[发明专利]用于分布冷却流体的元件以及相关的涡轮环组件

说明书

本发明涉及一种冷却流体分布元件(150)，该分布元件将固定到一支撑结构上，以将冷却流体供应到面对它的待冷却的壁，通常为涡轮环扇区，该分布元件包括限定一内部冷却流体分布体积的主体以及一多穿孔板，该多穿孔板界定该内部体积，并包括使所述内部体积与所述涡轮环扇区连通的多个出口通孔，该分布元件还包括通向所述冷却流体分布内部体积的进入孔，所述内部体积包括引导叶片(170、172、174、176、178)，以将该冷却流体从所述进入孔朝所述出口通孔引导。

技术领域

本发明涉及一种包括由陶瓷基复合材料(CMC材料)或由金属材料制成的多个环扇区的涡轮环组件，更具体地涉及一种冷却流体分布元件。

本发明的应用领域具体是航空燃气轮机发动机的领域。然而，本发明适用于其他涡轮机，例如工业涡轮。

背景技术

在航空燃气涡轮发动机中，效率的提高以及某些污染排放的减少导致寻求在越来越高的温度下运行。对于完全金属的涡轮环组件，有必要冷却该组件的所有元件，特别是受到非常热气流影响的涡轮环。金属涡轮环的冷却需要使用大量的冷却流体，通常是冷却空气，这对发动机的性能具有重大影响，因为所使用的冷却气流取自发动机的干流。

为了限制冷却涡轮环所需的通风量以及因此提高发动机的性能，建议使用由CMC材料制成的环扇区。

然而，即使使用了CMC环扇区，仍然需要使用大量的冷却流体。事实上，涡轮环面对热源(其中热气流流动的流路)和冷源(由环和外壳分隔的腔，以下称为“环腔”)。环腔必须必须处于与流路的压力相比更高的压力下，以防止来自流路的气体在该腔中上升并燃烧金属部件。通过在压缩机处获取未穿过燃烧室的“冷”流体并将其输送到环腔来获得这种超压。保持这种超压因此使得不可能完全地切断到环腔的“冷”流体供给。

另外，申请人进行的研究已经表明，通过已知冷却系统冷却的由CMC或金属材料制成的环可具有产生不利机械应力的恶化热梯度。此外，用于金属环的冷却技术可能不容易换位到由CMC材料制成的环。

无论被实施用于环扇区的材料性质如何，因此都期望改进现有的冷却系统，以限制被冷却环扇区中的不利热梯度，并且因此限制产生不利的应力。此外期望改进现有的冷却系统，以优化实际用于冷却该环的冷却流体量，特别地通过限制冷却流体泄漏。

本发明具体旨在满足上述需求。

发明内容

为此，本发明提出了一种冷却流体分布元件，所述冷却流体分布元件旨在被固定到支撑结构用于供给冷却流体到面对所述支撑结构的待冷却壁，所述分布元件包括一种限定冷却流体分布内部体积的主体以及一种多穿孔板，所述多穿孔板限定该内部体积并包括使所述冷却流体分布内部体积与所述待冷却壁连通的多个出口通孔，所述分布元件进一步包括通向所述冷却流体分布内部体积的进入孔，其特征在于，所述冷却流体分布内部体积包括定向散热片，所述定向散热片均匀地分布在所述内部体积内侧所述内部体积的两个侧面之间，并支撑连接所述两个侧面的顶表面，用于将冷却流体从所述进入孔引导到所述出口通孔。

对于每个环扇区，如上所述的冷却流体(通常为冷却空气)分布元件的实施具有若干优点。

首先，定向散热片可以更好地分布“新鲜”空气供给，以及因此可以均匀地冷却待冷却壁，例如放置在气流下游的环扇区。然后，更好地引导冷却空气，限制了不必要的再循环和压力损失以及冷却气体的相关联加热。最后，通过还充当构造支柱，散热片通过提供几种可能的构造方向(因此几何形状)以及通过限制熔化后操作极大地简化了制造方法，特别地在根据粉末床激光熔化工艺构造内部体积的过程中不存在更多要移除的支撑。

优选地，所述主体具有基本锥体形状，所述锥体形状的底部旨在容纳包括所述多穿孔板，所述多穿孔板包括扩散冷却流体的所述出口通孔，并且所述锥体形状的倾斜表面在所述冷却空气进入孔的水平处的顶部接触。

有利地，所述定向散热片具有倾角和曲率，所述曲率在上游和下游具有不同角度。