[发明专利]壁轮廓冷却通道中使用的基于特征的冷却

说明书

通过使用增材制造技术生产的一种燃烧器衬里或部件。燃烧器衬里或其他部件可以形成为具有基于特征的优化冷却回路，该冷却回路至少部分地嵌入材料的厚度中。可以使用内部冷却回路以及其他优点来控制部件的温度并防止部件的表面上的热点和不均匀的热分布。

技术领域

本公开涉及用于发动机部件的改进的冷却设计，其包括在发动机内的固体材料或基底中形成的至少一个内孔通道。本公开提供了冷却通道，该冷却通道被优化以提供以下特征中的一个或多个：热机械承载能力，冷却和/或温度控制，改进的温度梯度，以及提高的部件寿命。

背景技术

燃气涡轮发动机通常包括至少一个压缩机，以对将被导通到燃烧器中的空气加压，发动机可包括至少一个燃烧器，其中被导通的加压空气的至少一部分与燃料混合并被点燃，来自压缩机的热气向下游流动通过至少一个涡轮区段。每个涡轮区段具有围绕轴线旋转并容纳在发动机壳体内的旋转叶片。一个或多个涡轮区段可以为压缩机，风扇，轴中的任何一个提供动力，和/或可以通过例如喷嘴的膨胀提供推力。

通常，燃烧器可包括燃烧器衬里。燃烧器和燃烧器衬里必须在压缩机提供的高流速下提供稳定的燃烧。燃烧器可以包括多个圆筒形燃烧室，或者可以形成为围绕涡轮的轴线的环形结构。燃烧器衬里可以容纳具有空气旋流器的喷射器和燃料喷射器或燃料喷嘴中的至少一个。燃烧器衬里可以形成为单层，基底，或者形成为在多层之间具有环形空腔的多层结构。

燃烧器衬里可包括一系列稀释孔，用于控制供应到燃烧室的空气和/或提供更均匀的燃烧。衬里还可包括穿孔或孔，用于通过提供薄膜，冲击或孔冷却来冷却。在美国专利6,513,331B1中公开了一种具有用于冲击冷却的孔的燃烧器衬里的一个例子，该专利的内容通过引用结合于此。在多数情况下，来自压缩机的一部分空气被导通到外部以移除热量并冷却燃烧器衬里的外侧或向上述稀释孔提供空气；此外，空气也可以被导通到双层燃烧器衬里内以提供稀释空气和/或冷却衬里。美国专利4,109,459A中公开了双壁燃烧器的一个例子，其内容在此引入作为参考。

涡轮的燃烧器衬里必须能够承受由燃烧室中的燃烧引起的压力差所产生的力。此外，燃烧器衬里必须能够承受由于高温和大的温度波动引起的热应力。随着涡轮的压力比和效率的增加，涡轮的燃烧器衬里和其他热区段暴露的热应力也增加。因此，与由耐高温材料制造衬里相结合，燃烧器衬里壁和其他部件的有效冷却变得越来越重要和具有挑战性。为了抵消燃烧过程中热量对衬里的辐射和对流，过去采用了几种除热技术；通常采用流体冷却来延长衬里的寿命。最近，已经在衬里上以一定角度钻出了小孔，该角度被优化以便去除热量并为衬里壁提供热障。通常，随着上述流体冷却，保护涂层被涂覆到燃烧器衬里的壁上以进一步改善衬里对热应力的抵抗。

涡轮中的燃烧器衬里和其他部件可能在部件的表面中的各种特征，中断，和/或不连续的下游部件的区域中经历高温区域或热点。例如，点火器塔，稀释孔，焊接接头，和/或管道镜孔，可以破坏冷却流体在燃烧器衬里表面上的流动。热点通常是由于部件的表面上的特征或中断破坏部件的表面上形成的冷却流体膜而引起的，这种特征或中断的示例如上所述。因此，需要有效地冷却经受冷却空气流中断的部件的区域。

发明内容

通过使用增材制造技术，可以形成燃烧器衬里或其他部件，其具有基于优化冷却回路的特征。可以使用内部冷却回路以及其他优点来控制部件的温度并防止跨越部件的表面的热点和不均匀的热分布。因此，可以增加部件的寿命。这些方面的其他优点和新颖特征将在下面的描述中部分地阐述，并且部分对于本领域技术人员在检查以下内容或通过实践本公开而学习时将变得更加明显。

附图说明

附图并入并构成本说明书的一部分，其示出了本公开的一个或多个示例方面，并且与具体实施方式一起用于解释它们的原理和实施方式。

图1是表示常规涡轮发动机的横截面图。

图2是描绘根据本公开的一个方面的示例性燃烧器的横截面图；

图3是表示用于增材制造的常规装置的示例的示意图。