CN108661951A - 用于燃气涡轮发动机的扩散器-解旋器 - Google Patents

用于燃气涡轮发动机的扩散器-解旋器 Download PDF

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Abstract

提供了一种用于燃气涡轮发动机的扩散器‑解旋器。扩散器‑解旋器包括内壳和外壳，它们间隔开并且构造用于接收来自燃气涡轮发动机的压缩机的压缩空气流。多个导叶在内壳与外壳之间延伸，以限定多个流体通路，并且分流器在相邻的导叶之间沿着周向方向延伸，以分流穿过各个流体通路的压缩空气流。所有这些构件制造为单个整体件，并且构造用于在将压缩机空气传递至燃烧器之前扩散和解旋压缩机空气，用于改进的燃烧过程。

Description

用于燃气涡轮发动机的扩散器-解旋器
技术领域
本主题大体上涉及扩散器和解旋器组件，并且更具体而言涉及用于燃气涡轮发动机的添加制造的扩散器-解旋器。
背景技术
典型的飞行器推进系统包括一个或更多个燃气涡轮发动机。对于某些推进系统而言，燃气涡轮发动机大体上包括与彼此流连通布置的风扇和芯部。此外，燃气涡轮发动机的芯部包括成串流顺序的压缩机区段、燃烧区段、涡轮区段以及排气区段。在操作中，空气从风扇提供至压缩机区段的入口，其中一个或更多个轴向压缩机渐进地压缩空气，直到其到达燃烧区段。燃料与压缩空气混合并且在燃烧区段内焚烧，以提供燃烧气体。燃烧气体从燃烧区段发送至涡轮区段。穿过涡轮区段的燃烧气体的流驱动涡轮区段，并且接着发送穿过排气区段，例如，至大气。
离开燃气涡轮发动机的压缩机区段的压缩空气典型地具有高速度。例如，某些燃气涡轮发动机内的压缩机排放空气可具有介于0.7与0.9之间的马赫数。然而，燃气涡轮发动机的典型燃烧区段需要高压低速的气流来减少熄火的可能性，以促进稳定且一致的焚烧，并且实现整体改进的燃烧过程。例如，燃烧区段可需要具有马赫数小于0.2或0.1的压缩空气流。因此，某些燃气涡轮发动机包括扩散器和解旋器，该扩散器设计成通过降低压缩气流的速度来恢复压缩气流的静态压力，该解旋器用于矫直压缩空气流。然而，常规扩散器和解旋器为由过渡管道联接的不同构件，导致不连续性、流扰动、过度阻力以及效率损失。此外，与组装此类多部分组件相关联的制造时间和成本非常高，并且增加构件失效的可能性。此外，制造约束限制了形成在此类多部分组件内的流控制特征的数量、大小以及构造。
因此，具有用于将压缩空气流扩散和解旋到燃烧区段中的改进构件的燃气涡轮发动机将为有用的。更具体而言，更容易制造并且包括用于改进的静态压力恢复的特征和用于改进燃烧的气流控制的、用于燃气涡轮发动机的扩散器和解旋器将为特别有益的。
发明内容
本发明的方面和优点将在以下描述中部分地阐述，或者可从描述为明显的，或者可通过本发明的实践学习。
在本公开的一个示例性实施例中，提供一种用于调节来自压缩机的压缩空气流的扩散器-解旋器。扩散器-解旋器限定轴向方向、径向方向以及周向方向。扩散器-解旋器包括环形内壳和与内壳间隔开的环形外壳。多个导叶在内壳与外壳之间延伸，内壳、外壳以及多个导叶限定多个流体通路，多个导叶中的至少一个限定在压缩机的叶轮近侧的前缘。
在本公开的另一示例性方面中，提供一种扩散器-解旋器，其限定轴向方向、径向方向以及周向方向的。扩散器-解旋器包括环形入口歧管和环形出口歧管。多个流调节管围绕入口歧管沿周向间隔，并且提供入口歧管与出口歧管之间的流体连通。分流器限定在多个流调节管中的各个内，以分流穿过多个流调节管中的各个的压缩空气流。
在本公开的又一示例性方面中，提供一种制造扩散器-解旋器的方法。该方法包括将一层添加材料沉积在添加制造机器的床上，以及将来自能量源的能量指引到添加材料层上，以熔合添加材料的一部分，并且形成扩散器-解旋器。扩散器-解旋器包括环形内壳和与内壳间隔开的环形外壳。多个导叶在内壳与外壳之间延伸，以限定多个流体通路。分流器通过在多个导叶中的相邻导叶之间延伸，以分流穿过多个流体通路中的各个的压缩空气流。
技术方案1. 一种用于调节来自压缩机的压缩空气流的扩散器-解旋器，所述扩散器-解旋器限定轴向方向、径向方向以及周向方向，所述扩散器-解旋器包括：
环形内壳；
环形外壳，其与所述内壳间隔开；
多个导叶，其在所述内壳与所述外壳之间延伸，所述内壳、所述外壳以及所述多个导叶限定多个流体通路，所述多个导叶中的至少一个限定在所述压缩机的叶轮近侧的前缘。
技术方案2. 根据技术方案1所述的扩散器-解旋器，其特征在于，所述多个流体通路限定大致上垂直于所述轴向方向延伸的扩散器区段、大致上平行于所述轴向方向延伸的解旋器区段，以及流体地联接所述扩散器区段和所述解旋器区段的过渡区段，所述过渡区段构造用于扩散和解旋所述压缩空气流。
技术方案3. 根据技术方案2所述的扩散器-解旋器，其特征在于，所述多个导叶中的至少一个的所述前缘定位在所述过渡区段上游。
技术方案4. 根据技术方案2所述的扩散器-解旋器，其特征在于，所述扩散器区段和所述解旋器区段均限定非线性流动路径。
技术方案5. 根据技术方案1所述的扩散器-解旋器，其特征在于，所述扩散器-解旋器还包括：
分流器，其在所述多个导叶中的相邻导叶之间延伸，以分流穿过所述多个流体通路的所述压缩空气流。
技术方案6. 根据技术方案5所述的扩散器-解旋器，其特征在于，所述分流器限定了倒角的前缘。
技术方案7. 根据技术方案5所述的扩散器-解旋器，其特征在于，所述分流器在与所述内壳和所述外壳等距的地点处至少部分地沿着所述多个流体通路中的各个的中心线延伸。
技术方案8. 根据技术方案7所述的扩散器-解旋器，其特征在于，所述分流器沿着所述多个流体通路中的各个的所述中心线的大于一半延伸。
技术方案9. 根据技术方案1所述的扩散器-解旋器，其特征在于，所述内壳、所述外壳以及所述多个导叶集成地形成为单个整体构件。
技术方案10. 根据技术方案1所述的扩散器-解旋器，其特征在于，所述扩散器-解旋器限定在入口与所述外壳的径向最外部分之间沿着所述径向方向测量的第一距离，以及在所述外壳的最前部分与出口之间沿着所述轴向方向测量的第二距离，所述第一距离小于所述第二距离。
技术方案11. 根据技术方案1所述的扩散器-解旋器，其特征在于，所述多个流体通路中的各个的截面区域从入口至出口平滑且连续地增加。
技术方案12. 根据技术方案1所述的扩散器-解旋器，其特征在于，所述多个流体通路中的各个限定大致矩形的截面。
技术方案13. 根据技术方案1所述的扩散器-解旋器，其特征在于，所述多个流体通路包括多于三十个流体通路。
技术方案14. 根据技术方案1所述的扩散器-解旋器，其特征在于，所述扩散器-解旋器通过以下形成：
将一层添加材料沉积在添加制造机器的床上；以及
将来自能量源的能量指引到所述添加材料层上，以熔合所述添加材料的一部分。
技术方案15. 一种限定轴向方向、径向方向以及周向方向的扩散器-解旋器，所述扩散器-解旋器包括：
环形入口歧管；
环形出口歧管；
多个流调节管，其围绕所述入口歧管沿周向间隔并且提供所述入口歧管与所述出口歧管之间的流体连通；以及
分流器，其限定在多个流调节管中的各个内，以分流穿过所述多个流调节管中的所述各个的压缩空气流。
技术方案16. 根据技术方案15所述的扩散器-解旋器，其特征在于，所述入口歧管、所述出口歧管、所述多个流调节管以及所述分流器集成地形成为单个整体构件。
技术方案17. 根据技术方案15所述的扩散器-解旋器，其特征在于，所述扩散器-解旋器限定在入口与所述多个流调节管的径向最外部分之间沿着所述径向方向测量的第一距离，以及在所述多个流调节管的最前部分与出口之间沿着所述轴向方向测量的第二距离，所述第一距离小于所述第二距离。
技术方案18. 根据技术方案15所述的扩散器-解旋器，其特征在于，所述多个流调节管中的各个限定椭圆形截面，所述截面从所述入口至所述出口平滑且连续地增加。
技术方案19. 根据技术方案15所述的扩散器-解旋器，其特征在于，所述扩散器-解旋器通过以下形成：
将一层添加材料沉积在添加制造机器的床上；以及
将来自能量源的能量指引到所述添加材料层上，以熔合所述添加材料的一部分。
技术方案20. 一种制造扩散器-解旋器的方法，所述方法包括：
将一层添加材料沉积在添加制造机器的床上；以及
将来自能量源的能量指引到所述添加材料层上，以熔合所述添加材料的一部分，并且形成：
环形内壳；
环形外壳，其与所述内壳间隔开；
多个导叶，其在所述内壳与所述外壳之间延伸，以限定多个流体通路；以及
分流器，其通过在所述多个导叶中的相邻导叶之间延伸，以分流穿过所述多个流体通路中的所述各个的压缩空气流。
本发明的这些及其它的特征、方面和优点将参照以下描述和所附权利要求变得更好理解。并入在本说明书中并且构成本说明书的部分的附图示出了本发明的实施例，并且连同描述用于说明本发明的原理。
附图说明
包括针对本领域技术人员的其最佳模式的本发明的完整且开放的公开在参照附图的说明书中阐述。
图1为根据本主题的各种实施例的示例性燃气涡轮发动机的示意性截面视图。
图2提供了现有技术扩散器和解旋器组件的截面视图。
图3提供了根据本主题的示例性实施例的添加制造的扩散器-解旋器的截面视图，其中图2的现有技术扩散器和解旋器组件以虚线示出。
图4提供了图3的示例性扩散器-解旋器的透视图。
图5提供了根据本主题的示例性实施例的图3的示例性扩散器-解旋器的正视透视图，其中外壳移除成显露多个导叶。
图6提供了图3的示例性扩散器-解旋器的侧视图，其中外壳被移除。
图7提供了根据本主题的示例性实施例的图3的示例性扩散器-解旋器的后视透视图，其中外壳移除成显露多个导叶和分流器。
图8提供了沿着图4的线8-8截取的图3的示例性扩散器-解旋器的截面视图。
图9提供了沿着图4的线9-9截取的图3的示例性扩散器-解旋器的截面视图。
图10提供了根据本主题的示例性实施例的包括多个流调节管的添加制造的扩散器-解旋器的透视图。
图11为根据本主题的示例性实施例的用于形成扩散器-解旋器的方法。
附图标记在本说明书和附图中的重复使用旨在表示本发明的相同或类似的特征或元件。
具体实施方式
现在将详细参照本发明的本实施例，其一个或更多个实例在附图中示出。详细描述使用了数字和字母标号来表示附图中的特征。附图和描述中相似或类似的标号用于表示本发明的相似或类似的部分。
详细描述使用了数字和字母标号来表示附图中的特征。附图和描述中相似或类似的标号用于表示本发明的相似或类似的部分，并且相同的数字遍及附图表示相同的元件。如本文中使用的，用语"第一"、"第二"和"第三"可以可互换地使用，以将一个构件与另一个区分开，并且不旨在表示独立构件的位置或相对重要性。用语"上游"和"下游"是指相对于流体通道中的流体流的相对方向。例如，"上游"是指流体流自的方向，而"下游"是指流体流至的方向。用语“前”和“后”是指燃气涡轮发动机内的相对位置，其中前是指更靠近发动机入口的位置，而后是指更靠近发动机喷嘴或排气部的位置。
本公开大体上涉及用于燃气涡轮发动机的添加制造的扩散器-解旋器。扩散器-解旋器包括内壳和外壳，它们限定用于接收来自燃气涡轮发动机的压缩机的压缩空气流的环形流调节通路。多个导叶在内壳与外壳之间延伸，以将流调节通路分成多个流体通路，并且分流器在相邻的导叶之间沿着周向方向延伸，以分流穿过各个流体通路的压缩空气流。所有这些构件添加制造为单个整体件，并且构造用于在将压缩机空气传递至燃烧器之前扩散和解旋压缩机空气，用于改进的燃烧过程。
现在参照附图，图1为根据本公开的示例性实施例的燃气涡轮发动机的示意性截面视图。更具体而言，对于图1的实施例而言，燃气涡轮发动机为高旁通涡扇喷气发动机10，其在本文中被称为“涡扇发动机10”。如图1中示出的，涡扇发动机10限定轴向方向A(平行于提供参考的纵向中心线或中心轴线12延伸)、周向方向C(见例如，图4)，以及径向方向R(垂直于轴向方向A延伸)。大体上，涡扇10包括风扇区段14和设置在风扇区段14下游的芯部涡轮发动机16。
描绘的示例性芯部涡轮发动机16大体上包括大致管状的外壳18，其限定环形入口20。外壳18包围包括成串流关系的包括增压器或低压(LP)压缩机22和高压(HP)压缩机24的压缩机区段；燃烧器或燃烧区段26；包括高压(HP)涡轮28和低压(LP)涡轮30的涡轮区段；以及喷气排气喷嘴区段32。高压(HP)轴或转轴34将HP涡轮28传动地连接于HP压缩机24。低压(LP)轴或转轴36将LP涡轮30传动地连接于LP压缩机22。
对于描绘的实施例而言，风扇区段14包括可变节距风扇38，其具有以间隔开的方式联接于盘42的多个风扇叶片40。如描绘的，风扇叶片40大体上沿着径向方向R从盘42向外延伸。各个风扇叶片40能够借助风扇叶片40操作性地联接于适合的促动部件44绕着节距轴线P关于盘42旋转，适合的促动部件44构造成一致地共同地改变风扇叶片40的节距。风扇叶片40、盘42以及促动部件44能够由穿过功率齿轮箱46的LP轴36绕着纵向轴线12一起旋转。功率齿轮箱46包括多个齿轮，用于将LP轴36的旋转速度逐步减低至更有效的旋转风扇速度，并且通过一个或更多个联接系统附接于芯部框架或风扇框架中的一个或两者。
仍然参照图1的示例性实施例，盘42由可旋转前毂48覆盖，可旋转前毂48空气动力学地定轮廓成促进气流穿过多个风扇叶片40。此外，示例性风扇区段14包括环形风扇壳或外机舱50，其沿周向包绕风扇38和/或芯部涡轮发动机16的至少一部分。应当认识到的是，机舱50可构造成由多个周向间隔的出口导叶52关于芯部涡轮发动机16支承。此外，机舱50的下游区段54可在芯部涡轮发动机16的外部分之上延伸，以便在其间限定旁通气流通路56。
在涡扇发动机10的操作期间，一定量的空气58通过机舱50和/或风扇区段14的相关联入口60进入涡扇10。在一定量的空气58横跨风扇叶片40经过时，如由箭头62指示的空气58的第一部分指引或发送到旁通气流通路56中，并且如由箭头64指示的空气58的第二部分指引或发送到LP压缩机22中。空气的第一部分62与空气的第二部分64之间的比率通常被称为旁通比。空气的第二部分64的压力接着在其发送穿过高压(HP)压缩机24并且到燃烧区段26中时增加，在燃烧区段26中，空气的第二部分64与燃料混合并且焚烧以提供燃烧气体66。
燃烧气体66发送穿过HP涡轮28，其中来自燃烧气体66的热和/或动能的一部分经由HP涡轮定子导叶68(联接于外壳18)和HP涡轮转子叶片70(联接于HP轴或转轴34)的连续级抽取，因此使HP轴或转轴34旋转，由此支持HP压缩机24的操作。燃烧气体66接着发送穿过LP涡轮30，其中热和/或动能的第二部分经由LP涡轮定子导叶72(联接于外壳18)和LP涡轮转子叶片74(联接于LP轴或转轴36)的连续级从燃烧气体66抽取，因此使LP轴或转轴36旋转，由此支持LP压缩机22的操作和/或风扇38的旋转。
燃烧气体66随后发送穿过芯部涡轮发动机16的喷气排气喷嘴区段32，以提供推进推力。同时，空气的第一部分62的压力在空气的第一部分62在其从涡扇10的风扇喷嘴排气区段76排出之前发送穿过旁通气流通路56时显著地增加，也提供推进推力。HP涡轮28、LP涡轮30以及喷气排气喷嘴区段32至少部分地限定热气体路径78，用于将燃烧气体66发送穿过芯部涡轮发动机16。
应当认识到的是，图1中描绘的示例性涡扇10仅经由实例，并且在其它示例性实施例中，涡扇10可具有任何其它适合的构造。例如，应当认识到的是，在其它示例性实施例中，涡扇10可替代地构造为任何其它适合的涡轮发动机，如涡轮螺旋桨发动机、涡轮喷气发动机、内燃机等。
现在参照图2，将描述现有技术的扩散器和解旋器组件80。扩散器和解旋器组件80大体上提供燃气涡轮发动机的压缩机和燃烧器之间的流体连通。例如，使用涡扇10作为实例，扩散器和解旋器组件80接收来自高压压缩机24的高压空气，并且将其传递至燃烧区段26，以便于燃料的燃烧和涡扇10的操作。如以上简要地说明的，离开高压压缩机24的空气流具有高速度，其主要为定向的，例如相对于高压压缩机24为切向的。扩散器和解旋器组件80包括扩散器82，其构造用于降低速度并且增加压缩空气流的压力。此外，扩散器和解旋器组件80包括定位在扩散器82下游的解旋器84。解旋器84大体上构造用于对扩散空气流解旋或矫直，以实现改进的燃烧。
值得注意地，然而，扩散器和解旋器组件80包括作为单独构件的扩散器82和解旋器84，使得扩散过程和解旋过程彼此独立地执行。扩散器82和解旋器84使用外框架部件86和内框架部件88连结。此外，多个紧固件90用于将这些各种部分连结在一起，并且将扩散器和解旋器组件80装固在涡扇10内。多个构件的使用增加了制造成本、必要的构件存储以及组装时间。此外，由于多构件构造而产生的各种接头和边缘导致产生阻力的流扰动，并且导致效率损失。合乎需要的是，减少或消除此类损失，简化制造和组装，并且提供加压空气到燃烧区段26中的改进的流。
现在参照图3，扩散器-解旋器100将根据本主题的示例性实施例描述。更具体而言，图3示出了覆盖在来自图2的现有技术扩散器和解旋器组件80(为了比较而以虚线示出)上的扩散器-解旋器100。根据示例性实施例，扩散器-解旋器100限定在安装在涡扇10中时对应于涡扇10的轴向方向A、径向方向R以及周向方向C。应当认识到的是，扩散器-解旋器100是为了示出本主题的方面的目的而使用的仅一个示例性实施例。变型和改型可在保持在本主题的范围内时对扩散器-解旋器100做出。
大体上，本文中描述的扩散器-解旋器100的示例性实施例可使用任何合适的过程来制造或形成。然而，根据本主题的若干方面，扩散器-解旋器100可使用添加制造过程(如3D印刷过程)形成。此类过程的使用可允许扩散器-解旋器100集成地形成，作为单个整体构件，或作为任何合适数量的子构件。具体而言，制造过程可允许扩散器-解旋器100集成地形成，并且包括在使用现有制造方法时不可能的各种特征。例如，本文中描述的添加制造方法实现单个构件的制造，该单个构件可沿着构件的整个长度扩散和解旋压缩的空气。此外，扩散器-解旋器100可包括不可能使用现有制造方法的各种特征、构造、厚度、材料、密度以及内部流体通路特征。这些新颖特征中的一些在本文中描述。
如本文中使用的，用语“添加制造”或“添加制造技术或过程”大体上是指制造过程，其中(多种)材料的连续层设在彼此上，以逐层“建立”三维构件。连续的层大体上熔合在一起，以形成可具有多种集成子构件的整体构件。尽管添加制造技术在本文中描述为通过将物体典型地逐点逐层沿垂直方向建造来实现复杂物体的制作，但是其它制作方法为可能的并且在本主题的范围内。例如，尽管本文中的论述涉及用以形成连续层的材料的添加，但是本领域技术人员将认识到的是，本文中公开的方法和结构可利用任何添加制造技术或制造工艺来实践。例如，本发明的实施例可使用层添加过程、层减去过程，或混合过程。
根据本公开的合适的添加制造技术包括例如熔融沉积建模(FDM)、选择性激光烧结(SLS)、如通过喷墨和激光喷射的3D印刷、立体光固化技术(SLA)、直接选择性激光烧结(DSLS)、电子束烧结(EBS)、电子束熔化(EBM)、激光工程化净成形(LENS)、激光净形状制造(LNSM)、直接金属沉积(DMD)、数字光处理(DLP)、直接选择性激光熔化(DSLM)、选择性激光熔化(SLM)、直接金属激光熔化(DMLM)，以及其它已知的过程。
本文中描述的添加制造过程可用于使用任何合适的材料来形成构件。例如，材料可为塑料、金属、混凝土、陶瓷、聚合物、环氧树脂、光聚合物树脂，或可呈固体、液体、粉末、片材、线或任何其它合适形式的任何其它合适的材料。更具体而言，根据本主题的示例性实施例，本文中描述的添加制造的构件可部分地、整体地或以材料的某种组合形成，该材料包括但不限于纯金属、镍合金、铬合金、钛、钛合金、镁、镁合金、铝、铝合金以及镍或钴基高温合金(例如，可从Special Metals Corporation在名称Inconel®下获得的那些)。这些材料为适合于在本文中描述的添加制造过程中使用的材料的实例，并且可大体上被称为“添加材料”。
此外，本领域技术人员将认识到的是，用于粘合这些材料的多种材料和方法可被使用，并且设想为在本公开的范围内。如本文中使用的，对“熔合”的引用可指用于产生上述材料中的任一种的粘合层的任何合适的过程。例如，如果物体由聚合物制作，则熔合可指在聚合物材料之间产生热固性粘合。如果物体为环氧树脂，则粘合可由交联过程形成。如果材料为陶瓷，则粘合可由烧结过程形成。如果材料为粉末金属，则粘合可由熔化或烧结过程形成。本领域技术人员将认识到的是，由添加制造来熔合材料以制造构件的其它方法为可能的，并且当前公开的主题可利用这些方法实践。
此外，本文中公开的添加制造过程允许单个构件由多种材料形成。因此，本文中描述的构件可由上述材料的任何合适混合物形成。例如，构件可包括多个层、节段或部分，它们使用不同的材料、过程并且/或者在不同的添加制造机器上形成。以该方式，可构建具有用于满足任何特定应用的需求的不同材料和材料特性的构件。此外，尽管本文中描述的构件完全地由添加制造过程构建，但是应当认识到的是，在备选实施例中，这些构件的全部或一部分可经由铸造、机加工和/或任何其它合适的制造过程形成。实际上，材料和制造方法的任何合适组合可用于形成这些构件。
现在将描述示例性添加制造过程。添加制造过程使用构件的三维(3D)信息(例如，三维计算机模型)来制作构件。因此，构件的三维设计模型可在制造之前被限定。在这方面，构件的模型或原型可扫描成确定构件的三维信息。作为另一实例，构件的模型可使用合适的计算机辅助设计(CAD)程序来构建，以限定构件的三维设计模型。
设计模型可包括构件的整个构造(包括构件的外表面和内表面两者)的3D数字坐标。例如，设计模型可限定本体、表面和/或内部通路，如开口、支承结构等。在一个示例性实施例中，三维设计模型例如沿着构件的中心(例如，垂直)轴线或任何其它合适的轴线转换成多个切片或节段。对于切片的预定高度而言，各个切片可限定构件的薄截面。多个连续的截面切片一起形成3D构件。构件接着逐片或逐层地“建立”，直到完成。
以该方式，本文中描述的构件可使用添加过程来制作，或者更具体而言，各个层例如通过使塑料使用激光能量或热熔合或聚合，或者通过烧结或熔化金属粉末来连续地形成。例如，特定类型的添加制造过程可使用能量束(例如，电子束或电磁辐射，如激光束)来烧结或熔化粉末材料。可使用任何合适的激光和激光参数，包括关于功率、激光束光斑大小以及扫描速度的考虑。建造材料可由选择用于提高强度、耐久性以及使用寿命(特别是在高温下)的任何合适的粉末或材料形成。
各个连续层可例如在大约10μm与200μm之间，尽管厚度可基于任何数量的参数来选择，并且可根据备选实施例为任何合适的大小。因此，利用以上描述的添加形成方法，本文中描述的构件可具有与在添加形成过程期间利用的相关联粉末层的一个厚度(例如，10μm)一样薄的截面。
此外，利用添加过程，构件的表面光洁度和特征可取决于应用按需要来变化。例如，表面光洁度可通过在添加过程期间(尤其是在对应于部分表面的截面层的周边中)选择适当的激光扫描参数(例如，激光功率、扫描速度、激光焦斑大小等)来调整(例如，使更平滑或更粗糙)。例如，更粗糙的光洁度可通过增加激光扫描速度或减小形成的熔池的大小来实现，而更平滑的光洁度可通过降低激光扫描速度或增加形成的熔池的大小来实现。扫描图案和/或激光功率还可改变成改变选定区域中的表面光洁度。
值得注意地，在示例性实施例中，本文中描述的构件的若干特征以前由于制造约束而为不可能的。然而，本发明人有利地利用添加制造技术中的当前进展，以大体上根据本公开来开发此类构件的示例性实施例。虽然本公开不限于用以大体上形成这些构件的添加制造的使用，但是添加制造提供了多种制造优点，包括制造的容易、降低的成本、更高的准确性等。
在这方面，利用添加制造方法，甚至多部分构件可形成为单件连续金属，并且可因此与现有设计相比包括更少的子构件和/或接头。这些多部分构件通过添加制造的集成形成可有利地改进整个组装过程。例如，集成形成减少了必须组装的单独部分的数量，因此减少了相关联的时间和整个组装成本。此外，关于例如泄漏、单独部分之间的连结质量，以及整体性能的存在的问题可有利地减少。
此外，以上描述的添加制造方法实现了本文中描述的构件的更加复杂且错综复杂的形状和轮廓。例如，此类构件可包括具有独特大小、形状以及方位的薄添加制造层和流体通路。此外，添加制造过程实现了具有不同材料的单个构件的制造，使得构件的不同部分可展现不同的性能特征。制造过程的连续性、添加性实现了这些新颖特征的构建。因此，本文中描述的构件可展现改进的静压恢复、减小的阻力以及用于最佳燃烧的改进的压缩空气的排放。
大体上参照图3和图4，将描述扩散器-解旋器100。如示出的，扩散器-解旋器100大体上包括环形内壳102和环形外壳104。内壳102和外壳104沿着周向方向C延伸并且间隔开，以限定流调节通路106。流调节通路106限定用于接收压缩空气的环形入口108和用于排放压缩空气的环形出口110。例如，使用涡扇10作为实例，内壳102和外壳104沿着涡扇10的中心轴线12定心，使得入口108与高压压缩机24流体连通，并且出口110与燃烧区段26流体连通。如下面更详细地描述的，扩散器-解旋器100包括各种集成特征，用于调节加压空气的流，以实现燃烧区段26中的改进的燃料燃烧。
现在参照图5，提供了根据本主题的示例性实施例的扩散器-解旋器100的正视透视图，其中外壳104移除成显露多个导叶120。导叶120大体上定位在流调节通路106内，使得内壳102、外壳104以及导叶120限定多个流体通路122。更具体而言，导叶120在内壳102与外壳104之间延伸，以划分流调节通路106并且分流流动穿过入口108的压缩空气流。根据示出的实施例，扩散器-解旋器100包括三十六个导叶120，其限定绕着周向方向C均匀间隔的三十六个流体通路122。然而，应当认识到的是，根据备选实施例，可使用任何合适数量的导叶120，例如，多于二十个导叶120，多于三十个导叶120，等。
使用本文中描述的添加制造方法，具有任何合适的大小、形状、长度以及构造的流体通路122可以以最小的制造约束形成。在这方面，例如，计算分析或经验研究可执行成确定如何形成流体通路122，以实现改进的扩散、解旋以及燃料燃烧。例如，根据一个实施例，各个流体通路122可为直的、曲线的、螺旋的，或任何其它合适的形状。
各个流体通路122可限定在沿着流体通路122的任何地点处具有任何合适大小和几何形状的截面。在这方面，各个流体通路122可限定中心线124(见例如图8)，其从入口108延伸至出口110穿过流体通路122的中点。根据一个示例性实施例，各个流体通路122可限定沿着中心线124的固定的截面区域。根据备选实施例，各个流体通路122可限定从入口108至出口110平滑且连续地变化的截面。
根据示例性实施例，各个流体通路122可具有截面几何形状，其大致上为具有圆形边缘的矩形。作为备选，截面可为圆形、椭圆形、长方形，或任何其它合适的几何形状。此外，截面几何形状可沿着中心线124的长度变化。例如，流体通路122的截面可在入口108近侧为矩形，并且过渡到出口110近侧的椭圆形截面中。根据备选实施例，各个流体通路122在垂直于中心线124截取的每个截面平面处限定相同的截面区域。其它构造为可能的并且在本主题的范围内。
本文中描述的添加制造方法使得流体通路122能够以任何合适的形状且以任何合适的方向方位形成。例如，参照图3，流体通路122限定扩散器区段125，其定位在入口108和高压压缩机24近侧。扩散器区段125大致上垂直于轴向方向A延伸。此外，流体通路122限定在出口110和燃烧区段26近侧定位在扩散器区段125下游的解旋器区段126。解旋器区段126大致上平行于轴向方向A延伸。最后，流体通路122限定过渡区段127，其流体地联接扩散器区段125和解旋器区段126。过渡区段127构造用于扩散和解旋压缩空气流。尽管扩散区段125和解旋器区段126主要构造用于分别扩散和解旋压缩空气流，但是应当认识到的是，因为流体通路122可以以具有很少或没有制造约束的任何方式形成，所以流体通路的整个长度可设计成以改进且更有效的方式扩散，消除或以其它方式调节空气。在这方面，“流调节”可在本文中用于指流体流的任何参数如通过扩散，解旋，转向，重新定向，减速，加速等的操纵或变化。
根据示出的实施例，流体通路122在入口108近侧大致上垂直于轴向方向A延伸。以该方式，例如，高压压缩机24在垂直于轴向方向A的平面中通过入口108排放压缩的空气。更具体而言，压缩空气将具有来自高压压缩机24的出口角度，其具有径向分量(沿着径向方向R延伸)和切向分量(垂直于径向方向R延伸)。根据示例性实施例，导叶120限定大致上在入口108与出口110之间延伸的前缘128。
更具体而言，参照图3，高压压缩机24可限定紧邻入口108定位的压缩机出口150。压缩机的叶轮154的径向末端152可沿着径向方向R一直延伸至压缩机出口150。此外，扩散器-解旋器100可安装成邻近于高压压缩机24，使得入口108和压缩机出口150紧邻于彼此，使得没有压缩机空气可泄漏到入口108外部。此外，前缘128定位在入口108的最前部分处，使得径向末端152和前缘128紧邻并且几乎接触。以该方式，压缩机排放空气的流从叶轮154的径向末端152直接喷射到入口108和相应的流体通路122中。在这方面，前缘128定位在高压压缩机24的叶轮154近侧(例如，在过渡区段127上游)。此外，根据示例性实施例，导叶120可在入口108近侧沿着出口角度延伸，以允许压缩空气以最小的阻力和/或损失的吸入。然而，随着流接近出口110，导叶120可接着将压缩空气流朝向大致上平行于轴向方向A的方向缓慢且连续地转动。应当认识到的是，如本文中使用的，近似的用语(如“近似地”、“大体上”或“大约”)是指在百分之十的误差裕度内。
再次参照图3，应当认识到的是，扩散器-解旋器100可具有比现有设计低得多的轮廓，导致更少的材料、更低的成本以及将其定位在发动机内所需的更小的空间。例如，根据示出的实施例，扩散器-解旋器100限定第一距离130，其在入口108与外壳104的径向最外部分132之间沿着径向方向R测量。此外，扩散器-解旋器100限定第二距离134，其在外壳104的最前部分136(例如，最靠近高压压缩机24)与出口110之间沿着轴向方向A测量。根据示出的实施例，第一距离130小于第二距离134。
现在大体上参照图3至图9，扩散器-解旋器100还包括定位在流调节通路106内的分流器140。分流器140大体上在相邻的导叶120之间沿着周向方向C延伸，以分流穿过各个流体通路122的压缩空气流。在这方面，例如，分流器140可被称为“周向分流器”，因为其大致上沿着周向方向C延伸。然而，根据备选实施例，分流器140可沿着任何其它合适的方向延伸，用于使流以期望的方式分流。例如，根据备选实施例，各个流体通路122可具有径向延伸的分流器，即，“径向分流器”，其将该通路分成两个周向间隔的通路。
分流器140的其它形状、大小、构造以及方位可根据备选实施例使用。例如，分流器140可沿着各个流体通路122的子午面延伸，通常沿着中心线124延伸，并且作用成使流沿着与相应流体通路122的周向方向C相切的矢量来分流。分流器140用于改进流体流可朝向大致轴向方向A转动的速率，而不引起显著的空气动力损失。此外，采用它们，以通过产生“新”通路来提供通过扩散器-解旋器100的扩散速率的附加控制。虽然与分流器140的设计和放置无关，但是分流器140的前缘可设计有任何合适的形状，以最小化与将钝体呈现给流体流相关联的空气动力损失。例如，分流器140限定倒角边缘142，其设计成最小化对压缩空气流的阻力。然而，根据备选实施例，倒角边缘142可替代地为锥形边缘、正方形边缘或任何合适的形状。
根据示出的实施例，分流器140例如在与内壳102和外壳104等距的地点处沿着各个流体通路122的中心线124延伸。此外，分流器140沿着大于中心线124长度的一半延伸。然而，根据备选实施例，分流器140可定位在任何合适的地点处，并且可沿着流调节通路106内的任何合适的路径延伸，以实现压缩空气流的期望的分流。此外，尽管分流器140示出为沿着其长度具有恒定的厚度或宽度，但是应当认识到的是，分流器140可为锥形的或者可具有任何其它合适的形状和厚度。
扩散器-解旋器100还可包括用于穿过其的改进的流体流的附加特征。例如，通路内放出端口(未示出)为流体通路122内的开口，其相对于主流体流起到压力下降的作用。虽然它们从涡扇10的芯部流动路径抽取高压空气，但是该抽取可通过从沿着壁形成的边界层抽取空气来帮助防止沿着扩散器-解旋器100的壁的流分离，这有益于通过减少与边界层生长相关联的空气动力损失的静压恢复。该空气可在遍及涡扇10的其它地点中使用，或者按需要由飞行器使用。
应当认识到的是，扩散器-解旋器100在本文中仅为了说明本主题的方面的目的而被描述。例如，扩散器-解旋器100将在本文中用于描述示例性构造、结构以及制造扩散器-解旋器100的方法。应当认识到的是，本文中论述的添加制造技术可用于制造其它扩散器和解旋器，用于在任何合适的燃气涡轮发动机中或在任何其它扩散和解旋应用中，以及在任何合适的工业中使用。因此，本文中描述的示例性构件和方法仅用于示出本主题的示例性方面，而不旨在以任何方式限制本公开的范围。
例如，尽管扩散器-解旋器100在上面描述为包括内壳102、外壳104、导叶120以及分流器140，它们集成地形成，以限定和划分流体通路122，用于最佳扩散和解旋，但是备选实施例可包括多个周向间隔的流调节管。使用图10作为实例，将描述根据本主题的备选实施例的扩散器-解旋器160。
扩散器-解旋器160包括环形入口歧管162，其与燃气涡轮发动机的压缩机(例如，涡扇10的高压压缩机26)流体连通。此外，扩散器-解旋器160包括环形出口歧管164，其与燃气涡轮发动机的燃烧器(例如，涡扇10的燃烧区段26)流体连通。扩散器-解旋器160还包括多个流调节管166，它们中的各个限定提供入口歧管162与出口歧管164之间的流体连通的流体通路168。
应当认识到的是，流体通路168可具有任何合适的形状，用于在将流传递到燃烧区段26中之前扩散和解旋来自高压压缩机24的空气流。例如，根据一个示例性实施例，扩散器-解旋器160和流体通路168可构造成以分别类似于扩散器-解旋器100和流体通路122的方式起作用。根据一个示例性实施例，流调节管166沿着流调节管166的中心线(未示出)限定椭圆形截面，截面从入口歧管162至出口歧管164平滑且连续地增加。
如图10中示出的，扩散器-解旋器160还包括由流调节管166限定的分流器170。以该方式，分流器170大体上横跨各个流调节管166的宽度沿着周向方向C延伸，以分流穿过各个流体通路168的压缩空气流。因此，分流器170可构造成类似于分流器140，以执行相同或类似的功能。例如，分流器170可为锥形的，可具有恒定的截面，可沿着流体通路168的中心线的一部分定位，或者可以以任何其它合适的方式成形，定向和定位。
既然提出了根据本主题的示例性实施例的扩散器-解旋器100,160的结构和构造，就提供根据本主题的示例性实施例的用于形成扩散器-解旋器的示例性方法200。方法200可由制造商使用，以形成扩散器-解旋器100或任何其它合适的扩散和解旋构件。应当认识到的是，示例性方法200仅在本文中论述，以描述本主题的示例性方面，而不旨在限制。
现在参照图11，方法200包括在步骤210处使环形内壳通过连续地沉积和熔合添加材料来形成，内壳沿着周向方向延伸。步骤220包括使环形外壳通过连续地沉积和熔合添加材料来形成，外壳沿着周向方向延伸并且与内壳间隔开，以限定流调节通路。流调节通路具有与燃气涡轮发动机的压缩机流体连通的入口和与燃气涡轮发动机的燃烧器流体连通的出口。
方法200还包括在步骤230处，使多个导叶通过连续地沉积和熔合添加材料来形成，多个导叶在内壳与外壳之间延伸，以将流调节通路分成多个流体通路。步骤240包括使分流器通过连续地沉积和熔合添加材料来形成，分流器定位在流调节通路内并且在多个导叶中的相邻导叶之间沿着周向方向延伸，以分流穿过多个流体通路中的各个的压缩空气流。
步骤210至步骤240可使用本文中描述的添加制造过程中的任一个来执行。如以上关于示例性扩散器-解旋器100,160说明的，这些方法实现了内壳、外壳、导叶、分流器以及其它特征形成为具有任何合适的数量、大小、形状以及构造的单个整体件。以该方式，可促进改进的扩散、解旋以及燃烧。
图11描绘了为了示出和论述的目的而以特定顺序执行的步骤。使用本文中提供的公开的本领域技术人员将理解的是，本文中论述的方法中的任一种的步骤可以以各种方式改编，重新布置，扩展，省略或修改，而不偏离本公开的范围。此外，尽管方法200的方面使用扩散器-解旋器100作为实例来说明，但是应当认识到的是，这些方法可应用成制造任何合适的扩散器-解旋器。
添加制造的扩散器-解旋器和用于制造该扩散器-解旋器的方法在上面描述。值得注意地，扩散器-解旋器100可大体上包括性能增强的几何形状和流调节特征，它们的实际实施由如本文中描述的添加制造过程促进。例如，扩散器-解旋器可包括多个流体流通路，其连续地扩散和解旋压缩空气，用于改进燃烧。此外，多个流体流通路可包括集成形成的分流器，其减小流分离并且提高扩散和解旋的效率。这些导叶和分流器可形成为具有空气动力轮廓，以减少对压缩空气流的阻力，同时改进扩散和解旋。此外，扩散器-解旋器可包括集成形成的结构承载特征，如硬化支柱、脊或壁。这些特征可在扩散器-解旋器的设计期间引入，使得它们可在建造过程期间以很少或没有附加成本容易地集成到扩散器-解旋器中。此外，包括内壳、外壳、多个导叶、分流器以及其它特征的整个扩散器-解旋器可集成形成为单个整体构件。
现有技术的扩散器和解旋器组件(如图3中的扩散器和解旋器组件80)包括入口近侧的扩散区段和出口近侧的解旋区段。过渡区段提供扩散区段与解旋区段之间的流体连通，但几乎没有进一步调节压缩空气流。相比之下，本文中描述的添加制造方法实现了流调节通路106和流体通路122的最佳形状，以允许压缩空气沿着流体通路122的整个长度扩散和解旋。
该书面的描述使用实例以公开本发明(包括最佳模式)，并且还使本领域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任何并入的方法)。本发明的可专利范围由权利要求限定，并且可包括本领域技术人员想到的其它实例。如果这些其它实例包括不与权利要求的字面语言不同的结构元件，或者如果这些其它实例包括与权利要求的字面语言无显著差别的等同结构元件，则这些其它实例意图在权利要求的范围内。

Claims (10)

1.一种用于调节来自压缩机的压缩空气流的扩散器-解旋器，所述扩散器-解旋器限定轴向方向、径向方向以及周向方向，所述扩散器-解旋器包括：
环形内壳；
环形外壳，其与所述内壳间隔开；
多个导叶，其在所述内壳与所述外壳之间延伸，所述内壳、所述外壳以及所述多个导叶限定多个流体通路，所述多个导叶中的至少一个限定在所述压缩机的叶轮近侧的前缘。
2.根据权利要求1所述的扩散器-解旋器，其特征在于，所述多个流体通路限定大致上垂直于所述轴向方向延伸的扩散器区段、大致上平行于所述轴向方向延伸的解旋器区段，以及流体地联接所述扩散器区段和所述解旋器区段的过渡区段，所述过渡区段构造用于扩散和解旋所述压缩空气流。
3.根据权利要求2所述的扩散器-解旋器，其特征在于，所述多个导叶中的至少一个的所述前缘定位在所述过渡区段上游。
4.根据权利要求2所述的扩散器-解旋器，其特征在于，所述扩散器区段和所述解旋器区段均限定非线性流动路径。
5.根据权利要求1所述的扩散器-解旋器，其特征在于，所述扩散器-解旋器还包括：
分流器，其在所述多个导叶中的相邻导叶之间延伸，以分流穿过所述多个流体通路的所述压缩空气流。
6.根据权利要求5所述的扩散器-解旋器，其特征在于，所述分流器限定了倒角的前缘。
7.根据权利要求5所述的扩散器-解旋器，其特征在于，所述分流器在与所述内壳和所述外壳等距的地点处至少部分地沿着所述多个流体通路中的各个的中心线延伸。
8.根据权利要求7所述的扩散器-解旋器，其特征在于，所述分流器沿着所述多个流体通路中的各个的所述中心线的大于一半延伸。
9.根据权利要求1所述的扩散器-解旋器，其特征在于，所述内壳、所述外壳以及所述多个导叶集成地形成为单个整体构件。
10.根据权利要求1所述的扩散器-解旋器，其特征在于，所述扩散器-解旋器限定在入口与所述外壳的径向最外部分之间沿着所述径向方向测量的第一距离，以及在所述外壳的最前部分与出口之间沿着所述轴向方向测量的第二距离，所述第一距离小于所述第二距离。
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