CN107035436B - 用于冷却涡轮护罩的系统和方法 - Google Patents

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Abstract

一种包括本体(42)的护罩节段(40)，该本体(42)包括：前缘(44)、后缘(46)、第一侧缘(48)、第二侧缘(50)，以及一对相对的侧向侧(52,54)。第一侧向侧(52)构造成与具有冷却流体的腔(56)对接，而第二侧向侧(54)朝热气体流动路径(47)定向。护罩节段(40)包括：设置在本体(42)内的第一通道(74)，其具有第一端部和第二端部；以及设置在本体(42)内的第二通道(74)，其具有第三端部和第四端部。第一和第二通道(74)构造成接收来自腔(56)的冷却流体来冷却本体(42)。第一端部和第四端部各自包括具有自由端(80)的钩形部分(78)。

Description

用于冷却涡轮护罩的系统和方法
技术领域
本文公开的主题涉及燃气涡轮发动机，并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
诸如燃气涡轮发动机的涡轮机可包括压缩机、燃烧器和涡轮。气体在压缩机中压缩，与燃料组合，且然后被给送到燃烧器中，在燃烧器中气体/燃料混合物燃烧。高温和高能排出流体然后沿热气体路径给送到涡轮，在涡轮处，流体的能量转换成机械能。沿热气体路径的高温可加热涡轮构件(例如，涡轮护罩)，引起构件的退化。
发明内容
在范围上与原来提出的主题相当的某些实施例在下文中概述。这些实施例不旨在限制提出的主题的范围，而是，这些实施例仅旨在提供主题的可能形式的简要概括。实际上，主题可包含可与下文所述实施例相似或不同的多种形式。
按照第一实施例，提供了一种用于在燃气涡轮发动机的涡轮区段中使用的护罩节段。护罩节段包括：本体，其包括前缘、后缘、第一侧缘、第二侧，以及在前缘与后缘之间且在第一侧缘与第二侧缘之间的一对相对的侧向侧。一对相对的侧向侧中的第一侧向侧构造成与具有冷却流体的腔对接，且一对相对的侧向侧中的第二侧向侧朝热气体流动路径定向。护罩节段还包括设置在本体内的第一通道。第一通道包括第一端部和第二端部。第一端部设置在第一侧缘附近，且第二端部设置在第二侧缘附近。护罩节段还包括设置在本体内的第二通道，其中第二通道包括第三端部和第四端部。第三端部设置在第一侧缘附近，且第四端部设置在第二侧缘附近。第一通道和第二通道构造成接收来自腔的冷却流体来冷却本体。第一端部和第四端部各自包括具有自由端的钩形部分。
按照第二实施例，提供了一种燃气涡轮发动机。燃气涡轮发动机包括：压缩机；燃烧系统；以及涡轮区段。涡轮区段包括：外壳；联接至外壳的外护罩节段；以及联接至外护罩节段来形成腔的内护罩节段，腔构造成接收来自压缩机的冷却流体。内护罩节段包括：本体，其具有前缘、后缘、第一侧缘、第二侧缘，以及在前缘与后缘之间且在第一侧缘与第二侧缘之间的一对相对的侧向侧。一对相对的侧向侧中的第一侧向侧构造成与腔对接，且一对相对的侧向侧中的第二侧向侧朝热气体流动路径定向。内护罩节段包括多个通道，其设置在本体内且从第一侧缘附近延伸至第二侧缘附近。多个通道中的每个通道包括具有钩形部分的第一端部以及第二端部。多个通道构造成接收来自腔的冷却流体来冷却本体。
按照第三实施例，提供了一种用于在燃气涡轮发动机的涡轮区段中使用的护罩节段。护罩节段包括本体，其包括前缘、后缘、第一侧缘、第二侧缘，以及在前缘与后缘之间且在第一侧缘与第二侧缘之间的一对相对的侧向侧。一对相对的侧向侧中的第一侧向侧构造成与具有冷却流体的腔对接，且一对相对的侧向侧中的第二侧向侧朝热气体流动路径定向。护罩节段还包括多个通道，其设置在本体内且从第一侧缘附近延伸至第二侧缘附近，其中多个通道中的每个通道包括具有钩形部分的第一端部以及第二端部。护罩节段还包括多个入口通路的相应的入口通路，其联接至各个自由端且从自由端延伸至第一侧向侧，其中多个入口通路构造成将冷却流体从腔提供至多个通道的相应的通道。
本发明的第一技术方案提供了一种用于在燃气涡轮发动机的涡轮区段中使用的护罩节段，包括：本体，其包括前缘、后缘、第一侧缘、第二侧缘，以及在所述前缘与所述后缘之间且在所述第一侧缘与所述第二侧缘之间的一对相对的侧向侧，其中所述一对相对的侧向侧中的第一侧向侧构造成与具有冷却流体的腔对接，且所述一对相对的侧向侧中的第二侧向侧朝热气体流动路径定向；设置在所述本体内的第一通道，其中所述第一通道包括第一端部和第二端部，所述第一端部设置在所述第一侧缘附近，且所述第二端部设置在所述第二侧缘附近；以及设置在所述本体内的第二通道，其中所述第二通道包括第三端部和第四端部，所述第三端部设置在所述第一侧缘附近，且所述第四端部设置在所述第二侧缘附近；以及其中所述第一通道和所述第二通道构造成接收来自所述腔的所述冷却流体来冷却所述本体，以及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形部分。
本发明的第二技术方案是在第一技术方案中，包括多个所述第一通道和多个所述第二通道。
本发明的第三技术方案是在第二技术方案中，所述多个第一通道和所述多个第二通道布置成交错图案，其中所述多个第一通道中的每一个第一通道设置在所述多个第二通道中的相应的第二通道附近。
本发明的第四技术方案是在第一技术方案中，包括相应的入口通路，其联接至各个自由端且沿径向方向从所述自由端延伸至所述第一侧向侧，其中各个相应的入口通路构造成将所述冷却流体从所述腔提供至相应的通道。
本发明的第五技术方案是在第五技术方案中，所述相应的入口通路被放电加工到所述本体中。
本发明的第六技术方案是在第一技术方案中，包括：第一出口通路，其联接至所述第二端部且从所述第二端部延伸至所述第二侧缘；以及第二出口通路，其联接至所述第三端部且从所述第三端部延伸至所述第一侧缘，其中所述第一出口通路和所述第二出口通路构造成将所述冷却流体从所述护罩节段排出。
本发明的第七技术方案是在第六技术方案中，所述第一出口通路和所述第二出口通路构造成分别计量第一和第二通路内的所述冷却流体的流。
本发明的第八技术方案是在第六技术方案中，所述第一出口通路和所述第二出口通路被放电加工到所述本体中。
本发明的第九技术方案是在第一技术方案中，所述第一通道和所述第二通道被放电加工到所述本体中。
本发明的第十技术方案是在第一技术方案中，包括将预烧结预成形件层硬钎焊到所述第二侧向侧上，其中所述预烧结预成形件层包括构造成与所述热气体流动路径对接的第一表面和与所述本体一起限定所述第一通道和所述第二通道的第二表面。
本发明的第十一技术方案提供了一种燃气涡轮发动机，包括：压缩机；燃烧系统；以及涡轮区段，其包括：外壳；联接至所述外壳的外护罩节段；联接至所述外护罩节段来形成腔的内护罩节段，所述腔构造成接收来自所述压缩机的冷却流体，其中所述内护罩节段包括：本体，其包括前缘、后缘、第一侧缘、第二侧缘，以及在所述前缘与所述后缘之间且在所述第一侧缘与所述第二侧缘之间的一对相对的侧向侧，其中所述一对相对的侧向侧中的第一侧向侧构造成与所述腔对接，且所述一对相对的侧向侧中的第二侧向侧朝热气体流动路径定向；多个通道，其设置在所述本体内且从所述第一侧缘附近延伸至所述第二侧缘附近，其中所述多个通道中的每个通道包括具有钩形部分的第一端部以及第二端部；以及其中所述多个通道构造成接收来自所述腔的所述冷却流体来冷却所述本体。
本发明的第十二技术方案是在第十一技术方案中，所述多个通道包括：设置在所述本体内的第一通道，其具有设置在所述第一侧缘附近的相应第一端部和设置在所述第二侧缘附近的相应第二端部；以及设置在所述本体内的第二通道，其具有设置在所述第一侧缘附近的相应第一端部和设置在所述第二侧附近的相应第二端部。
本发明的第十三技术方案是在第十二技术方案中，所述多个通道包括多个所述第一通道和多个所述第二通道，其中所述多个第一通道和所述多个第二通道布置成交错图案，其中所述多个第一通道中的每一个第一通道设置在所述多个第二通道中的相应的第二通道附近。
本发明的第十四技术方案是在第十一技术方案中，包括多个入口通路，其分别联接至各个自由端且沿径向方向从所述自由端延伸至所述第一侧向侧，其中所述多个入口通路构造成将所述冷却流体从所述腔提供至所述多个通道的相应的通道。
本发明的第十五技术方案是在第十一技术方案中，包括多个出口通路，其联接至各个第二端部且从所述第二端部延伸至所述第一侧缘或所述第二侧缘，其中所述多个出口通路构造成将所述冷却流体从所述内护罩节段排出。
本发明的第十六技术方案是在第十一技术方案中，包括硬钎焊到所述第二侧向侧上的预烧结预成形件层，其中所述预烧结预成形件层包括构造成与所述热气体流动路径对接的第一表面和与所述本体一起限定所述多个通道的第二表面。
本发明的第十七技术方案是在第十一技术方案中，包括围绕所述涡轮区段的旋转轴线周向地设置的多个内护罩节段。
本发明的第十八技术方案提供了一种用于在燃气涡轮发动机的涡轮区段中使用的护罩节段，包括：本体，其包括前缘、后缘、第一侧缘、第二侧缘，以及在所述前缘与所述后缘之间且在所述第一侧缘与所述第二侧缘之间的一对相对的侧向侧，其中所述一对相对的侧向侧中的第一侧向侧构造成与具有冷却流体的腔对接，且所述一对相对的侧向侧中的第二侧向侧朝热气体流动路径定向；多个通道，其设置在所述本体内且从所述第一侧缘附近延伸至所述第二侧缘附近，其中所述多个通道中的每个通道包括具有钩形部分的第一端部以及第二端部；以及多个入口通路的相应的入口通路，其联接至各个自由端且从所述自由端延伸至所述第一侧向侧，其中所述多个入口通路构造成将所述冷却流体从所述腔提供至所述多个通道的相应的通道。
本发明的第十九技术方案是在第十八技术方案中，包括硬钎焊到所述第二侧向侧上的预烧结预成形件层，其中所述预烧结预成形件层包括构造成与所述热气体流动路径对接的第一表面和与所述本体一起限定所述多个通道的第二表面。
本发明的第二十技术方案是在第十八技术方案中，包括多个出口通路的相应的出口通路，其联接至各个第二端部且从所述第二端部延伸至第一侧或所述第二侧缘，其中所述多个出口通路构造成将所述冷却流体从所述内护罩节段排出。
附图说明
在参照附图阅读以下详细描述时，本主题的这些及其它特征、方面和优点将变得更好理解，附图中相似的标号表示附图各处相似的部分，在附图中：
图1为具有带冷却通道的涡轮护罩的涡轮系统的实施例的框图；
图2为联接到外涡轮护罩节段上的内涡轮护罩节段的实施例的透视图；
图3为内涡轮护罩节段的实施例的底视图(例如，朝热气体流动路径定向的侧向侧的视图)；
图4为内涡轮护罩节段的实施例的顶视图(例如，与腔对接的侧向侧的视图)；
图5为沿线5-5截取的图4的内涡轮护罩节段的一部分的实施例的透视截面视图(其中以虚线示出了入口通路和通道)；
图6为内涡轮护罩节段的一部分的实施例的透视图；以及
图7为用于制造内涡轮护罩节段的方法的实施例的流程图。
零件列表
10 涡轮系统
12 燃料喷嘴
14 燃料供应
16 燃烧器
18 涡轮
19 涡轮壳
20 排气出口
22 轴
24 压缩机
26 进气口
28 负载
30 轴向方向
32 径向方向
34 周向方向
36 内涡轮护罩节段
38 外涡轮护罩节段
40 涡轮护罩节段
42 本体
44 前缘
46 后缘
47 热气体流动路径
48 第一侧缘
50 第二侧缘
52 侧向侧
54 侧向侧
56 腔
58 预烧结的预成形件层
60 第一表面
62 第二表面
74 通道
76 第一端部
78 钩形部分
80 自由端
82 第二端部
84 箭头
86 通道
88 通道
90 长度
92 开口
94 入口通路
96 分段式通道
98 桥接部分
100 部分
102 部分
104 通路
105 出口孔
106 方法
108 步骤
110 步骤
112 步骤
114 步骤
116 步骤
118 步骤
120 步骤
122 步骤
124 步骤
126 步骤
128 步骤
130 步骤
132 步骤。
具体实施方式
下文将描述本主题的一个或更多个特定实施例。为了提供这些实施例的简要描述，可在说明书中不描述实际实施方式的所有特征。应当认识到的是，在任何此类实际实施方式的开发中，如任何工程项目中那样，必须进行许多实施方式特有的决定来实现开发者的特定目标，诸如符合系统相关和商业相关的约束，这可从一个实施方式到另一个不同。此外，应当认识到的是，此开发工作可能复杂且耗时的，但对于受益于本公开内容的普通技术人员仍是制造和生产的例行任务。
当介绍本主题的各种实施例的元件时，词语"一个"、"一种"、"该"和"所述"旨在意指存在一个或更多个元件。用语"包括"、"包含"和"具有"旨在为包含性的，且意思是可存在除所列元件之外的附加元件。
本公开内容针对用于冷却沿热气体流动路径设置的涡轮的构件(例如，涡轮护罩)的系统及方法。具体而言，内涡轮护罩节段包括本体，其包括设置在朝热气体流动路径定向的侧向侧上的近表面通道(例如，微通道)。设置(例如，硬钎焊)在带有通道的侧向侧上的预烧结预成形件层与本体一起限定通道。各个通道均包括具有钩形部分的第一端部，以及第二端部。在某些实施例中，第二端部可包括计量特征。在某些实施例中，各个通道自身(排除第二端部)用作计量特征。在其它实施例中，联接到钩形部分上的入口通路可包括计量特征。在某些实施例中，通道自身、第二端部或入口通路或它们的组合包括计量特征。通道在相反侧缘(例如，斜面)之间延伸。在某些实施例中，通道以交错图案设置在本体内，其中一个通道具有设置在一侧边缘附近的钩形部分和设置在相对侧缘附近的第二端部，而相邻通道具有相对定向。通道构造成经由入口通路接收来自腔(例如，浴缸)的冷却流体(例如，来自压缩机的排出空气或冲击后空气)，腔由内涡轮护罩节段和联接到内涡轮护罩节段的外涡轮护罩节段限定，入口通路联接到与腔对接的内涡轮护罩节段的侧向侧(即，与朝热气体流动路径定向的侧向侧相对的侧向侧)。通道的出口通路经由出口孔从本体排出冷却流体(例如，用过的冷却流体)。通道的钩形部分在保持流动最小的同时通过在斜面附近增加一段冷却通道来提供较大的冷却区域(例如，大于用于涡轮护罩的典型冷却系统)。另外，钩形部分允许通道的直部分的较好间距。通道的形状还优化成在堵住通道的情况中提供的足够的冷却。内涡轮护罩节段的公开实施例可允许以较少空气(例如，少于用于涡轮护罩的典型冷却系统)冷却内涡轮护罩节段，导致与用于冷却的可充空气方面相关联的成本降低。
转到附图，图1为涡轮系统10的实施例的框图。如下文详细所述，公开的涡轮系统10(例如，燃气涡轮发动机)可使用具有下文所述的冷却通道的涡轮护罩，该冷却通道可减小热气体路径构件的应力模式，且改善涡轮系统10的效率。涡轮系统10可使用液体或气体燃料(诸如天然气和/或富氢合成气体)以驱动涡轮系统10。如图所示，燃料喷嘴12吸入燃料供应14，使燃料与诸如空气、氧、富氧空气、少氧空气或它们的任何组合的氧化剂混合。尽管以下论述将氧化剂称为空气，但任何适合的氧化剂都可结合公开的实施例使用。一旦燃料和空气混合，则燃料喷嘴12将燃料空气混合物以适合的比率分送到燃烧器16中，以用于最佳的燃烧、排放、燃料消耗和功率输出。涡轮系统10可包括位于一个或更多个燃烧器16内的一个或更多个燃料喷嘴12。燃料空气混合物在燃烧器16内的室中燃烧，由此产生热加压排出气体。燃烧器16引导排出气体(例如，热加压气体)穿过过渡件进入涡轮喷嘴(或"一级喷嘴")，以及其它级的轮叶(或叶片)和喷嘴，引起涡轮18在涡轮壳19(例如，外壳)内旋转。排出气体朝排气出口20流动。当排出气体经过涡轮18时，气体迫使涡轮轮叶(或叶片)使轴22沿涡轮系统10的轴线旋转。如图所示，轴22可连接到涡轮系统10的各种构件上，包括压缩机24。压缩机24还包括联接到轴22上的叶片。当轴旋转22时，压缩机24内的叶片也旋转，由此压缩从进气口26穿过压缩机24且进入燃料喷嘴12和/或燃烧器16的空气。来自压缩机24的压缩的空气(例如，排出空气)的一部分可转移到涡轮18或其构件，而不经过燃烧器16。排出的空气(例如，冷却流体)可用于冷却涡轮构件，诸如护罩和定子上的喷嘴，连同转子上的轮叶、盘和隔板。轴22还可连接到负载28上，其可为车辆或静止负载，例如，发电设备中的发电机或飞行器上的螺旋桨。负载28可包括能够由涡轮系统10的旋转输出供能的任何适合的装置。涡轮系统10可沿轴向轴线或方向30、朝向或远离轴线30的径向方向32和围绕轴线30的周向方向34延伸。在实施例中，热气体构件(例如，涡轮护罩、喷嘴等)位于涡轮18中，其中热气体流动跨过构件，引起涡轮构件的蠕变、氧化、磨损和热疲劳。涡轮18可包括具有冷却通路(例如，近表面微通道)的一个或更多个涡轮护罩节段(例如，内涡轮护罩节段)，以允许控制热气体路径构件的温度(例如，使用少于用于护罩的典型冷却系统的冷却空气)，以减少构件中的危害模式，来延长构件的使用寿命(同时执行其预期功能)，减少与操作涡轮系统10相关联的成本，且改善燃气轮机系统10的效率。
图2为联接到外涡轮护罩节段38上来形成涡轮护罩节段40的内涡轮护罩节段36的实施的透视图。涡轮18包括多个涡轮护罩节段40，其一起形成围绕相应涡轮级的相应的环。在某些实施例中，涡轮18可包括联接到围绕涡轮18(和涡轮级)的旋转轴线沿周向方向34设置的各个涡轮护罩节段40的相应外涡轮护罩节段38上的多个内涡轮护罩节段36。在其它实施例中，涡轮18可包括联接到外涡轮护罩节段38上来形成涡轮护罩节段40的多个内涡轮护罩节段38。
如图所示，内涡轮护罩节段40包括本体42，其具有都与热气体流动路径47对接的上游或前缘44和下游或后缘46。本体42还包括都在前缘44与后缘46之间延伸的第一侧缘48(例如，第一斜面)和设置成与第一侧缘48相对的第二侧缘50(例如，第二斜面)。本体42还包括在前缘44与后缘46和第一侧缘48与第二侧缘50之间延伸的一对相对的侧向侧52,54。在某些实施例中，本体42(具体是侧向侧52,54)可在第一侧向侧48与第二侧向侧50之间的周向方向34上和/或前缘44与后缘46之间的轴向方向30上为弧形。侧向侧52构造成与限定在内涡轮护罩节段36与外涡轮护罩节段38之间的腔56对接。侧向侧54构造成朝涡轮18内的热气体流动路径47定向。
如下文更详细所述，本体42可包括设置在侧向侧54内的多个通道(例如，冷却通道或微通道)，以有助于冷却热气体流动路径构件(例如，涡轮护罩40、内涡轮护罩节段36，等)。预烧结预成形件(PSP)层58可设置(例如，硬钎焊)在侧向侧54上，使得PSP层58的第一表面60与本体42一起限定(例如，包围)通道，且PSP层58的第二表面62与热气体流动路径47对接。PSP层58可由超级合金和硬钎焊材料形成。在某些实施例中，作为PSP层58的替代方案，非PSP金属片可设置在侧向侧54上，其与本体42一起限定通道。在某些实施例中，通道可完全铸造在侧向侧54附近的本体42内。在某些实施例中，作为PSP层58的替代方案，阻隔涂层或热障涂层桥接物可用于包围本体42内的通道。
在某些实施例中，本体42包括钩部分，以允许内涡轮护罩涡轮节段36联接到外涡轮护罩节段38上。如上文所述，内涡轮护罩节段36的侧向侧52和外涡轮护罩节段38限定腔56。外涡轮护罩节段38大体上邻近来自压缩机24的涡轮18中的相对冷的流体或空气(即，比热气体流动路径47中的温度更冷)。外涡轮护罩节段38包括通路(未示出)，以接收来自压缩机24的冷却流体或空气，压缩机24提供冷却流体至腔56。如下文更详细所述，冷却流体经由从侧向侧52延伸到通道的设置在本体42中的入口通路流至内涡轮护罩节段36的本体42内的通道。各个通道均包括：包括具有自由端的钩形部分的第一端部，以及第二端部。第二端部可包括计量特征(例如，延伸到通道中的本体42的部分，其使通道的一部分的截面面积关于通道的相邻截面面积变窄)，以调节通道内的冷却流体流。在某些实施例中，各个通道自身(排除第二端部)用作计量特征(例如，包括延伸到通道中的本体42的一部分)。在其它实施例中，联接到钩形部分上的入口通路可包括计量特征(例如，延伸到入口通路中的本体42的一部分)。在某些实施例中，通道自身、第二端部或入口通路或它们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处的第二端部流出通道(和本体42)。在某些实施例中，通道可布置成交错图案，其中通道具有设置在第一侧缘48附近的第一端部和设置在第二侧缘50附近的第二端部，而相邻通道具有相对定向(即，设置在第二侧缘50附近的第一端部和设置在第一侧缘48附近的第二端部)。通道的钩形部分在保持流动最小的同时通过在斜面附近增加一段冷却通道来提供较大的冷却区域(例如，大于用于涡轮护罩的典型冷却系统)。另外，钩形部分允许通道的直部分的较好间距。通道的形状还优化成在堵住通道的情况中提供的足够的冷却。内涡轮护罩节段的公开实施例可允许以较少空气(例如，少于用于涡轮护罩的典型冷却系统)冷却内涡轮护罩节段，导致与用于冷却的可充空气方面相关联的成本降低。
图3为没有PSP层58的内涡轮护罩节段36的实施例的底视图(例如，朝热气体流动路径定向的本体42的侧向侧54的视图)。如图所示，本体42包括设置在侧向侧54内的多个通道74(例如，冷却通道或微通道)。本体42可包括2到40个或更多的通道74(如图所示，本体42包括23个通道74)。各个通道74均构造成接收来自腔56的冷却流体。各个通道74均包括第一端部76，其包括具有自由端80的钩形部分78。各个钩形部分78均具有范围从大约0.05到4毫米(mm)、0.1到3mm、1.14到2.5mm和其间的所有子范围的钩转角半径。如下文更详细所述，各个钩形部分78的自由端80联接到入口通路上，其允许通道74接收来自腔56的冷却流体。钩形部分78的曲率允许更多通道74设置在侧向侧54内。另外，钩形部分78在保持流动最小的同时通过在侧缘48,50附近增加一段冷却通道74来提供较大的冷却区域(例如，大于用于涡轮护罩的典型冷却系统)。另外，钩形部分78允许通道74的直部分的较好间距。而且，钩形部分78的回转允许了通道的直部分与相邻通道一致间隔开，以钩住护罩节段36的本体42的主要部分。在某些实施例中，钩形部分78可调整成允许通道74的直部分的间距对于较高热负载区更紧密填充。总体上，通道74的形状还优化成在堵住通道74的情况中提供足够的冷却。各个通道74均还包括第二端部82，其允许用过的冷却流体经由侧缘48,50，经由出口孔如箭头84指出那样流出本体42。在某些实施例中，第二端部82包括计量特征，其构造成调节(例如，计量)相应通道74内的冷却流体的流。在某些实施例中，各个通道74均可在第二端部82处形成分段的通道。具体而言，本体42的桥接部分可延伸跨过第二端部82内的各个通道74(例如，沿从前缘44到后缘46的方向)，其中通道74的一部分在桥接部分上游，且通道74的一部分在桥接部分下游。通路可在流体地连接桥接部分上游和下游的通道74的部分的桥接部分下方延伸。在某些实施例中，各个通道74自身(排除第二端部82)用作计量特征(例如，包括延伸到通道中的本体42的一部分)。在其它实施例中，联接到钩形部分78上的入口通路可包括计量特征(例如，延伸到入口通路中的本体42的一部分)。在某些实施例中，通道74自身、第二端部82或入口通路或它们的组合包括计量特征。
如图所示，通道74中的一些(例如，通道86)包括设置在侧缘50附近的第一端部76的钩形部分78和设置在侧缘48附近的第二端部82，而通道74中的一些(例如，通道88)包括设置在侧缘48附近的第一端部76的钩形部分78和设置在侧缘50附近的第二端部82。在某些实施例中，通道74以交错图案设置(例如，通道86,88)，其中一个通道74具有设置在一个侧缘48或50附近的钩形部分78，以及设置在相对侧缘48或50附近的第二端部82，其中相邻通道74具有相对定向。如图所示，通道74从前缘44附近到后缘46附近在侧缘48,50之间延伸。在某些实施例中，通道74可在侧缘48,50之间延伸，覆盖前缘44与后缘46之间的本体42的长度90的大约百分之50到90、百分之50到70、百分之70到90，以及其中的所有子范围。例如，通道74可在侧缘48,50之间延伸，覆盖长度90的大约百分之50, 55, 60, 65, 70, 75, 80,85或90。这允许了沿两个侧缘48,50的冷却，以及跨过前缘44与后缘46和侧缘48,50之间的本体42的显著部分(具体而言，朝热气体流动路径47定向的侧向侧54)的冷却。
图4为内涡轮护罩节段36的实施例的顶视图(例如，与腔56对接的侧向侧52的视图)。如图所示，本体包括允许冷却流体从腔56经由入口通路流入通道74中的多个开口或孔口92。图5为沿线5-5截取的图4的内涡轮护罩节段36的实施例的透视截面视图。如图所示，入口通路94(虚线所示)大体上沿径向方向32从通道74的钩形部分78的自由端80延伸至侧向侧52，以允许冷却流体流入通道74中。在某些实施例中，入口通路94可关于侧向侧54成角。例如，入口通路94的角可范围在大约45到90度之间、45到70度之间、70到90度之间，以及其中的所有子范围。
图6为内涡轮护罩节段36(例如，没有PSP层58)的实施例的一部分的透视图，示出了通道74的第二端部82的分段的通道96。在某些实施例中，第二端部82包括桥接部分98。具体而言，本体42的桥接部分98可延伸跨过第二端部82内的各个通道74(例如，沿从前缘44到后缘46的方向(例如，轴向方向30))，以形成节段96，其中通道74的部分100在桥接部分98的上游，且通道74的部分102在桥接部分98的下游。在护罩节段36的制造期间(在钻取或放电加工出口孔15之前)，桥接部分98可沿轴向方向30和径向方向32完全地延伸跨过通道74，以避免由于层(例如，PSP层58、阻隔涂层、热障涂层等)在本体42上的沉积而堵住通道的出口。在将层沉积到本体42上之后，出口孔105被钻取或放电加工到桥接部分98中来形成通路104。在形成出口孔105之后，桥接部分98可仅部分地延伸到通道74中。通路104可在流体地连接通道74上游和下游的通道74的部分100,102的桥接部分98下方延伸，以允许冷却流体经由出口孔105流出。取决于相对于部分100的通道74(具体地，横截面积)的通路104或出口孔105的横截面积，通路104或出口孔105可用作计量特征，其构造成调节(例如，计量)相应通道74内的冷却流体的流。在某些实施例中，各个通道74自身(排除第二端部82)用作计量特征(例如，包括延伸到通道中的本体42的一部分)。在其它实施例中，联接到钩形部分78上的入口通路94可包括计量特征(例如，延伸到入口通路中的本体42的一部分)。在某些实施例中，通道74自身、第二端部82或入口通路94或它们的组合包括计量特征。
图7为用于制造内涡轮护罩节段36的方法106的实施例的流程图。方法106包括铸造本体42(框108)。方法106还包括将气体路径表面铣削到本体42上(框110)。具体而言，构造成朝热气体流动路径47定向的侧向侧54可在第一侧缘48与第二侧缘50之间沿周向方向34和/或在前缘44与后缘46之间沿轴向方向30铣削成弧形。方法106还包括将通道74形成(例如，机加工、放电加工等)到本体42的侧向侧54(框112)。方法106还包括形成(例如，机加工、放电加工等)出口特征或出口标记特征(例如，桥接部分102)，其指示将在通道74的第二端部82中钻取或放电加工的出口孔105的位置(框114)。该方法106进一步包括形成(例如，机加工、放电加工等)从侧向52到通道74的第一端部76的钩形部分78的自由端80的入口通路94(框116)。方法106包括遮盖入口通路94的开口或孔口92(框118)，以在内涡轮护罩节段36的制造期间阻挡碎屑进入通道74内。方法106包括将PSP层58硬钎焊到侧向侧54上(框120)，使得PSP层58的第一表面60与本体42一起限定(例如，包围)通道74，且PSP层58的第二表面62与热气体流动路径47对接。在某些实施例中，作为PSP层58的替代方案，非PSP金属片可设置在侧向侧54上，其与本体42一起限定通道74。在某些实施例中，作为PSP层58的替代方案，阻隔涂层或TBC桥接物可用于包围本体42内的通道74。方法106还包括检查PSP层58与本体42的硬钎焊(框122)。方法106进一步包括机加工斜面(例如，侧缘48,50)(框124)。方法106进一步包括从入口通路94的开口92除去遮盖(框126)。该方法106甚至还包括形成(例如，机加工、放电加工等)通道74的第二端部82的出口孔105，以允许冷却流体流出侧缘48,50(框128)。在某些实施例中，通道74、计量特征和入口通路94可在本体42内铸造。
公开的实施例的技术效果包括提供一种用于冷却内涡轮护罩节段36的系统和方法。具体而言，内涡轮护罩节段36包括经由PSP层58被包围在本体42内的侧向侧54上的近表面微通道77。通道74包括联接到入口通路94的钩形部分78，以允许冷却流体流入通道74来冷却内涡轮护罩节段36。通道74还可包括计量特征来调节通道74内的冷却流体的流。通道146的钩形部分78在保持流动最小的同时在斜面(例如，侧缘48,50)附近提供较大的冷却区域(例如，大于用于涡轮护罩的典型冷却系统)。通道74的形状还优化成在堵住通道74的情况中提供的足够的冷却。内涡轮护罩节段36的公开实施例可允许以较少空气(例如，少于用于涡轮护罩的典型冷却系统)冷却内涡轮护罩节段36，导致与用于冷却的可充空气方面相关联的成本降低。
本书面描述使用了实例来公开本主题，包括最佳模式，且还使本领域的任何技术人员能够实践本主题，包括制作和使用任何装置或系统，以及执行任何并入的方法。本主题的专利范围由权利要求限定，且可包括本领域的技术人员想到的其它实例。如果此类其它实施例具有并非不同于权利要求的书面语言的结构元件，或如果它们包括与权利要求的书面语言无实质差别的等同结构元件，则期望此类其它实例在权利要求的范围内。

Claims (15)

1.一种用于在燃气涡轮发动机(10)的涡轮区段(18)中使用的护罩节段(40)，包括：
本体(42)，其包括前缘(44)、后缘(46)、第一侧缘(48)、第二侧缘(50)，以及在所述前缘(44)与所述后缘(46)之间且在所述第一侧缘(48)与所述第二侧缘(50)之间的一对相对的侧向侧(52,54)，其中所述一对相对的侧向侧(52,54)中的第一侧向侧(52)构造成与具有冷却流体的腔(56)对接，且所述一对相对的侧向侧(52,54)中的第二侧向侧(54)朝热气体流动路径(47)定向；
设置在所述本体(42)内且限定第一直部分的第一通道(74)，其中所述第一通道(74)包括第一端部和第二端部，所述第一端部设置在所述第一侧缘(48)附近，且所述第二端部设置在所述第二侧缘(50)附近，所述第一端部包括所述第一通道的第一钩形部分，所述第一钩形部分具有第一入口，用于接收所述冷却流体，并且所述第二端部具有第一出口，用于排出所述冷却流体；以及
设置在所述本体(42)内且限定第二直部分的第二通道(74)，其中所述第二通道(74)包括第三端部和第四端部，所述第三端部设置在所述第一侧缘(48)附近，且所述第四端部设置在所述第二侧缘(50)附近，所述第四端部包括所述第二通道的第二钩形部分，所述第二钩形部分具有第二入口，用于接收所述冷却流体，并且所述第三端部具有第二出口，用于排出所述冷却流体；以及
其中，所述第一钩形部分从所述第一直部分到所述第一入口朝向所述前缘弯曲，并且其中，所述第二钩形部分从所述第二直部分到所述第二入口朝向所述前缘弯曲。
2.根据权利要求1所述的护罩节段(40)，其特征在于，包括多个所述第一通道(74)和多个所述第二通道(74)。
3.根据权利要求2所述的护罩节段(40)，其特征在于，所述多个第一通道(74)和所述多个第二通道(74)布置成交错图案，其中所述多个第一通道(74)中的各个第一通道(74)设置在所述多个第二通道(74)中的相应的第二通道(74)附近。
4.根据权利要求1所述的护罩节段(40)，其特征在于，包括相应的入口通路(94)，其联接至相应的钩形部分的各个自由端(80)且沿径向方向(32)从所述自由端(80)延伸至所述第一侧向侧(52)，其中各个相应的入口通路(94)构造成将所述冷却流体从所述腔(56)提供至相应的通道(74)。
5.根据权利要求4所述的护罩节段(40)，其特征在于，所述相应的入口通路(94)被放电加工到所述本体(42)中。
6.根据权利要求1所述的护罩节段(40)，其特征在于，包括：第一出口通路，其联接至所述第二端部且从所述第二端部延伸至所述第二侧缘(50)；以及第二出口通路，其联接至所述第三端部且从所述第三端部延伸至所述第一侧缘(48)，其中所述第一出口通路和所述第二出口通路构造成将所述冷却流体从所述护罩节段(40)排出。
7.根据权利要求6所述的护罩节段(40)，其特征在于，所述第一出口通路和所述第二出口通路构造成分别计量所述第一和第二出口通路内的冷却流体的流。
8.根据权利要求6所述的护罩节段(40)，其特征在于，所述第一出口通路和所述第二出口通路被放电加工到所述本体(42)中。
9.根据权利要求1所述的护罩节段(40)，其特征在于，所述第一通道(74)和所述第二通道(74)被放电加工到所述本体(42)中。
10.根据权利要求1所述的护罩节段(40)，其特征在于，包括硬钎焊到所述第二侧向侧(54)上的预烧结预成形件层(58)，其中所述预烧结预成形件层(58)包括构造成与所述热气体流动路径(47)对接的第一表面和与所述本体(42)一起限定所述第一通道(74)和所述第二通道(74)的第二表面。
11.一种燃气涡轮发动机(10)，包括：
压缩机(24)；
燃烧系统(16)；以及
涡轮区段(18)，其包括：
外壳(19)；
联接至所述外壳(19)的外护罩节段(38)；
联接至所述外护罩节段(38)来形成腔(56)的内护罩节段(36)，所述腔(56)构造成接收来自所述压缩机(24)的冷却流体，其中所述内护罩节段(36)包括：
本体(42)，其包括前缘(44)、后缘(46)、第一侧缘(48)、第二侧缘(50)，以及在所述前缘(44)与所述后缘(46)之间且在所述第一侧缘(48)与所述第二侧缘(50)之间的一对相对的侧向侧(52,54)，其中所述一对相对的侧向侧(52,54)中的第一侧向侧(52)构造成与所述腔(56)对接，且所述一对相对的侧向侧(52,54)中的第二侧向侧(54)朝热气体流动路径(47)定向；
多个通道(74)，其设置在所述本体(42)内且从所述第一侧缘(48)附近延伸至所述第二侧缘(50)附近，其中所述多个通道(74)中的每个通道(74)限定直部分且包括具有钩形部分(78)的第一端部以及第二端部，每个钩形部分具有构造成从所述腔接收所述冷却流体的相应入口，并且每个第二端部具有构造成排出所述冷却流体的相应出口；以及
其中所述多个通道(74)构造成接收来自所述腔(56)的所述冷却流体来冷却所述本体(42)，其中，所述多个通道包括第一通道和第二通道，所述第一通道的钩形部分设置在所述第一侧缘附近，所述第一通道的第二端部设置在所述第二侧缘附近，所述第二通道的钩形部分设置在所述第二侧缘附近，所述第二通道的第二端部设置在所述第一侧缘附近，其中，所述第一通道和第二通道的各个相应钩形部分从相应通道的相应直部分到相应钩形部分的相应入口朝向所述前缘弯曲。
12.根据权利要求11所述的燃气涡轮发动机(10)，其特征在于，所述多个通道(74)包括：设置在所述本体(42)内的第一通道(74)，其具有设置在所述第一侧缘(48)附近的相应第一端部和设置在所述第二侧缘(50)附近的相应第二端部；以及设置在所述本体(42)内的第二通道(74)，其具有设置在所述第一侧缘(48)附近的相应第一端部和设置在所述第二侧缘(50)附近的相应第二端部。
13.根据权利要求12所述的燃气涡轮发动机(10)，其特征在于，所述多个通道(74)包括多个所述第一通道(74)和多个所述第二通道(74)，其中所述多个第一通道(74)和所述多个第二通道(74)布置成交错图案，其中所述多个第一通道(74)中的各个第一通道(74)设置在所述多个第二通道(74)中的相应的第二通道(74)附近。
14.根据权利要求12所述的燃气涡轮发动机(10)，其特征在于，包括多个入口通路(94)，其分别联接至相应的钩形部分的各个自由端(80)且沿径向方向(32)从所述自由端(80)延伸至所述第一侧向侧(52)，其中所述多个入口通路(94)构造成将所述冷却流体从所述腔(56)提供至所述多个通道(74)相应的通道(74)。
15.根据权利要求12所述的燃气涡轮发动机(10)，其特征在于，包括多个出口通路，其联接至各个第二端部且从所述第二端部延伸至所述第一侧缘(48)或所述第二侧缘(50)，其中所述多个出口通路构造成将所述冷却流体从所述内护罩节段(36)排出。
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