本公開涉及如權(quán)利要求1中所提出的渦輪發(fā)動機部件。

背景技術(shù)：

本領(lǐng)域中已知通過所謂的薄膜冷卻來冷卻渦輪發(fā)動機中的熱加載部件。在燃氣渦輪發(fā)動機的膨脹渦輪機中可發(fā)現(xiàn)典型示例，其中，熱氣體路徑中（并且尤其在第一膨脹渦輪級的熱氣體路徑中）的葉片、輪葉、平臺和其它部件暴露于具有超過用于這些部件的材料的允許溫度的溫度的熱氣體流動，當考慮部件在操作發(fā)動機時所暴露于的顯著機械應(yīng)力時更多。

在應(yīng)用薄膜冷卻時，相對較冷流體的層被提供成沿著部件的暴露于熱工作流體流動的表面流動。

為在部件表面上提供薄膜冷卻流體，在部件的壁中設(shè)置管，所述管在所述部件的暴露于熱氣體的壁的暴露于熱氣體的表面上向外打開。所述管相對于壁的暴露于熱氣體的表面或熱氣體側(cè)表面的法線傾斜。管尤其傾斜到沿著部件流動的工作流體的主方向中，以便使薄膜冷卻流體帶有平行于工作流體的速度的速度分量且與暴露于熱氣體的表面相切地排出，使得所述薄膜冷卻流體的層被提供。冷卻效果變得越均勻，冷卻流體在暴露于熱氣體的表面上的分布就越均勻。在使用更多孔時該分布變得更均勻。在用狹槽替代孔時該分布甚至進一步得到改善。然而，薄膜冷卻劑排出管的數(shù)量本質(zhì)上受限。一方面，冷卻劑消耗需要被限制例如以便避免妥協(xié)對總體發(fā)動機性能和效率的負面影響。另一方面，大量的冷卻劑排出管（尤其如果完全穿透部件的壁）可損害結(jié)構(gòu)完整性。

US 2001/0016162提出非穿透冷卻劑排出管，其與設(shè)置在壁內(nèi)側(cè)的冷卻劑供應(yīng)路徑流體連通。冷卻劑供應(yīng)路徑包括近壁冷卻管。在近壁冷卻管中，實現(xiàn)逆流對流性冷卻。因此使得渦輪發(fā)動機部件的暴露于熱氣體的表面上的溫度分布更加均勻。

US 7,766,618提出將冷卻劑排出管設(shè)置為狹槽，其中，狹槽縱向方向延伸橫穿主工作流體流動方向。再次，冷卻劑排出管被成形為盲腔并且朝著壁的冷卻劑側(cè)封閉。多個冷卻劑排出管在暴露于熱氣體的表面處接合以便提供具有定向成橫穿主工作流體流動的流動方向的縱向軸線的公共冷卻劑排出狹槽。因此，期望獲得分散在橫穿主工作流體流動方向的暴露于熱氣體的表面上的冷卻劑流動。然而，當冷卻劑排出管緊鄰著暴露于熱氣體的表面接合時，仍推想在熱氣體側(cè)表面上有很大程度地非均勻冷卻劑分布。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本公開的目標是提供一種展現(xiàn)薄膜冷卻特征的渦輪發(fā)動機部件。在一方面中，實現(xiàn)了部件的改善冷卻。在另一個方面中，提供冷卻劑的有效使用。在又另一方面中，在渦輪發(fā)動機部件的暴露于熱氣體的壁中將實現(xiàn)更均勻的冷卻并且繼而更均勻的溫度分布。在再另一方面中，將改善在暴露于熱氣體的表面上的且橫穿主工作流體流動方向的冷卻劑的分布。在進一步的方面中，將提供薄膜冷卻特征使得保持足夠的材料以便不損害部件的結(jié)構(gòu)完整性。

所公開主題的其他效果和優(yōu)點（不管是否明確提及）根據(jù)下面所提供的公開將變得明顯的。

這通過在權(quán)利要求1中描述的和下面在本文中提出的主題來實現(xiàn)。

因此，公開一種包括壁的渦輪發(fā)動機部件，所述壁包括熱氣體側(cè)表面和冷卻劑側(cè)表面，其中，至少一個冷卻劑排出管設(shè)置在所述壁中并且在冷卻劑排出開口處向外打開到所述熱氣體側(cè)表面上。冷卻劑排出管的冷卻劑流動方向從冷卻劑排出管的內(nèi)部朝著排出開口被定義。冷卻劑排出管由設(shè)置為所述壁的內(nèi)表面的其界定表面界定。冷卻劑排出管具有第一橫截面方向和第二橫截面方向。尤其，第一橫截面方向和第二橫截面方向可彼此垂直。還理解的是橫截面方向被定向成橫穿如上所定義的冷卻劑流動方向并尤其至少基本垂直于冷卻劑流動方向。將理解的是進一步尤其橫截面方向可跨越冷卻劑排出管的流動橫截面。冷卻劑排出管是盲腔并且朝著冷卻劑側(cè)表面封閉。橫穿冷卻劑排出管并且在第一橫截面方向上測量的冷卻劑排出管的尺寸在冷卻劑流動方向上減小。換句話說，在冷卻劑流動方向上，當考慮在第一橫截面方向上橫穿冷卻劑排出管測量的冷卻劑排出管的尺寸時冷卻劑排出管逐漸變細。用于待被排出的冷卻劑的冷卻劑排出管流動橫截面的所述輪廓規(guī)定影響所排出的冷卻劑的流動場的能力。例如，可在所述部件的暴露于熱氣體的表面上獲得冷卻劑排出流動的這樣的更加均勻分布。

在進一步的實施例中，橫穿冷卻劑排出管并且在第一橫截面方向上測量的冷卻劑排出管的尺寸在冷卻劑流動方向上減小，并且橫穿冷卻劑排出管并且在第二橫截面方向上測量的冷卻劑排出管的尺寸在冷卻劑流動方向上增大。換句話說，在冷卻劑流動方向上，當考慮橫穿冷卻劑排出管在第一橫截面方向上測量的冷卻劑排出管的尺寸時冷卻劑排出管逐漸變細，并且當考慮橫穿冷卻劑排出管并在第二橫截面方向上測量的冷卻劑排出管的尺寸時逐漸變寬。

在提供冷卻劑排出管的三維輪廓時，可對從冷卻劑排出管排出到熱氣體側(cè)表面上的冷卻劑的流動場進行調(diào)節(jié)。冷卻劑排出管的輪廓可選擇成使得流動在熱氣體側(cè)表面上的排出位置處在管的較寬尺寸上均勻分布。尤其，該輪廓可選擇成使得沿著第二橫截面方向在所排出的冷卻劑從冷卻劑排出管離開時實現(xiàn)所排出的冷卻劑的一致速度分布。冷卻劑排出管在第一方向上的逐漸變細幾何結(jié)構(gòu)繼而用于調(diào)節(jié)從冷卻劑排出管發(fā)出的冷卻劑的平均速度，同時其在第二方向上逐漸變寬。冷卻劑排出管在一個橫截面方向上逐漸變細并在另一橫截面方向上逐漸變寬的所述配合可用于相應(yīng)地調(diào)節(jié)流動橫截面。將冷卻劑供應(yīng)管設(shè)置為未完全穿透所述壁的盲腔可用于改善機械強度并保持部件的結(jié)構(gòu)完整性并繼而增強使用壽命。由于冷卻劑排出通道是未穿透的事實（其在本文件的框架中應(yīng)理解為未從熱氣體側(cè)表面到冷卻劑側(cè)表面完全穿透所述壁），所以甚至在相當大的橫截面冷卻劑排出管的情況下也能保持足夠的材料。此外，通過使冷卻劑排出管成形為使得其尺寸沿著一個橫截面方向增大同時在另一橫截面方向上減小，材料強度的減小可能不會局部集中（其將導(dǎo)致峰值應(yīng)力），而是可在較大容積上分布。

此外，冷卻劑排出管可被成形為使得由冷卻劑排出管提供的用于待被排出的冷卻劑的流動的流動橫截面在冷卻劑流動方向上減小。換句話說，在冷卻劑流動方向上，用于冷卻劑流動的冷卻劑排出管橫截面流動面積逐漸變細。冷卻劑流動在冷卻劑排出管中加速。因此可有效地避免冷卻劑排出流動從冷卻劑排出管的輪廓界定表面流動分離。

在渦輪發(fā)動機部件的具體實施例中，第一橫截面方向在主工作流體流動方向上在壁的熱氣體側(cè)上延伸。在這個程度上將理解的是，所述部件旨在特定使用，并且因此主工作流體流動方向是所述部件和/或相應(yīng)地其暴露于熱氣體的壁的明確定義的定向。所述部件可例如是但不限于葉片、輪葉、翼型件、平臺、擋熱板等等，其具有空氣動力學(xué)形狀和/或以獨特方式與預(yù)期主工作流體流動方向相關(guān)的固定裝置。

在另一方面中，冷卻劑排出開口是狹槽，其中，該狹槽的縱向范圍設(shè)置成沿著第二橫截面方向。應(yīng)指出的是狹槽可以是直的或彎曲的。在該方面中，冷卻劑以從狹槽發(fā)出并沿著第二橫截面方向延伸的冷卻劑的薄層形式通過狹槽排出。尤其，在第二橫截面方向定向成橫穿主工作流體流動方向或第一橫截面方向定向成沿著主工作流體流動方向的實施例中，發(fā)出的冷卻劑的所述層被提供成橫穿主工作流體流動方向并因此導(dǎo)致橫穿主工作流體流動方向的更均勻的冷卻劑層。

冷卻劑排出管可是歪斜的，或在另一方面中，可相對于熱氣體側(cè)表面的法線以第一角度傾斜。冷卻劑流動方向因此具有定向成與所述壁的熱氣體側(cè)表面相切的方向分量，從而支持如上所述的薄膜冷卻。在另一方面中，從所述冷卻劑排出管排出的冷卻劑因此具有定向成平行于壁的熱氣體側(cè)表面的速度分量。冷卻劑排出管的方向可由其軸線定義。從另一個角度來看，冷卻劑排出管的界定表面的定向可以說定義了所述定向并繼而所述傾斜。從又另一個角度來看，冷卻劑排出管的界定表面的平均定向可以說定義了所述定向并繼而所述傾斜。冷卻劑排出管的橫向界定表面因此包括朝著所述壁的熱氣體側(cè)表面設(shè)置的第一表面部分和朝著所述壁的冷卻劑側(cè)表面設(shè)置的第二表面部分。

在某些實施例中，所述傾斜可設(shè)置在由第一橫截面方向和所述法線限定的平面中。那么可以說，所述第一角度位于由第一橫截面方向和所述法線限定的平面中。尤其，關(guān)于其中冷卻劑排出開口是狹槽（其中，該狹槽的長側(cè)部沿著冷卻劑排出管的第二橫截面方向定向）的實施例，冷卻劑層被排出，其中，層的平面朝著熱氣體側(cè)表面歪斜，從而進一步支持薄膜冷卻。

在進一步的實施例中，所述傾斜可沿著冷卻劑流動方向指向所述部件的主工作流體流動方向下游。那么可以說，所述第一角度位于由主工作流體流動方向和所述法線限定的平面中。在該情況下，從另一個角度來看，可以說冷卻劑排出管沿著或切向于熱氣體側(cè)表面的定向，或冷卻劑排出管歪斜至的方向定義所述主工作流體流動方向。在該實施例中，從冷卻劑排出管排出的冷卻劑朝著主工作流體流動方向的下游方向歪斜。即，所排出的冷卻劑流動被定向成至少具有與主工作流體流動方向平行的其速度分量。尤其在冷卻劑排出開口設(shè)置為狹槽（其中，所述狹槽的長側(cè)部被定向成橫穿主工作流體流動方向）的實施例中，冷卻劑的層橫穿主工作流體流動方向有效地分布。在該情況下可以說，冷卻劑排出管的第一界定表面部分被設(shè)置成朝著所述壁的熱氣體側(cè)表面并相對于主工作流體流動方向在上游，同時第二界定表面部分被設(shè)置成朝著所述壁的冷卻劑側(cè)表面并相對于主工作流體流動方向在下游。

在渦輪發(fā)動機部件的又進一步實施例中，冷卻劑排出管由界定表面界定，界定表面包括朝著熱氣體側(cè)表面設(shè)置的第一表面部分和朝著冷卻劑側(cè)表面設(shè)置的第二表面部分，其中，第一表面部分和第二表面部分中的至少一個包括平坦表面部分。所述實施例支持并促進提供狹槽形冷卻劑排出開口。

在如本文中所描述的渦輪發(fā)動機部件的又進一步實施例中，所述部件還包括設(shè)置在所述壁中并與冷卻劑排出管流體連通的冷卻劑供應(yīng)路徑，其中，冷卻劑供應(yīng)路徑在冷卻劑排出管的橫向界定表面處并以非零角度接合冷卻劑排出管。通過所述冷卻劑供應(yīng)路徑，可將冷卻劑供應(yīng)到冷卻劑排出管，同時將冷卻劑供應(yīng)管設(shè)置成朝著所述壁的冷卻劑側(cè)封閉。尤其，從冷卻劑供應(yīng)路徑流出并流到冷卻劑排出管中的冷卻劑可從冷卻劑供應(yīng)路徑排出并流到冷卻劑排出管中以便實現(xiàn)相對界定表面部分的沖擊冷卻。在一些實施例中，非零角度可以是至少大約90度，并可尤其是70度或更大，其與冷卻劑供應(yīng)路徑接合到冷卻劑排出管的表面相關(guān)，或與冷卻劑排出方向相關(guān)。冷卻劑供應(yīng)路徑可通過開口接合冷卻劑排出管，所述開口設(shè)置在相對于主工作流體流動方向設(shè)置在下游側(cè)的冷卻劑排出管的橫向界定表面部分中。這支持相對于主工作流體流動方向設(shè)置在上游的冷卻劑排出管的表面部分的沖擊冷卻。更具體地，冷卻劑供應(yīng)路徑可在與冷卻劑排出管的盲端或者相對于冷卻劑排出流動方向的上游端相距某一距離處接合冷卻劑排出管。這使得從冷卻劑供應(yīng)路徑發(fā)出并到冷卻劑排出管中的沖擊冷卻自由射流能更均勻地散布在其沖擊的表面上。冷卻劑供應(yīng)開口或噴嘴（冷卻劑供應(yīng)路徑通過其接合冷卻劑排出管）在冷卻劑流動方向上具有尺寸，或在具體實施例中具有直徑。所述冷卻劑供應(yīng)開口的下邊緣或上游邊緣與冷卻劑排出管的盲端或上游端間隔開一定距離，所述距離在某些實施例中大于或等于所述冷卻劑供應(yīng)開口尺寸或直徑的50%，并且在又進一步的實施例中大于或等于所述冷卻劑供應(yīng)開口尺寸或直徑的70%。在另一方面中，當沿著冷卻劑流動方向觀察時，冷卻劑供應(yīng)開口的中心與冷卻劑排出管的盲端或上游端間隔開一定距離，該距離大于或等于所述冷卻劑供應(yīng)開口尺寸或直徑，并且更具體地大于或等于所述冷卻劑供應(yīng)開口尺寸或直徑的1.2倍。沖擊冷卻效率得以改善。

冷卻劑供應(yīng)路徑可進一步通過開口接合冷卻劑排出管，所述開口設(shè)置在朝著所述壁的冷卻劑側(cè)表面設(shè)置的其橫向界定表面部分中。因此，支持朝著所述壁的熱氣體側(cè)表面設(shè)置的冷卻劑排出管的橫向界定表面的沖擊冷卻。鄰近界定冷卻劑排出管的表面的設(shè)置在所述熱氣體側(cè)的表面部分，在冷卻劑排出管的界定表面和熱氣體側(cè)表面之間僅可存在小的壁厚度。此外，如果所述壁部分相對于主工作流體流動位于上游位置處，則其可能未充分受益于從冷卻劑排出管發(fā)出的薄膜冷卻層。該壁部分可因此尤其易受來自工作流體流動的熱攝入的影響。根據(jù)本公開提供一種用于該狀況的解決方案，即在冷卻劑排出管朝著冷卻劑側(cè)表面設(shè)置的橫向界定表面處提供冷卻劑供應(yīng)路徑和冷卻劑排出管的接合處，因此從冷卻劑供應(yīng)路徑排出冷卻劑供應(yīng)流動，并且將冷卻劑供應(yīng)流動引導(dǎo)到冷卻劑排出管的朝著所述壁的熱氣體側(cè)表面設(shè)置的所述表面部分上。因此影響相應(yīng)壁部分的沖擊冷卻。

為了進一步支持冷卻劑排出管的與冷卻劑供應(yīng)路徑和冷卻劑排出管的接合處相對設(shè)置的橫向表面部分的沖擊冷卻，可設(shè)有用于提供自由射流的裝置，該自由射流從冷卻劑供應(yīng)路徑發(fā)出并到冷卻劑排出管中。所述裝置可尤其設(shè)置為冷卻劑供應(yīng)路徑的流動加速部分，其設(shè)置成位于或鄰近于冷卻劑供應(yīng)路徑和冷卻劑排出管的接合處。在冷卻劑供應(yīng)流動進入冷卻劑排出管之前或正在進入冷卻劑排出管時加速冷卻劑供應(yīng)流動的情況下，將產(chǎn)生橫穿冷卻劑排出管的高脈沖射流，其沖擊冷卻劑排出管的相對的界定表面部分并有效地實現(xiàn)沖擊冷卻。流動加速部分可被成形為設(shè)置在冷卻劑供應(yīng)路徑和冷卻劑排出管的接合處的噴嘴。冷卻劑供應(yīng)路徑可設(shè)置為具有第一流動橫截面的管，所述第一流動橫截面逐漸變細到喉部，所述喉部在冷卻劑供應(yīng)路徑和冷卻劑排出管的接合處或鄰近該接合處具有較小的橫截面。在提供冷卻劑供應(yīng)路徑的流動加速部分，且尤其提供實現(xiàn)連續(xù)流動加速的加速部分（諸如例如噴嘴）的情況下，當與簡單孔口（如將通過簡單計量孔提供的）相比較時，獲得更限定且單向的自由射流流動。沖擊冷卻效率和有效性得以增強并變得更加可預(yù)測。

在該方面中，冷卻劑供應(yīng)路徑和冷卻劑供應(yīng)管的接合處可被設(shè)置成以便提供從自由射流產(chǎn)生裝置發(fā)出的自由射流，所述自由射流沿著射流方向具有定向成從壁的冷卻劑側(cè)表面并朝著壁的熱氣體側(cè)表面的，和/或定向成主工作流體流動方向上游的速度分量中的至少一個。

尤其，冷卻劑供應(yīng)路徑可與設(shè)置成鄰近壁的冷卻劑側(cè)表面的冷卻劑供應(yīng)容積流體連通，以便提供從所述供應(yīng)容積到冷卻劑排出管的冷卻劑流動。

在根據(jù)本公開的渦輪發(fā)動機部件的又進一步實施例中，冷卻劑供應(yīng)路徑包括沿著壁的縱長范圍在壁內(nèi)側(cè)延伸的近壁冷卻管。在該方面中，壁的縱長范圍將被理解為在壁的熱氣體側(cè)表面和壁的冷卻劑側(cè)表面之間并沿著其延伸，或基本上與其對準。在某些方面中，可被理解為平行于熱氣體側(cè)表面和冷卻劑側(cè)表面中的至少一個。在具體方面中，可被理解為至少基本上平行于主工作流體流動方向延伸。近壁冷卻管從其第一端延伸到其第二端，其中，用于提供自由射流的裝置（如在特定實施例中的噴嘴，或更通常地，流動加速裝置）可設(shè)置成鄰近近壁冷卻管的第二端。

在某些實施例中，近壁冷卻管的第一端相對于主工作流體流動方向設(shè)置在近壁冷卻管的第二端的下游。借助于該具體實施例，在冷卻劑供應(yīng)流動從冷卻劑供應(yīng)路徑排入到冷卻劑排出管中之前實現(xiàn)對流性逆流近壁冷卻。

在進一步的實施例中，近壁冷卻管至少基本上平行于熱氣體側(cè)表面延伸。

近壁冷卻管的內(nèi)表面可被成形為以便改善近壁冷卻管的表面和通過近壁冷卻管的冷卻劑供應(yīng)流動之間的熱傳遞，和/或可裝備有增強熱傳遞的元件。可應(yīng)用技術(shù)人員已知的強化在界定近壁冷卻管的表面和通過其的冷卻劑流動之間的熱傳遞的任何裝置，諸如但不限于連接相對表面的柱、近壁冷卻管的界定表面可呈波浪形等等。在具體實施例中，湍流產(chǎn)生元件設(shè)置在近壁冷卻管內(nèi)或在其界定表面上。

在根據(jù)本公開的渦輪發(fā)動機部件的又進一步實施例中，冷卻劑流入管設(shè)置成在壁的冷卻劑側(cè)表面和近壁冷卻管之間延伸，并且在近壁冷卻管的側(cè)壁處接合近壁冷卻管，其中，該接合處設(shè)置成位于或鄰近近壁冷卻管的第一端，并且尤其設(shè)置在近壁冷卻管的朝著壁的冷卻劑側(cè)表面布置的側(cè)部上。還可構(gòu)思，自由射流產(chǎn)生裝置，類似于上述的位于或鄰近于冷卻劑供應(yīng)路徑和冷卻劑排出管的接合處，被設(shè)置成鄰近于或位于冷卻劑流入管和近壁冷卻管的接合處。尤其在冷卻劑流入管在朝著冷卻劑側(cè)設(shè)置的其界定表面處接合近壁冷卻管的實施例中，自由射流沖擊近壁冷卻管的朝著熱氣體側(cè)表面設(shè)置的相對界定表面部分。如將理解的，在該表面部分處的所述部件的壁部分可設(shè)置成相對遠離在熱氣體側(cè)表面上的冷卻劑排出位置下游（再次與主工作流體流動方向相關(guān)），并可因此經(jīng)受相當高的熱負載。借助來自冷卻劑流入管的沖擊自由射流，實現(xiàn)所述壁部分的有效沖擊冷卻。

如對于技術(shù)人員已經(jīng)明顯的，橫穿及沿著主工作流體流動方向的近壁冷卻管的范圍可被選擇成大于在冷卻劑側(cè)表面和熱氣體側(cè)表面之間的方向上的橫截面范圍。

本文中所公開的渦輪發(fā)動機部件可包括設(shè)置在渦輪發(fā)動機部件的壁中的上面公開的類型的兩個或多個冷卻劑排出管，其中，所述至少兩個冷卻劑排出管各自均設(shè)有冷卻劑排出開口，冷卻劑排出開口設(shè)置成朝著壁的熱氣體側(cè)表面。冷卻劑排出開口中的每個均具有橫截面，其中，所述橫截面呈現(xiàn)：在第一方向上的第一范圍小于在第二方向上的第二范圍。冷卻劑排出開口被布置成使得兩個相鄰冷卻劑排出開口的短邊緣彼此鄰近設(shè)置。相鄰冷卻劑排出開口的鄰近短邊緣之間的距離可大體上小于每個冷卻劑排出開口在第二方向上的較長范圍。兩個鄰近短邊緣之間的所述距離可以是鄰近冷卻劑排出開口中的每個在第二方向上的范圍的50%或更小、40%或更小、30%或更小、20%或更小、以及尤其10%或更小。相應(yīng)冷卻劑排出管可在冷卻劑排出開口的第一方向上傾斜。此外，冷卻劑排出管可歪斜向主工作流體流動方向下游。

冷卻劑排出開口可沿著第二方向彼此對準。即，換句話說，一排（尤其是狹槽形的）冷卻劑排出開口設(shè)置在壁的熱氣體側(cè)表面上，其中，冷卻劑排出開口的長范圍至少基本上彼此對準。在其他實施例中，然而，冷卻劑排出開口可布置成以便形成曲折或以波浪形方式形成。如將理解的，借助于冷卻劑排出開口的所述布置，多個冷卻劑層或片從熱氣體側(cè)表面上排出，其中，每個層或片均延伸橫穿第一橫截面方向。在特定實施例中，冷卻劑排出管沿著主工作流體流動方向與第一橫截面方向?qū)剩⑶依鋮s劑排出管傾斜成使得排出的冷卻劑具有指向主工作流體流動方向下游的速度分量。冷卻劑因此橫穿主工作流體流動方向且在壁的熱氣體側(cè)表面上的冷卻劑排出開口下游有效地分散，從而提供出眾的薄膜冷卻有效性和效率。

鄰近冷卻劑排出開口（每個開口尤其與上述方式的冷卻劑排出管流動連通）的多種布置可在第一方向上和/或在主工作流體流動方向上設(shè)置并交錯。

在渦輪發(fā)動機部件的又進一步的實施例中，至少兩個冷卻劑排出開口在其短邊緣處彼此毗連以便提供所述至少兩個冷卻劑排出管的公共冷卻劑排出開口。借助于該實施例，可進一步支持并改善所排出的冷卻劑在熱氣體側(cè)表面上的均勻分布。

如將理解的，所公開主題的某些實施例可能需要在部件的壁內(nèi)側(cè)設(shè)置復(fù)雜的管幾何結(jié)構(gòu)。所述管可不通過鑿削移除方法（chip removing method）昂貴地制造或可僅通過鑿削移除方法昂貴地制造。因此所述部件可尤其通過高精度鑄造獲得。在進一步實施例中，所述部件可通過額外的生產(chǎn)方法獲得，諸如但不限于選擇性激光熔化或選擇性電子束熔化。

進一步，公開一種包括如上所述的渦輪發(fā)動機部件的燃氣渦輪發(fā)動機。

將理解的是上面所公開的特征和實施例可彼此組合。進一步將理解的是在本公開及所要求保護的主題的范圍內(nèi)可構(gòu)思對技術(shù)人員明顯和顯而易見的其他實施例。

附圖說明

現(xiàn)在通過在附圖中示出的選擇的示例性實施例更詳細地解釋本公開的主題，附圖示出

圖1是包括如上所述的冷卻特征的渦輪發(fā)動機部件的壁的截面視圖，揭示了冷卻劑排出管的縱向截面；

圖2是渦輪發(fā)動機部件的壁的截面視圖，揭示了在另外的縱向截面中的冷卻劑排出管的第一示例性實施例；

圖3是渦輪發(fā)動機部件的壁的橫截面視圖，揭示了在類似于圖2的縱向截面中的冷卻劑排出管的又一示例性實施例；

圖4是在具有冷卻劑排出管和冷卻劑排出開口的第一布置的部件壁的熱氣體側(cè)表面上的視圖；

圖5是在具有類似于圖3中示出的那些的冷卻劑排出管和冷卻劑排出開口的第二布置的部件壁的熱氣體側(cè)表面上的視圖；

圖6是圖5的實施例的截面視圖以及

圖7是根據(jù)本公開的渦輪發(fā)動機部件的示例性實施例。

應(yīng)理解的是附圖是高度示意性的，并且為了易于理解和描繪可能已省略對于教導(dǎo)目的不需要的細節(jié)。進一步應(yīng)理解的是附圖僅示出選擇的、說明性實施例，并且未示出的實施例可仍然也在本文中所公開的和/或所要求保護的主題的范圍內(nèi)。

具體實施方式

圖1示出渦輪發(fā)動機部件的壁100的實施例。壁100包括熱氣體側(cè)表面110和冷卻劑側(cè)表面120。當部件安裝在渦輪發(fā)動機中并且操作渦輪發(fā)動機時，熱氣體側(cè)表面110預(yù)期暴露于工作流體流動50。部件尤其預(yù)期安裝在渦輪發(fā)動機中，使得工作流體流動在由箭頭（在50處）指示的主工作流體流動方向上沿著部件壁100的熱氣體側(cè)表面110流到主工作流體流動下游方向。在這個程度上，能夠定義與主工作流體流動方向相關(guān)的部件或相應(yīng)地壁100的上游和下游方向。工作流體流動50可例如在燃氣渦輪發(fā)動機的膨脹渦輪機中在高溫下存在。尤其，安裝在這樣的膨脹渦輪機的第一級中的部件因此需要冷卻。冷卻劑排出管210設(shè)置在壁100中。冷卻劑排出管210由設(shè)置在壁100內(nèi)側(cè)的界定表面界定。冷卻劑排出管的軸線213相對于熱氣體側(cè)表面110的法線111傾斜角度a，并且當考慮冷卻劑排出管210從壁內(nèi)側(cè)到設(shè)置在熱氣體側(cè)表面上的排出開口的定向時軸線213朝著工作流體主流動的下游方向歪斜。在另一方面中，界定表面的第一部分211和界定表面的第二部分212相對于所述法線傾斜，并且朝著主工作流體流動方向的下游定向歪斜。將理解的是壁100可以是彎曲的，并且因此熱氣體側(cè)表面110可以是彎曲的。技術(shù)人員將容易理解的是在該情況下在流體排出管向外打開到熱氣體側(cè)表面上的位置（即，排出位置）處的局部法線將用于定義所述法線或相應(yīng)地所述傾斜。冷卻劑排出流動350從冷卻劑排出管210通過設(shè)置在熱氣體側(cè)表面上的冷卻劑排出開口排出并且被提供為在熱氣體側(cè)表面110上流動的冷卻劑層，因此一方面將熱從部件或相應(yīng)地部件壁100移除，并且此外還將壁的熱氣體側(cè)表面與主工作流體流動50分離。由于冷卻劑排出管210的傾斜，第一表面部分211朝著熱氣體側(cè)表面設(shè)置，并且第二表面部分212朝著壁100或相應(yīng)地部件的冷卻劑側(cè)表面設(shè)置。在另一方面中，可以說界定表面的第一部分211設(shè)置在上游，同時界定表面的第二部分212設(shè)置在下游，在每種情況下均與主工作流體流動方向相關(guān)。冷卻劑排出管被設(shè)置為在壁100內(nèi)側(cè)的盲腔，即，從熱氣體側(cè)表面到冷卻劑側(cè)表面不完全穿透壁。冷卻劑排出管朝著壁的冷卻劑側(cè)表面120封閉。為了向冷卻劑排出管提供冷卻劑，設(shè)置有冷卻劑供應(yīng)路徑，其包括冷卻劑流入管230和近壁冷卻管220。多個冷卻劑流入管通?？稍O(shè)置成與近壁冷卻管流體連通，并且位于在近壁冷卻管的寬度上延伸的排中。在該特定實施例中，近壁冷卻管220設(shè)置在壁100內(nèi)側(cè)并且沿著如由主工作流體流動方向限定的壁的縱長范圍延伸。尤其，近壁冷卻管可布置成至少基本平行于壁100的熱氣體側(cè)表面110延伸。冷卻劑流入管從壁的冷卻劑側(cè)表面120延伸。冷卻劑流入管在近壁冷卻管的橫向表面處，并且靠近近壁冷卻管的第一端接合近壁冷卻管。在本實施例中，所述第一端相對于主工作流體流動方向是近壁冷卻管的下游端。所述第一端相對于近壁冷卻劑流動方向是近壁冷卻管的上游端。近壁冷卻管220在壁內(nèi)從第一端延伸到第二端，其中，第二端相對于主工作流體流動方向設(shè)置在第一端上游。噴嘴250設(shè)置成鄰近近壁冷卻管的第二端，并且在冷卻劑排出管的橫向表面處（即，在朝著壁的冷卻劑側(cè)120設(shè)置的第二或下游表面部分212處）接合冷卻劑排出管210。冷卻劑供應(yīng)路徑以非零角度接合冷卻劑排出管，并且在該特定實施例中，至少基本以直角接合。冷卻劑流入管230向外打開到冷卻劑側(cè)表面120上。因此，冷卻劑供應(yīng)路徑與設(shè)置成鄰近壁100的冷卻劑側(cè)表面120的冷卻劑供應(yīng)容積150流體連通。如在310處指示的，冷卻劑供應(yīng)流動從冷卻劑供應(yīng)容積150流動并流到冷卻劑流入管230中。在與近壁冷卻管220的接合處，設(shè)置噴嘴240。所述噴嘴對于本公開的教導(dǎo)不是必要的，但是是可良好構(gòu)思的實施例。通過噴嘴240，冷卻劑自由射流320進入近壁冷卻管220中，并且實現(xiàn)近壁冷卻管的界定表面的一部分的沖擊冷卻，該部分朝著壁的熱氣體側(cè)表面設(shè)置并且因此暴露于來自工作流體流動50的熱攝入，盡管所述熱攝入通過在熱氣體側(cè)表面上流動的冷卻劑流動350被減少。當近壁冷卻流動330在定向成從近壁冷卻管的第一端到近壁冷卻管的第二端的方向上時，冷卻劑供應(yīng)流動進一步流過近壁冷卻管220。近壁冷卻流動330的流動方向被定向成與主工作流體流動方向50相對。因此，實現(xiàn)壁的逆流冷卻。為了強化近壁冷卻劑流動330和近壁冷卻管220的界定表面之間的熱交換，突出元件225布置在所述界定表面上并且用作湍流器。此外，湍流器增大參與熱傳遞的表面面積。強化在界定近壁冷卻管的表面和通過其的冷卻劑流動之間的熱傳遞的技術(shù)人員已知的其他裝置可替代或額外于突出部存在，所述裝置諸如但不限于連接相對表面的柱、近壁冷卻管的界定表面可呈波浪形等等。近壁冷卻劑流動330然后從冷卻劑供應(yīng)路徑通過噴嘴250以自由射流340排出并排到冷卻劑排出管210中。自由射流340沖擊界定冷卻劑排出管的界定表面的第一表面部分211并且實現(xiàn)所述表面的沖擊冷卻，并且因此實現(xiàn)壁100的相關(guān)部分的沖擊冷卻。通過自由射流340排入到冷卻劑排出管210中的冷卻劑隨后在壁100的熱氣體側(cè)表面110處作為冷卻劑排出流動350排出，并且形成如上所述的薄膜冷卻流動。在設(shè)有噴嘴250和240，并且因此連續(xù)加速流過噴嘴250和240的流動以形成自由射流的情況下，與簡單的孔口相比，獲得更限定且單向的自由射流流動，從而增強沖擊冷卻效率。應(yīng)注意，噴嘴250在與冷卻劑排出管210的盲端或相對于冷卻劑排出流動方向的上游端相距某一距離處接合冷卻劑排出管210。這將關(guān)于圖2更詳細地標出。這使得自由射流340能更均勻地散布在冷卻劑排出管的界定表面的第一部分211上。同樣地，并且出于相同原因，應(yīng)注意冷卻劑流入管230或相應(yīng)地噴嘴240在與近壁冷卻管220的第一、盲端相距某一距離處接合近壁冷卻管220。

將理解的是，冷卻劑在其通過冷卻劑排出管210排出之前的流動用于冷卻壁100的延伸區(qū)域。尤其，向朝著熱氣體側(cè)表面110設(shè)置的冷卻劑管的表面區(qū)域施加冷卻，并且因此施加至暴露于來自工作流體流動50的主要熱攝入的壁100的部分。將進一步理解的是冷卻沿著主工作流體流動方向在壁的相當大的縱向范圍上變得有效。如在圖1中可進一步看到，另外的冷卻劑流入管和近壁冷卻管可鄰近冷卻劑排出管210并且在其上游（相對于主工作流體流動方向）設(shè)置，并且可以以在本描繪中未示出，但對技術(shù)人員來說是明顯的方式與另外的冷卻劑排出管流體連通。因此，壁100的基本所有范圍均可設(shè)有冷卻特征，并且可在壁100內(nèi)獲得更均勻的溫度分布。此外，由于所述冷卻劑排出管界定表面部分的沖擊冷卻，實現(xiàn)了壁100的下述部分的有效冷卻，該部分支承冷卻劑排出管界定表面的第一部分并且在該處設(shè)置低的材料厚度。

圖2示出在第一實施例中的沿著圖1中的A-A的截面視圖。盡管關(guān)于圖1可見：當在壁的縱向截面中考慮冷卻劑排出管從壁內(nèi)朝著設(shè)置在壁100的熱氣體側(cè)表面110上的排出開口214的定向時，流體排出管210匯聚；在該橫截面方面中，當考慮相同定向時冷卻劑排出管發(fā)散。冷卻劑排出開口214呈現(xiàn)狹槽的形狀，其中，狹槽的縱向定向延伸橫穿工作流體流動50的方向。因此，冷卻劑排出流動350被提供為延伸橫穿主工作流體流動方向的冷卻劑的層。冷卻劑供應(yīng)路徑通過設(shè)置在冷卻劑排出管的第二界定表面部分212上的冷卻劑供應(yīng)開口251接合冷卻劑排出管。冷卻劑排出開口251在冷卻劑流動方向上具有尺寸D，或在該具體情況下具有直徑D。下邊緣或上游邊緣與冷卻劑排出管的盲端或上游端間隔開距離l，距離l在某些實施例中大于或等于尺寸D的50%，并且在又進一步實施例中大于或等于尺寸D的70%。在另一方面中，冷卻劑供應(yīng)開口251的中心在沿著冷卻劑流動方向觀察時與冷卻劑排出管的盲端或上游端間隔開距離L，距離L大于或等于D，并且更具體地大于或等于1.2D。

圖3示出在第二實施例中的沿著圖1中的A-A的截面視圖。再次示出部件或相應(yīng)地壁100的橫截面視圖，從而提供界定冷卻劑排出管的表面的第二部分212的平面圖。各個冷卻劑排出管在橫穿主工作流體流動方向50的方向上布置成彼此鄰近。各個冷卻劑排出管在該橫截面視圖中被成形成并布置成使得其在壁100的熱氣體側(cè)表面110處彼此接合。在熱氣體側(cè)表面110上設(shè)有一個公共冷卻劑排出狹槽214用于布置在壁的一個橫截面中的冷卻劑排出管。因此，在熱氣體側(cè)表面110上提供排出的冷卻劑350的大體均勻?qū)?。冷卻劑通過在相應(yīng)冷卻劑排出管的界定表面的第二部分中的各個冷卻劑供應(yīng)開口251供應(yīng)到冷卻劑排出管。如關(guān)于圖1所標出的，噴嘴在冷卻劑供應(yīng)開口251上游設(shè)置在冷卻劑供應(yīng)路徑中，其中，在該情況下上游與冷卻劑供應(yīng)流動的方向相關(guān)關(guān)，以便使冷卻劑供應(yīng)流動在其進入冷卻劑排出管之前加速并且以便將冷卻劑供應(yīng)流動以自由射流排入到冷卻劑排出管中。如關(guān)于圖1所標出的，從冷卻劑供應(yīng)開口251排出的自由射流被提供用于沖擊冷卻冷卻劑排出管的界定表面的第一部分，該部分布置成與表面部分212相對并且界定朝著壁的熱氣體側(cè)表面的冷卻劑排出管。盡管上述第一界定表面部分在本橫截面視圖中不可見，但其已關(guān)于圖1被詳細標出。

圖4描繪如本文中所描述的渦輪發(fā)動機部件的示例性實施例的熱氣體側(cè)表面110的平面圖。橫穿主工作流體流動方向50，多個狹槽形冷卻劑排出開口214沿著曲折線布置。冷卻劑排出開口布置成使兩個相鄰冷卻劑排出狹槽的短邊緣彼此鄰近設(shè)置。設(shè)置在壁內(nèi)側(cè)的冷卻劑排出管由虛線指示。

圖5描繪如本文中所描述的并已關(guān)于圖3提及的渦輪發(fā)動機部件的又一示例性實施例的熱氣體側(cè)表面110的平面圖。多個冷卻劑排出管（由虛線指示）布置成橫穿主工作流體流動方向50。冷卻劑排出管朝著熱氣體側(cè)表面110終止于狹槽形冷卻劑排出開口214中。橫穿主工作流體流動方向設(shè)置狹槽的長度范圍。各個冷卻劑排出管的冷卻劑排出開口214在其短邊緣處彼此毗連，并且因此在熱氣體側(cè)表面110上形成共同冷卻劑排出開口215。在圖6中示出了在圖5中的B-B處指示的截面視圖。圖6中示出的大部分元件已在上面詳細地標出，并且因此省去關(guān)于圖6的額外解釋。冷卻劑排出管210在熱氣體側(cè)表面110下方終止于其冷卻劑排出開口214處，并且接合公共冷卻劑排出管215。

在圖7中示出渦輪機翼型件1的示例性實施例，作為根據(jù)本公開的渦輪發(fā)動機部件的實施例。翼型件1包括前邊緣11和后邊緣12。吸入側(cè)和壓力側(cè)布置在前邊緣和后邊緣之間。工作流體流動50圍繞翼型件、從前邊緣到后邊緣、并且沿著壓力側(cè)和吸入側(cè)流動。后邊緣冷卻劑狹槽13以已知方式設(shè)置在后邊緣處。翼型件的壁100包圍冷卻劑供應(yīng)容積150，其設(shè)置在翼型件內(nèi)側(cè)并由壁100的冷卻劑側(cè)表面120界定。壁的熱氣體側(cè)表面110暴露于工作流體流動50。壁100裝備有多個冷卻劑排出管（在該圖中沒有參考數(shù)字），冷卻劑排出管在冷卻劑排出開口214處向外打開到熱氣體側(cè)表面上。每個冷卻劑排出管均與逆流近壁冷卻通道220或平行流動近壁冷卻管221流體連通。每個近壁冷卻管均通過冷卻劑流入管230與冷卻劑供應(yīng)容積150流體連通。

盡管已通過示例性實施例解釋了本公開的主題，但應(yīng)理解這些不意欲以任何方式限制所要求保護的發(fā)明的范圍。將理解的是權(quán)利要求涵蓋本文中未明確示出或公開的實施例，并且偏離在實施本公開的教導(dǎo)的示例性模式中所公開的那些的實施例仍將被權(quán)利要求涵蓋。

參考數(shù)字列表

1 渦輪發(fā)動機部件、翼型件

11 前邊緣

12 后邊緣

13 后邊緣冷卻狹槽

50 工作流體流動；主工作流體流動方向

100 渦輪發(fā)動機部件的壁

110 熱氣體側(cè)表面

111 熱氣體側(cè)表面的法線

120 冷卻劑側(cè)表面

150 冷卻劑供應(yīng)容積

210 冷卻劑排出管

211 界定冷卻劑排出管的界定表面的第一部分

212 界定冷卻劑排出管的表面的第二部分

213 冷卻劑排出管的軸線

214 冷卻劑排出開口，冷卻劑排出狹槽

215 公共冷卻劑排出開口

220 近壁冷卻管

221 平行流動近壁冷卻管

225 突出元件、湍流器、湍流產(chǎn)生元件

230 冷卻劑流入管

240 噴嘴

250 噴嘴、自由射流產(chǎn)生裝置、流動加速裝置

251 冷卻劑供應(yīng)開口

310 冷卻劑供應(yīng)流動

320 冷卻劑自由射流

330 近壁冷卻劑流動

340 冷卻劑自由射流

350 冷卻劑排出流動

a 角度

D 冷卻劑供應(yīng)開口和/或自由射流產(chǎn)生裝置沿著冷卻劑流動方向在冷卻劑排出管內(nèi)側(cè)的尺寸；冷卻劑供應(yīng)開口和/或自由射流產(chǎn)生裝置的直徑

l 從冷卻劑排出管的盲端到冷卻劑供應(yīng)開口和/或自由射流產(chǎn)生裝置的下游邊緣的距離

L 從冷卻劑排出管的盲端到冷卻劑供應(yīng)開口和/或自由射流產(chǎn)生裝置的中心的距離