制品及冷却制品的方法与流程

本发明针对一种制品和冷却制品的方法。更具体而言，本发明针对冷却的制品和冷却制品的方法。

背景技术：

涡轮系统在不断改变以提高效率和降低成本。提高涡轮系统的效率的一种方法包括升高涡轮系统的操作温度。为了升高温度，涡轮系统必须由可在持续使用期间经得起此温度的材料构造。

除改变构件材料和涂层之外，提高涡轮构件的温度能力的一种常用方法包括使用冷却特征。例如，许多涡轮构件包括定位在其内腔内的冲击套筒或冲击板。冲击套筒或板包括多个冷却通道，其朝涡轮构件的内表面引导冷却流体，提供涡轮构件的冲击冷却。然而，形成用于定位在涡轮构件内的单独的独立冲击套筒增加制造时间和成本。此外，冲击套筒通常产生冲击套筒与涡轮构件之间的显著的交叉流，且需要足够的冷却流体来同时提供穿过各个冷却通道的流体流，这两者都降低系统的效率。

冷却涡轮构件的另一方法包括使用蛇形冷却。蛇形冷却包括穿过涡轮构件内的通路的冷却流体以同时冷却构件的压力侧壁和吸力侧壁两者。两个侧壁的同时冷却可使一个壁过冷以便充分地冷却另一个。一个壁的过冷导致热梯度和不必要的热获取，这两者降低下游冷却有效性和冷却效率。

技术实现要素：

在一个实施例中，一种制品包括具有内表面和外表面的本体部分，内表面限定内区域，形成在内区域内的至少一个上通腔，该至少一个上通腔从本体部分的基部朝本体部分的末梢延伸，以及形成在上通腔中的帽，各个帽邻近本体部分的末梢且具有形成在其中的至少一个孔口。各个帽布置和设置成将流体从至少一个上通腔引导，穿过形成在其中的至少一个孔口，且朝本体部分的末梢。

在另一个实施例中，一种制品包括具有内表面和外表面的本体部分，内表面限定内区域，形成在内区域内的至少一个上通腔，至少一个上通腔从本体部分的基部朝本体部分的末梢延伸，流体地连接两个上通腔的至少一个下通腔，各个下通腔布置和设置成将流体从两个上通腔中的一个向下游引导至另一个上通腔，以及形成在各个上通腔中的帽，各个帽邻近本体部分的末梢且具有形成在其中的至少一个孔口。各个帽布置和设置成将流体从至少一个上通腔引导，穿过形成在其中的至少一个孔口，且朝本体部分的末梢，且帽中的各个孔口布置和设置成提供末梢的冲击冷却。

在另一个实施例中，一种冷却制品的方法包括将流体引导到形成在制品的内区域内的第一上通腔中，使流体穿过形成在第一上通腔中的帽中的至少一个孔口，使制品的末梢与穿过帽中的至少一个孔口的流体接触，末梢与流体的接触冷却末梢且形成冲击后流体，将冲击后流体接收到下通腔内，引导冲击后流体穿过下通腔且到第二上通腔中，使流体从第二上通腔穿过形成在第二上通腔中的额外的帽中的至少一个孔口，以及使制品的末梢与穿过额外的帽中的至少一个孔口的流体接触，末梢与流体的接触冷却末梢且形成第二冲击后流体。

技术方案1.一种制品，包括：

具有内表面和外表面的本体部分，所述内表面限定内区域；

形成在所述内区域内的至少一个上通腔，所述至少一个上通腔从所述本体部分的基部朝所述本体部分的末梢延伸；以及

形成在各个上通腔中的帽，各个帽邻近所述本体部分的末梢且具有形成在其中的至少一个孔口；

其中各个帽布置和设置成将流体从所述至少一个上通腔引导，穿过形成在其中的所述至少一个孔口，且朝所述本体部分的末梢。

技术方案2.根据技术方案1所述的制品，其中，各个帽中的所述至少一个孔口布置和设置成提供所述末梢的冲击冷却。

技术方案3.根据技术方案1所述的制品，其中，所述制品还包括形成在各个帽与所述本体部分的末梢之间的末梢腔。

技术方案4.根据技术方案3所述的制品，其中，所述制品还包括流体地连接到所述末梢腔的下通腔，所述下通腔布置和设置成将流体从所述末梢腔朝所述基部部分引导。

技术方案5.根据技术方案4所述的制品，其中，所述制品还包括额外的上通腔，其布置和设置成从所述下通腔接收所述流体，且将所述流体从所述下通腔朝所述末梢部分引导。

技术方案6.根据技术方案5所述的制品，其中，所述制品还包括形成在所述额外的上通腔中的额外的帽，所述额外的帽邻近所述本体部分的末梢且具有形成在其中的至少一个孔口。

技术方案7.根据技术方案6所述的制品，其中，所述额外的帽布置和设置成将流体从所述额外的上通腔引导，穿过形成在其中的所述至少一个孔口，且朝所述本体部分的末梢。

技术方案8.根据技术方案3所述的制品，其中，所述制品还包括形成在所述至少一个上通腔下游的至少一个再使用腔。

技术方案9.根据技术方案8所述的制品，其中，各个再使用腔流体地连接到上游腔，所述上游腔选自由所述至少一个上通腔和形成在所述再使用腔与所述上通腔之间的另一个再使用腔组成的组。

技术方案10.根据技术方案8所述的制品，其中，所述制品还包括形成在各个再使用腔中的额外的帽，各个额外的帽具有形成在其中的至少一个孔口，且布置和设置成将流体从所述再使用腔引导，穿过形成在其中的所述至少一个孔口，且朝所述本体部分的末梢。

技术方案11.根据技术方案10所述的制品，其中，各个额外的帽形成所述额外的帽与所述本体部分的末梢之间的额外的末梢腔。

技术方案12.根据技术方案11所述的制品，其中，各个额外的末梢腔朝所述制品的边缘延伸形成在所述帽与所述本体部分的末梢之间的末梢腔。

技术方案13.根据技术方案1所述的制品，其中，所述帽与所述本体部分整体结合形成。

技术方案14.根据技术方案1所述的制品，其中，所述帽中的所述至少一个孔口便于所述末梢的受控冷却。

技术方案15.根据技术方案1所述的制品，其中，相比于无帽的上通腔，所述帽提供对流体压力的加强控制。

技术方案16.根据技术方案1所述的制品，其中，所述制品为涡轮轮叶。

技术方案17.根据技术方案16所述的制品，其中，所述帽在所述涡轮轮叶的后缘中提供所述末梢的冲击冷却。

技术方案18.一种制品，包括：

具有内表面和外表面的本体部分，所述内表面限定内区域；

形成在所述内区域内的至少一个上通腔，所述至少一个上通腔从所述本体部分的基部朝所述本体部分的末梢延伸；

流体地连接两个上通腔的至少一个下通腔，各个下通腔布置和设置成将流体从所述两个上通腔中的一个向下游引导至另一个上通腔；以及

形成在各个上通腔中的帽，各个帽邻近所述本体部分的末梢且具有形成在其中的至少一个孔口；

其中各个帽布置和设置成将流体从所述至少一个上通腔引导，穿过形成在其中的所述至少一个孔口，且朝所述本体部分的末梢；并且

其中所述帽中的各个孔口布置和设置成提供所述末梢的冲击冷却。

技术方案19.一种冷却制品的方法，包括：

将流体引导到形成在所述制品的内区域内的第一上通腔中；

使所述流体穿过形成在所述第一上通腔中的帽的至少一个孔口；

使所述制品的末梢与穿过所述帽中的所述至少一个孔口的流体接触，所述末梢与所述流体的接触冷却所述末梢且形成冲击后流体；

将所述冲击后流体接收到下通腔内；

将所述冲击后流体引导穿过所述下通腔且到第二上通腔中；

使所述流体从所述第二上通腔穿过形成在所述第二上通腔中的额外的帽中的至少一个孔口；以及

使所述制品的末梢与穿过所述额外的帽中的所述至少一个孔口的流体接触，所述末梢与所述流体的接触冷却所述末梢且形成第二冲击后流体；

技术方案20.根据技术方案19所述的方法，其中，所述方法还包括利用流过所述第一上通腔、所述下通腔和所述第二上通腔的流体冷却所述制品的侧壁。

本发明的其它特征和优点将从连同附图的以下更详细描述显而易见，附图通过举例示出了本发明的原理。

附图说明

图1为根据本公开内容的实施例的制品的前部透视图。

图2为根据本公开内容的实施例的沿线2-2截取的图1的制品的截面视图。

图3为正交于图2的截面视图看的制品内的冷却布置的截面视图。

图4为根据本公开内容的备选实施例的沿线2-2截取的图1的制品的截面视图。

图5为正交于图4的截面视图看的制品内的冷却布置的截面视图。

图6示出了除去隔板的沿线2-2截取的图1的制品的截面视图。

只要可能，则相同的参考标号将在附图各处使用来表示相同部分。

零件清单

100制品

101涡轮轮叶

103根部部分

105平台

107翼型件部分

201本体部分

203外表面

205内表面

207内区域

210隔板

211上通腔

213下通腔

219帽

220孔口

221末梢腔

301末梢部分

303前缘

305后缘

401再使用腔

403孔。

具体实施方式

提供了一种制品和冷却制品的方法。例如，相比于未包括本文公开的一个或多个特征的构想，本公开内容的实施例提高了冷却效率，提高了末梢冷却有效性，便于冷却流分布的加强控制，提高了下游末梢冷却，延长了制品寿命，便于使用升高的系统温度，提高了系统效率，提供了膜供应压力的加强控制，或它们的组合。

参看图1，在一个实施例中，一种制品100包括但不限于涡轮轮叶101或叶片。涡轮轮叶101具有根部部分103、平台105和翼型件部分107。根部部分103构造成将涡轮轮叶101装固在涡轮系统内，例如，诸如装固至转子叶轮。此外，根部部分103构造成从涡轮系统接收流体，且将流体引导到翼型件部分107中。尽管本文参照涡轮轮叶描述，但将由本领域的技术人员认识到的是，制品100并不限于此，且可包括适合于接收冷却流体的任何其它制品，例如，诸如中空构件、热气体通路构件、护罩、喷嘴、导叶或它们的组合。

如图2-图5中所示，制品100包括本体部分201，其具有外表面203、内表面205和形成在其中的一个或多个隔板210。一个或多个隔板210中的每一个从制品100的第一侧到制品100的第二侧延伸跨过内区域207。为了更清楚地示出内表面205和由内表面205限定的内区域207的目的，图6示出了其中除去了隔板210的图2-图5的翼型件部分107。

一个或多个隔板210可与本体部分201整体结合形成和/或分开形成。在一个实施例中，相比于与本体部分201分开形成且然后装固到本体部分201的一个或多个隔板210，使一个或多个隔板210与本体部分201整体结合形成减少或消除了流体(诸如冷却流体)在一个或多个隔板210与本体部分201之间的通路。在另一个实施例中，相比于与本体部分201分开形成且装固到本体部分201上的一个或多个隔板210，使一个或多个隔板210与本体部分201整体结合形成减少或消除了到后冲击的泄漏。用于形成本体部分201和/或一个或多个隔板210的适合的方法包括但不限于直接金属激光熔化(dmlm)、直接金属激光烧结(dmls)、选择性激光熔化(slm)、选择性激光烧结(sls)、熔融沉积成型(fdm)、任何其它增材制造技术，或它们的组合。

参看图2-图3，在一个实施例中，隔板210定位成形成制品100内的蛇形冷却布置。蛇形冷却布置包括一个或多个上通腔211和一个或多个下通腔213。各个上通腔211构造成朝制品100的末梢部分301(见图3)引导流体，而各个下通腔213构造成从一个上通腔211接收流体且将流体远离末梢部分301引导。制品100包括任何适合数目的上通腔211和/或下通腔213，其中流体按顺序穿过交替的上通腔211和下通腔213，直到其从制品100释放。当流体沿蛇形冷却布置的上通腔211和下通腔213中的内表面205穿过时，其提供本体部分201的冷却。此外或作为备选，流体通过本体部分201和/或末梢部分301排出，提供了外表面203的膜冷却。

任何适合数目的蛇形冷却布置都可形成在制品100中。各个蛇形冷却布置包括构造成接收进入制品100的流体的至少一个上通腔211，且提供穿过制品100的单独的流体流。在一个实施例中，制品100包括单个蛇形冷却布置。单个蛇形冷却布置提供沿单个方向的流体流，诸如从制品100的前缘303至后缘305，或反之亦然，其中流体在该布置中按顺序行进穿过上通腔211和下通腔213中的每一个。在另一个实施例中，制品100包括两个或更多蛇形冷却布置。蛇形冷却布置中的每一个包括构造成接收进入制品100的流体的一个上通腔211(诸如穿过根部部分103)，且提供沿一个方向的顺序流体流。各个蛇形冷却布置中的流体流的方向可与其它蛇形冷却布置中的流体流的方向相同或不同。例如，如图2-图3中所示，蛇形冷却布置中的每一个构造成接收进入制品100的流体，且将流体按顺序引导穿过交替的上通腔211和下通腔213，其中一个布置朝前缘303引导流体，且另一布置朝后缘305引导流体。

如图2-图3中所示，蛇形冷却布置中的至少一个上通腔211包括形成在其中的帽219。各个帽219延伸跨过上通腔211，且具有延伸穿过其的至少一个孔口220。在一个实施例中，帽219形成上通腔211的闭合端，且/或在上通腔211与末梢部分301之间产生末梢腔221。在另一个实施例中，该至少一个孔口220使上通腔211内的流体穿过帽219且朝末梢部分301引导。引导穿过该至少一个孔口220的流体接触末梢部分301，冲击在其上且提供对其的冲击冷却。在冲击末梢部分301之后，冲击后流体进入下通腔213中的一个，其将流体远离末梢部分301引导。如本文使用的"冲击后流体"指朝本体部分201和/或末梢部分301的表面引导的流体，且包括接触或冲击在表面上的流体和引导穿过该一个或多个孔口220但不接触表面的流体两者。

尽管示为包括形成在各个上通腔211内的一个帽219，但本领域的技术人员将认识到，制品100不限于此，且可包括具有和没有帽219的上通腔211的任何组合。此外，相比于一个或多个其它帽219，形成在各个帽219中的孔口220的几何形状、定向和/或数目可相同，大致相同或不同。改变孔口220的几何形状、定向和/或数目会调整上通腔211中的流体压力，调整冲击冷却压力，调整冲击流体流，或它们的组合。例如，对应于经历相对升高的温度的末梢部分301的区段的帽219可包括比对应于经历相对降低的温度的末梢部分301的区段的帽219更多数目的孔口220，更多数目的孔口220提供末梢部分301的对应区段的加强冷却。此外或作为备选，帽219中的孔口220的数目和/或尺寸可选择成增大或减小对应的上通腔211中的流体压力。

转到图4-图5，在一个实施例中，隔板210定位成形成制品100内的再使用冷却布置。再使用冷却布置包括至少一个上通腔211和至少一个再使用腔401。在另一个实施例中，至少一个上通腔211和/或至少一个再使用腔401包括形成在其中的帽219。在另一个实施例中，各个上通腔211和各个再使用腔401包括形成在那里的帽219。此外或作为备选，当各个上通腔211和各个再使用腔401包括形成在其中的一个帽219时，末梢腔221为延伸越过上通腔211和/或至少一个再使用腔401的连续腔。

进入制品100的流体提供到至少一个上通腔211，其中流体引导穿过上通腔211且/或至少部分地填充上通腔211。一旦在上通腔211内，流体穿过帽219中的至少一个孔口220且朝末梢部分301引导。在穿过帽219中的至少一个孔口220之后，流体接触末梢部分301，提供对其的冲击冷却。冲击后流体然后引导穿过末梢腔221，且/或从制品100通过本体部分201(见图4)和/或末梢部分301(见图5)中的孔403排出。

此外或作为备选，一个或多个隔板210可包括形成在其中的至少一个孔口220，孔口220将上通腔211流体地连接到再使用腔401，和/或将一个再使用腔401流体地连接到其下游的另一个再使用腔401。流体穿过隔板210中的孔口220且朝其下游的再使用腔401中的本体部分201的内表面205引导。例如，上通腔211内的流体引导穿过其隔板210中的孔口220，流体穿过孔口220且朝上通腔211的隔板210附近的再使用腔401内的本体部分201的内表面205行进。在穿过隔板210中的孔口220之后，流体接触本体部分201的内表面205，提供对其的冲击冷却。来自内表面205的冲击后流体然后在穿过帽219中的孔口和/或其隔板210之前引导穿过再使用腔401和/或至少部分地填充再使用腔401。在某些实施例中，各个再使用腔401内的流体完全或基本上由其中接收的冲击后流体构成。尽管图5中示为具有单个再使用腔，但本领域的技术人员将认识到，制品100并不限于此，且可包括构造成按顺序接收穿过再使用冷却布置的流体的任何适合数目的再使用腔401。

任何适合数目的再使用冷却布置可形成在制品100内，其中各个再使用冷却布置沿相比于其它再使用冷却布置相同、大致相同或不同的方向提供流体流。例如，单个再使用冷却布置可从前缘303朝后缘305延伸，提供沿相同方向的流体流。在另一个示例中，两个再使用冷却布置形成在制品100中，一个再使用冷却布置朝前缘303延伸且提供流体流，且另一个再使用冷却布置朝后缘305延伸且提供流体流。此外或作为备选，制品100可包括再使用冷却布置和蛇形冷却布置的组合。

相比于包括常规末梢转向流(即，下转流)的没有帽219的再使用冷却布置和/或没有帽219的蛇形冷却布置，末梢部分301的冲击冷却提高末梢冷却有效性、提高末梢冷却效率、提高末梢冷却一致性、提高末梢冷却可预计性，或它们的组合。此外，帽219提供上通腔211、下通腔213、再使用腔401和/或末梢腔221中的流体压力的加强控制；提高冲击压力比；提高压力侧放气膜孔吹送比；减少低速区域；便于改变冷却剂侧热传递系数；促进减小热应力和/或延长低周疲劳(lcf)寿命的本体部分201和/或末梢部分301温度；或它们的组合。例如，在一个实施例中，帽219形成在冷却布置的最后的上通腔211和/或再使用腔中，帽219增加至末梢部分301的流体流，这相比于具有帽219的布置减少或消除了末梢部分301中的氧化。在另一个示例中，加强对流体流和流体压力的控制减小了壁温度的波动，这提高了构件寿命和/或发动机性能。

尽管参照一个或多个实施例描述了本发明，但本领域的技术人员将理解的是，在不脱离本发明的范围的情况下，可作出各种变化且等同物可对于其元件替换。此外，可作出许多改型来使特定情形或材料适于本发明的教导内容而不脱离其基本范围。因此，期望本发明不限于公开为针对执行本发明构想的最佳模式的特定实施例，而是本发明将包括落入所附权利要求的范围内的所有实施例。此外，在详细描述中标出的所有数值都应当理解为如同准确值和近似值两者都明确指出那样。