本發(fā)明涉及一種物件和冷卻物件的方法。更具體地，本發(fā)明針對一種被冷卻的物件和冷卻被冷卻的物件的方法。

背景技術(shù)：

渦輪系統(tǒng)被連續(xù)地改進(jìn)以增加效率和降低成本。一種用于增加渦輪系統(tǒng)的效率的方法包括增加渦輪系統(tǒng)的運行溫度。為了增加溫度，渦輪系統(tǒng)必須由可在連續(xù)使用期間經(jīng)受這樣的溫度的材料來構(gòu)造。

除了改進(jìn)構(gòu)件材料和覆層之外，一種增加渦輪構(gòu)件的承溫能力的常見方法包括使用冷卻部件。例如，許多渦輪構(gòu)件包括定位在其內(nèi)部凹腔內(nèi)的沖擊套筒或沖擊板。沖擊套筒或板包括多個冷卻通道，其將冷卻流體引向渦輪構(gòu)件的內(nèi)表面，提供渦輪構(gòu)件的沖擊冷卻。然而，為了定位在渦輪構(gòu)件內(nèi)而形成分開的單獨的沖擊套筒增加了制造時間和成本。此外，沖擊套筒典型地產(chǎn)生在沖擊套筒與渦輪構(gòu)件之間的顯著的交叉流動，并且需要足夠的冷卻流體以提供在同一時間經(jīng)過冷卻通道中的每個的流體流，這兩者都降低了系統(tǒng)的效率。

另一冷卻渦輪構(gòu)件的方法包括使用蛇形冷卻。蛇形冷卻包括使冷卻流體經(jīng)過在渦輪構(gòu)件內(nèi)的通道以同時冷卻構(gòu)件的壓力側(cè)壁和吸入側(cè)壁兩者。兩個壁的同時冷卻可能過度冷卻一壁以便足夠地冷卻另一壁。一壁的過度冷卻導(dǎo)致熱梯度以及不必要的吸熱(heatpick-up)，這兩者都降低了下游冷卻效果和冷卻效率。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

在一實施例中，物件包括具有內(nèi)表面和外表面的主體部分(內(nèi)表面限定了內(nèi)部區(qū)域)、在主體部分內(nèi)的多個隔板(隔板中的每個延伸穿過內(nèi)部區(qū)域)以及在多個隔板的每個中的至少一個小孔(該至少一個小孔配置和布置成將流體引向主體部分的內(nèi)表面。多個隔板形成至少一個上行凹腔和至少一個再利用凹腔，該至少一個再利用凹腔配置和布置成接收來自在隔板中的一個中的至少一個小孔的流體。

在另一實施例中，物件包括具有內(nèi)表面和外表面的主體部分(內(nèi)表面限定了內(nèi)部區(qū)域)、多個整體隔板(每個經(jīng)過內(nèi)部區(qū)域從物件的壓力側(cè)壁延伸至吸入側(cè)壁，整體隔板在內(nèi)部區(qū)域內(nèi)形成上行凹腔和至少一個再利用凹腔)和形成在整體隔板中的每個中的至少一個小孔(該至少一個小孔配置和布置成將流體引向主體部分的內(nèi)表面)。上行凹腔配置和布置成接收來自物件外的流體并且該至少一個再利用凹腔中的每個配置和布置成接收來自在隔板中的一個中的該至少一個小孔的后-沖擊流體。

在另一實施例中，冷卻物件的方法包括：提供物件(其包括具有內(nèi)表面和外表面的主體部分，內(nèi)表面限定了內(nèi)部區(qū)域；延伸穿過內(nèi)部區(qū)域的上行隔板，上行隔板在內(nèi)部區(qū)域內(nèi)形成上行凹腔；延伸穿過內(nèi)部區(qū)域的再利用隔板，再利用隔板在內(nèi)部區(qū)域內(nèi)形成再利用凹腔；以及形成在上行隔板和再利用隔板中的每個中的至少一個小孔，該至少一個小孔配置和布置成將流體引向主體部分的內(nèi)表面)；將流體引導(dǎo)到上行凹腔中；產(chǎn)生經(jīng)過在上行隔板中的該至少一個小孔的第一流體流；使主體部分的內(nèi)表面與第一流體流接觸，內(nèi)表面的該接觸冷卻內(nèi)表面并且形成第一后-沖擊流體；在再利用凹腔內(nèi)接收第一后-沖擊流體；產(chǎn)生經(jīng)過在再利用隔板中的該至少一個小孔的再利用流體流；并且使主體部分的內(nèi)表面與再利用流體流接觸，內(nèi)表面的該接觸冷卻內(nèi)表面并且形成再利用后-沖擊流體。再利用流體流由在該至少一個再利用凹腔內(nèi)所接收的第一后-沖擊流體產(chǎn)生。

在一實施例中，多個隔板包括限定至少一個上行凹腔的上行隔板。

在一實施例中，至少一個上行凹腔包括第一上行凹腔和第二上行凹腔。

在一實施例中，至少一個上行凹腔中的每個配置和布置成接收來自物件外的流體。

在一實施例中，多個隔板此外包括至少一個再利用隔板，至少一個再利用隔板中的每個限定了至少一個再利用凹腔中的一個。

在一實施例中，物件此外包括第一再利用凹腔，第一再利用凹腔配置和布置成接收經(jīng)過上行隔板的流體。

在一實施例中，在上行隔板中的至少一個小孔配置和布置成產(chǎn)生沖擊流體流并且第一再利用凹腔配置和布置成接收由沖擊流體流形成的后-沖擊流體。

在一實施例中，物件此外包括至少一個附加的再利用凹腔，附加的再利用凹腔配置和布置成接收經(jīng)過至少一個再利用隔板中的一個的流體。

在一實施例中，在再利用隔板中的每個中的至少一個小孔產(chǎn)生沖擊流體流并且附加的再利用凹腔中的每個配置和布置成接收由沖擊流體流形成的后-沖擊流體。

在一實施例中，第一再利用凹腔和至少一個附加的再利用凹腔提供物件的系列沖擊冷卻。

在一實施例中，物件此外包括在內(nèi)表面與外表面之間延伸的開口，開口提供經(jīng)過主體部分的流體流。

在一實施例中，多個隔板中的至少一個包括多個小孔，多個小孔將流體引向物件的吸入側(cè)和壓力側(cè)。

在一實施例中，多個小孔配置和布置成將增加的量的流體引向物件的吸入側(cè)或壓力側(cè)。

在一實施例中，將增加的量的流體引向物件的壓力側(cè)提供了壓力側(cè)的增加的沖擊冷卻，而將增加的量的流體引向物件的吸入側(cè)提供了吸入側(cè)的增加的沖擊冷卻。

在一實施例中，形成在多個隔板中的一個中的小孔的數(shù)量與形成在至少一個另外的隔板中的小孔的數(shù)量不同。

在一實施例中，在多個隔板中的每個中形成的小孔的數(shù)量被選擇成提供所希望的薄膜供給壓力。

在一實施例中，在多個隔板中的每個中形成的小孔的數(shù)量被選擇成提供所希望的壁溫分布。

本發(fā)明此外涉及一種物件，其包括：具有內(nèi)表面和外表面的主體部分，內(nèi)表面限定了內(nèi)部區(qū)域；多個整體隔板，每個穿過內(nèi)部區(qū)域從物件的壓力側(cè)壁延伸至吸入側(cè)壁，整體隔板在內(nèi)部區(qū)域內(nèi)形成上行凹腔和至少一個再利用凹腔；以及在整體隔板中的每個中形成的至少一個小孔，至少一個小孔配置和布置成將流體引向主體部分的內(nèi)表面；其中，上行凹腔配置和布置成接收來自物件外的流體；并且其中，至少一個再利用凹腔中的每個配置和布置成接收來自在隔板中的一個中的至少一個小孔的后-沖擊流體。

本發(fā)明此外涉及一種冷卻物件的方法，其包括：提供物件(其包括：具有內(nèi)表面和外表面的主體部分，內(nèi)表面限定了內(nèi)部區(qū)域；延伸穿過內(nèi)部區(qū)域的上行隔板，上行隔板在內(nèi)部區(qū)域內(nèi)形成上行凹腔；延伸穿過內(nèi)部區(qū)域的再利用隔板，再利用隔板在內(nèi)部區(qū)域內(nèi)形成再利用凹腔；以及在上行隔板和再利用隔板中的每個中形成的至少一個小孔，至少一個小孔配置和布置成將流體引向主體部分的內(nèi)表面)；將流體引入上行凹腔中；產(chǎn)生經(jīng)過在上行隔板中的至少一個小孔的第一流體流；使主體部分的內(nèi)表面與第一流體流接觸，內(nèi)表面的接觸冷卻內(nèi)表面并且形成第一后-沖擊流體；在再利用凹腔內(nèi)接收第一后-沖擊流體；產(chǎn)生經(jīng)過在再利用隔板中的至少一個小孔的再利用流體流；并且使主體部分的內(nèi)表面與再利用流體流接觸，內(nèi)表面的接觸冷卻內(nèi)表面并且形成再利用后-沖擊流體；其中，再利用流體流由接收在至少一個再利用凹腔內(nèi)的第一后-沖擊流體產(chǎn)生。

在一實施例中，該方法此外包括：提供至少一個附加的再利用隔板，其延伸穿過內(nèi)部區(qū)域，至少一個附加的再利用隔板中的每個在內(nèi)部區(qū)域內(nèi)形成附加的再利用凹腔并且包括在其中形成的至少一個小孔；并且在至少一個附加的再利用隔板中的每個內(nèi)相繼接收再利用后-沖擊流體，產(chǎn)生經(jīng)過在至少一個附加的再利用隔板中的每個中的至少一個小孔的再利用流體流，并且使主體部分的內(nèi)表面與來自至少一個附加的再利用凹腔中的每個的再利用流體流接觸；其中，經(jīng)過在至少一個附加的再利用隔板中的每個中的至少一個小孔的再利用流體流由在附加的再利用凹腔內(nèi)接收的再利用后-沖擊流體產(chǎn)生；并且其中，相繼接收再利用后-沖擊流體、產(chǎn)生再利用流體流以及使主體部分的內(nèi)表面與再利用流體接觸提供了物件的系列沖擊冷卻。

本發(fā)明的其他特征和優(yōu)點將從以下更詳細(xì)的描述結(jié)合通過示例說明了本發(fā)明的原理的附圖顯而易見。

附圖說明

圖1示出了根據(jù)本公開的實施例的物件的前透視圖。

圖2示出了根據(jù)本公開的實施例圖1的物件沿著線2-2的截面圖。

圖3示出了在移除隔板的情況下圖2的截面圖。

圖4示出了根據(jù)本公開的實施例在圖2的物件內(nèi)的流動剖面的示意圖。

圖5示出了根據(jù)本公開的備選實施例圖1的物件沿著線2-2的截面圖。

在任何可能之處，在全部附圖中將使用的相同的附圖標(biāo)記來代表相同的部分。

附圖標(biāo)記清單

100物體

101渦輪葉片

103根部部分

105平臺

107翼型部分

201主體部分

203外表面

205內(nèi)表面

207內(nèi)部區(qū)域

208吸入側(cè)

209壓力側(cè)

210隔板

211上行凹腔

213再利用凹腔

220小孔

230開口

240前緣

241前緣通路

250后緣

251后緣通路。

具體實施方式

提供了物件和冷卻物件的方法。本公開的實施例(與不包括一個或更多個本文中所公開的特征的方案相比)例如減少了物件的過度冷卻，減少了由于物件的過度冷卻而冷卻流體的溫度增加，增加了冷卻效率，減少了熱梯度形成，增加了下游冷卻效果，有助于冷卻流體的再使用，有助于冷卻流分布的增加的控制，提供物件溫度的增加的穩(wěn)定性，減少交叉流，減少交叉流降級(degradation)，增加物件壽命，有助于利用增加的系統(tǒng)溫度，增加系統(tǒng)效率，提供對薄膜供給壓力的增加的控制，或者它們的組合。

參考圖1，在一實施例中，物件100包括但不限于渦輪葉片101或輪葉。渦輪葉片101具有根部部分103、平臺105、和翼型部分107。根部部分103構(gòu)造成將渦輪葉片101緊固在渦輪系統(tǒng)內(nèi)，諸如例如緊固至轉(zhuǎn)子葉輪。此外，根部部分103構(gòu)造成從渦輪系統(tǒng)接收流體并且引導(dǎo)流體進(jìn)入翼型部分107中。盡管這里關(guān)于渦輪葉片來說明，如由本領(lǐng)域技術(shù)人員所理解的那樣，物件100不如此受限制而是可包括任何其他適合于接收冷卻流體的物件，諸如例如空心構(gòu)件、熱氣路徑構(gòu)件、護(hù)罩、噴嘴、導(dǎo)葉、或它們的組合。

如在圖2中所示，其顯示了翼型部分107的橫截面，物件100包括具有外表面203、內(nèi)表面205的主體部分201和在其中形成的一個或多個隔板210。該一個或多個隔板210中的每個經(jīng)過內(nèi)部區(qū)域207從物件100的第一側(cè)延伸至物件100的第二側(cè)，并且包括穿過其形成的至少一個小孔220。例如，在一實施例中，隔板210中的每個從在翼型部分107的吸入側(cè)208上的內(nèi)表面205延伸至在翼型部分107的壓力側(cè)209上的內(nèi)表面205。為了更清楚地說明內(nèi)表面205和由內(nèi)表面205所限定的內(nèi)部區(qū)域207，圖3示出了在移除隔板210的情況下圖2的翼型部分107。

回到圖2，該一個或多個隔板210可與主體部分201整體地和/或與主體部分201分開地來形成。在一實施例中，與主體部分201整體地形成該一個或多個隔板210和該一個或多個隔板210與主體部分201分開地形成且然后緊固到主體部分201相比減小或消除了在該一個或多個隔板210與主體部分201之間的流體通路。在另一實施例中，與主體部分201整體地形成該一個或多個隔板210和該一個或多個隔板210與主體部分201分開地形成且然后緊固到主體部分201相比減小或消除了至后沖擊的泄漏。用于形成主體部分201和/或該一個或多個隔板210的適合的方法包括但不限于直接金屬激光熔化(dmlm)、直接金屬激光燒結(jié)(dmls)、選擇性激光熔化(slm)、選擇性激光燒結(jié)(sls)、熔融沉積塑造(fdm)、任何其他添加性制造技術(shù)，或它們的組合。

該一個或多個隔板210形成至少一個上行凹腔211和至少一個再利用凹腔213。該至少一個上行凹腔211定位成接收來自物件100外的流體，諸如但不限于從根部部分103被引導(dǎo)到翼型部分107中的流體。再利用凹腔213中的每個構(gòu)造成接收經(jīng)過在該一個或多個隔板210中的(多個)小孔220的流體，諸如但不限于經(jīng)過在形成上行凹腔211和/或在上行凹腔211與再利用凹腔213之間的任何其他再利用凹腔213的隔板210中的(多個)小孔220的流體。例如，如在圖2中所示，來自物件100之外的流體從該至少一個上行凹腔211相繼經(jīng)過在物件100的前緣240和/或后緣250與該至少一個上行凹腔211之間形成的該一個或多個再利用凹腔213中的每個。

在一實施例中，物件100包括在內(nèi)部區(qū)域207內(nèi)由隔板210中的一個形成的上行凹腔211中的兩個。在另一實施例中，上行凹腔211中的一個向前緣240延伸而另一上行凹腔211向后緣250延伸。延伸向前緣240的上行凹腔211以及形成在上行凹腔211與前緣240之間的任何再利用凹腔213限定了前緣通路241。延伸向后緣250的上行凹腔211以及形成在上行凹腔211與后緣250之間的任何再利用凹腔213限定了后緣通路251。

前緣通路241和后緣通路251各包括任何合適數(shù)量的再利用凹腔213。例如，如在圖2和4中所示，前緣通路241和后緣通路251兩者都包括再利用凹腔213中的兩個。在另一示例中，如在圖5中所示，前緣通路241包括再利用凹腔213中的三個而后緣通路251包括再利用凹腔213中的兩個。如將由本領(lǐng)域技術(shù)人員所理解的那樣，物件100不限于上面的示例而是可包括任何其他合適數(shù)量的上行凹腔211和/或再利用凹腔213，其中前緣通路241和后緣通路251具有相同或不同數(shù)量的凹腔。

參考圖2、4和5，在該一個或多個隔板210中的每個中形成的該至少一個小孔220提供穿過其的流體流。在一實施例中，在形成上行凹腔211的隔板210中的該至少一個小孔220將流體流從上行凹腔211提供至再利用凹腔213中的一個或多個。在另一實施例中，在形成再利用凹腔213中的每個的隔板210中的該至少一個小孔220將流體流從再利用凹腔213提供至一個或多個其他再利用凹腔213。在又一實施例中，主體部分201包括形成在其中的一個或多個開口230，開口230中的每個構(gòu)造成將流體從上行凹腔211中的一個和/或再利用凹腔213中的一個引導(dǎo)到外表面203。

除了提供穿過其的流體流之外，在隔板210中的每個中的小孔220中的一個或多個構(gòu)造成將流體引向主體部分201的內(nèi)表面205。例如，小孔220中的每個可構(gòu)造成產(chǎn)生被引向內(nèi)表面205的沖擊流體流。附加地或備選地，該一個或多個開口230中的每個構(gòu)造成從經(jīng)過其的流體產(chǎn)生薄膜流。該一個或多個小孔220和/或該一個或多個開口230的適合的形狀和/或幾何結(jié)構(gòu)包括但不限于直線、曲線、圓形、大致圓形、半圓、人字形、方形、三角形、星形、不規(guī)則形或者它們的組合。

在一實施例中，(多個)小孔220構(gòu)造成提供所希望的壁溫分布。例如，隔板210可包括引向吸入側(cè)208或壓力側(cè)209的相對增加的數(shù)量的小孔220，這些相對增加的數(shù)量的小孔220被引向一側(cè)提供該側(cè)的增加的冷卻。附加地或備選地，與另一隔板210相比增加的數(shù)量的小孔220可形成在隔板210中的一個中，該隔板210包括增加數(shù)量的小孔220提供物件100的對應(yīng)部分的增加的冷卻。由(多個)小孔220的構(gòu)造所提供的所希望的壁溫減小了物件100的過度冷卻、增加下游冷卻效率、增加系統(tǒng)性能，減小由構(gòu)件的不過度冷卻的區(qū)域在形成薄膜冷卻流之前在流體中的不必要的吸熱、增加物件壽命、減小壁溫中的波動、增加壁溫的一致性，或它們的組合。

在一些實施例中，再利用凹腔213中的每個構(gòu)造成接收來自在形成上行凹腔211和/或再利用凹腔213的隔板210中的(多個)小孔220的后-沖擊流體。如本文中所使用的那樣，“后-沖擊流體”指的是被引向主體部分201的內(nèi)表面205的流體，并且包括接觸內(nèi)表面205或沖擊到其上的流體以及被引導(dǎo)經(jīng)過該一個或多個小孔220但是不接觸內(nèi)表面205的流體兩者。例如，在圖2中說明的翼型部分107的兩個再利用凹腔213可形成第一再利用凹腔和第二再利用凹腔。在上行凹腔211與第二再利用凹腔之間的第一再利用凹腔構(gòu)造成接收來自經(jīng)過上行凹腔211的(多個)小孔220產(chǎn)生的沖擊流體流的后-沖擊流體。定位在第一再利用凹腔與翼型部分107的前緣240之間的第二再利用凹腔構(gòu)造成接收來自經(jīng)過第一再利用凹腔的(多個)小孔220產(chǎn)生的沖擊流體流的后-沖擊流體。物件100也可包括一個或多個附加的再利用凹腔，附加的再利用凹腔中的每個構(gòu)造成接收來自在形成任何上游凹腔(包括但不限于上行凹腔211和/或位于上行凹腔211與附加的再利用凹腔之間的任何再利用凹腔213)的隔板210中的(多個)小孔220的后-沖擊流體。

根據(jù)這里所公開的實施例中的一個或多個，經(jīng)過在每個再利用凹腔213的隔板210中的(多個)小孔220產(chǎn)生的沖擊冷卻流包括或者主要包括由再利用凹腔213所接收的后-沖擊流體。例如，在圖2、4和5中所示的物件的前緣通路241中，第一再利用凹腔構(gòu)造成產(chǎn)生穿過其(多個)小孔220的沖擊冷卻流，其包括或者主要包括從上行凹腔211所接收的后-沖擊流體。第二再利用凹腔構(gòu)造成產(chǎn)生穿過其(多個)開口230的薄膜冷卻流(見圖2、4和5)和/或產(chǎn)生穿過其(多個)小孔220的沖擊冷卻流(見圖5)，其包括或主要包括來自第一再利用凹腔的后-沖擊流體。如在此所使用的那樣，術(shù)語“主要包括”是指沖擊冷卻流由至少90%后-沖擊流體構(gòu)成。

通過產(chǎn)生包括或者主要包括后-沖擊流體的沖擊冷卻流，再利用凹腔213提供物件100的系列沖擊冷卻。物件100的系列沖擊冷卻包括基本上或完全通過由該至少一個上行凹腔211所接收的流體供給的一個或多個流路徑，其增加物件100的冷卻效率、減少被引導(dǎo)至物件100的流體的量、減少后-沖擊流體流、減少交叉流降級、通過提供對薄膜孔壓力比增加的控制和/或提供對薄膜排發(fā)泡率(filmrowblowingratio)的增加的控制來改善薄膜冷卻效率。

雖然本發(fā)明參照一個或多個實施例來說明，將由本領(lǐng)域技術(shù)人員所理解的是在不離開本發(fā)明的范圍的情況下可做出各種改變并且可用等同物代替其中的元件。此外，在不離開其本質(zhì)范圍的情況下，可對本發(fā)明的教導(dǎo)做出許多修改以適應(yīng)特殊情況或材料。因此，意圖是本發(fā)明不限于作為構(gòu)思用于實施本發(fā)明的最好的模式所公開的具體實施例，而是本發(fā)明將包括落在權(quán)利要求的范圍內(nèi)的所有實施例。此外，在詳細(xì)的說明書中所識別的所有數(shù)值應(yīng)被解釋為精確值和近似值兩者都被明確地識別。