CN107438707B - 设置有叶片扇区和冷却回路的涡轮发动机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种涡轮发动机，其包括至少一个定子叶片扇区(10)和流体分配回路(22)，该定子叶片扇区包括至少一个叶片(12)、流体入口(25a)、流体出口(25b)和通道(24a)，所述通道(24a)提供在流体入口与流体出口之间的流体连接，并至少部分地延伸到叶片(12)中，该叶片和该通道适于使热量在穿过通道的热流体与穿过叶片扇区的冷空气流之间进行热交换，该流体分配回路(22)具有供料管(22a)和回收管(22b)，该流体入口(25a)与供料管(22a)的分支开孔(23a)成流体连接，而该流体出口(25b)与回收管(22b)的分支开孔(23b)成流体连接。

Description

设置有叶片扇区和冷却回路的涡轮发动机

技术领域

本发明涉及安装有冷却回路的涡轮机的领域，以及特别地但不排他地涉及一种用于冷却涡轮机的油的冷却回路。特别地，本发明涉及其中全部或部分地在涡轮机的定子叶片中进行热交换的冷却回路。

使用术语“涡轮机”来包括用于产生驱动力的任何燃气涡轮设备，所述设备尤其包括通过高速喷射热气体而提供推进所需的推力的涡轮喷气发动机，以及其中通过驱动轴的旋转而传递驱动力的涡轮轴发动机。例如，涡轮轴发动机用作直升机、船舶、火车中的发动机或实际上作为工业发动机。涡轮螺旋桨发动机(驱动螺旋桨的涡轮轴发动机)也是用作航空发动机的涡轮轴发动机。

背景技术

航空发动机的油回路执行两个任务，一个是润滑发动机的旋转部分，另一个是去除发动机内部发出的热量。已经存在各种类型的热交换器以便冷却油，由于效率的原因，所述油通常需要处于一不得超过预定温度的温度。

一些热交换器使用空气作为冷源。例如，专利文献WO 2013/150248A1描述了一种用于涡轮机的定子叶片，所述叶片由相对于彼此设置的多个部分构成，以便限定这些部分之间的气流通路。待冷却的油在各个叶片部分中形成的通道中流动。虽然令人满意，但该解决方案相对复杂。

此外，为了优化已知的冷却回路，特别地但不排他地期望减少油回路中的压头损失。

发明内容

本公开涉及一种涡轮机，所述涡轮机包括至少一个定子叶片扇区和流体分配回路，所述定子叶片扇区包括至少一个叶片、流体入口、流体出口和通道，所述通道在叶片中至少部分地延伸的同时提供在流体入口与流体出口之间的流体流动连接，该叶片和该通道适于当所述涡轮机运行时使热量能够在通过通道的热流体与通过定子叶片扇区的冷气流之间进行交换，流体分配回路具有至少一个进料管和至少一个与进料管不同的回收管，流体入口与进料管的分支开孔成流体流动连接，同时流体出口与回收管的分支开孔成流体流动连接。

举例说明，用于冷却的热流体是油。在这种情况下，进料管可以连接到涡轮机的润滑回路的泵，该泵被设计成将在润滑发动机的旋转部分之后被收集的热油排放到进料管中。回收管可以连接到润滑回路的罐，以便其在通过至少一个定子叶片扇区而被冷却后将油返回到罐中。

术语“定子叶片扇区”用于表示涡轮机的定子叶片组的一部分。该部分包括若干数量的叶片，并且举例说明但不一定地，其由板(也称为“平台”或“壁”)在内部和外部限定，该板沿着叶片组的圆周方向上延伸，并使叶片的内端或外端互连。叶片扇区中的叶片数量大于或等于一，并且少于或等于组中叶片的总数。

通常，在本公开中，轴向与涡轮机的转子的旋转轴线的方向对应，而径向是与该轴线垂直的方向。同样，轴向平面是包含转子的旋转轴线的平面，而径向平面是垂直于该轴线的平面。圆周方向对应于涡轮机的定子叶片组的圆周方向。

此外，除非有相反规定，否则形容词“内部的”和“外部的”或“内”和“外”相对于径向使用，使得元件的内部分(即，径向内部)比同一元件的外部分(即，径向外部分)更接近旋转轴线。

最后，除非有相反规定，否则“上游”和“下游”是相对于定子的叶片之间的流体(从上游到下游)的正常流动方向来定义的。

可以理解，涡轮机具有一个或多个定子叶片扇区(除非有相反规定，否则以下更简单地称为“叶片扇区”)，并且每个叶片扇区均具有一个或多个叶片。这些叶片扇区中的一个或多个具有至少一个相应的流体入口(除非有相反规定，否则以下更简单地称为“入口”)、至少一个相应的流体出口(除非有相反规定，否则以下更简单地作为“出口”)和至少一个相应的通道。在具有通道的每个叶片扇区中，通道至少部分地在至少一个叶片中延伸并且提供在叶片扇区的入口和出口之间的流体流动连接。当然，通道中的每个以及包含一个或多个这样的通道的叶片中的每个均被构造成能够在通道中流动的热流体与流过定子叶片扇区的冷空气流之间进行热交换。

可以理解，通道将入口连接到出口。当然，可以具有在一个或多个入口与一个或多个出口之间延伸的单个通道。相反，可以具有多个通道，每个通道连接到单个入口和/或单个出口。在另一个变型中，可以存在与通道一样多的入口和出口。当存在多个通道时，通道可以在单个叶片中或在多个不同的叶片中延伸。例如，每个叶片均可能有单个通道。当然，每个通道均可以细分为子通道。在另一实例中，可以存在在多个叶片中延伸的单个通道。当然，这适用于每个叶片扇区。

除非有相反规定，否则下面术语叶片扇区/叶片/进口/出口/通道”应理解为“至少一个”或多个叶片扇区/叶片/入口/出口/通道。

此外，术语“热”和“冷”应相对于彼此考虑，流体比空气更热，空气比流体更冷。

以下，术语“空气”包括可能用作涡轮机中氧化剂的任何气体。通常，热流体与冷空气流之间的热交换取决于在第一通道与冷空气流过的板的表面之间的距离，以及还取决于通过构成叶片的材料的热传导。例如，叶片可以由具有良好导热性的金属或金属合金制成。

可以理解，入口、出口和通道相对于流体分配回路形成分支回路。换句话说，分支回路包括入口、出口和在入口与出口之间延伸的通道。当然，当单个通道将多个入口连接到多个出口时，分支回路然后包括所有这些入口和出口以及在这些入口和出口之间延伸的通道。因此，热流体在分配回路中流动，并且该热流体的一部分在来自分配回路的分支上被引导到叶片中。当叶片组具有并联的多个分支回路时，每个叶片扇区均可以具有一个或多个分支回路，这些分支回路中的每一个均将一些热流体输送到一个或多个叶片，以便冷却热流体。这种结构使得可有效地冷却热流体，同时最小化整个冷却回路中的压头损失，该冷却回路包括分配回路和分支回路。此外，与串联冷却回路相比，并联分支回路用于使热流体与冷空气之间的温差最大化，使得每个通道中的冷却最大化。此外，当存在并联的多个分支回路时，在一个分支回路发生故障的情况下，例如，由于叶片被破坏，则热流体继续至少部分地被其它分支回路冷却。

在一些实施例中，定子叶片扇区包括连接到叶片的内端的内板和连接到叶片的外端的外板，流体入口和流体出口均设置在选自内板和外板中的一个板中，同时通道在来自内板和外板中的另一个板中至少部分地延伸。

因此可以理解，相对于叶片，入口和出口均设置在同一平板中的单个侧面上，同时通道在叶片和相对的板中延伸。当然，相对的板和通道在涡轮机运行时被适配，以使热量能够在流过通道的热流体与流过定子叶片扇区的冷空气流之间被交换。这种结构用于改善在通道中流动的流体的冷却，因为在这种情况下，热交换区域不仅位于叶片中，而且位于内板和/或外板中。

分支回路的入口和出口在板的相同侧上并且在与相对于通过定子叶片扇区的空气通路的流体分配回路相同的侧上的设置特别是当流体分配回路连接到相对于空气通路设置在相同侧上的涡轮机润滑回路时可以是有利的。具体地说，所述入口和出口与流体分配回路之间的流体流动连接以及还有所述分配回路与润滑回路之间的流体流动连接然后无需通过空气通路。然而，完全可以在不超出本发明的范围的情况下，提供至少一个这样的流体流动连接，以例如通过穿过与叶片扇区分开的服务臂而通过空气通路。

在一些实施例中，通道在第一叶片中从流体入口沿径向延伸，在叶片的整个圆周范围内在板中沿着圆周延伸，然后在第一叶片中朝向流体出口再次地沿着径向延伸。

因此可以理解，通道在入口与出口之间形成回路，该回路在单个叶片(即第一叶片)中具有“往”通道和“返回”通道，并在该板的整个圆周范围内延伸，该板与其中设置有入口和出口的板相对。当然，当叶片扇区具有多个叶片时，通道也可以在除了第一叶片之外的一个或多个叶片中沿着径向延伸。这种构造使得可优化热交换区域并且还优化叶片扇区内的温度平衡，因为“往”通道和“返回”通道的接近。

在一些实施例中，定子叶片扇区具有多个叶片，该通道从流体入口延伸，在第一叶片中沿着径向延伸，在叶片之间的整个圆周范围内在板中沿圆周方向延伸，然后在第一叶片中朝向流体出口再次沿着径向延伸。

因此可以理解，通道在入口与出口之间形成回路，该回路在单个叶片(即第一叶片)中具有“往”通道和“返回”通道，并在该板的整个圆周范围内延伸，该板在第一叶片与邻近于第一叶片的第二叶片之间(即在叶片之间的范围)与其中设置有入口和出口的板相对。当然，可以为叶片扇区的每个叶片提供与流体入口和流体出口相关联的这种通道。这种构造用于优化热交换区域并且由于“往”通道和“返回”通道的接近而平衡叶片扇区内的温度。此外，在泄漏的情况下为冷却回路提供非常大的安全性：例如通过关闭与通道相关联的设置在流体入口和流体出口处的隔离阀可以隔离泄漏通道，同时因为其他通道是完整的而保持大的冷却能力。

在一些实施例中，流体入口和流体出口设置在内板中。例如当它用于冷却在涡轮机中的油时，这用于简化冷却回路的一般结构，因为使用油的涡轮机中的装置通常相对于叶片扇区沿着径向定位在内侧。

在一些实施例中，定子叶片扇区具有多个叶片，该通道在叶片的至少两个中延伸。在一变型中，定子叶片扇区具有连接到每个叶片的内端的内板和连接到每个叶片的外端的外板，该通道在内板和外板中延伸。

使用用于结合冷却通道的内板和外板两者的这种构造用于当热流体在通道中通过时进一步改善热流体与冷空气之间的热交换。具体地，由穿过定子叶片组的冷空气所掠过的定子叶片扇区的几乎所有表面积均可以用作热交换区域。

在一些实施例中，通道在每个叶片中均具有相同数量的通路，每个通路均可能由子通道或所述通道的一个通路形成。在一些实施例中，通道在每个叶片中在相同的线性长度上延伸。当然，叶片中的通道的线性长度对应于每个通路的长度之和。单独或组合地，这种结构用于减少每个叶片内的温差。

在一些实施例中，叶片扇区具有多个叶片，至少两个叶片各自具有相应的通道，叶片和通道当涡轮机运行时适于使热量能够在流过通道的热流体与流过定子叶片扇区的冷空气流之间交换，一个叶片的通道不同于另一个叶片的通道，叶片扇区具有与其所具有的通道一样多的流体入口和流体出口，每个通道均分别与流体入口和不同于流体入口的流体出口以及其他通道的流体出口成流体流动连接。

换句话说，可以理解的是，第一通道在第一叶片中延伸，并且第二通道在第二叶片中延伸。在一变型中，第三通道在第三叶片中延伸，等等。每个通道均独立于其它通道，每个通道的入口和出口不同于其它通道的入口和出口。当然，每个通道可以具有一个或多个入口和一个或多个出口。在涡轮机运行时，每个通道及其中其被设置的叶片均适于使热量能够在穿过通道的热流体与穿过定子叶片扇区的冷气流之间被交换。当然，与第一通道、第二等通道等不同的另一个通道可以在一个或多个叶片中延伸，例如，在第一叶片和在第二叶片中延伸，或者确实在不同的叶片中延伸。

还可以理解的是，每个入口/出口均连接到进料管/回收管的相应分支开孔。例如，进料管/回收管具有与叶片扇区所具有的入口/出口一样多的各自的分支开孔。

在一变型中，每个叶片具有通道，一叶片的每个通道与其他叶片的通道不同，叶片扇区具有与通道一样多的流体入口和流体出口，每个通道均与相应入口和相应出口成流体流动连接，所述相应入口和相应出口与另一个通道的入口和出口不同。

当然，如果存在多个叶片扇区，则可以将上述构造应用于叶片扇区中的每个。例如，在一变型中，每个叶片扇区的每个叶片均可以包括通道，所述通道与入口和出口成流体流动连接，如上所述。

这种结构使得可形成与叶片扇区所具有的叶片一样多的分支回路。

这种构造使得可形成大量独立的分支回路，从而改善热流体的冷却，而不会相应地增加冷却回路内的压头损失。

在一些实施例中，涡轮机具有至少两个定子叶片扇区，每个定子叶片扇区均具有至少一个叶片、流体入口、流体出口和通道，所述通道在至少部分地在叶片中延伸的同时提供在流体入口和流体出口之间的流体流动连接，每个叶片扇区的叶片和通道当涡轮机运行时适于使热量能够在流过每个通道的热流体与流过定子叶片扇区的冷空气流之间交换，每个定子叶片扇区的流体入口与进料管的分支开孔成流体流动连接，而每个定子叶片扇区的流体出口与回收管的分支开孔成流体流动连接。

可以理解，存在至少与叶片扇区一样多的分支回路，每个叶片扇区均具有至少一个分支回路。当然，每个叶片扇区可仅具有一个或者多个叶片，而每个分支回路可仅在一个叶片或多个叶片中延伸，在所讨论的叶片扇区中的一个或两个板(如果有的话)中延伸。

这种构造使得可形成大量独立的分支回路，从而改善热流体的冷却，而不会相应地增加冷却回路内的压头损失。

在一些实施例中，进料管形成第一进料管，而通道、流体入口和流体出口则分别形成第一通道、第一流体入口和第一流体出口，分配回路包括第二进料管，在第一进料管中的流体的流动方向与在第二进料管中的流体的流动方向相反，而所述定子叶片扇区包括第二流体入口、第二流体出口和第二通道，所述第二通道在至少部分地在叶片中延伸的同时提供在第二流体入口和第二流体出口之间的流体流动连接，叶片和第二通道当涡轮机运行时适于使热量在流过第二通道的热流体与流过定子叶片扇区的冷空气流之间交换，第二流体入口与第二进料管的分支开孔成流体流动连接，而第二流体流出口与回收管的分支开孔成流体流动连接。

在一变型中，回收管形成第一回收管，而分配回路具有第二回收管，第一回收管中的流体的流动方向与第二回收管中的流体的流动方向相反，第一出口与第一回收管的分支开孔成流体流动连接，而第二出口与第二回收管的分支开孔成流体连通。当然，分配回路可以具有单个进料管和两个回收管、两个进料管和单个回收管、或者实际上有两个进料管和两个回收管。

例如，进料管沿圆周延伸，同时进料管内的流体的流动方向沿着圆周方向相反。这样的构造使得可使得沿着进料管和/或回收管的部件的总体温度更均匀，从而减少由局部温度差引起的机械应力。

在一些实施例中，定子叶片扇区具有连接到叶片的内端的内板和连接到叶片的外端的外板，流体分配回路至少部分地设置在来自内板和外板中的一个板中。

这用于当其在设置在板中的分配回路的一部分中流动时冷却热流体。

在一些实施例中，进料管的分支开孔和/或回收管的分支开孔设置有隔离阀。

当然，当叶片扇区具有多个入口/出口时，它每个入口均可以具有一个阀和每个出口均具有一个阀，或者入口歧管可以设置在入口的流体流动方向的上游，并且另一歧管可以设置在出口下游(上游和下游被认为相对于通道中的流体的流动方向)，单个隔离阀设置在入口歧管的入口处和/或在出口歧管的出口处。因此，可以分别针对叶片扇区的全部或部分或者仅针对所有的叶片扇区而获得流体流动隔离。举例说明，这可以用于在叶片扇区中的通道破裂的情况下显著地限制流体的流失。

在一些实施方案中，流体是液体，特别是油。

在一些实施例中，流体是传热流体，分配回路包括热交换器，所述热交换器被构造为在传热流体与另一种流体(特别是油)之间交换热量。

在一些实施例中，叶片是出口导向叶片(OGV)。特别地，它们可以是用于引导空气的旁通流的叶片，所述叶片设置在用于旁路涡轮喷气发动机中的风扇的出口通路中。用于穿过旁路空气流的这种通路通常被称为旁路通路。

使用由叶片本身的表面和内板和/或外板的可能的表面构成的现有表面作为热交换表面具有与突出到空气通路中的不同热交换器相比不增加空气动力学阻力的优点，其中这样不同的热交换器将引起额外的空气动力学阻力，从而导致空气动力学推力的额外损失。

此外，对于飞机发动机，当叶片是放置在旁路通路中的出口导向叶片时，热量从热流体向空气的传递向旁路流传递了附加能量，这有利于发动机的性能。此外，这种热传递沿着径向在通路的整个范围内发生，在下文中被称为通路的“径向高度”，从而使得该解决方案比大多数已知的解决方案在热力学上更有效。

附图说明

通过阅读作为非限制性实例给出的本发明的各种实施例的以下详细描述，可以更好地理解本发明及其优点。该描述涉及附图页，其中：

-图1是实例性飞机涡轮喷气发动机的轴向半剖面；

-图2是叶片扇区的第一实施例的简化表示；

-图3示出了第一实施例的第一变型；

-图4示出了第一实施例的第二变型；

-图5是叶片扇区的第二实施例的简化表示；

-图6是叶片扇区的第三实施例的简化表示；

-图7是叶片扇区的第四实施例的简化表示；以及

-图8示出了第四实施例的变型。

具体实施方式

为了清楚和简洁的原因，应该理解，附图是非常概略图解的表示。本领域技术人员将不难以理解的是本说明书的教导适用于涡轮机定子叶片扇区的所有形式和变型。

图1是涡轮机1的上游部分的轴向半截面图，在该实例中是双线轴旁路飞机涡轮喷气发动机。定子叶片组9设置在旁通空气流3的涡轮喷气发动机1的风扇2的下游。定子叶片组9包括内部环形壁13和外部环形壁14，所示外部环形壁14具有在它们之间延伸的出口导向叶片(OGV)12。这些叶片12围绕涡轮喷气发动机转子的旋转轴线A规则地分布。内环形壁13和外环形壁14通常围绕轴线A为圆柱形。

在一实施例中，定子叶片组9由多个定子叶片扇区或模块构成，所述定子叶片扇区或模块端对端地连接在一起，每个叶片扇区包括至少一个叶片并在叶片组的角扇区上延伸。所有叶片扇区可以是相同的，但这并不是必需的。一些或全部叶片扇区可以用作热交换器。举例说明，热交换器叶片扇区可以具有与下面描述的相同的类型。

在图2的实例中，叶片扇区或模块10包括两个叶片12，所述叶片12在内板16和外板18之间沿着径向延伸。内板16在叶片12的内端之间沿着圆周延伸并且超过这些端部中的一个，而外板18沿着与内板16相同的方向且沿着圆周方向在具有相同的角度范围上在叶片12的外端之间沿着圆周延伸并超过这些端部中的一个。当叶片扇区10整合在定子叶片组9中时，内板16和内板18分别形成内环壁13和外环壁14的一部分。内板16可以紧固到轮毂壳体的环形壁，所述环形壁向内部限定用于旁路流的通路的一部分。外板18可以紧固在风扇壳体的环形壁上，所述环形壁向外部限定用于旁通流的通路的相同部分。

在用于冷却作为其热流体的涡轮喷气发动机的油的该实例中，冷却回路20包括分配回路22和多个分支回路24。分配回路22包括进料管22a和回收管22b。在该第一实施例中，每个分支回路24均包括通道24a，所述通道24a在内板16与外板18之间的叶片12的整个径向高度H上在单个叶片12中延伸，提供在流体入口25a和流体出口25b之间的流体流动连接。在该实例中，流体入口25a和流体出口25b均设置在同一个板中，即内板16中。在该实例中，流体入口25a或流体出口25b被称为“设置”在一板中，以表示该板具有至少一个孔口，通道24a从旁路通路避开向外打开到该孔口，该孔口用于流体流动连接至进料管22a或回收管22b。此外，每个叶片12或叶片扇区10均包括通道24a。因此，在该实例中，叶片扇区10具有与其所具有的叶片12一样多的通道24a、一样多的入口25a和一样多的出口25b(或一样多的分支回路24)。

每个入口25a均与进料管22a的分支开孔23a成流体流动连接，而每个出口25b则与回收管22b的分支开孔23b成流体流动连接。冷却回路20中的流体的流动方向由箭头表示。每个开孔23a和23b均包括隔离阀26。因此，可以切断通道24a中的油的流动并完全隔离分配回路22。

在涡轮喷气发动机运行时，在每个叶片12中形成的通道24a用于在该通道中流动的热油与围绕叶片12中的每个的冷空气流之间交换热量。此外，在叶片12中的通道24a的两个通路可以彼此并联地设置，并且可足够靠近地放置在一起，以使热量能够在沿着“往”的流动方向在一个通路中流动的油与沿着相反的“返回”方向在另一个通路中流动的油之间热交换。以这种方式，对应于分支回路24中油的相反流动方向的两个通路中的油的温度可以在一定程度上平均，从而降低在给定叶片中的油的温度差。当然，通路可以是直线的和/或曲线的。

举例说明，叶片扇区10可以通过相当于金属材料中的三维(3D)印刷的使用金属的附加的制造方法来构造。因此，在构成扇区10的材料块的构造期间直接创建通道。或者，叶片扇区10可以通过使用更传统的制造技术来构造。

在这个实例中，分配回路22沿着圆周且在相对于内板16的内侧上延伸。因此，分配回路22设置在定子叶片组9的外侧。

在如图3所示的变型中，分配回路22在叶片扇区10’中部分地整合，在本实例中整合在内板16中。在该实例中，分支回路24的流体入口和流体出口与分配回路22的进料管和回收管的分支开孔23a和23b一致。在该实例中，包括在内板16中的进料管和回收管的部分具有连接件27，所述连接件使得它们能够分别连接到相邻叶片扇区10’中的进料管和回收管的部分。此外，分支回路24可包括隔离阀26，所述隔离阀26在该实例中可以容纳在内板16的厚度中和/或沿着径向的内表面上。

在另一变型中，可以将进料管的部分仅包括在内板16中，而回收管完全保持设置在定子叶片组的外侧，如上述参考图2所述的实施例的那样，因此不需要连接件27。具体来说，在进料管中流动的流体的温度通常高于在回收管中流动的流体的温度。因此，使用内板16为流体提供额外的热交换区域对于进料管的流体而言具有更大的优点。

在图4所示的另一个变型中，在冷却回路20中流动的流体是在热交换器28中与涡轮喷气发动机1的油进行热交换的传热流体。

图5示出了除了每个分支回路的通道之外与第一实施例的叶片扇区10类似的叶片扇区100的第二实施例。因此，相同的元件保留相同的附图标记，而被修改的元件具有增加了100的附图标记。

叶片扇区100的每个通道124a在叶片12的整个径向高度H上延伸并且在叶片之间的圆周范围Z的全部或部分上延伸到外板18中。因此，在这个实例中，入口25a和出口25b设置在单个板中，即内板16中，而通道124a延伸到另一个板，即外板18中。更具体地说，从流体入口25a，每个通道124a均在叶片12中沿着径向延伸，在叶片之间的整个圆周范围Z上在板16中沿着圆周延伸，然后在相同的叶片12中朝向流体出口25b再次沿着径向延伸。

分支回路24的入口25a和出口25b不需要必须与分支回路在其中延伸的叶片12对齐被设置。在一变型中，可以将入口25a和出口25b仍然设置在内板16中，但是在邻近分支回路在其中延伸的叶片的叶片12的附近。以这种方式，通道124a具有一部分，所述部分在内板中延伸并且与在叶片中延伸的相同通道的部分连接。因此，内板16还用于在分支回路24中的流体与通过叶片扇区的空气之间进行热交换。该原理可以应用于具有其通道延伸穿过多于一个叶片的分支回路，如下面参照图6所述的那样。

在另一个变型中，内板16可以与上面参照图3所述相同的方式与回收管的部分一起整合在分配回路的进料管的部分中。

在另一个变型中，基于参照图5所描述的叶片扇区的上述实施例，可以将具有两个叶片的叶片扇区100分成两个叶片扇区，每个叶片扇区均具有单个叶片，该叶片扇区彼此相邻设置，同时保存相同的流体流回路。

参考图5的图，两个叶片扇区之间的物理分离在每个内板16和外板18中在叶片之间的圆周范围的一端处发生。因此可以理解，对于组9的至少一个叶片扇区，叶片扇区的外板的第一端靠近于相邻叶片扇区的外板的第二端，所述第二端沿着径向与叶片对齐被定位。这种构造可以被采用用于组9的所有或几乎所有叶片扇区。具有这样制成的一个叶片的扇区可以通过常规的紧固设备彼此紧固。

在这样的实施例中，如果一个或多个叶片在飞行中被损坏，例如，通过对异物的撞击，其足以替换相应的叶片扇区，以便重构用于涡轮喷气发动机的良好叶片组9。换句话说，仅仅被损坏的叶片需要更换。

一般来说，叶片扇区中叶片的数量优选小于或等于6。具体地说，大量叶片意味着叶片扇区的较高成本，由于必须改变整个相应的叶片扇区，因此更换被损坏的叶片的成本将会发生变化。此外，如果叶片扇区的分支回路具有延伸穿过扇区的所有叶片的单个通道，如下面参考图6所述，则分支回路中的压头损失大于在相同的叶片扇区中并联的多个分支回路的压头损失，如以上参考图5所述的那样。在分支回路中大量的压头损失要求在进料管与回收管之间的流体中大的压力差，以保持穿过叶片的流体的期望流速，并且这意味着流体被加热，这通常是不期望的。

相反，选择仅具有一个叶片的叶片扇区不一定是最佳的，特别是因为相邻叶片扇区之间的紧固装置中涉及的附加重量。此外，由于在这种情况下，存在与叶片一样多的分支回路，因此隔离阀26的数量(假设每个分支回路均具有两个阀)可以在成本、额外重量、监控和维护方面变得不利。

由于这些原因，叶片扇区中的叶片数量可以优选地在2到4的范围内。

图6示出了除了分支回路之外的与第一实施例的叶片扇区10类似的叶片扇区200的第三实施例。因此，相同的元件保留相同的附图标记，而被修改的元件具有增加了200的附图标记。

分支回路224具有在两个叶片12中延伸的单个通道224a。通道224a在每个叶片12的整个径向高度H上延伸，并且还在内板16和外板18中延伸，并且基本上在叶片扇区200的整个圆周范围Z1上这样延伸。在该实例中，叶片扇区200仅具有一个分支回路224。更具体地，从流体入口25a，通道224a在第一叶片12中沿着径向延伸，在叶片扇区200的整个圆周范围Z1上在外板18中沿着圆周延伸，然后在第一叶片12中朝向流体出口25b再次沿着径向延伸。在该实例中，通道224a也在第二叶片12中沿着径向延伸。

为了使来自各个叶片12中的热流体的热量扩散均匀，通道224a被细分为叶片12中的两个通道224aa，所述叶片12首先沿着在通道224a内流体的流动方向从朝向出口25b的入口25a的上游到下游被正在讨论的通道224a穿过，这样每当通道224a通过叶片12时都会发生这种情况。因此，针对通道224a，每个叶片12均具有相同数量的通路，在该实例中为四个通路。

分支回路224的入口和出口25a和25b均设置在内板16中，所述内板16靠近板的圆周端，所述板远离叶片12，其中通道224a从板16到叶片12分支。以这方式，内板16几乎在其所有的圆周范围内被使用，用于在分支回路224中的流体与穿过叶片扇区的空气之间进行热交换。

图7示出了除了分支回路和分配回路之外的与第一实施例的叶片扇区10类似的叶片扇区300的第四实施例。因此，相同的元件保存相同的附图标记，而被修改的元件具有增加300的附图标记。应该观察到，图7示出了两个相邻的叶片扇区300。

在该实例中，分配回路322具有第一进料管322aa、第二进料管322ab和单个回收管322b，这些管沿圆周延伸。如箭头所示，在第一进料管322aa内的流体的流动方向与第二进料管322ab内的流体的流动方向相反。

在该实例中，在每个叶片扇区300中的分支回路324均具有两个通道，即第一通道324a和第二通道324b。第一通道324a通过在叶片扇区300的两个叶片12中以及还在外板18中延伸而提供在第一入口325aa与第一出口325ba之间的流体流动连接。第二通道324b通过在叶片扇区300的两个叶片12中和在外板18中延伸而提供在第二入口325ab与第二出口325bb之间的流体流动连接。因此，在该实例中，第一通道324a和第二通道324b在叶片扇区300的两个相邻叶片12的整个径向高度H上和在这两个相邻的叶片12之间的外板18的整个圆周范围Z上延伸。当然，第一入口325aa和第二入口325ab分别与第一进料管322aa和第二进料管322ab的分支开孔323aa和323ab成流体流动连接，而第一出口325ba和第二出口325bb分别与回收管322b的分支开孔323ba和323bb成流体流动连接。

此外，第一入口325aa和第二入口325ab以及第一出口325ba和第二出口325bb被设置成使得在第一通道324a与第二通道324b内的流体的流动方向相反。在该实例中，第一入口325aa和第二出口325bb在来自叶片扇区300的两个叶片12中的同一叶片附近沿圆周方向设置，而第一出口325ba和第二入口325ab在来自叶片扇区300的两个叶片12中的另一个叶片附近沿着圆周方向设置。

首先在第一进料管322aa和第二进料管322ab内以及其次在第一通道324a和第二通道324b内的流体的流动方向用于首先在每个叶片扇区300内和其次在组成涡轮喷气发动机1的叶片组9的每个叶片扇区300内获得更大的温度均匀性。为了获得这样的温度均匀性，有利的是，第一进料管322aa和第二进料管322ab彼此并联设置并且充分靠近在一起，以使热量在两根管中流动的流体之间被交换。这种规定在每个进料管中的流体在其行进时倾向于冷却的构造中特别有利，这特别是当第一进料管和第二进料管设置在内板16中以与通路中的空气中的热量交换时被应用。分别在第一进料管和第二进料管的入口处的流体温度为基本相同也是优选的。在相反的流动方向上在第二管中流动的流体之间的相互热交换用于平均这两个管中的流体的温度，并且因此用来获得在各叶片扇区300的分支回路324的相应入口325aa和325ab之间的流体的相对均匀的温度。

在图8所示的变型中，为了进一步提高每个叶片扇区300’中的温度均匀性，第三通道324c和第四通道324d在两个相邻叶片扇区300’中延伸。因此可以理解，每个叶片扇区300’均包括两个不同的第三通道部分和两个不同的第四通道部分，两个第三通道部分和两个第四通道部分分别属于两个第三通道和两个不同的第四通道。

这些第三通道324c和第四通道324d在叶片扇区300’每个中在叶片12的整个径向高度H上延伸。此外，这些第三通道324c和第四通道324d在分别属于两个不同的相邻叶片扇区300’的两个相邻叶片12之间的两个相邻叶片扇区300’中的一个的外板18的整个圆周范围上延伸。因此，第三通道324c和第四通道324d具有连接件330，以提供在两个相邻的叶片扇区300’之间的流体流动的连续性。这些第三通道324c和第四通道324d分别提供在第三入口324ac和第三出口325bc之间和在第四入口324ad和第四出口325bd之间的流体流动连接。第三入口325ac和第四入口325ad以及第三出口325bc和第四出口325bd被设置成使得在第三通道324c内的和第四通道324d内的流体的流动方向相反。当然，第三入口325ac和第四入口325ad分别与第一进料管322aa和第二进料管322ab的分支开孔323ac和323ac成流体流动连接，而第三出口325bc和第四出口325bd分别与回收管322b的分支开孔323bc和323bd成流体流动连接。

当然，在未示出的另一变型中，第一进料管322aa和第二进料管322ab和/或回收管322b可以以与第一实施例的图3的变型类似的方式至少部分地设置在叶片扇区300或300’的内板16中。

尽管参考具体实施例描述了本发明，但是显然可以对这些实施例进行修改和改变，而不超出由权利要求所限定的本发明的一般范围。具体地，可以在另外的实施例中组合所示出和/或所提及的各种实施例的各个特征。因此，说明书和附图应该在某种意义上被认为是示例性的而不是限制性的。特别地，通道的构造可以从一个实施例、实例或变型组合并转置到另一个实施例、实例或变型。

Claims (16)

1.一种涡轮机，其包括至少一个定子叶片扇区(10，100，200，300)和流体分配回路(22，322)，所述定子叶片扇区包括至少一个叶片(12)和至少两个并联的独立分支回路，每个分支回路包括流体入口、流体出口以及通道，所述通道在至少部分地在所述叶片(12)中延伸的同时提供在所述流体入口与所述流体出口之间的流体流动连接，所述叶片和所述通道适于当涡轮机运行时使热量能够在穿过所述通道的热流体与穿过所述定子叶片扇区的冷空气流之间交换，所述流体分配回路(22，322)具有至少一个进料管和至少一个与所述进料管不同的回收管(22b，322b)，每个分支回路的流体入口分别地与所述进料管的不同的分支开孔成流体流动连接，同时每个分支回路的流体出口分别地与所述回收管(22b，322b)的不同的分支开孔成流体流动连接，其中所述定子叶片扇区(100，200，300)包括连接到所述叶片(12)的内端的内板(16)和连接到所述叶片(12)的外端的外板(18)，所述流体入口和所述流体出口均设置在选自所述内板(16)和所述外板(18)的所述板中的一个中，而所述通道在来自所述内板(16)和所述外板(18)中的另一板中部分地延伸。

2.根据权利要求1所述的涡轮机，其中，从所述流体入口，所述通道在第一叶片中沿着径向延伸，在所述叶片扇区(200)的整个圆周范围(Z1)上在外板(18)中沿着圆周延伸，然后在所述第一叶片中朝向所述流体出口再次沿着径向延伸。

3.根据权利要求1所述的涡轮机，其中所述定子叶片扇区(100)具有多个叶片(12)，所述通道在第一叶片中从所述流体入口沿着径向延伸，在叶片之间的整个圆周范围(Z)上在外板(18)中沿着圆周延伸，然后在第一叶片中在朝向所述流体出口再次沿着径向延伸。

4.根据权利要求1所述的涡轮机，其中所述流体入口和所述流体出口被设置在所述内板(16)中。

5.根据权利要求1所述的涡轮机，其中所述定子叶片扇区(200，300)具有多个叶片(12)，所述通道在所述叶片(12)的至少两个中延伸。

6.根据权利要求5所述的涡轮机，其中内板(16)连接到所述叶片(12)中的每个的所述内端和外板(18)连接到所述叶片(12)中的每个的所述外端，所述通道在所述内板(16)中和在所述外板(18)中延伸。

7.根据权利要求1所述的涡轮机，其中所述叶片扇区(10，100)具有多个叶片(12)，至少两个叶片(12)各自具有相应的通道，所述叶片和所述通道当所述涡轮机运行时适于使热量能够在流过所述通道的热流体与流过所述定子叶片扇区的冷空气流之间被交换，一个叶片(12)的所述通道与另一个叶片(12)的所述通道不同，所述叶片扇区(10，100)具有与其所具有的通道一样多的流体入口和流体出口，每个通道均分别与流体入口和流体出口成流体流动连接，所述流体入口和所述流体出口与其他通道的所述流体入口和所述流体出口不同。

8.根据权利要求1所述的涡轮机，其具有至少两个定子叶片扇区(10，100，200，300)，每个定子叶片扇区均具有至少一个叶片(12)、流体入口、流体出口和通道，所述通道在所述叶片(12)中至少部分地延伸的同时提供在所述流体入口与所述流体出口之间的流体流动连接，所述叶片扇区中的每个的所述叶片和所述通道在所述涡轮机运行时适于使热量能够在流过每个通道的热流体与流过所述定子叶片扇区的冷空气流之间被交换，每个定子叶片扇区的所述流体入口与所述进料管的分支开孔成流体流动连接，而每个叶片扇区的所述流体出口与所述回收管(22b，322b)的分支开孔成流体流动连接。

9.根据权利要求1所述的涡轮机，其中所述进料管形成第一进料管(322aa)，而所述通道、所述流体入口和所述流体出口分别形成第一通道(324a)、第一流体入口(325aa)和第一流体出口(325ba)，所述分配回路(322)包括第二进料管(322ab)，在所述第一进料管(322aa)中的所述流体的流动方向与所述第二进料管(322ab)中的所述流体的流动方向相反，而所述定子叶片扇区(300)包括第二流体入口(325ab)、第二流体出口(325bb)和第二通道(324b)，所述第二通道(324b)在所述叶片(12)中至少部分地延伸的同时提供在所述第二流体入口(325ab)和所述第二流体出口(325bb)之间的流体流动连接，所述叶片和所述第二通道当所述涡轮机运行时适于使热量在流过所述第二通道的热流体与流过所述定子叶片扇区的冷气流之间被交换，所述第二流体入口(325ab)与所述第二进料管(322ab)的分支开孔成流体流动连接，而所述第二流体出口(325bb)与所述回收管(322b)的分支开孔成流体流动连接。

10.根据权利要求1所述的涡轮机，其中所述流体分配回路(22)在来自所述内板(16)和所述外板(18)中的板的一个中至少部分地被设置。

11.根据权利要求1所述的涡轮机，其中所述进料管的分支开孔或所述回收管(22b，322b)的分支开孔设置有隔离阀(26)；或者，所述进料管的分支开孔和所述回收管(22b，322b)的分支开孔设置有隔离阀(26)。

12.根据权利要求1所述的涡轮机，其中所述流体是液体。

13.根据权利要求12所述的涡轮机，其中所述流体是油。

14.根据权利要求1所述的涡轮机，其中所述流体是传热流体，并且其中所述分配回路包括热交换器(28)，所述热交换器(28)被构造为在所述传热流体与另一流体之间交换热量。

15.根据权利要求14所述的涡轮机，其中所述另一流体是油。

16.根据权利要求1所述的涡轮机，其中定子叶片扇区(100)的叶片(12)的数量位于二至四的范围内。

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