设置成与所述第一侧缘(48)相邻，并且所述第四端部设置成与所述第二侧缘(50)相邻；以及
其中，所述第一通道及所述第二通道配置成从所述腔接收冷却流体以使所述主体(42)冷却，并且其中，所述第二端部(82)包括具有第一出口特征(106)的第一分段通道，并且所述第三端部(83)包括第二分段通道，所述第二分段通道包括第二出口特征(106)，并且所述第一出口特征(106)包括沿从所述前缘(44)至所述后缘(46)的第一方向(30)延伸跨过所述第一通道(86)的所述第二端部(82)的第一主体部分，并且所述第二出口特征(106)包括沿所述第一方向延伸跨过所述第二通道(88)的所述第三端部(83)的第二主体部分。
2.根据权利要求1所述的护罩段，其中，所述第二端部(82)包括第一部分(112)和第二部分(114)，所述第一部分(112)设置成与所述第一出口特征(106)相邻并且位于所述第一出口特征(106)的上游(75)，所述第二部分(114)设置成与所述第一出口特征相邻并且位于所述第一出口特征的下游，并且所述第三端部(83)包括第三部分和第四部分，所述第三部分设置成与所述第二出口特征(106)相邻并且位于所述第二出口特征(106)的上游(75)，所述第四部分设置成与所述第二出口特征(106)相邻并且位于所述第二出口特征(106)的下游，并且其中，所述第一部分和所述第三部分具有所述第一方向(30)上的第一宽度(120)，所述第二部分和所述第四部分具有所述第一方向上的第二宽度，并且所述第二宽度大于所述第一宽度。
3.根据权利要求2所述的护罩段，其中，所述第一主体部分和所述第二主体部分朝向所述第二横侧面(54)沿径向方向延伸。
4.根据权利要求3所述的护罩段，其中，所述第二端部(82)和所述第一主体部分限定位于所述第二端部(82)的所述第一部分和所述第二部分(112、114)之间的第一通路，所述第三端部(83)和所述第二主体部分限定位于所述第三端部(83)的第三部分和第四部分之间的第二通路，并且所述第一通路及所述第二通路具有比第一宽度及第二宽度(120、122)两者都小的在所述径向方向(32)上的第三宽度。
5.根据权利要求4所述的护罩段，包括钎焊到所述第二横侧面(54)上的预烧结的预成形层，其中，所述预烧结的预成形层包括配置成与所述热气流路交界的第一表面(60)以及同所述主体(42)一起限定所述第一通道及所述第二通道(86、88)的第二表面。
6.根据权利要求5所述的护罩段，其中，在将所述预烧结的预成形层钎焊至所述第二横侧面(54)上之前，将所述第二端部(82)的所述第一部分及所述第二部分(112、114)和所述第三端部(83)的所述第三部分及所述第四部分电火花加工至所述主体(42)中。
7.根据权利要求6所述的护罩段，其中，在将所述预烧结的预成形层钎焊至所述第二横侧面(54)上之后，借助于爆孔操作将所述第一通路及所述第二通路电火花加工至所述主体(42)中。
8.根据权利要求1所述的护罩段，其中，所述第一端部(76)和所述第四端部各自包括具有自由端(80)的钩状部分(78)。
9.根据权利要求8所述的护罩段，包括相应的入口通路，所述相应的入口通路联接至各自由端(80)，并且沿径向方向(32)从所述自由端(80)延伸至所述第一横侧面(52)，其中，每个相应的入口通路均配置成将所述冷却流体从所述腔(56)提供至各自的通道。
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