CN107083997B - 涡轮部件级、燃气涡轮发动机及相关方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种燃气涡轮发动机，所述燃气涡轮发动机包括压缩机部分、燃烧部分和涡轮部分。所述涡轮部分包括涡轮部件级，所述涡轮部件级包括多个涡轮部件，所述多个涡轮部件共同包括沿所述燃气涡轮发动机的周向延伸的流动通道表面。所述流动通道表面部分限定所述燃气涡轮发动机的核心气流通道并且进一步限定沿所述周向的轮廓。所述轮廓的重复频率小于涡轮部件的个数，以适应流过所述涡轮部分的热气层。

Description

涡轮部件级、燃气涡轮发动机及相关方法

技术领域

本发明大体上涉及燃气涡轮发动机中的热气通道的轮廓加工。

背景技术

燃气涡轮发动机通常包括以彼此流体连通的方式布置的风扇和核心。此外，所述燃气涡轮发动机的核心通常包括，以连续流的顺序排列的压缩机部分、燃烧部分、涡轮部分和排气部分。操作中，空气从风扇提供给压缩机部分的入口，在该部分中，一个或多个轴流式压缩机渐进地压缩空气，直到所述空气到达燃烧部分。燃料在燃烧部分中与压缩空气混合并且燃烧，以提供燃烧气体。所述燃烧气体从燃烧部分流向涡轮部分。流过涡轮部分的燃烧气体可驱动涡轮部分，然后经由排放部分排出，例如，排放到空气中。

所述燃烧部分通常包括多个独立的燃料喷嘴。所述多个独立的燃料喷嘴周向隔开，并且配置用于喷射燃料-空气混合物以在燃烧室内燃烧。尽管设计成沿周向构成大体同质的燃烧气体混合物，但是每个燃料喷嘴下游位置的温度通常高于其他周向位置(某些情况下称为“热气层”)。

因此，该流体流入涡轮部分中时，热气层的温度可能高于其他周向位置。为了确保涡轮部分内的部件能够承受热气层的温度，涡轮部分内的每个部件均设计并且制造成能够适应这些热气层。但是，本发明的发明人发现，这种方法可能导致涡轮部分内的某些部件过度设计。

因此，本发明的发明人发现，根据在工作期间，燃气涡轮发动机内部件相对于延伸穿过其中的热气层在涡轮部分内的预期或实际位置来设计这些部件是有利的。具体来说，本发明的发明人发现，根据在工作期间，指定涡轮部件级内的部件相对于延伸穿过涡轮部分的热气层的预期或实际位置来设计这些部件是有利的。

发明内容

本发明的各个方面和优点将在以下说明予以阐明，或者，可以从说明中显而易见地了解到，或可以通过实践本发明来了解。

在本发明的一个示例性实施例中，提供了一种用于燃气涡轮发动机的涡轮部件级。所述燃气涡轮发动机限定限定核心气流通道、轴向以及周向。所述涡轮部件级包括第一涡轮部件，所述第一涡轮部件包括第一壁，所述第一壁包括热侧并且部分限定所述核心气流通道。所述第一壁被制造成包括沿整个所述热侧的轮廓。所述涡轮部件级还包括第二涡轮部件，所述第二涡轮部件布置成沿所述周向与所述第一涡轮部件邻接。所述第二涡轮部件包括第二壁，所述第二壁包括热侧并且部分限定核心气流通道。所述第二壁还被制造成包括沿整个所述热侧的轮廓，沿所述第一壁的所述热侧的轮廓与沿所述第二壁的所述热侧的轮廓不同，以适应来自燃烧部分的热气层。

其中所述涡轮部件级是涡轮喷嘴级，其中所述第一涡轮部件是第一涡轮喷嘴部分，并且其中所述第二涡轮部件是第二涡轮喷嘴部分。

其中沿所述第一涡轮部件的所述壁的所述热侧整体的所述轮廓是沿所述周向并且沿所述轴向延伸的，并且其中沿所述第二涡轮部件的所述壁的所述热侧整体的所述轮廓是沿所述周向并且沿所述轴向延伸的。

在本发明的另一个示例性实施例中，提供了一种燃气涡轮发动机，所述燃气涡轮发动机限定轴向和周向。所述燃气涡轮发动机包括压缩机部分、燃烧部分以及涡轮部件，它们以连续流的顺序布置并且共同地至少部分限定核心气流通道。所述涡轮部分包括涡轮部件级，所述涡轮部件级包括多个涡轮部件，所述多个涡轮部件共同包括沿所述周向的流动通道表面。所述流动通道表面部分限定所述核心气流通道并且进一步限定沿周向的轮廓。所述轮廓的重复频率小于涡轮部件的个数。

其中所述多个涡轮部件包括：第一涡轮部件，所述第一涡轮部件包括第一壁，所述第一壁包括热侧并且部分限定所述核心气流通道，所述第一壁制造成包括沿所述周向的所述热侧上的轮廓；以及第二涡轮部件，所述第二涡轮部件布置成沿所述周向与所述第一涡轮部件邻接，所述第二涡轮部件包括第二壁，所述第二壁包括热侧并且部分限定所述核心气流通道，所述第二壁还制造成包括所述热侧上的轮廓，所述第一壁的所述轮廓与所述第二壁的所述轮廓不同，以适应来自所述燃烧部分的热气层。

其中所述第一涡轮喷嘴部分是第一燃烧器排出喷嘴部分，并且所述第二涡轮喷嘴部分中设第二燃烧器排出喷嘴部分。

其中所述第一壁配置成第一边缘密封件，并且其中所述第二壁配置成第二边缘密封件。

在本发明的另一个示例性实施例中，本发明提供了一种方法，用于制造燃气涡轮发动机的涡轮的涡轮部件级的两个或更多个涡轮部件。所述燃气涡轮发动机限定周向和核心气流通道。所述方法包括铸造第一涡轮部件，所述第一涡轮部件包括第一涡轮部件壁，所述第一涡轮部件壁包括热侧，当所述热侧安装在所述燃气涡轮发动机中时，至少部分限定所述核心气流通道。所述第一涡轮部件的所述热侧限定沿所述周向的基底轮廓。所述方法还包括铸造第二涡轮部件，所述第二涡轮部件包括第二涡轮部件壁，所述第二涡轮部件壁包括热侧，当所述热侧安装在所述燃气涡轮发动机中时，至少部分限定所述核心气流通道。所述第二部件壁的热侧限定底座轮廓，所述第一涡轮部件壁的热侧的基底轮廓与第二涡轮部件壁的热侧的基底轮廓相同。所述方法还包括将第一涡轮部件壁的热侧的基底轮廓更改成与第二涡轮部件壁的热侧的基底轮廓不同，以使第一涡轮部件在安装在所述燃气涡轮发动机中时，能够适应流过所述涡轮的热气层。

其中更改所述第一涡轮部件壁的所述热侧的所述基底轮廓包括向所述第一涡轮部件壁的所述热侧添加材料。

其中向所述第一涡轮部件壁的所述热侧添加材料包括使用增材制造工艺向所述第一涡轮部件壁的所述热侧添加材料。

其中所述涡轮部件级包括多个涡轮部件，其中所述多个涡轮部件共同限定大体上连续的流动通道表面，所述流动通道表面部分限定所述核心气流通道，其中所述流动通道表面限定沿所述周向的轮廓，并且其中所述轮廓的重复频率小于涡轮部件的个数。

其中更改所述第一涡轮部件壁的所述热侧的所述基底轮廓包括向所述第一涡轮部件壁的所述热侧添加材料，以使所述流动通道表面限定沿所述周向的轮廓，所述轮廓的重复频率小于涡轮部件的个数。

其中所述涡轮部件级包括涡轮喷嘴级，其中所述第一涡轮部件是第一涡轮喷嘴，并且其中所述第二涡轮部件是第二涡轮喷嘴。

参考以下说明和随附权利要求书可以更好地理解本发明的这些以及其他特征、方面和优点。附图包括在本说明书内并构成本说明书的一部分，其图示了本发明的各个实施例，并且与本说明书一起用于解释本发明的原理。

附图说明

本说明书在参考附图的情况下以全面且能够实现的方式来公开本发明，包括其最佳模式，在附图中：

图1是截面示意图，其示出了根据本发明的多个实施例的一个示例性燃气涡轮发动机。

图2是近距侧视图，其示出了图1中的示例性燃气涡轮发动机的燃烧部分和一部分涡轮部分。

图3是轴向图，其示出了图2中所示的示例性燃气涡轮发动机的涡轮部件的涡轮喷嘴级。

图4是图3中的示例性涡轮喷嘴级的一部分的近距图。

图5提供了沿图4中的线5-5截取的截面侧视图，其示出了图4中的示例性涡轮喷嘴级的第一喷嘴部分。

图6提供了沿图4中的线6-6截取的截面侧视图，其示出了图4中的示例性涡轮喷嘴级的第二喷嘴部分。

图7提供了流程图，其示出了根据本发明的一个示例性方面的一种用于制造涡轮部件级的方法。

具体实施方式

现在将详细参考本发明的各个实施例，附图中图示了这些实施例的一个或多个实例。本具体实施方式部分采用数字和字母名称来指代附图中的特征。附图和说明书中的类似或相同名称用于指代本发明的类似或相同部分。本说明书中所用的术语“第一”、“第二”和“第三”可互换地使用，以彼此区分不同部件，并不意图表明各个部件的位置或重要性。术语“上游”和“下游”是指相对于流体通道中的流体流的相对位置。例如，“上游”是指液体流的来向，并且“下游”是指流体流的去向。

现在参见附图，其中相同数字表明附图中的相同元素，图1是截面示意图，其示出了根据本发明的一个示例性实施例的涡轮机。具体来说，对于图1中的实施例，涡轮机配置成燃气涡轮发动机，或者高旁路涡轮风扇喷气发动机12，其在本说明书中称为“涡轮风扇发动机12”。如图1中所示，涡轮风扇发动机12限定轴向A(平行于用作参考的纵向中心线13延伸)、径向R以及围绕轴向A延伸的周向(未图示)。通常，涡轮风扇12包括风扇部分14以及安置在风扇部分14下游的核心涡轮发动机16。

图示的示例性核心涡轮发动机16通常包括大体呈管状的外壳18，其设有环状入口20。外壳18包封核心涡轮发动机16，所述核心涡轮发动机包括，以连续流的关系：压缩机部分，所述压缩机部分包括升压器或低压(LP)压缩机22和高压(HP)压缩机24；燃烧部分26；涡轮部分，所述涡轮部分包括高压(HP)涡轮28和低压(LP)涡轮30；以及排气喷嘴部分32。高压(HP)轴或绕线轴34驱动地将HP涡轮28连接到HP压缩机24。低压(LP)轴或绕线轴36驱动地将LP涡轮30连接到LP压缩机22。因此，LP轴36和HP轴34分别是旋转部件，在涡轮风扇发动机12的工作期间围绕所述轴向A旋转。

仍然参见图1中的实施例，风扇部分14包括可变节距风扇38，所述可变节距风扇具有以隔开的方式连接到轮盘42的多个风扇叶片40。如图所示，风扇叶片40大体上沿径向R从轮盘42向外延伸。可通过将风扇叶片40操作性地连接到适当节距变更机构44，该适当节距变更机构配置成共同地统一更改风扇叶片40的节距，来使得每个风扇叶片40能够相对于轮盘42围绕俯仰轴P旋转。风扇叶片40、轮盘42以及节距变更机构44可通过穿过动力齿轮箱46的LP轴36，共同地围绕纵轴12旋转。动力齿轮箱46包括多个齿轮，用于将风扇38相对于LP轴36的旋转速度调整成更有效的旋转风扇速度。具体来说，风扇部分包括风扇轴，所述风扇轴能够通过穿过动力齿轮箱46的LP轴36旋转。因此，风扇轴还可以视作旋转部件，并且以类似方式由一个或多个轴承支撑。

仍然参见图1中的示例性实施例，轮盘42被可旋转的前部轮毂48覆盖，所述前部轮毂经空气动力轮廓加工以改善通过多个风扇叶片40的气流。此外，示例性风扇部分14包括环状风扇外壳或外机舱50，其周向围绕风扇38和/或核心涡轮发动机16的至少一部分。示例性机舱50相对于核心涡轮发动机16，由多个周向隔开的出口导叶52支撑。此外，机舱50的下游部分54延伸在核心涡轮发动机16的外部的上方，从而限定两者之间的旁路气流通道56。

在涡轮风扇发动机12的操作过程中，一定量的空气58通过机舱50和/或风扇部分14的关联入口60进入涡轮风扇12。随着所述量的空气58穿过风扇叶片40，箭头62所示的第一空气部分58被引导或导向到旁路气流通道56内，并且箭头64所示的第二空气部分58被引导或导向到核心气流通道37内，更确切地说，LP压缩机22内。第一空气部分62与第二空气部分64之间的比率通常称为旁路比。第二空气部分64的压力随着其通过高压(HP)压缩机24并且进入燃烧部分26中而升高，在所述燃烧部分中，该空气部分与燃料混合并且燃烧以提供燃烧气体66。

燃烧气体66被导向通过HP涡轮28，在该HP涡轮中，通过连接到外壳18的HP涡轮定子轮叶68的串行级以及连接到HP轴或绕线轴34的HP涡轮转子叶片70提取燃烧气体66中的一部分热能和/或动能，从而使得HP轴或绕线轴34旋转，从而支持HP压缩机24的操作。燃烧气体66之后被导向通过LP涡轮30，在该LP涡轮中，通过连接到外壳18的LP涡轮定子轮叶72的串行级以及连接到LP轴或绕线轴36的LP涡轮转子叶片74提取燃烧气体66第二部分的热能和动能，从而使得LP轴或绕线轴36旋转，从而支持LP压缩机22的操作和/或风扇38的旋转。

燃烧气体66之后被导向通过核心涡轮发动机16的喷气排气喷嘴部分32，以提供推力。同时，随着第一空气部分62被引导通过旁路气流通道56，然后再从涡轮风扇12的风扇喷嘴排气部分76排出，该第一空气部分62的压力大幅升高，因而也提供了推力。HP涡轮28、LP涡轮30以及喷气排气喷嘴部分32至少部分限定热气通道78，以引导燃烧气体66通过核心涡轮发动机16。

现在参见图2，其提供了图1中的涡轮风扇发动机12的近距截面图，特别是燃烧部分26以及涡轮部分的HP涡轮28。图示的燃烧部分26通常包括燃烧器79，所述燃烧器包括由内部衬里82和外部衬里84限定的燃烧室80，燃烧器80大体上沿轴向A从前端86延伸到后端88。多个燃料喷嘴90位于燃烧室80的前端86，以从压缩机部分向燃烧室80提供燃料和压缩空气的混合物。如上所述，燃料和空气混合物在燃烧室80内燃烧，以产生穿过其中的燃烧气体流。对于图示的实施例，燃烧器79配置成环管燃烧器。具体来说，燃烧器79包括：多个燃料喷嘴90，所述多个燃料喷嘴大体上沿周向C(围绕轴向A延伸的方向；参见图3)隔开；以及单个燃烧室80，所述单个燃烧器具有也沿周向C延伸的环形形状。

在燃烧部分26的下游，HP涡轮28包括多个涡轮部件级，每涡轮部件级包括多个涡轮部件。具体来说，对于图示的实施例，HP涡轮28包括多个涡轮喷嘴级，以及一个或多个涡轮转子叶片级。具体来说，对于图示的实施例，HP涡轮28包括第一涡轮喷嘴级92以及第二涡轮喷嘴级94，分别配置成引导燃烧气体流穿过其中。第一涡轮喷嘴级92包括沿周向C隔开的多个涡轮喷嘴部分96。值得注意的是，第一涡轮喷嘴级92紧接着位于燃烧部分26的下游，因此还称为燃烧器排出喷嘴级，所述燃烧器排出喷嘴级具有多个燃烧排出喷嘴部分。此外，对于图示的示例性实施例，第二涡轮喷嘴级94还包括沿周向C隔开的多个涡轮喷嘴部分98。

构成第一和第二涡轮喷嘴级92、94的每涡轮喷嘴部分96、98包括位于核心气流通道37内的涡轮喷嘴100(大体配置成翼型)以及至少部分限定核心气流通道37的壁。具体来说，每个喷嘴部分96、98包括内部端壁102和外部端壁104，喷嘴100大体上沿径向R从内部端壁102延伸到外部端壁104。对于图示的实施例，喷嘴100与内部端壁102和外部端壁104中的每一个相连接或者一体成形。此外，每涡轮喷嘴部分96、98包括密封件106，所述密封件106还至少部分限定核心气流通道37，如下文详述。应了解，本说明书中所用的“至少部分限定核心气流通道”是指沿径向R构成流动通道的内部边界或屏障，或者沿径向R构成流动通道的外部边界或屏障。

HP涡轮28紧接着位于第一涡轮喷嘴级92，即燃烧器排出喷嘴级的下游，并且紧接着位于第二涡轮喷嘴级94的上游，包括涡轮转子叶片110的第一级108。涡轮转子叶片110的第一级108包括沿周向C隔开的多个涡轮转子叶片110以及第一级转子112。多个涡轮转子叶片110包括底座114，对应的涡轮转子叶片110穿过该底座附接到第一级转子112。尽管未图示，但是涡轮转子112又连接到HP轴34(参见图1)。通过这种方式，涡轮转子叶片110可通过由HP涡轮28限定的核心气流通道37提取燃烧气体流中的动能，作为施加到HP轴34的旋转能。

类似于构成第一和第二涡轮喷嘴级92、94的多个喷嘴部分96、98，每涡轮转子叶片110的底座114包括壁或平台116，该壁或平台也至少部分限定核心气流通道37。此外，平台116还包括密封件118。平台116的密封件118配置成与构成第一和第二涡轮喷嘴级92、94的涡轮喷嘴部件96、98的密封件106相互作用，以避免来自核心气流通道37的燃烧气体意外流到涡轮转子叶片110的第一级108与第一和第二涡轮喷嘴级92、94之间。

仍然参见图2，并且如上所述，图示的示例性燃烧部分26的燃烧器79包括沿周向C隔开的多个燃料喷嘴90。燃烧部分26可设计成在燃烧室80内混合燃烧气体，以生成沿周向C的大体均质的温度分布。但是，这样可能较为困难，因为包括多个独立、周向间隔的燃烧器喷嘴90。但是，燃烧器79可产生从每个燃烧器喷嘴90向下游延伸的“热气层”。本发明的发明人已经确定，相对于将指定涡轮部件级中的每涡轮部件设计和制造成能够承受热气层的相对较高温度而言，将相应涡轮部件级中的每涡轮部件设计成能够承受该涡轮部件的指定周向位置的特定预期温度可能更为有利。因此，如下所述，图示的示例性涡轮风扇发动机12的涡轮部分配置成适应热气层，而无需对多个涡轮喷嘴部分96中的每涡轮喷嘴部分进行过度设计。

现在参阅图3和图4，其中图示了包括多个涡轮部件的涡轮部件级。具体来说，图3提供了示例性涡轮部件级的轴向示意图，而图4提供了示例性涡轮部件级的轴向近距示意图。如图所示，所述涡轮部件级包括多个涡轮部件，每涡轮部件包括部分限定核心气流通道37的壁以及从其中延伸的叶片或喷嘴。例如，图示的示例性涡轮部件级包括：第一涡轮部件，所述第一涡轮部件具有部分限定核心气流通道37的第一壁；第二涡轮部件，所述第二涡轮部件具有部分限定核心气流通道37的第二壁；以及第三涡轮部件，所述第三涡轮部件具有部分限定核心气流通道37的第三壁。所述第二涡轮部件布置成沿周向C与第一涡轮部件相邻，并且类似地，所述第三涡轮部件布置成沿周向C与第二涡轮部件相邻。

具体来说，对于图示的实施例，所述涡轮部件级配置成第一涡轮喷嘴级92，例如上文参见图2所述的示例性第一涡轮喷嘴级92(因此，相同或类似的数字是指相同或类似的部分)。因此，所述第一涡轮部件是第一涡轮喷嘴部分96A并且第一壁是第一内部端壁102A；所述第二涡轮部件是第二涡轮喷嘴部分96B并且第二壁是第二内部端壁102B；并且第三涡轮部件是第三涡轮喷嘴部分96C并且第三壁是第三内部端壁102C。此外，如图所示，第一涡轮喷嘴级92还包括沿周向C布置的多个额外的涡轮喷嘴部分(通常称为“96”)，所述多个额外的涡轮喷嘴部分96中的每个额外的涡轮喷嘴部分包括内部端壁(通常称作“102”)。

首先大体上参见图3中所示的多个涡轮喷嘴部分96的内部端壁102，内部端壁102共同限定沿周向C的流动通道表面120以及相对的冷侧表面122。流动通道表面120部分限定核心气流通道37。流动通道表面120还限定轮廓。出于说明的目的，图3中示出了并且下文中描述了由周向C延伸，即，围绕轴向A的流动通道表面120限定的轮廓的一部分。但是，如下文参见图5和图6进一步所述，由流动通道表面120限定的轮廓可以指流动通道表面120的整个轮廓(即，沿周向C延伸并且沿轴向A延伸)。

仍然参见图3中所示的实施例，多个涡轮喷嘴部分96中的每涡轮喷嘴部分的端壁102限定热侧128(参见下文)。对于图示的实施例，流动通道表面120在对应的涡轮喷嘴100之间沿周向C，沿端壁102的热侧128大体上连续地延伸。此外，所述轮廓不是轴对称的并且重复频率小于涡轮喷嘴部分96的个数。例如，在图示的实施例中，示例性涡轮喷嘴部分96配置成适应来自燃烧部分26的四个热气层。因此，尽管涡轮喷嘴级包括12个涡轮喷嘴部分96，但是由流动通道表面120限定的轮廓仅重复四次。此外，在其他示例性实施例中，涡轮喷嘴级92可包括其他任何适当数量的涡轮喷嘴部分96，并且可以适应其他任何适当数量的热气层(即，由流动通道表面120限定的轮廓可重复其他任何适当的次数)。此外，在其他示例性实施例中，由流动通道表面120限定的轮廓不得重复，并且可包括位于每个热气层预期位置处的不同配置。因此，本说明书中所用的“重复频率小于涡轮喷嘴部分的个数”也包括零重复，即，重复零次。

现在特别参见图4，流动通道表面120的轮廓的一个该重复部分由第一涡轮喷嘴部分96A、第二涡轮喷嘴部分96B以及第三涡轮喷嘴部分96C限定。喷嘴部分96A、96B、96C的内部端壁102A、102B、102C各自包括热侧128A、128B、128C，这些热侧具有沿对应的热侧128A、128B、128C的整体延伸的对应轮廓。具体来说，对于图示的实施例，热侧128A、128B、128C分别包括轮廓130A、130B、130C。轮廓130A、130B、130C是沿周向C限定的，并且此外，轮廓130A、130B、130C中的每个轮廓均位于沿轴向A的相同位置。

第一涡轮喷嘴部分96A位于第一涡轮喷嘴级92的周向内部，预期将出现热气层的位置处。为了适应该热气层，第一涡轮喷嘴部分96A、第二涡轮喷嘴部分96B和第三涡轮喷嘴部分96C各自制造成使得沿内部端壁102A、102B、102C的热侧128A、128B、128C的整体延伸的轮廓不同。具体来说，对于图示的实施例，喷嘴部分96A、96B、96C各自制造成使得第一内部端壁102A的轮廓130A与第二内部端壁102B的轮廓130B不同，而所述第二内部端壁的所述轮廓又与第三内部端壁102C的轮廓130C不同。

具体来说，对于图示的实施例，第一内部端壁102A制造成包括添加到基底材料131的额外材料129，以允许第一内部端壁102A适应来自燃烧部分26的热气层。例如，第一涡轮喷嘴部分96A的第一内部端壁102A的热侧128A的轮廓130A延伸到核心气流通道37内的距离相对于第二涡轮喷嘴部分96B的第二内部端壁102B的热侧128B的轮廓130而言更远。具体来说，第一涡轮喷嘴部分96A的第一内部端壁102A的热侧128A的轮廓130A延伸到核心气流通道37内的距离相对于第二涡轮喷嘴部分96B的第二内部端壁102B的热侧128B的轮廓130B而言更远。

此外，同样如图3和图4中所示，第一涡轮喷嘴部分96A、第二涡轮喷嘴部分96B以及第三涡轮喷嘴部分96C各自分别包括第一外部端壁104A、第二外部端壁104B以及第三外部端壁104C。但是首先参见外部端壁104(总体称为“104”)，外部端壁104共同限定沿周向C的流动通道124。流动通道表面124部分限定核心气流通道37。对于内部端壁102，由外部端壁104限定的流动通道表面124限定沿周向C，以及沿轴向A的轮廓。特别参见沿周向C延伸的轮廓的一部分，所述轮廓不是轴对称的并且重复频率也小于每涡轮喷嘴部分96一次。例如，如上所述，图示的涡轮喷嘴级92的示例性涡轮喷嘴部分96配置成适应来自燃烧部分26的热气层。因此，尽管涡轮喷嘴级92包括12个涡轮喷嘴部分96，由流动通道表面124限定的轮廓仅重复四次。再者，当然，在其他示例性实施例中，涡轮喷嘴级92可包括其他任何适当数量的涡轮喷嘴部分96，并且可以适应其他任何适当数量的热气层(即，由流动通道表面120限定的轮廓可重复其他任何适当的次数)。此外，在其他示例性实施例中，由流动通道表面120限定的轮廓不得重复，并且可包括位于每个热气层预期位置处的不同配置。

对于上述的内部端壁102，由外部端壁104限定的流动通道表面124的轮廓的一个该重复部分包括第一涡轮喷嘴部分96A、第二涡轮喷嘴部分96B以及第三涡轮喷嘴部分96C。喷嘴部分96A、96B、96C的外部端壁104A、104B、104C各自包括热侧132A、132B、132C，这些热侧具有沿对应的热侧132A、132B、132C的整体延伸的对应轮廓。具体来说，对于图示的实施例，热侧132A、132B、132C分别包括沿周向C的轮廓134A、134B、134C。第一涡轮喷嘴部分96A位于第一涡轮喷嘴级92的周向内部，预期将出现热层处。为了适应该热层，第一涡轮喷嘴部分96A、第二涡轮喷嘴部分96B和第三涡轮喷嘴部分96C各自制造成使得沿外部端壁104A、104B、104C的热侧132A、132B、132C的整体延伸的轮廓不同。具体来说，对于图示的实施例，喷嘴部分96A、96B、96C各自制造成使得第一外部端壁104A的轮廓134A与第二外部端壁104B的轮廓134B不同，而所述第二外部端壁的所述轮廓又与第三外部端壁102C的轮廓134C不同。

具体来说，对于图示的实施例，第一外部端壁104A制造成包括添加到基底材料131的额外材料129，以允许第一外部端壁104A适应来自燃烧部分26的热气层。例如，第一涡轮喷嘴部分96A的第一外部端壁104A的热侧132A的轮廓134A延伸到核心气流通道37内的距离相对于第二涡轮喷嘴部分96B的第二外部端壁104B的热侧132B的轮廓134B而言更远。具体来说，第一涡轮喷嘴部分96A的第一外部端壁104A的热侧132A的轮廓134A延伸到核心气流通道37内的距离相对于第二涡轮喷嘴部分96B的第二外部端壁104B的热侧132B的轮廓134B而言更远。但是应认识到，尽管添加到外部端壁102的基底材料131的额外材料129的外观与添加到内部端壁102的基底材料131的额外材料129类似，但是在其他实施例中，内部端壁102可限定与外部端壁104不同的轮廓/形状。

现在参阅图5和图6，级92中至少特定相邻的喷嘴部分96还包括沿轴向A(除了沿周向C之外)，沿其对应壁的热侧延伸的不同轮廓。具体来说，图5提供了沿线5-5截取的图4中的第一涡轮喷嘴部分96A的截面侧视图；而图6提供了沿线6-6截取的图4中的第二涡轮喷嘴部分96B的截面侧视图。

如图中所示，第一涡轮喷嘴部分96A的第一内部端壁102A和第一外部端壁104A各自包括沿轴向A并且沿热侧128A、132A延伸的轮廓136A、138A。类似地，第二涡轮喷嘴部分96的第二内部端壁102B和第二外部端壁104B各自包括沿轴向A并且沿热侧128B、132B延伸的轮廓136B、138B。第一涡轮喷嘴部分96A的轮廓136A、136B以及第二涡轮喷嘴部分96B的轮廓136B、138B均取自第一喷嘴部分96A和第二喷嘴部分96B沿周向C的相同相对位置。如图中所示，第一涡轮喷嘴部分96A和第二涡轮喷嘴部分96B制造成使得第一涡轮喷嘴部分96A的第一内部端壁102A和第一外部端壁104A与第二涡轮喷嘴部分96B的第二内部端壁102B和第二外部端壁104B的轮廓136B、138B不同。具体来说，第一涡轮喷嘴部分96A制造成适应流过其中的热气层。具体来说，对于图示的实施例，第一涡轮喷嘴部分96A的第一内部端壁102A和第一外部端壁104A制造成包括添加到基底材料131的额外材料129，以适应流过其中的热气层。.但是应认识到，尽管添加到外部端壁102的基底材料131的额外材料129的外观与添加到内部端壁102的基底材料131的额外材料129类似，但是在其他实施例中，内部端壁102可限定与外部端壁104不同的轮廓/形状。

如下文参见图7中的示例性流程图详述，在至少特定的示例性实施例中，第一涡轮喷嘴部分96A的第一内部端壁102A的几何结构可以至少部分使用增材制造工艺来制造。具体来说，在特定的示例性方面中，多个喷嘴部分96中的每个喷嘴部分可通过铸造底座部分来制成(包括具有基底轮廓的热侧128A、132A的端壁102A、104A)，并且第一涡轮喷嘴部分96A的第一内部端壁102A和第一外部端壁104A可以进行额外的制造，以针对该部分在第一涡轮喷嘴级92中的特定周向位置，对该部分进行定制。例如，第一涡轮喷嘴部分96A的第一内部端壁102A和第一外部端壁104A可以铸造成底座部分，然后可以使用增材制造工艺进行额外地制造(也称为快速原型机制造、快速制造和3D打印)以生成第一内部端壁102A和第一外部端壁104A的热侧128A、132A的所需轮廓。例如，在特定的示例性方面中，第一涡轮喷嘴部分96A的第一内部端壁102A、104A可部分使用选择性激光烧结(SLS)、直接金属激光烧结(DMLS)、电子束熔融(EBM)、扩散粘接或选择性热烧结(SHS)来制成。

值得注意的是，其他喷嘴部分96还可以以类似的方式制成，或者替代地，可仅仅铸造成底座部分，其中底座部分的几何结构是最终的所需几何机构。此外，在另一些其他的示例性实施例中，多个喷嘴部分96中的每个喷嘴部分可铸造成使底座部分限定当部件部分暴露于热气层中时预期的所需轮廓/几何结构。其余部分可从基座部分机加工成所需的轮廓/几何结构。

还应认识到，在其他实施例中，描述成图3到图6中的第一涡轮喷嘴级92的涡轮部件级也可以是第二涡轮喷嘴级94，或者当涡轮部件级并入其他燃气涡轮发动机中时，也可以是其他任何适当的涡轮喷嘴级。此外，在另一些其他的示例性实施例中，描述成图3到图6中的第一涡轮喷嘴级92的涡轮部件级还可以是第一涡轮转子级(使涡轮部件的壁配置成涡轮转子叶片110的平台116)，或者对于包括多个涡轮转子叶片级的实施例，也可以是其他任何涡轮转子叶片级。此外，尽管上文参见图3到图6将涡轮部件级描述成配置成涡轮风扇发动机12的HP涡轮28的一部分，但是在其他实施例中，涡轮部件级可并入包含在指定燃气涡轮发动机内的其他任何涡轮中(例如，LP涡轮)。在这些示例性实施例中的一个或多个示例性实施例中，涡轮部件部分的端壁(或平台)还可以包括经机加工或以其他方式成形到端壁(或平台)内的一个或多个薄膜冷却孔。作为区分各种部件部分之间的轮廓的补充，部件部分的端壁(或平台)可限定多个冷却孔的不同布局(例如，不同大小、形状、定向等)，具体取决于特定的轮廓。

此外，在其他示例性实施例中，涡轮部件的部件壁不得配置成内部或外部端壁104，但是可配置成对应涡轮部件的密封件106。例如，涡轮喷嘴部件96的密封件106可包括用于适应来自燃烧部分26的热气层的轮廓，以使由多个涡轮喷嘴部分96的密封件106限定的流动通道表面限定沿周向C的轮廓，该轮廓重复频率小于每涡轮喷嘴部分96一次。

此外，应认识到，本说明书中所述的示例性涡轮风扇发动机12仅以示例方式提供，并且在其他示例性实施例中，本发明的各方面可并入具有其他任何适当配置的涡轮风扇发动机中。此外，在另一些其他的示例性实施例中，本发明的多个方面可并入其他任何适当的燃气涡轮发动机中。例如，在其他示例性实施例中，本发明的多个方面可并入，例如，涡轮螺旋桨发动机、涡轮轴发动机或涡轮喷气发动机。此外，在另一些其他实施例中，本发明的多个方面可并入其他任何适当的涡轮机中，包括但不限于，蒸汽涡轮、离心压缩机和/或涡轮增压器。

现在参见图7，其提供了根据本发明的一个示例性方面的方法(200)的流程图，所述方法用于制造两个或更多个涡轮部件。具体来说，示例性方法(200)可配置成制造燃气涡轮发动机的涡轮的涡轮部件级的两个或更多个部件。在特定示例性方面中，燃气涡轮发动机以与上文参见图1和图2所述的示例性涡轮风扇发动机12大体相同的方式进行配置。因此，燃气涡轮发动机的涡轮可部分限定核心气流通道。

示例性方法(200)包括在(202)中，铸造第一涡轮部件，所述第一涡轮部件包括第一涡轮部件壁。所述第一涡轮部件壁可包括热侧，所述热侧当安装到燃气涡轮发动机内时，部分限定核心气流通道。所述燃气涡轮部件壁的热侧限定沿燃气涡轮发动机的周向的基底轮廓。示例性方法(200)还包括在(204)中，铸造第二涡轮部件，所述第二涡轮部件包括第二涡轮部件壁。所述第二涡轮部件壁还包括热侧，所述热侧在安装之后部分限定核心气流通道。所述第二涡轮部件壁的热侧还限定沿周向C的底座轮廓。所述第一涡轮部件壁的热侧的基底轮廓与第二涡轮部件壁的热侧的基底轮廓相同。

此外，仍然参见图7，示例性方法(200)还包括在(206)中，更改第一涡轮部件壁的热侧的基底轮廓，以当安装到燃气涡轮发动机内时，适应穿过涡轮的热气层。对于图示的示例性方面，在(206)中更改第一涡轮部件壁的热侧的基底轮廓包括在(208)中，向第一涡轮部件壁的热侧添加材料。例如，在特定的示例性方面中，在(208)中向第一涡轮部件壁的热侧添加材料可包括使用增材制造工艺向第一涡轮部件壁的热侧添加材料。

此外，对于图7中的示例性方面，涡轮部件级包括多个涡轮部件，所述多个涡轮部件共同限定大体连续的流动通道表面，所述流动通道表面部分限定核心气流通道。所述流动通道表面限定沿周向的轮廓。所述轮廓的重复频率小于涡轮部件的个数。因此，对于图示的方面，在(208)中向第一涡轮部件壁的热侧添加材料包括向第一涡轮部件壁的热侧添加材料，以使流动通道表面限定沿周向(和/或轴向)的轮廓，所述轮廓的重复频率小于涡轮部件的个数。

本说明书使用了多个实例来公开本发明，包括最佳模式，同时还使得所属领域中的任何普通技术人员能够实践本发明，包括制造和使用任何装置或系统并且执行所包含的任何方法。本发明的保护范围由权利要求书限定，并可包括所属领域的一般技术人员想出的其他实例。如果其他此类实例的结构要素与权利要求书的字面意义相同，或如果此类实例包括的等效结构要素与权利要求书的字面意义无实质差别，则此类实例也属于权利要求书的范围。

Claims (20)

1.一种用于燃气涡轮发动机的涡轮部件级，所述燃气涡轮发动机限定核心气流通道、轴向和周向，所述涡轮部件级包括：

第一涡轮部件，所述第一涡轮部件包括第一壁，所述第一壁包括第一热侧并且部分限定所述核心气流通道，所述第一壁制造成包括沿所述第一热侧的整体限定第一形状的轮廓；以及

第二涡轮部件，所述第二涡轮部件布置成沿所述周向与所述第一涡轮部件邻接，所述第二涡轮部件包括第二壁，所述第二壁包括第二热侧并且部分限定所述核心气流通道，所述第二壁还制造成包括沿所述第二热侧的整体限定第二形状的轮廓，沿所述第一壁的所述第一热侧的所述第一形状与沿所述第二壁的所述第二热侧的所述第二形状不同，以适应来自燃烧部分的热气层；

其中，所述限定第一形状的轮廓和所述限定第二形状的轮廓一起限定径向内流动通道表面，其中，所述第一涡轮部件和所述第二涡轮部件一起还包括径向外流动通道表面，所述径向外流通道表面还部分地限定所述核心气流通道并且还限定在所述周向上包括多个不同形状的外轮廓。

2.根据权利要求1所述的涡轮部件级，其中所述涡轮部件级是涡轮喷嘴级，其中所述第一涡轮部件是第一涡轮喷嘴部分，并且其中所述第二涡轮部件是第二涡轮喷嘴部分。

3.根据权利要求1所述的涡轮部件级，其中沿所述第一涡轮部件的所述壁的所述第一热侧整体的所述第一形状是沿所述周向并且沿所述轴向延伸的，并且其中沿所述第二涡轮部件的所述壁的所述第二热侧整体的所述第二形状是沿所述周向并且沿所述轴向延伸的。

4.一种燃气涡轮发动机，所述燃气涡轮发动机限定轴向和周向，所述燃气涡轮发动机包括：

压缩机部分、燃烧部分以及涡轮部分，其以连续流的顺序布置并且共同地至少部分限定核心气流通道，所述涡轮部分包括涡轮部件级，所述涡轮部件级包括多个涡轮部件，所述多个涡轮部件共同构成沿所述周向的流动通道表面，所述流动通道表面部分地限定所述核心气流通道并且进一步限定沿所述周向包括多个不同的形状的内轮廓，所述内轮廓重复的次数小于涡轮部件的个数；

其中，所述流动通道表面为径向内流动通道表面，其中，所述多个涡轮部件一起还包括径向外流动通道表面，所述径向外流通道表面还部分地限定所述核心气流通道并且还限定在所述周向上包括多个不同形状的外轮廓。

5.根据权利要求4所述的燃气涡轮发动机，其中所述多个涡轮部件中的每涡轮部件包括壁以及与所述壁相附接或一体成形的涡轮喷嘴，其中所述涡轮部件中的每涡轮部件的所述壁包括热侧，并且其中所述径向内流动通道表面沿所述周向、沿所述壁的所述热侧大体连续地延伸在对应的涡轮喷嘴之间。

6.根据权利要求5所述的燃气涡轮发动机，其中所述壁至少部分使用增材制造工艺进行制造。

7.根据权利要求4所述的燃气涡轮发动机，其中所述多个涡轮部件包括：

第一涡轮部件，所述第一涡轮部件包括第一壁，所述第一壁包括第一热侧并且部分限定所述核心气流通道，所述第一壁制造成包括沿所述周向的所述第一热侧上限定第一形状的轮廓；以及

第二涡轮部件，所述第二涡轮部件布置成沿所述周向与所述第一涡轮部件邻接，所述第二涡轮部件包括第二壁，所述第二壁包括第二热侧并且部分限定所述核心气流通道，所述第二壁还制造成包括所述第二热侧上限定第二形状的轮廓，所述第一壁的所述第一形状与所述第二壁的所述第二形状不同，以适应来自所述燃烧部分的热气层。

8.根据权利要求7所述的燃气涡轮发动机，其中所述第一壁的所述第一热侧的所述第一形状限定为沿所述周向延伸，并且其中所述第二壁的所述第二热侧的所述第二形状也限定为沿所述周向延伸。

9.根据权利要求8所述的燃气涡轮发动机，其中所述第一壁的所述第一热侧上的所述轮廓以及所述第二壁的所述第二热侧上的所述轮廓各自位于沿所述轴向的相同位置处。

10.根据权利要求7所述的燃气涡轮发动机，其中所述涡轮部件级是涡轮喷嘴级，其中所述第一涡轮部件是第一涡轮喷嘴部分，并且其中所述第二涡轮部件是第二涡轮喷嘴部分。

11.根据权利要求10所述的燃气涡轮发动机，其中所述第一壁是所述第一涡轮喷嘴部分的第一端壁，并且其中所述第二壁是所述第二涡轮喷嘴部分的第二端壁。

12.根据权利要求10所述的燃气涡轮发动机，其中所述第一涡轮喷嘴部分是第一燃烧器排出喷嘴部分，并且所述第二涡轮喷嘴部分是第二燃烧器排出喷嘴部分。

13.根据权利要求7所述的燃气涡轮发动机，其中所述第一壁配置成第一边缘密封件，并且其中所述第二壁配置成第二边缘密封件。

14.根据权利要求4所述的燃气涡轮发动机，其中所述多个涡轮部件中的每涡轮部件包括内端壁、外端壁和与所述内端壁和所述外端壁相附接或一体成形的涡轮喷嘴，其中所述涡轮部件中的每涡轮部件的所述内端壁和所述外端壁各包括热侧，其中所述内流动通道表面沿所述周向、沿所述内端壁的所述热侧延伸在对应的涡轮喷嘴之间，并且其中，所述外流动通道表面沿所述周向、沿所述外端壁的所述热侧延伸在对应的涡轮喷嘴之间。

15.根据权利要求14所述的燃气涡轮发动机，其中所述内轮廓和所述外轮廓各自位于沿所述轴向的相同位置处。

16.一种用于制造根据权利要求4-15中任一项所述的燃气涡轮发动机的涡轮的涡轮部件级的两个或更多个涡轮部件的方法，所述燃气涡轮发动机限定周向和核心气流通道，所述方法包括：

铸造第一涡轮部件，所述第一涡轮部件包括第一涡轮部件壁，所述第一涡轮部件壁包括第一热侧，所述第一热侧当安装在所述燃气涡轮发动机中时，至少部分限定所述核心气流通道，所述第一涡轮部件壁的所述第一热侧限定沿所述周向的限定第一形状的基底轮廓；

铸造第二涡轮部件，所述第二涡轮部件包括第二涡轮部件壁，所述第二涡轮部件壁包括第二热侧，所述第二热侧当安装在所述燃气涡轮发动机中时，至少部分限定所述核心气流通道，所述第二涡轮部件壁的所述第二热侧限定具有第二形状的基底轮廓，所述第一涡轮部件壁的所述第一热侧的所述第一形状与所述第二涡轮部件壁的所述第二热侧的所述第二形状相同；以及

将所述第一涡轮部件壁的所述第一热侧的所述基底轮廓更改成与所述第二涡轮部件壁的所述第二热侧的所述基底轮廓不同，以使所述第一涡轮部件在安装在所述燃气涡轮发动机中时，能够适应流过所述涡轮的热气层；

其中，更改所述第一涡轮部件壁的所述第一热侧的所述基底轮廓包括向所述第一涡轮部件壁的所述第一热侧添加材料。

17.根据权利要求16所述的方法，其中向所述第一涡轮部件壁的所述第一热侧添加材料包括使用增材制造工艺向所述第一涡轮部件壁的所述第一热侧添加材料。

18.根据权利要求16所述的方法，其中所述涡轮部件级包括多个涡轮部件，其中所述多个涡轮部件共同限定大体上连续的流动通道表面，所述流动通道表面部分地限定所述核心气流通道，其中所述流动通道表面限定沿所述周向的包括多个不同形状的轮廓，并且其中所述轮廓的重复频率小于涡轮部件的个数。

19.根据权利要求18所述的方法，其中更改所述第一涡轮部件壁的所述第一热侧的所述基底轮廓包括向所述第一涡轮部件壁的所述第一热侧添加材料，以使所述流动通道表面限定沿所述周向的轮廓，所述轮廓的重复频率小于涡轮部件的个数。

20.根据权利要求16所述的方法，其中所述涡轮部件级包括涡轮喷嘴级，其中所述第一涡轮部件是第一涡轮喷嘴，并且其中所述第二涡轮部件是第二涡轮喷嘴。

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