CN116085058A - 用于涡轮发动机的具有冷却通道的部件 - Google Patents

Abstract

一种用于涡轮发动机的发动机部件，包括壁，壁限定内部并且具有燃烧气流流过的外表面。外表面限定在上游边缘和下游边缘之间延伸并且在根部和尖端之间延伸的第一侧和第二侧。至少一个冷却导管设置在内部中并且具有导管侧壁；一组冷却通道，该组冷却通道中的至少一个冷却通道包括：第一冷却通道部分，第一冷却通道部分具有在表面上开口的表面出口；第二冷却通道部分，第二冷却通道部分与第一冷却通道部分相交，并且具有流体联接到冷却导管的入口和在相交处将第二冷却通道部分流体连接到第一冷却通道的中间出口。冷却通道包括至少一个圆角。

Description

用于涡轮发动机的具有冷却通道的部件

相关申请的交叉引用

本申请要求2021年11月5日提交的美国专利申请第17/519,958号的优先权和权益，其全部内容通过引用并入本文。

技术领域

本公开大体涉及用于发动机的冷却通道，并且更具体地，涉及用于冷却翼型件的后缘的一组冷却通道。

背景技术

涡轮发动机，特别是燃气或燃烧涡轮发动机，是从通过发动机并流过包括静止轮叶和旋转涡轮叶片的多个翼型件的燃烧气体流中提取能量的旋转发动机。

用于飞行器的燃气涡轮发动机被设计成在高温下操作以使发动机效率最大化，因此冷却某些发动机部件(例如高压涡轮和低压涡轮)可能是有益的。通常，冷却是通过将来自高压压缩机和/或低压压缩机的较冷空气输送到需要冷却的发动机部件来完成的。高压涡轮中的温度约为1000℃至2000℃，来自压缩机的冷却空气约为500℃至700℃。虽然压缩机空气处于高温，但它比涡轮空气更冷，可用于冷却涡轮。

现代涡轮叶片和其他发动机部件通常包括一个或多个内部冷却回路，用于引导冷却空气通过发动机部件以冷却发动机部件的不同部分，并且可以包括用于冷却发动机部件的不同部分的专用冷却回路。

附图说明

在参考附图的说明书中阐述了针对本领域普通技术人员的完整且有效的公开，包括其最佳模式，其中：

图1是用于飞行器的燃气涡轮发动机的示意横截面视图。

图2是以叶片形式的图1的发动机的翼型件的立体视图，该翼型件包括一组冷却通道。

图3是沿图2的线III-III截取的具有该组冷却通道的翼型件的横截面视图。

图4是根据本文公开的方面的来自该组冷却通道中的冷却通道的变型的放大视图。

图5是沿图4的线V-V截取的冷却通道的横截面视图。

图6是从图4的线VI-VI截取的冷却通道的顶视图。

图7是图4的放大图，示出了冷却发动机部件的方法。

图8是根据本文公开的另一方面的来自该组冷却通道中的替代冷却通道的放大视图。

图9是根据本文公开的另一方面的来自该组冷却通道中的替代冷却通道的放大视图。

图10是根据本文公开的另一方面的来自该组冷却通道中的替代冷却通道的放大视图。

图11是根据本文公开的另一方面的来自该组冷却通道中的替代冷却通道的放大视图。

图12是本文所示的具有一组流动增强器的任何冷却通道的顶视图。

图13是图12沿线XIII-XIII的横截面视图，其中流动增强器是销。

具体实施方式

本文描述的本公开的方面涉及设置在发动机部件中的冷却孔。更具体地，本公开涉及设置在翼型件中靠近翼型件的后缘的一个或多个冷却孔。为了说明的目的，将关于用于飞行器燃气涡轮发动机的涡轮叶片来描述本公开。然而，应当理解，本文描述的本公开的方面不限于此，并且可以在包括压缩机的发动机内以及在非飞行器应用(诸如其他移动应用和非移动工业、商业和住宅应用)中具有普遍适用性。

如本文所用，术语“上游”是指与流体流动方向相对的方向，而术语“下游”是指与流体流动方向相同的方向。术语“前”或“前方”表示在某物的前面，“后”或“后方”表示在某物的后面。例如，当用于流体流动时，前/前方可表示上游，后/后方可表示下游。

此外，如本文所用，术语“径向”或“径向地”是指远离共同中心的方向。例如，在涡轮发动机的整体上下文中，径向是指沿在发动机的中心纵向轴线和外发动机圆周之间延伸的射线的方向。此外，如本文所用，术语“组”或一“组”元件可以是任意数量的元件，包括仅一个元件。

所有方向参考(例如，径向、轴向、近端、远端、上、下、向上、向下、左、右、侧向、前、后、顶部、底部、上方、下方、竖直、水平、顺时针、逆时针、上游、下游、前向、后向等)仅用于识别目的以帮助读者理解本公开，并且不应被解释为对实施例的限制，特别是关于本文描述的本公开的方面的位置、取向或用途的限制。除非另有说明，否则连接参考(例如，附接、联接、连接和接合)将被广义地解释并且可以包括元件集合之间的中间构件以及元件之间的相对移动。因此，连接参考不一定推断两个元件直接连接并且彼此具有固定关系。示例性附图仅用于说明的目的，并且在所附附图中反映的尺寸、位置、顺序和相对大小可以变化。

图1是用于飞行器的燃气涡轮发动机10的示意横截面视图。发动机10具有从前部14延伸到后部16的大致纵向延伸的轴线或中心线12。发动机10以下游串行流动关系包括：风扇区段18，其包括风扇20；压缩机区段22，其包括增压器或低压(LP)压缩机24和高压(HP)压缩机26；燃烧区段28，其包括燃烧器30；涡轮区段32，其包括HP涡轮34和LP涡轮36；以及排气区段38。

风扇区段18包括围绕风扇20的风扇壳体40。风扇20包括围绕中心线12径向设置的多个风扇叶片42。HP压缩机26、燃烧器30和HP涡轮34形成发动机10的核心44，其生成燃烧气体。发动机核心44被核心壳体46包围，核心壳体46可以与风扇壳体40联接。

绕发动机10的中心线12同轴设置的HP轴或线轴48将HP涡轮34驱动地连接到HP压缩机26。绕发动机10的中心线12同轴设置在较大直径的环形HP线轴48内的LP轴或线轴50将LP涡轮36驱动地连接到LP压缩机24和风扇20。线轴48、50可绕发动机中心线12旋转并联接到多个可旋转元件，这些可旋转元件可以共同限定转子51。

LP压缩机24和HP压缩机26分别包括多个压缩机级52、54，其中一组压缩机叶片56、58相对于对应的一组静态压缩机轮叶60、62旋转，以压缩或加压穿过该级的流体流。在单个压缩机级52、54中，多个压缩机叶片56、58可以设置成环，并且可以相对于中心线12从叶片平台径向向外延伸到叶片尖端，而对应的静态压缩机轮叶60、62定位在旋转压缩机叶片56、58的上游并邻近旋转压缩机叶片56、58。值得注意的是，图1中所示的叶片、轮叶和压缩机级的数量仅被选择用于说明的目的，并且其他数量也是可能的。

用于压缩机级的旋转压缩机叶片56、58可以安装到(或集成到)盘61，盘61安装到HP线轴48和LP线轴50中的对应一个。用于压缩机级的静态压缩机轮叶60、62可以以周向布置安装到核心壳体46。

HP涡轮34和LP涡轮36分别包括多个涡轮级64、66，其中一组涡轮叶片68、70相对于对应的一组静态涡轮轮叶72、74(也称为喷嘴)旋转，以从穿过该级的流体流中提取能量。在单个涡轮级64、66中，多个涡轮叶片68、70可以设置成环，并且可以相对于中心线12径向向外延伸，而对应的静态涡轮轮叶72、74定位在旋转叶片68、70的上游并邻近旋转叶片68、70。值得注意的是，图1中所示的叶片、轮叶和涡轮级的数量仅被选择用于说明的目的，并且其他数量也是可能的。

用于涡轮级的叶片68、70可以安装到盘71，盘71安装到HP线轴48和LP线轴50中的对应一个。用于压缩机级的轮叶72、74可以以周向布置安装到核心壳体46。

作为转子部分的补充，发动机10的静止部分(例如压缩机区段22和涡轮区段32中的静态压缩机轮叶60、62、72、74)也单独或统称为定子63。因此，定子63可以指代贯穿发动机10的非旋转元件的组合。

在操作中，离开风扇区段18的气流被分开，使得一部分气流被引导到LP压缩机24中，LP压缩机24然后将加压空气76供应到HP压缩机26，HP压缩机26进一步加压该空气。来自HP压缩机26的加压空气76与燃烧器30中的燃料混合并点燃，从而生成燃烧气体。HP涡轮34从这些气体中提取一些功，HP涡轮34驱动HP压缩机26。燃烧气体被排放到LP涡轮36中，LP涡轮36提取额外功来驱动LP压缩机24，并且废气最终经由排气区段38从发动机10排放。LP涡轮36的驱动驱动LP线轴50以旋转风扇20和LP压缩机24。

加压气流76的一部分可以作为引气77从压缩机区段22中抽出。引气77可以从加压气流76中抽出并提供给需要冷却的发动机部件。进入燃烧器30的加压气流76的温度显著增加至高于引气温度。引气77可用于降低燃烧器30下游的核心部件的温度。

气流78的剩余部分绕过LP压缩机24和发动机核心44，并通过静止轮叶排离开发动机组件10，并且更具体地，通过在风扇排气侧84包括多个翼型件导向轮叶82的出口导向轮叶组件80。更具体地，邻近风扇区段18使用周向的一排径向延伸的翼型件导向轮叶82，以对气流78施加一些方向控制。

由风扇20供应的一些空气可以绕过发动机核心44，并用于冷却发动机10的部分，尤其是热部分，和/或用于冷却飞行器的其他方面或为飞行器的其他方面提供动力。在涡轮发动机的上下文中，发动机的热部分通常在燃烧器30的下游，尤其是涡轮区段32的下游，其中HP涡轮34是最热的部分，因为它直接位于燃烧区段28的下游。其他冷却流体源可以是但不限于从LP压缩机24或HP压缩机26排放的流体。

现在参考图2，示出了以来自图1的发动机10的涡轮叶片68中的一个的形式的发动机部件。或者，在非限制性示例中，发动机部件可以是轮叶、支柱、维修管、护罩或燃烧衬套，或可能需要或利用冷却通道的任何其他发动机部件。涡轮叶片68包括燕尾榫90和翼型件92。燕尾榫90还包括至少一个入口通道100，示出为两个示例性入口通道100，每个都延伸通过燕尾榫90以在通道出口102处提供与翼型件92的内部流体连通。应当理解，燕尾榫90以横截面示出，使得入口通道100容纳在燕尾榫90的本体内。例如，燕尾榫90可以被构造成安装到图1的发动机10上的涡轮转子盘71。

翼型件92在尖端94和根部96之间径向延伸，尖端94和根部96在其间限定翼展方向。翼型件92在根部96处的平台98处安装到燕尾榫90。平台98有助于径向容纳涡轮发动机主流气流。另外，翼型件92包括外壁104，外壁104包括第一侧106和第二侧108，并且在上游边缘110和下游边缘112之间延伸以在其间限定流向方向。应当理解，上游边缘110可以是翼型件92的前缘，并且下游边缘112可以是翼型件92的后缘。此外，第一侧106可以是如图所示的转向轮叶的压力侧，并且第二侧108可以是如图所示的转向轮叶的吸力侧。还可以进一步设想，翼型件92可以是非转动轮叶，作为非限制性示例，框架整流罩。还进一步设想，第一侧106或第二侧108都不弯曲以形成压力侧和/或吸力侧。外壁104可以部分地限定和包围至少一个冷却导管116，示出为形成冷却回路118的两个示例性冷却导管116。

一组冷却通道114可以在第一侧106上排气。该组冷却通道114可以是两组冷却通道，第一组114a定位成邻近上游边缘110，第二组114b定位成邻近下游边缘112。此外，该组冷却通道114可以布置在翼展排中。可选地，另一组冷却通道可以设置在第二侧108上，但是被图2的立体图遮蔽。

在操作中，热气体流(H_g)(例如燃烧器流)可以沿翼型件92的外壁104的外部通过。冷却流体流(C)可以被提供给入口通道100并在通道出口102处进入翼型件92，进入冷却导管116。冷却流体流(C)可以在整个翼型件92中提供，并作为冷却膜从该组冷却通道114排出。

现在参考图3，示出了图2的截面III-III，翼型件92包括由外壁104限定的内部120。外壁104还可以包括内表面122和外表面124，其中内表面122限定内部120。肋125(示出为多个肋125)可以从外壁104的第一侧106延伸到外壁104的第二侧108，有效地将内部120分隔成单独的冷却导管116。导管侧壁126限定单独的冷却导管116。导管侧壁126可以由内表面122限定并且至少部分由肋125限定。冷却导管116可以在翼型件92的内部120内形成冷却回路118的至少一部分。应当理解，所示的肋125、冷却导管116和冷却回路118是示例性的，并且可以在翼型件92内形成无数不同的冷却回路118，包括但不限于冷却导管、沟道、通道、导管、冷却入口、翼展或流向平面中的全长度肋或部分长度肋、近壁冷却通道、湍流器、销、翅片或形成翼型件92的任何其他结构中的一个或多个。第三组冷却通道114c和第四组冷却通道114d也如前文所述沿第二侧108示出。

如本文所述的该组冷却通道114可以是前面提到的第一、第二、第三或第四组冷却通道114a、114b、114c、114d中的任何一个。为了清楚起见，从这里开始，所有组将被简单地描述为该组冷却通道114。该组冷却通道114在外表面124处将内部120流体联接到翼型件92的外部，并提供在靠近翼型件92的需要冷却的任何部分的冷却流体流(C)中排出冷却流体。该组冷却通道114可以形成在外壁104中，并将冷却导管116中的至少一个流体联接到外表面124，作为非限制性示例，沿如图所示的外表面124靠近上游边缘110和下游边缘112。

图4是来自图3的该组冷却通道114d的冷却通道128的放大视图。冷却通道128可包括第一冷却通道部分130，第一冷却通道部分130具有在外表面124上开口的表面出口132。第二冷却通道部分134可以在接合部136处与第一冷却通道部分130相交。第二冷却通道部分134可以具有流体联接到冷却导管116的入口138和在接合部136处将第二冷却通道部分134流体连接到第一冷却通道部分130的中间出口140。

冷却通道128在入口138和表面出口132之间延伸，以限定冷却导管116和外表面124之间的虚线所示的流动方向(F)。第一冷却通道部分130可包括具有槽侧壁146的扩散槽144，槽侧壁146在后壁148和表面出口132之间在流动方向(F)上沿第一中心线(CL1)延伸。如图所示，第一中心线(CL1)可以包括两个部分，第一部分在后壁148和弯曲部164之间在第一方向166上延伸，第二部分在第二方向168上从弯曲部164延伸到表面出口132，以形成15和90度之间的角度(δ)。角度(δ)也可以在15度和135度之间。当流动方向(F)为包装约束目的向前转向时，角度(δ)可以大于90度至165度。中间出口140可以定位成靠近后壁148，或如图所示与后壁148间隔开以限定兜部(pocket)142。

第一冷却通道部分130可以具有非圆形横截面，尽管它可以具有任何横截面形状。第一冷却通道部分130可以限定第一横截面区域143。第一尺寸，作为非限制性示例，第一冷却通道部分130的高度(H)可以延伸扩散槽144的全长度(L)，并且被限定为最靠近内表面122和外表面124的槽侧壁146之间的距离。如图所示，扩散槽的全长度(L)可以从兜部142具有最大高度(H)的地方开始。在一些实施方式中，高度可以等于第一横截面区域143的水力直径(HD)。作为非限制性示例，高度(H)可以在靠近兜部142的接合部136处测量。虽然高度(H)被示出为大体恒定，但设想高度(H)可以取决于实施方式和在翼型件92中的位置而沿扩散槽144的长度(L)增加或减少。

作为非限制性示例，冷却通道128可以在接合部136和弯曲部164处包括多个弯曲部，从而导致沿流动方向(F)转向。接合部136可以限定第一转向160。弯曲部164可以在中间出口140和表面出口132之间的位置处限定出现在第一冷却通道部分130内的第二转向162。第二转向162可以是锐角转向，其中第二方向的至少一部分与第一方向相同。

第二冷却通道部分134可以限定具有圆形横截面的计量区段150，尽管它可以具有任何横截面形状。计量区段150可以限定第二横截面区域152，其是冷却通道128的最小或最低限度横截面区域。第二冷却通道部分134的第二横截面区域152可以限定第二尺寸，作为非限制性示例，直径(D)。计量区段150可以沿第二中心线(CL2)从入口138延伸到中间出口140。进一步设想，第二横截面区域152维持为从入口138到中间出口140的恒定横截面区域152。维持恒定横截面区域152使冷却流体(C)在进入扩散槽144时能够受控流动。第一和第二尺寸可以彼此相等，换言之，第一冷却通道部分130的高度(H)可以等于第二冷却通道部分134的直径(D)。在某些情况下，第一和第二尺寸将彼此相差60-85％，其中100％是高度(H)等于直径(D)。

还设想计量区段150可以没有长度并且位于冷却通道128的横截面区域最小的任何部分处。进一步设想，计量区段150可以限定入口138，而根本不延伸到冷却通道128中。冷却通道128可以包括多个计量区段并且不限于所示的一个。计量区段150用于计量冷却流体流(C)的质量流量。

冲击区154可通过第一冷却通道部分130和第二冷却通道部分134的相交形成在接合部136处。第一冷却通道部分130可以限定面向第二冷却通道部分134的中间出口140的冲击表面156。冲击区154可以包括中间出口140和冲击(D)156，从第二冷却通道部分134离开中间出口140的冷却流体(C)在冲击(D)156处冲击或撞击。如图所示，冲击可以朝向第二侧108，使得冲击沿第二侧108发生在外壁104处，从而导致第二侧108的冷却。冲击距离158限定为外表面124和冲击表面156之间的外壁104的厚度。增加该厚度可以实现外壁104的更受控的传导冷却，这继而在离开表面出口132时产生冷却流体(C)的温度的最小增加。减小该厚度可以实现外壁104的直接冷却，这又进一步冷却壁，并且在离开表面出口132时导致冷却流体(C)的温度的更大增加。应当理解，冲击可以朝向任何一侧发生，从而导致冷却本文所述的发动机部件的任何部分。

中间圆角170可以将第一冷却通道部分130连接到第二冷却通道部分134。中间圆角170可以具有半径(R)，其中直径(D)与半径(R)的第二比的上限大于或等于0.10:(D/R≥1/10)。设想第二比(D/R)落在0.05和50之间或等于0.05和50：(0.05≤D/R≤50)。进一步设想第二比(D/R)落在0.08和30之间或等于0.08和30：(0.08≤D/R≤30)。半径(R)可以大于0.002英寸。在其他实施方式中，半径(R)可以大于或等于0.00005英寸且小于或等于0.04英寸。中间圆角170能够实现几乎没有湍流的平稳流动，从而提高冷却性能。设想中间圆角170在中间出口140处在流动方向(F)上产生冷却流体(C)的层流或接近层流。中间圆角170可以限定中间出口140的一部分或整个周边。

入口圆角172可以将导管侧壁126连接到第二冷却通道部分134。入口圆角172可以具有半径(R)，其中直径(D)与半径(R)的第一比的上限大于或等于0.10:(D/R≥1/10)。设想第二比(D/R)落在0.05和50之间或等于0.05和50：(0.05≤D/R≤50)。进一步设想第二比(D/R)落在0.08和30之间或等于0.08和30：(0.08≤D/R≤30)。半径(R)可以大于0.002英寸。在其他实施方式中，半径(R)可以大于或等于0.00005英寸且小于或等于0.04英寸。入口圆角172直接减少冷却通道128内的损失。通过入口圆角172，冷却通道128使入口138处的冷却流体(C)的流入流的变化更加稳健。此外，入口圆角172能够实现几乎没有湍流的平稳流动，从而提高冷却性能。设想入口圆角172在入口138处在流动方向(F)上产生冷却流体(C)的层流或接近层流。入口圆角172可以限定入口138的一部分或整个周边。

后圆角174可以将槽侧壁146连接到后壁148。后圆角174可以具有半径(R)，其中高度(H)与半径(R)的第一比的上限大于或等于0.1:(H/R≥1/10)。设想第一比(H/R)落在2和40之间或等于2和40：(2≤H/R≤40)。进一步设想第一比(H/R)落在0.08和7之间：(0.08＜H/R＜7)。半径(R)可以大于0.002英寸。在其他实施方式中，半径(R)可以大于或等于0.00005英寸且小于或等于0.04英寸。后圆角174减少了冷却通道128中的“死区”，“死区”是冷却流体(C)变得停滞的区域。后圆角174可以调节冷却流体(C)的流动，以一致且缓慢地填充整个冷却通道128，这有助于在表面出口132处提供改进的流动特性。后圆角174可以限定后壁148的一部分或整个曲率。

罩圆角176可以将槽侧壁146连接到外表面124。罩圆角176可以具有半径(R)，其中高度(H)与半径(R)的第二比的上限大于或等于0.1:(H/R≥1/10)。设想第一比(H/R)落在0.05和40之间或等于0.05和40：(0.05≤H/R≤40)。进一步设想第一比(H/R)落在0.08和7之间或等于0.08和7：(0.08≤H/R≤7)。半径(R)可以大于0.002英寸。在其他实施方式中，半径(R)可以大于或等于0.002英寸且小于或等于0.04英寸。罩圆角176能够实现几乎没有湍流的平稳流动，从而提高了冷却性能。设想罩圆角176在表面出口132处在流动方向(F)上产生冷却流体(C)的层流或接近层流。

出口圆角177可以在表面出口132的下游端将槽侧壁146连接到外表面124。出口圆角177可以具有半径(R)，其中高度(H)与半径(R)的第二比的上限大于或等于0.1:(H/R≥1/10)。设想第一比(H/R)落在0.10和40之间或等于0.10和40：(0.10≤H/R≤40)。进一步设想第一比(H/R)落在0.1和7之间或等于0.1和7:(0.10≤H/R≤7)。半径(R)可以大于0.002英寸。在其他实施方式中，半径(R)可以大于或等于0.002英寸且小于或等于0.04英寸。出口圆角177能够实现几乎没有湍流的平稳流动，从而提高冷却性能。设想出口圆角177在表面出口132处在流动方向(F)上产生冷却流体(C)的层流或接近层流。

出于多种原因，如本文所述添加圆角是有益的。圆角减少通过冷却通道128的损失，提高离开表面出口132的冷却流体(C)的一致性，因为流动不太容易受到变化的影响，并且提高由冷却流体(C)在冲击区154中的冲击所提供的有效性。以上全部有利于改进外壁104上的膜。

图5是在第一冷却通道部分130中沿图4的线V-V截取的朝向后壁148看的视图。第一冷却通道部分130可具有增加的横截面区域180，以将扩散槽144限定为具有长窄形状，其中高度(H)小于宽度(W)。应该理解的是，宽度(W)是垂直于高度(H)测量的其余槽侧壁146之间的最大距离。

可以更清楚地看出，第二冷却通道部分134的第二横截面区域152可以限定直径(D)。应理解，若第二横截面区域152为非圆形形状，则直径(D)为非圆形形状的水力直径(HD)。

转向图6，如从图4的线VI-VI截取的顶视图所示，进一步设想中间出口140在后壁148下游隔开距离182，距离182等于或小于直径(D)的五倍(距离182≤5D)。在其他实施方式中，距离182小于直径(D)的两倍(距离182≤2D)。进一步设想中间出口140与后壁148隔开的距离大于直径(D)的五倍。当隔开时，该间距应足以在后壁148处限定兜部142。

可以更清楚地看出，增加的横截面区域180可以沿宽度(W)增加。槽侧壁146中的至少一个可以相对于第一中心线(CL1)以一定角度(β)成扇形散开并且朝向表面出口132延伸。在一些实施方式中(0≤β)。零角度将是大致笔直的侧壁。直的扩散槽144将形成有两个平行的侧壁。在一些实施方式中(β≤0)。换言之，侧壁中的至少一个向内弯曲。可以设想，两个或一个槽侧壁146可以成扇形散开、笔直延伸或向内弯曲。进一步设想角度(β)在-20°和20°之间。

扩散槽144从后壁148朝向表面出口132延伸，并且主要在沿宽度(W)的一个方向上扩展。中间出口140处的扩散槽144的宽度(W1)可以等于1和20个直径(D)之间。增加的横截面区域180以距中间出口140距离(L)的表面出口132处的宽度(W2)终止。距离(L)在距中间出口140的中心2和25个直径(D)之间。如图所示，表面出口132可以在上游端184和下游端186之间延伸，并且距离(L)可以从中间出口140的中心到下游端186测量。

扩散槽144的几何形状导致表面出口132在观察外表面124时具有梯形形状或圆形梯形形状。表面出口132的梯形形状可以如图所示被截断或如虚线所示被拉长。第一通道部分130，并且更具体地，扩散槽144的几何形状使得冷却流体(C)能够膨胀，以在翼型件92(图2)的外表面124或加热表面上形成更宽且更慢的冷却膜。

后圆角174可以在多个维度上扩展。如这里所示，后壁148可以具有限定后壁148的径向后壁圆角174r。径向后壁圆角174r可以由半径(Rr)限定，取决于后壁148处的兜部142的大小，半径(Rr)是直径(D)的八分之一到直径(D)的10倍(1/8D到10D)。

进一步设想中间出口140b与如虚线所示的第一中心线(CL1)不对准。中间出口140b的放置和扩散槽144的几何形状取决于该组冷却通道114在发动机部件内的位置以及多个冷却通道128相对于彼此的封装。

转向图7，示出了用于冷却发动机部件的方法200。该方法可以包括使冷却流体(C)流过冷却导管116并将冷却流体(C)传送到该组冷却通道114。在操作中，冷却流体(C)可以在202处被接收在入口138中，并且通过计量区段150流向扩散槽144。在204处，冷却流体(C)可以冲击扩散槽144的冲击表面156，并且变成冲击的冷却流体(IC)。在206处，方法200可以包括通过第一转向160将冲击的冷却流体(IC)转向到扩散槽144中，以变成扩散的冷却流体(DC)。取决于扩散槽144的范围，在208处，扩散的冷却流体(DC)可以在一个方向上膨胀，主要是进出页面，或者相对于翼型件92(图3)径向膨胀。在210处，扩散的冷却流体可以从扩散槽144中排出。以这种方式，排出的冷却流体(EC)维持均匀的高度，因此在翼型件92的外表面124上维持均匀的膜(UF)。方法200可以包括冷却对应的第一侧106或第二侧108。

方法200可包括通过在使冷却流体(C)流过第一冷却通道部分130之前利用兜部142、通过在扩散冷却流体(C)之前捕获兜部142中的颗粒来清洁冷却流体(C)。方法200还可以包括在排出冷却流体(C)之前在第二转向162处将冷却流体(C)转向外表面124。

转向图8，示出了类似于冷却通道128(图4)的冷却通道328。应当理解，冷却通道328可以是如本文所述的该组冷却通道114(图2)的一部分。相似部分将用增加200的相似数字标识。除非另有说明，否则冷却通道128(图4)的相似部分的描述适用于冷却通道328，包括为清楚起见未编号的部分。

冷却通道328可以包括具有在外表面124上开口的表面出口332的第一冷却通道部分330。第二冷却通道部分334可以在接合部336处与第一冷却通道部分330相交。第二冷却通道部分334可具有流体联接到冷却导管116(图2)的入口338和在接合部336处将第二冷却通道部分334流体连接到第一冷却通道部分330的中间出口340。第一冷却通道部分330可以包括扩散槽344，扩散槽344具有在后壁348和表面出口332之间延伸的槽侧壁346。中间出口340可以位于后壁348处。换言之，第二冷却通道部分334可以与后壁348对准。

转向图9，示出了类似于冷却通道128(图4)的冷却通道428。应当理解，冷却通道428可以是如本文所述的该组冷却通道114(图2)的一部分。相似部分将用增加300的相似数字标识。除非另有说明，否则冷却通道128的相似部分的描述适用于冷却通道428，包括为清楚起见未编号的部分。

冷却通道428可包括具有在外表面124上开口的表面出口432的第一冷却通道部分430。第一冷却通道部分430可以包括扩散槽444，扩散槽444具有在后壁448和表面出口432之间沿第一中心线(CL1)延伸的槽侧壁446。第二冷却通道部分434可以在接合部436处与第一冷却通道部分430相交。第二冷却通道部分434可以具有流体联接到冷却导管116的入口438和在接合部436处将第二冷却通道部分434流体连接到第一冷却通道部分430的中间出口440。第二冷却通道部分434可以沿第二中心线(CL2)从入口438延伸到中间出口440。中间出口440可以位于后壁448处。换言之，第二冷却通道部分434可以与后壁448对准。

如图所示，第一中心线(CLl)可以包括两个部分，第一部分在后壁448和弯曲部464之间在第一方向466上延伸，第二部分在第二方向468上从弯曲部464延伸到表面出口432。第二中心线(CL2)可以相对于导管侧壁126成角度。第二中心线(CL2)可以在第二方向上朝向接合部436延伸，并与第一中心线(CL1)相交以形成锐角(θ)。第二中心线(CL2)和第一中心线(CL1)的第二部分可以彼此平行。

转向图10，示出了类似于冷却通道128(图4)的冷却通道528。应当理解，冷却通道528可以是如本文所述的该组冷却通道114(图2)的一部分。相似部分将用增加400的相似数字标识。除非另有说明，否则冷却通道128的相似部分的描述适用于冷却通道528，包括为清楚起见未编号的部分。

冷却通道528可以包括具有在外表面124上开口的表面出口532的第一冷却通道部分530。第一冷却通道部分530可以包括扩散槽544，扩散槽544具有在后壁548和表面出口532之间沿第一中心线(CL1)延伸的槽侧壁546。第二冷却通道部分534可以在接合部536处与第一冷却通道部分530相交。第二冷却通道部分534可具有流体联接到冷却导管116的入口538和在接合部536处将第二冷却通道部分534流体连接到第一冷却通道部分530的中间出口540。第二冷却通道部分534可以沿第二中心线(CL2)从入口538延伸到中间出口540。中间出口540可以与如图所示的后壁548隔开以限定兜部542。

第一中心线(CLl)可以包括两个部分，第一部分在后壁548和弯曲部564之间在第一方向上延伸，第二部分在第二方向上从弯曲部564延伸到表面出口532。弯曲部564可以限定急转向562。换言之，第二方向的至少一部分与第一方向相同。第二中心线(CL2)可以在不同于第一或第二方向的第三方向上朝向接合部536延伸，并且与第一中心线(CL1)相交以形成钝角(α)。第二中心线(CL2)的延伸和第一中心线(CL1)的第二部分可以在内表面122下方相交。

转向图11，示出了类似于冷却通道128(图4)的冷却通道628。应当理解，冷却通道628可以是如本文所述的该组冷却通道114(图2)的一部分。相似部分将用增加500的相似数字标识。除非另有说明，否则冷却通道128的相似部分的描述适用于冷却通道628，包括为清楚起见未编号的部分。

冷却通道628可包括具有在外表面124上开口的表面出口632的第一冷却通道部分630。第一冷却通道部分630可以包括扩散槽644，扩散槽644具有在后壁648和表面出口132之间沿第一中心线(CL1)延伸的槽侧壁646。第二冷却通道部分634可以在接合部636处与第一冷却通道部分630相交。第二冷却通道部分634可具有流体联接到冷却导管116(图2)的入口638和在接合部636处将第二冷却通道部分634流体连接到第一冷却通道部分630的中间出口640。第二冷却通道部分634可以沿第二中心线(CL2)从入口638延伸到中间出口640。中间出口640可与如图所示的后壁648隔开以限定兜部642。

第一中心线(CLl)可以包括两个部分，第一部分在后壁648和弯曲部664之间在第一方向666上延伸，第二部分在第二方向668上从弯曲部664延伸到表面出口632。弯曲部664可以限定钝转向662。换言之，第二方向668的至少一部分668a与第一方向666相对。第二中心线(CL2)可以在垂直于第一方向、不同于第二方向的第三方向上朝向接合部636延伸，并且与第一中心线(CL1)相交。第二中心线(CL2)的延伸和第一中心线(CL1)的第二部分可以在外表面124上方相交。

图12是如图4和图8-11所示的冷却通道128、328、428、528、628中的任一个的顶视图。尽管示出了冷却通道128的部件编号，但设想如本文所述的冷却通道128、328、428、528、628中的任何一个可以包括一组流动增强器190，作为非限制性示例，完全高度热传递系数(HTC)增强特征(例如销等)，或部分高度HTC增强特征(例如湍流器、凸块、凹坑等)。较高的HTC导致外壁104的冷却随着冷却流体(C)的温度增加而增加。通过放置HTC增强特征，可以在一个区域中冷却的益处超过冷却流体(C)的温度增加的情况下实现平衡。

如图13所示，该组流动增强器190可以是在冷却通道128的整个高度上延伸的销。

如本文所述的第二冷却通道部分还可以包括在接合部之前限定转向的弯曲部。此外，虽然本文所述的发动机部件的壁被示出为大致直的，并且内表面和外表面彼此平行，但本文所述的发动机部件或翼型件可以是弯曲的并且相对于燃烧流以一定角度定向。尽管示出为大体一致或连续加宽，但如本文所述的通道横截面可以是塌陷(collapsing)、加宽等，以在两个方向上都允许变化。变化可以是非线性的、非恒定的等。

如本文所述的该组冷却通道可以包括至少两个冷却通道，这些冷却通道具有合并在一起的表面出口，从而形成沟槽。进一步设想，一组冷却通道中的所有冷却通道都具有表面出口，这些表面出口合并在一起以形成沟槽。沟槽可以沿翼型件径向延伸。

应当理解，如本文所述的冷却通道可以设置在翼型件或发动机部件的任何部分中。此外，应当理解，如本文所述的冷却通道可以对翼型件的其他部分(例如前缘、后缘、压力侧、吸力侧、尖端、根部，或甚至翼型件的内部结构)具有附加的适用性。此外，冷却孔几何形状可适用于除翼型件之外的其他发动机部件，例如非限制性示例中的叶片、轮叶、支柱、护罩或燃烧器衬套。

如本文所述的冷却通道和其他复杂几何形状可以例如通过增材制造来形成，而传统的制造方法也是可以设想的。增材制造(AM)处理是通过材料的连续沉积来逐层构建部件。AM是用于描述通过添加一层又一层的材料(无论材料是塑料还是金属)来构建3D物体的技术的恰当名称。AM技术可以利用计算机、3D建模软件(计算机辅助设计或CAD)、机器设备和分层材料。一旦生成CAD草图，AM设备就可以从CAD文件中读取数据，并以一层又一层的方式放置或添加连续的液体、粉末、片材或其他材料层，以制作3D物体。应该理解，术语“增材制造”包含许多技术，包括3D打印、快速原型(RP)、直接数字制造(DDM)、分层制造和增材制作等子集。可用于形成增材制造部件的增材制造的非限制性示例包括粉末床熔融、还原光聚合、粘合剂喷射、材料挤出、定向能量沉积、材料喷射或片材层压。增材制造(诸如3D打印、直接金属激光熔化、直接金属激光烧结或电铸)可用于形成如本文所述的复杂几何形状，其中通过传统制造(例如铸造或钻孔)的这种形成可能具有挑战性、昂贵或耗时，以及产量低。此外，本文所述的冷却通道可以经由间接增材方法(即打印核心和铸造)来生产，或者也可以使用经由增材生成核心来铸造，或经由RMC来制作核心。

除了本文已经描述的益处之外，本文描述的圆角对于冷却流体(C)如何进行以及应力益处具有各种优势。在间接制造方法(例如铸造)中，圆角的添加有助于防止诸如核心断裂、再结晶(在单晶合金的情况下)和冷却孔缺陷的问题。

此外，本文所述的冷却通道和概念提供改进的局部冷却，例如改进的冲击冷却。此外，出口通道的扩散槽可以为翼型件的对流冷却提供更大的表面区域，以及沿翼型件的外部提供更宽的冷却膜层，从而提供更有效的冷却膜和更大的附着(attachment)。改进的冷却可能需要更少的冷却空气，这可能需要更少的引气。所需冷却空气量的减少可以提高发动机效率并降低燃料消耗率。改进的膜冷却可以提供更高的操作温度，这可以提高发动机效率，以及提高部件寿命并减少维护。

应当理解，所公开设计的应用不限于具有风扇和增压器区段的涡轮发动机，而是也适用于涡轮喷气发动机和涡轮发动机。

在尚未描述的范围内，各个方面的不同特征和结构可以根据需要组合使用或彼此替代使用。没有在所有示例中示出的一个特征并不意味着被解释为其不能示出，而是为了描述的简洁而这样做。因此，可以根据需要混合和匹配不同方面的各种特征以形成新方面，无论新方面是否被明确描述。本文描述的特征的所有组合或排列都被本公开覆盖。

该书面描述使用示例来描述本文描述的本公开的方面，包括最佳模式，并且还使本领域的任何技术人员能够实践本公开的方面，包括制造和使用任何装置或系统以及执行任何结合的方法。本公开的各方面的可专利范围由权利要求书限定，并且可以包括本领域技术人员想到的其他示例。如果这些其他示例具有与权利要求书的字面语言没有区别的结构元件，或者如果它们包括与权利要求书的字面语言没有实质差异的等效结构元件，则这些其他示例意图落入权利要求书的范围内。

本公开的进一步方面由以下条项的主题提供：

一种用于涡轮发动机的发动机部件，所述发动机部件具有分离成冷却气流和燃烧气流的工作气流，所述发动机部件包括：外壁，所述外壁限定内部并且具有所述燃烧气流流过的外表面，所述外表面限定在上游边缘和下游边缘之间延伸并且在根部和尖端之间延伸的第一侧和第二侧；至少一个冷却导管，所述至少一个冷却导管设置在所述内部中并且具有导管侧壁；一组冷却通道，所述一组冷却通道形成在所述外壁中并且将所述至少一个冷却导管流体联接到所述外表面，所述一组冷却通道中的至少一个所述冷却通道包括：第一冷却通道部分，所述第一冷却通道部分具有限定第一尺寸的第一横截面区域并且具有在所述外表面上开口的表面出口；第二冷却通道部分，所述第二冷却通道部分具有限定第二尺寸的第二横截面区域，所述第二冷却通道部分与所述第一冷却通道部分相交以限定接合部，并且具有流体联接到所述冷却导管的入口和在所述接合部处将所述第二冷却通道部分流体连接到所述第一冷却通道部分的中间出口；冲击区，所述冲击区形成在所述第一冷却通道部分和所述第二冷却通道部分的所述接合部处，其中所述第一冷却通道部分限定面向所述第二冷却通道部分的所述中间出口的冲击表面；扩散槽，所述扩散槽形成在所述第一冷却通道部分中并且具有限定第一中心线的槽侧壁；以及至少一个圆角，所述至少一个圆角位于所述第一冷却通道部分或所述第二冷却通道部分中的至少一个内，并且具有由限定为以下任一个的比限定的半径：等于所述第一尺寸(H)比所述半径(R)的第一比：(H/R)，或等于所述第二尺寸(D)比所述半径(R)的第二比：(D/R)；其中所述第一比和所述第二比均大于1/10(0.10)。

根据任何前述条项所述的发动机部件，其中，所述至少一个圆角是具有与所述第二比(D/R)相关联的半径(R)的入口圆角或中间圆角中的至少一个。

根据任何前述条项所述的发动机部件，其中，所述中间圆角沿所述中间出口的下游边缘定位。

根据任何前述条项所述的发动机部件，其中，所述中间圆角限定所述中间出口的周边。

根据任何前述条项所述的发动机部件，其中，所述至少一个圆角是出口圆角，所述出口圆角限定所述表面出口的位于所述表面出口的下游边缘的至少一部分，并且具有与所述第一比(H/R)相关联的半径(R)。

根据任何前述条项所述的发动机部件，其中，所述至少一个圆角是罩圆角，所述罩圆角在所述槽侧壁和所述外壁的所述外表面之间延伸，并且具有与所述第一比(H/R)相关联的半径(R)。

根据任何前述条项所述的发动机部件，其中，所述罩圆角位于所述表面出口的上游边缘。

根据任何前述条项所述的发动机部件，其中，所述第一冷却通道部分在后壁和所述表面出口之间延伸，并且所述中间出口与所述后壁间隔开以限定兜部。

根据任何前述条项所述的发动机部件，进一步包括后圆角，所述后圆角在所述槽侧壁和所述后壁之间延伸，并且具有与所述第一比(H/R)相关联的半径(R)。

根据任何前述条项所述的发动机部件，其中，所述第一冷却通道部分在后壁和所述表面出口之间延伸，并且所述后壁与所述中间出口对准。

根据任何前述条项所述的发动机部件，进一步包括后圆角，所述后圆角在所述槽侧壁和所述后壁之间延伸，并且具有在¹/₈D和D之间的半径(R)。

根据任何前述条项所述的发动机部件，其中，所述槽侧壁限定所述扩散槽的高度(H)和宽度，并且所述宽度增加以限定增加的横截面区域。

根据任何前述条项所述的发动机部件，其中，从所述槽侧壁中的至少一个延伸的线与所述第一中心线相交，以形成-20度和20度之间的角度(β)。

根据任何前述条项所述的发动机部件，其中，所述第一中心线在第一方向上延伸通过所述冲击区，并且在不同于所述第一方向的第二方向上朝向所述表面出口延伸。

根据任何前述条项所述的发动机部件，其中，所述第一方向和所述第二方向相差至少10度。

根据任何前述条项所述的发动机部件，其中，所述第一方向与所述第二方向相对。

根据任何前述条项所述的发动机部件，其中，所述第二冷却通道部分沿垂直于所述导管侧壁的第二中心线延伸。

根据任何前述条项所述的发动机部件，其中，所述第二冷却通道部分沿相对于所述导管侧壁成角度的第二中心线延伸。

根据任何前述条项所述的发动机部件，其中，所述至少一个圆角是由所述第一比(H/R)和所述第二比(D/R)两者限定的多个圆角。

一种用于涡轮发动机的发动机部件，所述发动机部件具有分离成冷却气流和燃烧气流的工作气流，所述发动机部件包括：外壁，所述外壁限定内部并且具有所述燃烧气流流过的外表面，所述外表面限定在上游边缘和下游边缘之间延伸并且在根部和尖端之间延伸的第一侧和第二侧；至少一个冷却导管，所述至少一个冷却导管设置在所述内部中并且具有导管侧壁；一组冷却通道，所述一组冷却通道形成在所述外壁中并且将所述至少一个冷却导管流体联接到所述外表面，所述一组冷却通道中的至少一个所述冷却通道包括：第一冷却通道部分，所述第一冷却通道部分在后壁和在所述表面上开口的表面出口之间延伸；第二冷却通道部分，所述第二冷却通道部分与所述第一冷却通道部分相交以限定接合部，并且具有流体联接到所述冷却导管的入口和在所述接合部处将所述第二冷却通道部分流体连接到所述第一冷却通道部分的中间出口；冲击区，所述冲击区形成在所述第一冷却通道部分和所述第二冷却通道部分的所述接合部处，其中所述第一冷却通道部分限定面向所述第二冷却通道部分的所述中间出口的冲击表面；扩散槽，所述扩散槽形成在所述第一冷却通道部分中并且具有槽侧壁，所述槽侧壁限定第一中心线和以下中的至少一个：中间圆角，所述中间圆角将所述第二冷却通道部分连接到所述第一冷却通道部分，并且限定所述中间出口的至少一部分；入口圆角，所述入口圆角在所述第二冷却通道部分和所述导管侧壁之间延伸，并且限定所述入口的至少一部分；后圆角，所述后圆角在所述槽侧壁和所述后壁之间延伸；出口圆角，所述出口圆角在所述表面出口的下游端处在所述槽侧壁和所述外壁的所述外表面之间延伸，并且限定所述表面出口的至少一部分；或罩圆角，所述罩圆角在所述槽侧壁和所述外壁的所述外表面之间延伸，并且限定所述表面出口的至少一部分。

Claims (10)

1.一种用于涡轮发动机的发动机部件，其特征在于，所述发动机部件具有分离成冷却气流和燃烧气流的工作气流，所述发动机部件包括：

外壁，所述外壁限定内部并且具有所述燃烧气流流过的外表面，所述外表面限定在上游边缘和下游边缘之间延伸并且在根部和尖端之间延伸的第一侧和第二侧，

至少一个冷却导管，所述至少一个冷却导管设置在所述内部中并且具有导管侧壁；

一组冷却通道，所述一组冷却通道形成在所述外壁中并且将所述至少一个冷却导管流体联接到所述外表面，所述一组冷却通道中的至少一个所述冷却通道包括：

第一冷却通道部分，所述第一冷却通道部分具有限定第一尺寸的第一横截面区域并且具有在所述外表面上开口的表面出口；

第二冷却通道部分，所述第二冷却通道部分具有限定第二尺寸的第二横截面区域，所述第二冷却通道部分与所述第一冷却通道部分相交以限定接合部，并且具有流体联接到所述冷却导管的入口和在所述接合部处将所述第二冷却通道部分流体连接到所述第一冷却通道部分的中间出口；

冲击区，所述冲击区形成在所述第一冷却通道部分和所述第二冷却通道部分的所述接合部处，其中所述第一冷却通道部分限定面向所述第二冷却通道部分的所述中间出口的冲击表面；

扩散槽，所述扩散槽形成在所述第一冷却通道部分中并且具有限定第一中心线的槽侧壁；以及

至少一个圆角，所述至少一个圆角位于所述第一冷却通道部分或所述第二冷却通道部分中的至少一个内，并且具有由限定为以下任一个的比限定的半径：

等于所述第一尺寸(H)比所述半径(R)的第一比：(H/R)，或

等于所述第二尺寸(D)比所述半径(R)的第二比：(D/R)；

其中所述第一比和所述第二比均大于1/10(0.10)。

2.根据权利要求1所述的发动机部件，其特征在于，其中，所述至少一个圆角是具有与所述第二比(D/R)相关联的半径(R)的入口圆角或中间圆角中的至少一个。

3.根据权利要求2所述的发动机部件，其特征在于，其中，所述中间圆角沿所述中间出口的下游边缘定位。

4.根据权利要求2所述的发动机部件，其特征在于，其中，所述中间圆角限定所述中间出口的周边。

5.根据权利要求1所述的发动机部件，其特征在于，其中，所述至少一个圆角是出口圆角，所述出口圆角限定所述表面出口的位于所述表面出口的下游边缘的至少一部分，并且具有与所述第一比(H/R)相关联的半径(R)。

6.根据权利要求1-5中任一项所述的发动机部件，其特征在于，其中，所述至少一个圆角是罩圆角，所述罩圆角在所述槽侧壁和所述外壁的所述外表面之间延伸，并且具有与所述第一比(H/R)相关联的半径(R)。

7.根据权利要求6所述的发动机部件，其特征在于，其中，所述罩圆角位于所述表面出口的上游边缘。

8.根据权利要求1-5中任一项所述的发动机部件，其特征在于，其中，所述第一冷却通道部分在后壁和所述表面出口之间延伸，并且所述中间出口与所述后壁间隔开以限定兜部。

9.根据权利要求8所述的发动机部件，其特征在于，进一步包括后圆角，所述后圆角在所述槽侧壁和所述后壁之间延伸，并且具有与所述第一比(H/R)相关联的半径(R)。

10.根据权利要求1-5中任一项所述的发动机部件，其特征在于，其中，所述第一冷却通道部分在后壁和所述表面出口之间延伸，并且所述后壁与所述中间出口对准。

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