CN113939645B - 用于燃气涡轮发动机的隔热罩 - Google Patents

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Abstract

一种用于燃气涡轮发动机的隔热罩。所述隔热罩包括主体，主体具有前边缘、后边缘、横向边缘、第一表面和第二表面，在使用中，第一表面暴露于穿过所述燃气涡轮发动机的高温工作气体。主体具有用于输送冷却剂流的阵列的冷却通道，其中阵列的冷却通道中的每个冷却通道具有表面。阵列的冷却通道中的至少一个冷却通道包括从表面延伸到冷却通道中的至少一个流动扰动特征部。

Description

用于燃气涡轮发动机的隔热罩
技术领域
本发明涉及一种可以用在燃气涡轮发动机中的隔热罩，并且优选地是一种具有用于提高温度能力及寿命的冷却装置的隔热罩。
背景技术
隔热罩可以存在于燃气涡轮发动机的多个位置中，例如，隔热罩可以位于环形阵列的涡轮叶片的径向外侧。隔热罩通常是由托架结构保持就位的隔热罩的周向部段的阵列。隔热罩形成部分的气体通道，气体通道引导燃烧气体通过涡轮，涡轮以传统方式驱动涡轮转子叶片。这些隔热罩具有暴露于涡轮的高温工作气体的高温侧和径向向外且通常用冷却空气进行冷却的低温侧。重要的是，在叶片末端与隔热罩之间存在最小的间隙，以最小化末端泄漏，从而最小化效率损失。
US2017/0138211A1公开了一种燃气涡轮发动机的环形部段，其具有主体，该主体具有竖直的前钩和后钩。这些钩将环形部段附接到相对于燃气涡轮发动机的旋转轴线定位在径向外部的托架结构上。环形部段包括冷却装置，该冷却装置包括冲击板和冷却通道阵列。冲击板位于主体的径向外侧，并将空气射流引向主体的低温侧。冷却通道阵列形成在主体内，并且经由低温侧的开口以及在主体内居中形成并轴向地延伸的廊道通道被供应已使用的冲击冷却空气。冷却通道远离廊道通道周向地延伸。因此，冷却通道在平行于转子叶片的旋转的方向上沿着冷却通道的最长尺寸延伸。
US2013/108419(A1)公开了一种用于燃气涡轮发动机的环形部段，其包括板或主体以及冷却系统。冷却系统设置在板内并且包括冷却流体供应槽，该冷却流体供应槽具有敞开的顶部，并且从板的中央凹陷部分径向向内延伸。冷却系统还包括从冷却流体供应槽延伸至板的前边缘和/或后边缘的多个冷却流体通道。冷却流体通道从冷却流体供应槽接收冷却流体，其中，当冷却流体通过冷却流体通道时，冷却流体向面板提供对流冷却。
EP3167164B1公开了一种涡轮机部件，其包括内置在由弯曲的或平面的板，尤其是金属板制成的部件中的内置部件，该部件包括多个冷却通道，冷却流体，尤其是空气可经由该多个冷却通道被引导，其中，多个冷却通道中的至少一个具有连续的锥形截面。
然而，这些隔热罩或环形部段不仅在它们的高温侧与低温侧之间，而且在前边缘与后边缘之间以及在横向边缘之间都会引起高的热梯度。这种热梯度在隔热罩中产生负载，导致操作中隔热罩的材料疲劳和变形。隔热罩的变形可能会使隔热罩的高温表面与旋转叶片摩擦，导致两个部件损坏，进而导致涡轮性能下降。
因此，本发明的目的仍然是提供一种改进的隔热罩，该隔热罩减少变形，降低温度梯度，降低绝对温度并最小化冷却空气的使用。
发明内容
为了解决已知的问题，提供了一种用于燃气涡轮发动机的隔热罩。所述隔热罩包括主体，主体具有前边缘、后边缘、横向边缘、第一表面和第二表面，在使用中，第一表面暴露于穿过所述燃气涡轮发动机的高温工作气体。主体具有用于输送冷却剂流的阵列的冷却通道，其中冷却通道阵列中的每个冷却通道具有表面。冷却通道阵列中的至少一个冷却通道包括从表面延伸到冷却通道中的至少一个流动扰动特征部。
至少一个流动扰动特征部可以是销。销从表面的一部分延伸至表面的另一部分，从而可以使得销的侧面不与冷却通道的表面相接触。
所述至少一个流动扰动特征部或另外的至少一个流动扰动特征部可以是部分销。部分销可以沿其长度附接至所述冷却通道的另一侧。
所述至少一个流动扰动特征部或另外的至少一个流动扰动特征部可以包括第二部分销。部分销和第二部分销可以横跨通道彼此相对地设置。
至少一个冷却通道可以包括沿着冷却通道的长度的至少一部分的销和部分销和/或第二/部分销的阵列。优选地，销和部分销和/或第二/部分销可以以相互交替的模式设置。
流动扰动特征部可以具有多边形的横截面形状。优选地，横截面形状可以是四边形或平行四边形。横截面形状可以具有对角线，并且对角线与所述冷却通道的纵向范围一致。
流动扰动特征部可以具有多个侧面，其中，任意两个相邻的侧面之间的角度≥45度。
一个或多个冷却通道可以包括限制器。限制器形成冷却通道内的最小横截面积。
冷却通道阵列可以包括前冷却通道阵列和后冷却通道阵列。前冷却通道阵列和后冷却通道阵列中的每一个都可以包括平行的特别是直的冷却通道，每个冷却通道都在大致垂直于相应的前边缘和后边缘的方向上延伸。后冷却通道阵列中的冷却通道可以比前冷却通道阵列中的冷却通道长。
主体具有垂直于前边缘和/或后边缘的尺寸L，并且后冷却通道阵列中的冷却通道可以延伸L的55-70％，优选延伸L的60％，并且前冷却通道阵列中的冷却通道可以延伸L的30-45％，优选延伸L的40％。
前冷却通道阵列中的每个冷却通道可以在主体的前边缘中具有出口。后冷却通道阵列的每个冷却通道可以在主体的后边缘中具有出口。
前冷却通道阵列中的每个冷却通道可以具有形成在第二表面中的入口。后冷却通道阵列中的每个冷却通道可以具有形成在第二表面中的入口。优选地，每个冷却通道可以具有形成在第二表面中的入口。
最靠近主体的横向边缘定位的冷却通道可以具有限定在横向边缘中的多个出口，从而在使用中，冷却剂经由冷却通路流出所述冷却通道并通过出口在所述横向边缘中排出。其中，每个冷却通道具有形成在所述第二表面中的入口，最靠近主体的横向边缘定位的冷却通道的入口大于其它冷却通道的入口。
至少一个冷却通道可以具有多边形的横截面形状，优选为四边形。优选地，所有冷却通道的横截面形状为多边形，优选为四边形。优选地，所有冷却通道的横截面形状为矩形、三角形或梯形。
此外，为了解决已知的问题，还提供了一种用于燃气涡轮发动机的隔热罩。该隔热罩包括主体，该主体具有前边缘、后边缘、横向边缘、第一表面和第二表面，在使用中，第一表面暴露于穿过燃气涡轮发动机的高温工作气体。主体具有用于输送冷却剂流的阵列的冷却通道。至少一个冷却通道的横截面形状为多边形，优选为四边形。优选地，所有冷却通道的横截面形状为多边形，优选为四边形。优选地，所有冷却通道的横截面形状为矩形、三角形或梯形。
此外，为了解决已知的问题，提供了一种用于燃气涡轮发动机的隔热罩。该隔热罩包括主体，主体具有前边缘、后边缘、横向边缘、第一表面和第二表面，在使用中，第一表面暴露于穿过燃气涡轮发动机的高温工作气体。主体具有用于输送冷却剂流的阵列的冷却通道，其中阵列的冷却通道中的每个冷却通道具有表面。冷却通道阵列包括前冷却通道阵列和后冷却通道阵列。前冷却通道阵列和后冷却通道阵列中的每一个都包括平行的、特别是直的冷却通道，每个冷却通道都在大致垂直于相应的前边缘和后边缘的方向上延伸。后冷却通道阵列中的冷却通道比前冷却通道阵列中的冷却通道长。
主体具有垂直于前边缘和后边缘的尺寸L，并且后冷却通道阵列中的冷却通道可以延伸L的55-70％，优选延伸L的60％，并且前冷却通道阵列中的冷却通道可以延伸L的30-45％，优选延伸L的40％。
附图说明
通过参考以下结合附图对于本发明实施例的描述，本发明的上述属性和其他特征及优点以及实现它们的方式将变得更加明显，并且本发明本身将被更好地理解，其中
图1以剖视图示出了涡轮发动机的一部分，其中结合了本发明的隔热罩；
图2是穿过本发明隔热罩的截面的透视图，该图示出了用于将冷却剂流通过隔热罩的主体进行输送的阵列的冷却通道；
图3是本发明隔热罩的完整截面A-A，该图示出了用于将冷却剂流通过隔热罩的主体进行输送的阵列的冷却通道的径向向内视图，
图4是图3所示的本发明隔热罩的阵列的冷却通道中的冷却通道的放大视图B，还可以看到许多流动扰动特征部，
图5是沿图4中箭头C方向的视图，该图示出了矩形截面的冷却通道以及流动扰动特征部中的一个；
图6是沿图3中箭头D方向的放大视图，该图示出了本发明隔热罩的阵列的冷却通道中的多个冷却通道，
图7是沿图3中箭头D方向的视图，该图示出了三角形截面的冷却通道，
图8是沿图3中箭头D方向的视图，该图示出了梯形的冷却通道。
具体实施方式
图1以截面图示出了燃气涡轮发动机10的示例。燃气涡轮发动机10按流动顺序包括，入口12、压缩机部分14、燃烧器部分16以及涡轮部分18，它们大体按流动顺序来布置，并且通常围绕并沿着纵向轴线或旋转轴线20的方向布置。燃气涡轮发动机10还包括轴22，轴22可以围绕旋转轴线20旋转，并纵向地延伸穿过燃气涡轮发动机10。轴22驱动地连接涡轮部分18和压缩机部分14。
在燃气涡轮发动机10的运行中，通过空气入口12吸入的空气24被压缩机部分14压缩并输送至燃烧部分或燃烧器部分16。燃烧器部分16包括燃烧器增压室26、一个或多个燃烧室28和固定到每个燃烧室28上的至少一个燃烧器30。燃烧室28和燃烧器30被定位在燃烧器增压室26内。穿过压缩机14的压缩空气进入扩散器32，并从扩散器32中排放到燃烧器增压室26中，其中，一部分空气从燃烧器增压室26进入燃烧器30，并与气体和/或液体燃料混合。空气/燃料混合物随后被燃烧，并且来自燃烧器的燃烧气体34或工作气体经由过渡管道17被引导通过燃烧室28到达涡轮部分18。
该示例性的燃气涡轮发动机10具有管状燃烧器部分布置16，管状燃烧器部分布置16由环形阵列的燃烧器罐19构成，每个燃烧器罐19具有燃烧器30和燃烧室28。过渡管道17具有与燃烧室28连接的大致圆形的入口和环形部段形式的出口。环形阵列的过渡管道出口形成用于将燃烧气体引导至涡轮18的环形空间。在其他例子中，燃烧器部分16可以是本领域已知的环形燃烧器。
涡轮部分18包括附接至轴22的多个叶片承载盘36。在本示例中，两个盘36各自承载环形阵列的涡轮叶片38。然而，叶片承载盘的数量可以不同，即仅有一个盘或多于两个盘。此外，固定到燃气涡轮发动机10的定子42上的导向叶片40设置在涡轮叶片38的环形阵列的各级之间。在燃烧室28的出口与前涡轮叶片38之间设置入口导向叶片40，并将工作气体流转向涡轮叶片38。
来自燃烧室28的燃烧气体进入涡轮部分18并驱动涡轮叶片38，涡轮叶片38又使轴22旋转。导向叶片40用于优化涡轮叶片38上的燃烧气体或工作气体的角度。
涡轮部分18的定子42进一步包括托架44和安装在托架44上并部分限定穿过涡轮部分的工作气体路径的环形阵列的隔热罩60。隔热罩60安装在转子叶片38的径向外侧。在其他燃气涡轮发动机中，隔热罩60可以安装在环形阵列的转子叶片38之间和/或可以安装在径向内壳体上。
本发明参照上述示例性涡轮发动机进行描述，该示例性涡轮发动机具有连接单个多级压缩机和单个一级或多级涡轮的单个轴或线轴。然而，应当理解，本发明同样适用于两轴或三轴发动机，并且可以用于工业、航空或海洋的应用。
除非另有说明，术语上游和下游指的是通过发动机的气流和/或工作气流的流动方向。术语向前和向后指的是通过发动机的气体的大体流动。术语轴向、径向和周向是参照发动机的旋转轴线20来表示的。
术语“隔热罩”不仅用于表示如本文所述的隔热罩60，还指燃气涡轮发动机10的涡轮系统18的周向部段或叶片外部空气密封件(BOAS)或护罩。
现在将参照图2至8描述本发明的隔热罩60。
参照图2至图6，隔热罩60是环形阵列的周向部段中的周向部段，周向部段形成穿过涡轮部分18的气体路径的气体冲刷外表面的一部分。隔热罩60位于旋转叶片38的径向外侧，并在它们之间形成末端间隙。
隔热罩60具有主体61、前边缘62、后边缘64，并且当轴向地向下游观察时，分别具有朝左的横向边缘66和朝右的横向边缘67。当安装在燃气涡轮发动机中时，沿周向紧密相邻的隔热罩60可以彼此邻接或非常接近，使得一个朝左的横向边缘66面对一个朝右的横向边缘67，并且其间可以存在间隙。隔热罩60具有第一表面或气体冲刷表面70，该表面也是径向内表面，并且该表面部分地限定了涡轮部分18中的气体路径的径向外部气体冲刷表面。气体冲刷表面70也可以被称为高温侧，其受到流过气体路径的高温工作气体的影响。隔热罩60具有第二表面或低温侧表面72，该表面是相对于高温气流的径向外表面。
隔热罩60通过前钩或前挂钩74以及后钩或后挂钩76安装到壳体58上。前钩74和后钩76与托架44上的相应特征接合。如本领域已知的，可以提供用于将隔热罩固定至托架44或其他支撑结构的其他或额外的固定装置。
隔热罩60具有中心线21，当朝向燃气涡轮10的旋转轴线20径向向内观察时，该中心线21平行于旋转轴线20。隔热罩60大体围绕其中心线21对称。当沿着中心线21观察时，隔热罩60是大体弓形的，并且其曲率是阵列的隔热罩60的周向表面的一部分的曲率，该周向表面形成涡轮部分18的气体冲刷表面。
主体61具有用于输送冷却剂流80的冷却通道阵列78，冷却剂流80经由托架44供应至隔热罩60的低温侧72。冷却通道阵列78包括前冷却通道阵列82和后冷却通道阵列84。前冷却通道阵列82和后冷却通道阵列84中的每一个都包括平行的直的冷却通道86，每个冷却通道都在大致垂直于相应的前边缘62和后边缘64的方向上延伸。
前冷却通道阵列82的每个冷却通道86在前边缘62中具有出口88，并且后冷却通道阵列84的每个冷却通道86在主体61的后边缘64中具有出口90。每个冷却通道86具有形成在第二表面72中的入口92、94。在该实施例中，不具有向多个冷却通道86供给的通道。此外，最靠近主体61的横向边缘66、67的冷却通道68中的每一个具有限定在相应横向边缘66、67中的多个出口96。从图3中可以看出，出口96是短的横向冷却通道，其从冷却通道68延伸至隔热罩的横向边缘。尽管未示出，出口96位于密封条的径向内侧，密封条在紧密相邻的隔热罩之间密封，并且通常位于横向边缘或表面的凹槽中。最靠近横向边缘66、67的冷却通道68的至少一部分位于密封条的径向内侧。
隔热罩60不对称的一个方面是，限定在横向边缘66中的多个出口96中的每一个在轴向方向上或沿着边缘66、67偏离于限定在横向边缘67中的其他多个出口96。对于两个紧密相邻的隔热罩，一个隔热罩的横向边缘66与另一个隔热罩60的横向边缘67相对。横向边缘66中的出口96形成为使得从其中流出的冷却剂的射流冲击横向边缘67的表面，而不是冲击横向边缘67的出口96。类似地，横向边缘67中的出口96形成为使得冷却剂的射流冲击横向边缘66的表面，而不是冲击横向边缘66的出口96。因此，对于任何一个隔热罩60，从最靠近每个横向边缘66、67的冷却通道68延伸的出口及短的横向冷却通道不是关于中心线21完全对称的。出口96的这种偏离布置确保相邻隔热罩之间非常好的密封，并为横向边缘66、67提供非常好的冷却。
在使用中，加压冷却剂80，通常是从压缩机中排出的空气，经由托架44供应至隔热罩60的低温侧72。冷却剂80通过入口92、94进入冷却通道68，沿着冷却通道68流动，并分别作为冷却剂支流80A、80B和80C通过前边缘62、后边缘64、和横向边缘66、68处的出口88、90、96排出。在隔热罩的边缘排出冷却剂80有助于防止高温工作气体进入隔热罩60周围的间隙。在隔热罩60的边缘排出冷却剂80也还有助于防止隔热罩60的边缘62、64、66、67处以及附近出现热点。此外，隔热罩60的整个主体61上的任何温度梯度都被最小化。
最靠近主体68的横向边缘66、67的冷却通道68具有比其他冷却通道68的入口92更大的入口94，以便于具有比其他冷却通道68更大的冷却剂流量，并且将出口96分别充分地供应至横向边缘66、68以及它们在前边缘62和后边缘68中的出口88、90。在该示例性实施例中，最靠近横向边缘66、67的冷却通道68具有与其他冷却通道68相同的横截面形状和面积；然而，最靠近横向边缘66、67的冷却通道68可以具有更大的横截面积和/或形状，以允许更大量的冷却剂流入它们的入口并通过冷却通道，从而它们的横向出口96以及前边缘62和后边缘64处的出口80被充分地供应冷却剂。
为了进一步降低主体61的温度梯度和绝对温度，后冷却通道阵列84中的冷却通道68在轴向方向20、21上比前冷却通道阵列82中的冷却通道68长。前边缘62处的工作气体的压力和温度高于后边缘64处的工作气体的压力和温度，并且后冷却通道阵列84和前冷却通道阵列82的长度使得有足够的冷却剂通过前冷却通道阵列82以及后冷却通道阵列84。换句话说，后冷却通道阵列84和前冷却通道阵列82的长度使得沿着相应冷却通道的压力损失与它们的出口外部的压力相平衡，从而在冷却通道中存在冷却剂正压力，以提供通过每个冷却通道用于其冷却需求的足够的冷却剂流。主体61具有垂直于前边缘62(即轴向长度)和后边缘64的尺寸L并且后冷却通道阵列84中的冷却通道68延伸L的55-70％，并且在所示的实施例中延伸L的60％。前冷却通道阵列82中的冷却通道68延伸L的30-45％，并且在所示的实施例中延伸L的40％。注意，从后冷却通道阵列84的入口92和前冷却通道阵列82的入口92之间的中心点或线93来考虑这些相对尺寸。
本发明隔热罩的冷却装置的冷却效率通过阵列的冷却通道78中的至少一个但优选为所有的冷却通道68而大大提高，阵列的冷却通道78包括至少一个流动扰动特征部100。冷却通道具有四边形的横截面形状，在本该示例中为矩形，具有冷却剂在其上流动的表面104。在该示例性实施例中，表面104由径向内表面108、径向外表面106以及横向表面105、107形成。在该实施例中，有许多流动扰动特征部100，即销102和部分销110，流动扰动特征部100从表面104大体延伸至冷却通道68中。
销102从表面108延伸至表面106，使得其侧面112不与冷却通道68的表面104相接触。换句话说，销102仅在其端部114、116附接至表面104。销102在冷却通道68中与横向表面105、107等距定位，尽管在另外的实施例中，销102可以偏离并且相较于另一个横向表面107、105而更靠近一个横向表面105、107。销102具有菱形的横截面形状，但是其他多边形形状也是可能的，例如四边形或平行四边形。该销具有对角线120，该对角线120被限定在由其侧面112限定的两个相对的边缘之间，该对角线120与冷却通道68的纵向轴线118在一条直线上。
另一流动扰动特征部100是部分销110，当被垂直于图4的视图并由对角线120限定的平面分割时，该部分销110具有与销102的一半类似的横截面形状。部分销110在图5中以虚线示出，并且沿着其长度附接至冷却通道68的另一侧107，使得从表面104延伸出两个侧表面和一个边缘。(第一)部分销110也经由其连接到表面106和表面108的端部而附接至冷却通道68。如图4和图5所示，该流动扰动特征部100包括第二部分销110，该第二部分销110设置在与第一部分销110相对的表面105上，并且横跨冷却通道68。
冷却通道68在穿过销102的横截面上的总的最小流通面积大约等于相对的两个部分销110之间的冷却通道68的最小流通面积。
参考图3，包括阵列的流动扰动特征部100的冷却通道68中的每一个沿着冷却通道68的长度的至少一部分具有多个销102以及相对的(第一和第二)部分销110。阵列的流动扰动特征部100由一对相对的(第一和第二)部分销110和而后的一个销102的交替图案形成，或者由一个销102和而后的一对相对的(第一和第二)部分销110的交替图案形成。
应当理解，该对相对的(第一和第二)部分销110以及销102的其他布置是可能的，并且第一部分销110与第二部分销110不需要横跨冷却通道对准，而是可以是偏移的。实际上，有可能具有各种没有销而仅有部分销110或者没有部分销110而仅有销102的冷却装置。在没有部分销的情况下，阵列的销102中的每个销102可以被定位成偏离于冷却通道68的中心线118。在没有销102的情况下，部分销110可以沿着它们的长度仅附接至一个表面，例如表面108，或者附接至多于一个表面，例如表面105、106、107、108，并且各连续的部分销110可以附接至表面105、106、107、108中的任何一个。此外，销102被示出为从表面108延伸到至表面106，但是其可以在表面105和表面107之间延伸。类似地，部分销110被示出为从表面108延伸至表面106，但是其可以在表面105和表面107之间延伸。
在本发明隔热罩的图4的示例中，每个冷却通道68还包括限制器130。限制器130在冷却通道68内形成最小的横截面积，并控制流过冷却通道68的冷却剂的量。流动限制器130具有与相对的一对部分销110基本相同的横截面形状和总体构型，不同之处在于流动限制器130更大，并且如上文所述地形成冷却通道68的比销102周围以及相对的一对部分销110之间的流通面积更小的流动横截面积。相对于沿着冷却通道68从入口92、94流向出口88的冷却剂，限制器130位于销102和部分销110的下游。限制器130位于非常靠近出口88的位置。
在本发明隔热罩60的另外的实施例中，为了平衡穿过隔热罩60的热传递或冷却效果，不是所有冷却通道68都具有限制器130，或者限制器130的尺寸可以不同；也就是说，限制器130的流通面积可以针对一个或多个冷却流通道68进行调节。例如，前冷却通道阵列82可以不具有限制器130，或者具有流通面积比后冷却通道阵列84的更大的限制器，从而优先向前冷却通道阵列82供应冷却剂。在另一个例子中，前冷却通道阵列82和后冷却通道阵列84中的任一个或其二者均可以在其最靠近横向边缘66、68处包括不具有限制器130的多个冷却通道，或包括具有比更靠近中心线21的冷却通道68更大的流通面积的限制器的多个冷却通道；因此，优先冷却隔热罩60的横向边缘区域。
方便地，隔热罩60可以被设计为用于特定的燃气涡轮的所有类型，并且限制器130本身可以被简单地改变以根据发动机的类型定制通过每个冷却通道68的冷却剂的量。燃气涡轮的不同类型，例如不同的功率输出，意味着工作气体温度和/或压力可能不同，因此在高输出燃气涡轮中，限制器130被移除或者在一些或所有冷却通道中增加其流通面积。此外，限流器130的修改仅在发动机开发测试期间可容易地进行。
在使用中，冷却剂80通过入口92、94进入冷却通道68，沿着冷却通道68流动，并分别作为冷却剂支流80A、80B和80C通过前边缘62，后边缘64以及横向边缘66、68处的出口88、90、96排出。当冷却剂80沿着冷却通道68流动时，流动扰动特征部100在冷却剂流中产生扰动或涡流。这些涡流不仅混合冷却通道68内的冷却剂，并且防止表面104上发生层流。层流或边界层可以导致最热的冷却剂沿着冷却通道68保持在表面104上，并随着冷却剂向下游流动而降低冷却效果。换句话说，允许存在边界层或层流可能会在穿过冷却通道的冷却剂中产生严重且有害的温度梯度。通过引入流动扰动特征部100，冷却剂被混合，因此与平滑的无扰动的通道相比，冷却效果显著改善。此外，流动扰动特征部100增加了冷却通道68的表面积，增加了从隔热罩60到冷却剂的热传递。此外，冷却剂还冲击到流动扰动特征部100上，并且随后涡流冲击到增强热传递的表面上。
在本发明隔热罩60的另一方面，冷却通道68具有矩形的横截面形状，尽管其他多边形的并且优选地四边形的横向形状也是可能的。图6示出了出口88、90是矩形的，尽管拐角可以具有小半径。这种矩形横截面形状允许冷却通道具有比传统的圆形横截面更大的横截面面积。这种构型意味着对于隔热罩60的主体61的给定厚度和/或长度，相比于具有圆形横截面冷却通道的常规设计具有更少的材料，即，主体61具有比常规更薄的壁132、134，因此可以更有效地进行冷却。冷却通道68的其他特别有用的横截面形状是三角形和梯形，并且分别在图7和图8中示出。在每种情况下，一个冷却通道68A与另一个倒置的冷却通道68B相邻。这种布置确保在每个冷却通道68A、68B之间存在平坦的壁69，并且该壁具有最小的厚度。因此，在图6、7和8所示的视图中，冷却通道与壁的表面积的比率高于常规设计。
特别有利的是，横向最侧边的冷却通道可以位于非常靠近主体61的横向边缘的位置，以对抗与特别高的金属温度相关联的潜在氧化问题，否则会存在这些问题。特别有利的是，出口96和横向最侧边的冷却通道形成在横向边缘中的密封条的径向内侧。冷却通道68的表面积也相比常规钻孔的圆形横截面通道有所增加。
常规的圆形横截面冷却孔是通过常规工艺形成的，例如机械钻孔、电火花加工和激光钻孔，其他工艺可能是显而易见的。本发明的隔热罩通过增材制造工艺形成，例如直接激光沉积、选择性激光熔化和其他3D打印技术、材料喷射、材料挤出或粉床熔融成型。增材制造工艺允许制造包括前述以矩形横截面形状形成的冷却通道的一体式隔热罩，这是常规制造方法无法实现的。类似地，流动扰动特征部也是可能的，而常规加工技术仅允许平滑且圆形横截面形状的冷却通道。
在增材制造工艺中，优选地，隔热罩或隔热罩的元件(尤其是流动扰动特征部100)的连接侧之间的所有拐角或角度136具有大于或等于45度的角度。已经发现，具有小于45度外角的几何形状的特征在制造过程中需要额外的支撑结构，之后需要被移除。这对于冷却通道内的流动扰动特征部100来说是不可能的。
本说明书(包括任何所附权利要求书、摘要和附图)中公开的所有特征，和/或如此公开的任何方法或过程的所有步骤可以以任何组合进行结合，除了至少一些这样的特征和/或步骤相互排斥的组合。
除非另有明确说明，否则本说明书(包括任何所附权利要求书、摘要和附图)中公开的每个特征可以由用于相同、等同或类似目的的替代特征来代替。因此，除非明确声明，否则所公开的每个特征仅仅是一系列等同或相似特征的一个示例。
本发明不限于前述实施例的细节。本发明扩展至本说明书(包括任何所附权利要求书、摘要和附图)中公开的特征中的任何新颖的一个或任何新颖的组合，或者扩展至如此公开的任何方法或过程的步骤的任何新颖的一个或任何新颖的组合。

Claims (19)

1.一种用于燃气涡轮发动机(10)的隔热罩(60)，所述隔热罩(60)包括
主体(61)，所述主体(61)具有前边缘(62)、后边缘(64)、横向边缘、第一表面(70)和第二表面(72)，在使用中，所述第一表面(70)暴露于穿过所述燃气涡轮发动机(10)的高温工作气体(34)，
所述主体(61)具有用于输送冷却剂流的阵列的冷却通道(78)，
所述阵列的冷却通道(78)中的每个冷却通道(68)具有表面(104),
其特征在于，
所述阵列的冷却通道(78)中的至少一个冷却通道包括从所述表面(104)延伸到冷却通道(68)中的至少一个流动扰动特征部(102，110),
所述至少一个流动扰动特征部(102，110)具有多边形的横截面形状，所述横截面形状具有对角线(120)，并且所述对角线(120)与所述冷却通道(68)的纵向范围一致。
2.根据权利要求1所述的隔热罩(60)，其中，
所述至少一个流动扰动特征部(102，110)是销(102)。
3.根据权利要求2所述的隔热罩(60)，其中，
所述销(102)从所述表面(104，114)的一部分延伸至所述表面(104，116)的另一部分，使得所述销(102)的侧面(112)不与所述冷却通道(68)的所述表面(104)相接触。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的隔热罩(60)，其中，
所述至少一个流动扰动特征部(102，110)或另外的至少一个流动扰动特征部(102，110)是部分销(110)，所述部分销(110)沿其长度附接至所述冷却通道(68)的另一侧(104，107，105)。
5.根据权利要求4所述的隔热罩(60)，其中，
所述至少一个流动扰动特征部(102，110)或另外的至少一个流动扰动特征部(102，110)包括第二部分销(110)，
所述部分销(110)和所述第二部分销(110)横跨通道(68)彼此相对地设置。
6.根据权利要求4所述的隔热罩(60)，其中，所述至少一个冷却通道(68)包括：
沿着所述冷却通道(68)的长度的至少一部分的销和/或部分销和/或第二/部分销的阵列，具体地，其中，所述销和部分销和/或第二/部分销以交替的模式设置。
7.根据权利要求1-3中任一项所述的隔热罩(60)，其中，
所述至少一个流动扰动特征部(102，110)的横截面形状包括四边形。
8.根据权利要求1-3中任一项所述的隔热罩(60)，其中，
所述至少一个流动扰动特征部(102，110)具有多个侧面，并且其中，任意两个相邻的侧面之间的角度≥45度。
9.根据权利要求1-3中任一项所述的隔热罩(60)，其中，
所述冷却通道(68)包括限制器(130)，所述限制器(130)形成所述冷却通道(68)内的最小横截面积。
10.根据权利要求1-3中任一项所述的隔热罩(60)，其中，
所述阵列的冷却通道(78)包括：
前冷却通道阵列(82)和后冷却通道阵列(84)，
所述前冷却通道阵列(82)和所述后冷却通道阵列(84)中的每一个包括平行的冷却通道(68)，每个平行的冷却通道(68)在大致垂直于相应的前边缘(62)和后边缘(64)的方向上延伸，
其中，所述后冷却通道阵列(84)中的冷却通道(68)比所述前冷却通道阵列(82)中的冷却通道(68)长。
11.根据权利要求10所述的隔热罩(60)，其中，
所述主体(61)具有垂直于所述前边缘(62)和/或所述后边缘(64)的尺寸(L)，并且
所述后冷却通道阵列(84)中的冷却通道(68)延伸所述尺寸的55-70％，并且
所述前冷却通道阵列(82)中的冷却通道(68)延伸所述尺寸的30-45％。
12.根据权利要求11所述的隔热罩(60)，其中，
所述后冷却通道阵列(84)中的冷却通道(68)延伸所述尺寸的60％。
13.根据权利要求11所述的隔热罩(60)，其中，
所述前冷却通道阵列(82)中的冷却通道(68)延伸所述尺寸的40％。
14.根据权利要求10所述的隔热罩(60)，其中，
所述前冷却通道阵列(82)中的每个冷却通道(68)在所述主体的所述前边缘(88)中具有出口(62)，并且
所述后冷却通道阵列(84)的每个冷却通道(68)在所述主体(61)的所述后边缘(64)中具有出口(90)。
15.根据权利要求1-3中任一项所述的隔热罩(60)，其中，
每个冷却通道(68)具有形成在所述第二表面(72)中的入口(92，94)。
16.根据权利要求1-3中任一项所述的隔热罩(60)，其中，最靠近所述主体(61)的所述横向边缘(66，67)定位的所述冷却通道(68)具有限定在所述横向边缘(66，67)中的多个出口(96)，使得在使用中，冷却剂通过冷却出口(96)流出所述冷却通道并在所述横向边缘(66，67)处排出，
其中，每个冷却通道(68)具有形成在所述第二表面(72)中的入口(94)，并且，
其中，最靠近所述主体(68)的所述横向边缘(66，67)定位的冷却通道(68)的入口(94)大于其它冷却通道(68)的入口(92)。
17.根据权利要求1-3中任一项所述的隔热罩(60)，其中，
所述至少一个冷却通道(68)具有多边形的横截面形状。
18.根据权利要求17所述的隔热罩(60)，其中，
所述至少一个冷却通道(68)的横截面形状包括四边形、三角形或梯形。
19.根据权利要求7所述的隔热罩(60)，其中，所述四边形为平行四边形。
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