复合角度加速器的制作方法

1.本主题大体涉及燃气涡轮发动机，并且更具体地，涉及燃气涡轮发动机加速器。

背景技术：

2.燃气涡轮发动机通常在高温下操作，给定发动机的一些部分在比发动机的其他部分更高的温度下操作。诸如加速器之类的特征可用于将冷却流体(例如，环境空气或发动机引气)引导至需要冷却的发动机部件。例如，加速器可以设置在发动机内的转子叶片级的上游，并且加速器可以将冷却流体流引导至转子叶片。然而，典型的加速器是使用铸造工艺形成的，这会导致流体泄漏等，从而降低加速器的性能。此外，典型的加速器可以提供冷却流体，使得冷却流体与转子叶片的速度相比在很大程度上是停滞的，这会影响加速器和转子叶片级之间的间隙和联接，并导致转子腔中的寄生功率损失和冷却供应回路中的压力损失，从而影响系统的性能。因此，解决上述一项或多项挑战的改进的加速器将是有用的。

技术实现要素：

3.本发明的方面和优点将在以下描述中部分阐述，或从描述中明显看出，或通过本发明的实践得知。
4.在本主题的一个示例性实施例中，提供了一种用于燃气涡轮发动机的加速器。加速器限定径向方向和轴向方向，并且包括环形外壁、环形内壁、限定在外壁和内壁之间的环形通道以及设置在通道内的多个轮叶。通道具有用于使冷却流体进入通道的入口和用于使冷却流体从通道流出的出口。多个轮叶中的每个轮叶邻近出口从外壁延伸到内壁。出口成角度，使得冷却流体的出口角度相对于径向方向为非零并且相对于轴向方向为非零。
5.在本主题的另一个示例性实施例中，提供了一种制造用于燃气涡轮发动机的加速器的方法。该方法包括在增材制造机器的床上沉积增材材料层，并选择性地将来自能量源的能量引导至该增材材料层上以熔融增材材料的一部分并形成加速器。加速器包括环形外壁、环形内壁、限定在外壁和内壁之间的环形通道、以及设置在通道内的轮叶。通道包括用于使冷却流体进入通道的入口和用于使冷却流体从通道流出的出口。轮叶邻近出口从外壁延伸到内壁。出口成角度使得冷却流体的出口角度具有非零径向部分和非零轴向部分。外壁、内壁和轮叶一体地形成为单个整体部件。
6.在本主题的另一示例性实施例中，提供了一种燃气涡轮发动机。该燃气涡轮发动机包括燃烧器、第一涡轮定子轮叶级，该第一涡轮定子轮叶级直接布置在燃烧器的下游并且包括定子轮叶翼型件的环形阵列，第一涡轮转子叶片级直接布置在第一涡轮定子轮叶级的下游并且包括联接到可旋转轴的转子叶片翼型件的环形阵列，以及周向地围绕轴的加速器。加速器包括用于接收冷却流体的环形通道。该通道包括出口，该出口限定用于冷却流体的复合出口角度。加速器的出口直接设置在第一涡轮转子叶片级的上游以将冷却流体引导至第一涡轮转子叶片级。
7.参照下面的描述和所附权利要求书，本发明的这些和其他特点、方面和优点将得
到更好的理解。纳入本说明书并构成其一部分的附图说明了本发明的实施例，并与描述一起用于解释本发明的原理。
附图说明
8.本说明书参考附图阐述了针对本领域普通技术人员的本发明的完整且可行的公开，包括其最佳模式，其中：
9.图1提供了根据本主题的各种实施例的示例性燃气涡轮发动机的示意性横截面视图。
10.图2提供了根据本主题的示例性实施例的图1的燃气涡轮发动机的燃烧区段和高压(hp)涡轮区段的一部分的示意性横截面视图。
11.图3提供了根据本主题的示例性实施例的加速器的后立体视图。
12.图4提供了图3的示例性加速器的横截面视图。
13.图5提供了图示制造根据本主题的示例性实施例的图3的加速器的方法的流程图。
具体实施方式
14.现在将详细参考本发明的当前实施例，附图中图示了其中的一个或多个示例。详细描述使用数字和字母标号来指代附图中的特征。附图和描述中的相同或相似的标号已用于指代本发明的相同或相似部分。
15.如本文所使用的，术语“第一”、“第二”和“第三”可以互换使用，以区分一个部件和另一个部件，而不是为了表示各个部件的位置或重要性。术语“前”和“后”指的是燃气涡轮发动机或运载器内的相对位置，并且指的是燃气涡轮发动机或运载器的正常操作姿态。例如，就燃气涡轮发动机而言，前是指靠近发动机入口的位置，并且后是指靠近发动机喷嘴或排气的位置。术语“上游”和“下游”是指相对于流体路径中的流体流动的相对方向。例如，“上游”指的是流体流自的方向，并且“下游”指的是流体流向的方向。除非本文另有规定，否则术语“联接”、“固定”、“附接到”等既指直接联接、固定或附接，也指通过一个或多个中间部件或特征间接联接、固定或附接。单数形式的“一”、“一个”和“该”包括复数，除非上下文另有明确规定。
16.此外，如本文所用，术语“轴向”或“轴向地”指的是沿着发动机的纵向轴线的维度。与“轴向”或“轴向地”结合使用的术语“前”是指朝向发动机入口的方向，或与另一部件相比更靠近发动机入口的部件。与“轴向”或“轴向地”结合使用的术语“后”或“后方”是指朝向发动机排气的方向，或与另一部件相比更靠近发动机排气的部件。术语“径向”或“径向地”是指在发动机的中心纵向轴线(或中心线)和发动机外圆周之间延伸的维度。径向向内是朝向纵向轴线并且径向向外是远离纵向轴线。
17.本文在整个说明书和权利要求书中所使用的近似语言被应用于修饰可以允许变化而不导致与之相关的基本功能改变的任何定量表示。因此，由一个或多个术语，如“约”、“近似”和“基本上”，所修饰的值并不限于指定的精确值。至少在某些情况下，近似语言可以对应于用于测量值的仪器的精度，或用于构建或制造部件和/或系统的方法或机器的精度。近似语言可以指单个值、值范围和/或定义值范围的端点的+/-1％、2％、4％、10％、15％或20％的裕度内。
18.在这里以及整个说明书和权利要求书中，范围限制被组合和互换，除非上下文或语言另有指示，否则这种范围被识别并包括其中包含的所有子范围。例如，本文公开的所有范围都包括端点，并且端点可以彼此独立组合。
19.通常，本主题涉及具有复合出口角度的燃气涡轮发动机加速器。更具体地，本主题涉及一种加速器，该加速器限定径向方向和轴向方向并且包括环形外壁、环形内壁和限定在它们之间的环形通道，该环形通道具有用于使冷却流体从该通道中流出的出口。出口成角度，使得冷却流体的出口角度相对于径向方向为非零并且相对于轴向方向为非零。此外，内壁和外壁中的至少一个可具有相对于轴向方向以第一非零角度限定的第一长度和相对于轴向方向以第二非零角度限定的第二长度。在示例性实施例中，出口直接设置在第一涡轮转子叶片级的上游以将冷却流体引导至第一涡轮转子叶片级。
20.现在参考附图，其中相同的数字在所有附图中表示相同的元件，图1是根据本公开的示例性实施例的燃气涡轮发动机的示意性横截面视图。更具体地，对于图1的实施例，燃气涡轮发动机是高旁通涡轮风扇喷气发动机10，本文称为“涡轮风扇发动机10”。如图1所示，涡轮风扇发动机10限定轴向方向a(平行于提供参考的纵向中心线12延伸)、周向方向c(围绕纵向中心线12和轴向方向a延伸)和径向方向r。通常，涡轮风扇10包括风扇区段14和布置在风扇区段14下游的核心涡轮发动机16。
21.所描绘的示例性核心涡轮发动机16通常包括限定环形入口20的基本管状外壳18。外壳18以串联流动关系围绕压缩机区段，该压缩机区段包括增压器或低压(lp)压缩机22和高压(hp)压缩机24；燃烧区段26；涡轮区段，该涡轮区段包括高压(hp)涡轮28和低压(lp)涡轮30；以及喷射排气喷嘴区段32。高压(hp)轴或线轴34将hp涡轮28驱动地连接到hp压缩机24。低压(lp)轴或线轴36将lp涡轮30驱动地连接到lp压缩机22。
22.对于所描绘的实施例，风扇区段14包括风扇38，风扇38具有以间隔开的方式联接到盘或轮毂42的多个风扇叶片40。如所描绘的，风扇叶片40通常沿径向方向r从盘42向外延伸。风扇叶片40和盘42可通过lp轴36一起围绕纵向中心线12旋转。在一些实施例中，可以包括具有多个齿轮的动力齿轮箱，用于将lp轴36的旋转速度降低到更有效的风扇旋转速度。
23.仍然参考图1的示例性实施例，盘42被可旋转的前机舱48覆盖，该前机舱48具有空气动力学轮廓以促进气流通过多个风扇叶片40。另外，示例性风扇区段14包括环形风扇壳体或外机舱50，环形风扇壳体或外机舱50周向围绕风扇38和/或核心涡轮发动机16的至少一部分。应当理解，风扇壳体(机舱)50可被构造成通过多个周向间隔的出口导向轮叶52相对于核心涡轮发动机16支撑。此外，风扇壳体50的下游区段54可以在核心涡轮发动机16的外部分上延伸，以便在其间限定旁通气流通道56。
24.在涡轮风扇发动机10操作期间，一定量的空气58通过风扇壳体50和/或风扇区段14的相关入口60进入涡轮风扇10。当该一定量的空气58穿过风扇叶片40时，如箭头62所示的空气58的第一部分被引导或路由到旁通气流通道56中，并且如箭头64所示的空气58的第二部分被引导或路由到lp压缩机22中。空气的第一部分62和空气的第二部分64之间的比率通常称为旁通比。空气的第二部分64的压力随后随着其被路由通过压缩机区段并进入燃烧区段26而增加，在燃烧区段26中它与燃料混合并燃烧以提供燃烧气体66。更具体地，压缩机区段包括lp压缩机22和hp压缩机24，它们各自可以包括多个压缩机级80，每个级80包括静止压缩机轮叶82(也称为压缩机定子轮叶82)的环形阵列或周向排和紧邻压缩机轮叶82的
下游定位的旋转压缩机叶片84(也称为压缩机转子叶片84)的环形阵列或周向排。lp压缩机22中的多个压缩机叶片84联接到lp轴或线轴36，并且hp压缩机24中的多个压缩机叶片联接到hp轴或线轴34。lp压缩机22中的多个压缩机轮叶82联接到压缩机壳体，并且hp压缩机24中的多个压缩机轮叶82联接到压缩机壳体；hp压缩机轮叶82的至少一部分联接到压缩机壳体90。在一些实施例中，压缩机壳体90可以延伸穿过lp压缩机22和hp压缩机24两者并且支撑所有压缩机轮叶82。在其他实施例中，压缩机壳体90仅支撑压缩机轮叶82的一部分并且可以仅支撑hp压缩机24中的压缩机轮叶82的一部分。如前所述，随着空气的第二部分64通过压缩机轮叶82和叶片84的顺序级，该一定量的空气64被加压，即，空气64的压力在与燃烧区段26中的燃料燃烧以形成燃烧气体66之前增加。
25.燃烧气体66被路由通过hp涡轮28，其中经由联接到外壳18的hp涡轮定子轮叶68和联接到hp轴或线轴34的hp涡轮转子叶片70的顺序级从燃烧气体66中提取热能和/或动能的一部分，从而导致hp轴或线轴34旋转，从而支持hp压缩机24的操作。燃烧气体66然后被路由通过lp涡轮30，其中经由联接到外壳18的lp涡轮定子轮叶72和联接到lp轴或线轴36的lp涡轮转子叶片74的顺序级从燃烧气体66中提取热能和动能的第二部分，从而导致lp轴或线轴36旋转，从而支持lp压缩机22的操作和/或风扇38的旋转。
26.燃烧气体66随后被路由通过核心涡轮发动机16的喷射排气喷嘴区段32以提供推进推力。同时，空气的第一部分62的压力随着空气的第一部分62在其从涡轮风扇10的风扇喷嘴排气区段76排出之前被路由通过旁通气流通道56而显着增加，也提供推进推力。hp涡轮28、lp涡轮30和喷射排气喷嘴区段32至少部分地限定了用于路由燃烧气体66通过核心发动机16的热气体路径78。
27.尽管图1的燃气涡轮发动机被描绘成涡轮轴构造，但是应当理解，本公开的教导可以应用于其他类型的涡轮发动机、更一般的涡轮机和其他轴系统。例如，涡轮发动机可以是另一种合适类型的燃气涡轮发动机，例如涡轮螺旋桨发动机、涡轮喷气发动机、涡轮风扇发动机、航改发动机等。本公开还可以应用于其他类型的涡轮机械，例如蒸汽涡轮发动机。
28.图2提供了燃烧区段26和hp涡轮28的一部分的示意性横截面视图。更具体地，图2示出了设置在燃气涡轮发动机(例如涡轮风扇10的核心涡轮发动机16)中的加速器100。燃气涡轮发动机16包括燃烧器26、hp涡轮28的第一涡轮定子轮叶级28a，其直接设置在燃烧器26下游，以及hp涡轮28的第一涡轮转子叶片级28b，其直接设置在第一涡轮定子轮叶级28a的下游。第一涡轮定子轮叶级28a包括定子轮叶翼型件68的环形阵列，并且第一涡轮转子叶片级28b包括转子叶片翼型件70的环形阵列。转子叶片翼型件70联接到可旋转轴，即hp轴或线轴34。加速器100周向地围绕轴34。加速器100包括用于接收冷却流体f的环形通道102。通道包括用于接收冷却流体f的入口104，以及限定用于冷却流体f的复合出口角度的出口106。出口106直接设置在第一涡轮转子叶片级28b的上游以将冷却流体f引导到第一涡轮转子叶片级28b。
29.图3和4更详细地示出了加速器100。如图3和图4所示，加速器100限定了径向方向r和轴向方向a。加速器100包括环形外壁108和环形内壁110，它们之间限定环形通道102。如上所述，通道102具有用于使冷却流体f进入通道102的入口104和用于使冷却流体f从通道102流出的出口106。加速器100具有整体环形形状并且因此环绕转子34使得转子34从中穿过。加速器100的轴向中心线可大致沿转子34的纵向中心线对齐(其可沿发动机10的纵向中
心线12设置)。
30.此外，多个轮叶112设置在通道102内。每个轮叶112从外壁108延伸到内壁110，并且每个轮叶112邻近出口106设置。此外，每个轮叶112具有构造成在冷却流体f从出口106流出时引起冷却流体f的切向流动的形状。即，轮叶112被成形为使冷却流体f的流动转向与第一涡轮转子叶片级28b的转子叶片70相切。如本文更详细描述的，外壁108、内壁110和多个轮叶112例如使用增材制造工艺一体地形成为单个整体部件。
31.如前所述，出口106限定用于冷却流体f的复合出口角度。例如，如图4所示，出口106成角度使得冷却流体f的出口角度α相对于径向方向r为非零并且相对于轴向方向a为非零。即，冷却流体f的出口角度α相对于径向方向r和轴向方向a都成角度，使得出口角度α在相对于径向方向r(α
径向
)测量时为非零，并且在相对于轴向方向a(α
轴向
)测量时为非零。在此描述的示例性实施例的具有复合出口角度α的冷却流体通道可以具有比典型设计更大的沿径向方向r延伸的长度部分，典型设计通常基本上沿轴向方向延伸，使得离开流基本上是轴向的。
32.更具体地，如图4的示例性实施例所示，内壁110相对于轴向方向a以及径向方向r成角度。也就是说，内壁110相对于轴向方向a和径向方向r都以非零角度限定。如图4所示，通道102包括位于入口104和出口106之间的中间部分114。在一些实施例中，中间部分114可以沿着从入口104到出口106测量的通道102的长度在入口104和出口106之间的大约中间。在其他实施例中，中间部分114可以更靠近入口104或更靠近出口106，而不是在入口104和出口106之间的大约中间位置。在所描绘的实施例中，内壁110在第一长度l1上相对于轴向方向a以第一非零角度β限定，并且内壁110在第二长度l2上相对于轴向方向以第二非零角度γ限定。第一长度l1从入口104延伸到中间部分114，并且第二长度l2从中间部分114延伸到出口106。如图4所示，第一非零角度β大于第二非零角度γ，即β＞γ。然而，在其他实施例中，第二非零角度γ可以大于第一非零角度β，使得β＜γ。此外，第一长度l1和第二长度l2可以在内壁110的其他部分上延伸，尽管第一长度l1和第二长度l2中的一个被限定为邻近出口106以相对于径向方向r和轴向方向a成角度地提供离开的冷却流体f。
33.在所示实施例中，与内壁110不同，外壁108相对于轴向方向a未以两个不同的非零角度限定。应当理解，在其他示例性实施例中，外壁108也可以相对于轴向方向a以两个或更多个非零角度限定。此外，内壁110可以相对于轴向方向a以多于两个非零角度限定。在一些实施例中，外壁108可以相对于轴向方向a以多个非零角度限定，而内壁110相对于轴向方向a未以多个非零角度限定(例如，可以相对于轴向方向a仅以一个非零角度限定)。在又一些实施例中，外壁108和内壁110(或其一部分)中的一个可以基本上平行于轴向方向a，而外壁108和内壁110中的另一个相对于轴向方向a以多个非零角度限定。应当理解，外壁108和/或内壁110的多个非零角度有助于限定冷却流体f的复合出口角度。
34.如图4中进一步描绘的，通道出口106径向向内成角度，使得通道入口104设置在出口106的径向外侧。更特别地，出口106成角度，使得出口106引导冷却流体f的流动相对于第一涡轮转子叶片级28b径向向内。因此，冷却流体f被引导向转子34(即，所示示例性实施例中的hp轴或线轴34)以帮助冷却转子34。通过在冷却流体f离开通道102时使其流动成一定角度，以及使用轮叶112引导冷却流体流与转子34相切，冷却流体流可以加速到转子34和转子叶片70的切向速度。在示例性实施例中，加速器100的通道102可以被限定为使得在离开
通道102时，冷却流体f的流动在与转子34和转子叶片70大致相同的方向上以大致相同的速度行进，这可以通过减少冷却流体流与转子34和转子叶片70之间的相对停滞来帮助提高冷却效率。
35.与图4保持一致，通道102限定了从内壁110到外壁108的宽度w，并且宽度w沿着通道102从入口104到出口106变化。在所描绘的实施例中，通道102的宽度w从入口104到中间部分114以及从中间部分114到出口106都减小，使得入口104处的宽度w大于出口106处的宽度w，即w
入口
》w
出口
。使通道102从入口104到出口106变窄有助于将冷却流体f的流动加速到转子34和转子叶片70的切向速度。
36.如在图3和图4中进一步说明的那样，环形法兰116从外壁108径向向外延伸。在示例性实施例中，法兰116与外壁108一体地形成，例如使得外壁108、内壁110、多个轮叶112和法兰116一体地形成为单个整体部件。此外，法兰116在其中限定了多个孔118。孔118围绕法兰116的圆周限定，使得孔118围绕法兰116的圆周彼此间隔开。如图2所示，在示例性实施例中，孔118构造成接收附接机构，例如螺栓或其他合适的紧固件，例如，以将加速器100固定在核心涡轮发动机16内的位置。
37.在所描绘的示例性实施例中，法兰116基本平行于径向方向r。此外，法兰116从出口106径向向外设置，使得法兰116和出口106限定加速器100的后端120。更具体地，法兰116和出口106可以沿着径向方向r大致彼此对齐并且可以限定加速器100的最后部分。
38.此外，连接部分122，或简称为连接器122，可限定在外壁108的入口端124和法兰116之间。在图4所示的示例性实施例中，连接器122基本平行于轴向方向a。半圆形圆角125限定在外壁108的入口端124和连接器122之间。此外，连接器122限定内表面126，密封件(例如耐磨密封件128)可抵靠该内表面126设置，例如以在加速器100和第一涡轮转子叶片级28b之间提供流体密封。
39.同样在所示实施例中，内壁法兰130从内壁110轴向向前延伸。内壁法兰130邻近中间部分114从内壁110延伸，使得在中间部分114处的内壁110和内壁法兰130之间限定圆角132。此外，内壁法兰130限定内表面134，密封件(例如耐磨密封件128)可抵靠该内表面134设置，例如以在加速器100和第一涡轮转子叶片级28b之间提供流体密封。
40.加速器100也可以限定其他法兰。例如，如图4中最清楚地显示，法兰136可限定在内壁110的入口端138处。在所示实施例中，法兰136基本沿径向方向r延伸。类似地，法兰140可限定在外壁108的出口端142处。在所示实施例中，法兰140大体上沿径向方向r延伸，但相对于径向方向r略微成角度。法兰136、140可以帮助将加速器100与其他发动机部件对齐，可以提供用于将加速器100联接到其他发动机部件的区域等。因此，法兰136、140的除了所示取向之外的其他取向也可能是合适的。
41.通常，本文描述的加速器100的示例性实施例可以使用任何合适的工艺制造或形成。然而，根据本主题的几个方面，加速器100可以使用增材制造工艺(诸如3d打印工艺)来形成。这种工艺的使用可以允许加速器100的外壁108、内壁110和轮叶112一体地形成，作为单个整体部件，或作为任何合适数量的子部件。特别地，该制造工艺可以允许外壁108、内壁110和轮叶112一体地形成并且包括在使用现有制造方法时不可能实现的各种特征。例如，本文所述的增材制造方法能够制造具有任何合适尺寸和形状的冷却通道和加速器，具有通道壁、通道宽度和通道出口角度的一种或多种配置，以及使用现有制造方法不可能实现的
其他特征，例如较小的特征，包括较小的圆角和较小的开孔或孔，以及较小的圆角半径。本文描述了这些新颖特征中的一些。
42.如本文所用，术语“增材制造”或“增材制造技术或工艺”一般是指制造工艺，其中材料的连续层被提供在彼此上以逐层地“构建”三维部件。连续层通常熔融在一起以形成可具有多个一体子部件的整体部件。尽管增材制造技术在本文中被描述为能够通过逐点、逐层、通常在竖直方向上构建物体来制造复杂物体，但其他制造方法是可能的并且在本主题的范围内。例如，虽然本文的讨论涉及增材材料以形成连续层，但本领域技术人员将理解本文公开的方法和结构可以用任何增材制造技术或制造工艺来实践。例如，本发明的实施例可以使用层增材工艺、层减材工艺或混合工艺。
43.根据本公开的合适的增材制造技术包括，例如，熔融沉积成型(fdm)、选择性激光烧结(sls)、3d打印(例如通过喷墨和激光喷射)、立体光刻(sla)、直接选择性激光烧结(dsls)、电子束烧结(ebs)、电子束熔化(ebm)、激光工程化净成形(lens)、激光净成形制造(lnsm)、直接金属沉积(dmd)、数字光处理(dlp)、直接选择性激光熔化(dslm)、选择性激光熔化(slm)、直接金属激光熔化(dmlm)和其他已知工艺。
44.除了使用直接金属激光烧结(dmls)或直接金属激光熔化(dmlm)工艺，其中能量源用于选择性地烧结或熔化粉末层的部分，应当理解，根据替代实施例，增材制造工艺可以是“粘合剂喷射”工艺。在这方面，粘合剂喷射涉及以与上述类似的方式连续沉积增材粉末层。然而，粘合剂喷射不是使用能量源产生能量束以选择性地熔化或熔融增材粉末，而是将液体粘合剂选择性地沉积到每层粉末上。液体粘合剂可以是，例如，光固化聚合物或另一种液体粘合剂。其他合适的增材制造方法和变体旨在落入本主题的范围内。
45.本文所述的增材制造工艺可用于使用任何合适的材料形成部件。例如，该材料可以是塑料、金属、混凝土、陶瓷、聚合物、环氧树脂、光敏聚合物树脂或任何其他可以是固体、液体、粉末、片材、线材或任何其他合适形式的合适材料。更具体地，根据本主题的示例性实施例，本文所述的增材制造部件可以部分、全部或以材料的某种组合形成，这些材料包括但不限于纯金属、镍合金、铬合金、钛、钛合金、镁、镁合金、铝、铝合金、铁、铁合金、不锈钢和镍或钴基超合金(例如，可从special metals corporation获得的名称为的那些)。这些材料是适用于本文所述的增材制造工艺的材料的示例，并且通常可称为“增材材料”。
46.此外，本领域技术人员将理解，可以使用多种材料和用于结合这些材料的方法，并且被认为在本公开的范围内。如本文所用，提及“熔融”可指代用于产生任何上述材料的粘合层的任何合适的工艺。例如，如果物体是由聚合物制成的，那么熔融可能是指在聚合物材料之间产生热固性粘合。如果物体是环氧树脂，则可以通过交联工艺形成粘合。如果材料是陶瓷，则可以通过烧结工艺形成粘合。如果材料是粉末金属，则可以通过熔化或烧结工艺形成粘合。本领域技术人员将理解，通过增材制造将材料熔融以制造部件的其他方法是可能的，并且当前公开的主题可以用这些方法来实践。
47.此外，本文公开的增材制造工艺允许单个部件由多种材料形成。因此，本文所述的部件可以由上述材料的任何合适的混合物形成。例如，部件可以包括使用不同材料、工艺和/或在不同增材制造机器上形成的多个层、段或零件。以这种方式，可以构造具有不同材料和材料特性的部件以满足任何特定应用的需求。此外，虽然详细描述了用于形成本文所述部件的增材制造工艺，但应理解在替代实施例中，这些部件的全部或一部分可经由铸造、
机械加工和/或任何其他合适的制造工艺形成。实际上，任何合适的材料和制造方法的组合都可以用来形成这些部件。
48.现在将描述示例性增材制造工艺。增材制造工艺使用部件的三维(3d)信息(例如，三维计算机模型)来制造部件。因此，可以在制造之前定义部件的三维设计模型。在这方面，可以扫描部件的模型或原型以确定部件的三维信息。作为另一个示例，可以使用合适的计算机辅助设计(cad)程序来构建部件的模型，以定义部件的三维设计模型。
49.设计模型可以包括部件的整个构造的3d数字坐标，包括部件的外表面和内表面。例如，设计模型可以定义主体、表面和/或内部通道，例如开口、支撑结构等。在一个示例性实施例中，三维设计模型被转换为多个切片或段，例如，沿部件的中心(例如，竖直)轴或任何其他合适的轴。每个切片可以针对切片的预定高度定义部件的薄横截面。多个连续的横截面切片一起形成3d部件。然后该部件被逐片或逐层“构建”，直到完成。
50.以这种方式，本文所述的部件可以使用增材工艺来制造，或者更具体地，每层是连续形成的，例如，通过使用激光能量或热量熔融或聚合塑料，或者通过烧结或熔化金属粉末。例如，特定类型的增材制造工艺可以使用能量束，例如电子束或诸如激光束的电磁辐射来烧结或熔化粉末材料。可以使用任何合适的激光和激光参数，包括关于功率、激光束光斑尺寸和扫描速度的考虑。构建材料可以由为提高强度、耐用性和使用寿命，特别是在高温下，而选择的任何合适的粉末或材料形成。
51.每个连续层可以例如在大约10μm和200μm之间，但是可以基于任何数量的参数来选择厚度并且可以根据替代实施例具有任何合适的尺寸。因此，利用上述增材形成方法，本文所述的部件可以具有与在增材形成工艺中使用的相关粉末层的一个厚度(例如10μm)一样薄的横截面。
52.此外，利用增材工艺，部件的表面光洁度和特征可以根据应用的需要而变化。例如，表面光洁度可以通过在增材工艺中选择适当的激光扫描参数(例如，激光功率、扫描速度、激光焦斑尺寸等)来调整(例如，变得更光滑或更粗糙)，特别是在对应于零件表面的横截面层的外围。例如，可以通过增大激光扫描速度或减小形成的熔池尺寸来实现更粗糙的光洁度，以及可以通过减小激光扫描速度或增加形成的熔池尺寸来实现更光滑的光洁度。扫描图案和/或激光功率也可以改变，以改变选定区域的表面光洁度。
53.值得注意的是，在示例性实施例中，本文描述的部件的若干特征由于制造限制而在以前是不可能实现的。然而，本发明人有利地利用了增材制造技术的当前进步来开发通常根据本公开的此类部件的示例性实施例。虽然本公开一般不限于使用增材制造来形成这些部件，但增材制造确实提供了多种制造优势，包括制造容易、成本降低、精度更高等。
54.在这方面，利用增材制造方法，甚至多零件部件也可以形成为单件连续金属，并且因此与现有设计相比可以包括更少的子部件和/或接头。通过增材制造一体形成这些多零件部件可以有利地改进整个组装过程。例如，一体形成减少了必须组装的单独零件的数量，从而减少了相关的时间和总组装成本。另外，可以有利地减少与例如泄漏、分离零件之间的接合质量和整体性能有关的现有问题。
55.此外，上述增材制造方法使得本文所述的部件的形状和轮廓更加错综复杂。例如，这样的部件可以包括薄的增材制造的层、独特的伪法兰几何形状、定制的冷却腔尺寸和形状、和/或定制的冷却流体通道数量、形状和路径。作为具体示例，使用诸如本文所述的增材
制造方法，压缩机壳体的一个或多个壳体段可以形成有独特形状的外表面凸起部分，该凸起部分在其中限定一个或多个腔体和/或一个或多个通道。此外，凸起部分内的每个腔体和通道的横截面形状、数量和/或相对位置可以在壳体段的凸起部分之间变化。此外，尽管增材制造能够从单一材料制造如本文所述的单个整体式部件，但增材制造工艺还能够制造具有不同材料的单个部件，使得部件的不同部分可以表现出不同的性能特征。制造过程的连续、增材性质使这些新颖特征的构建成为可能。结果，本文描述的部件可以表现出改进的性能和可靠性。
56.应当理解，本文描述的加速器100具有通道102，通道102具有用于流体流过通道的复合出口角度，仅用于解释本主题的各方面。例如，加速器100在本文中用于描述加速器100的示例性构造、结构和制造加速器100的方法。应当理解，本文讨论的增材制造技术可用于制造其他壳体或类似部件以用于任何合适的装置，用于任何合适的目的，并用于任何合适的行业。因此，本文描述的示例性部件和方法仅用于说明本主题的示例性方面并且不旨在以任何方式限制本公开的范围。
57.现在已经呈现了根据本主题的示例性实施例的加速器100的结构和构造，提供了用于形成根据本主题的示例性实施例的加速器的示例性方法500。制造商可以使用方法500来形成外壁108和内壁110，外壁108和内壁110在其间限定通道102，连同本文所述的各种其他特征，并因此形成加速器100或任何其他合适的加速器。应当理解，示例性方法500在本文中仅被讨论以描述本主题的示例性方面并且不旨在进行限制。
58.现在参考图5，方法500包括，在框502处，在增材制造机器的床上沉积增材材料层。方法500进一步包括，在框504处，选择性地将来自能量源的能量引导至增材材料层上以熔融增材材料的一部分并形成加速器。例如，加速器可以是为本文所述的涡轮风扇喷气发动机10的核心涡轮发动机16的hp涡轮28形成的加速器100。更具体地，如本文所述，加速器100可包括环形外壁108、环形内壁110、限定在外壁108和内壁110之间的环形通道102以及设置在通道内的一个或多个轮叶112。通道102可包括用于使冷却流体f进入通道102的入口104和用于使冷却流体f从通道102流出的出口106。一个或多个轮叶112可各自在邻近通道出口106的位置处从外壁108延伸至内壁110。此外，通道出口106可以成角度，使得冷却流体f的出口角度α相对于由加速器100限定的径向方向r和轴向方向a两者都为非零。使用方法500的增材制造工艺，外壁108、内壁110和轮叶112一体地形成为单个整体部件。应当理解，通过方法500的增材工艺形成的加速器100还可以包括本文所述的任何或所有附加特征，例如具有限定在其中的孔118的法兰116、连接器122和法兰136、140。
59.因此，本主题涉及用于向转子叶片级提供冷却流的组件、系统和方法。更具体地，本主题涉及一种加速器，该加速器将切向速度分量引入冷却空气(例如涡轮级1冷却空气)，其大于转子速度以最小化转子腔中的寄生功率损失和冷却供应回路(例如级1叶片冷却供应回路)中的压力损失。此外，本文所述的加速器提供高效泵送特性以最小化叶片冷却流的温度。此外，如本文所述，加速器可以增材制造，以实现超越传统铸造技术的优化的轮叶几何形状和空气动力学性能。更进一步，本文所述的加速器包括用于冷却流体的复合出口角度，这能够在保持转子间隙的同时使得发动机的轴向封装更小，以及能够在保持转子间隙的同时使得加速器和转子叶片之间紧密联接。更重要的是，本文所述的加速器减小了加速器出口和冷却板入口之间的弧形的出口速度下降，这增加了加速器和转子叶片级之间的紧
密联接，同时减少了冷却流体射流的行进长度和速度降级，从而改善了冷却系统性能。本主题的其他益处和优点也可以实现。
60.本发明的其他方面由以下条项的主题提供：
61.一种用于燃气涡轮发动机的加速器，加速器限定径向方向和轴向方向，加速器包括环形外壁；环形内壁；环形通道，环形通道限定在外壁和内壁之间，通道具有用于使冷却流体进入通道的入口和用于使冷却流体从通道流出的出口；以及多个轮叶，多个轮叶设置在通道内，多个轮叶中的每个轮叶邻近出口从外壁延伸到内壁，其中，出口成角度使得冷却流体的出口角度相对于径向方向为非零并且相对于轴向方向为非零。
62.根据前述条项中任一项所述的加速器，其中，外壁、内壁和多个轮叶一体地形成为单个整体部件。
63.根据前述条项中任一项所述的加速器，其中，出口径向向内成角度，使得入口设置在出口的径向外侧。
64.根据前述条项中任一项所述的加速器，其中，多个轮叶中的每个轮叶具有构造成在冷却流体从出口流出时引起冷却流体的切向流动的形状。
65.根据前述条项中任一项所述的加速器，其中，通道限定从内壁到外壁的宽度，并且其中，宽度沿着通道从入口到出口变化。
66.根据前述条项中任一项所述的加速器，其中，通道包括中间部分，中间部分位于入口和出口之间，并且其中，通道的宽度从入口到中间部分以及从中间部分到出口都减小，使得入口处的宽度大于出口处的宽度。
67.根据前述条项中任一项所述的加速器，其中，内壁相对于轴向方向成角度。
68.根据前述条项中任一项所述的加速器，其中，通道包括中间部分，中间部分位于入口和出口之间，其中，内壁在第一长度上相对于轴向方向以第一非零角度限定，并且其中，内壁在第二长度上相对于轴向方向以第二非零角度限定，第一长度限定为从入口到中间部分，并且第二长度限定为从中间部分到出口。
69.根据前述条项中任一项所述的加速器，其中，第一非零角度大于第二非零角度。
70.根据前述条项中任一项所述的加速器，进一步包括环形法兰，环形法兰从外壁径向向外延伸。
71.根据前述条项中任一项所述的加速器，其中，法兰在其中限定多个孔，多个孔围绕法兰的圆周彼此间隔开。
72.根据前述条项中任一项所述的加速器，其中，法兰基本上平行于径向方向。
73.根据前述条项中任一项所述的加速器，其中，外壁、内壁、多个轮叶和法兰一体地形成为单个整体部件。
74.根据前述条项中任一项所述的加速器，进一步包括连接器，连接器限定在外壁的入口端和法兰之间，其中，连接器基本上平行于轴向方向。
75.根据前述条项中任一项所述的加速器，其中，外壁、内壁、多个轮叶、法兰和连接器一体地形成为单个整体部件。
76.根据前述条项中任一项所述的加速器，进一步包括内壁法兰，内壁法兰从内壁轴向向前延伸，其中，通道包括中间部分，中间部分位于入口和出口之间，并且其中，内壁法兰邻近中间部分从内壁延伸，使得在中间部分处的内壁和内壁法兰之间限定圆角。
77.根据前述条项中任一项所述的加速器，其中，外壁、内壁、多个轮叶和内壁法兰一体地形成为单个整体部件。
78.根据前述条项中任一项所述的加速器，其中，外壁、内壁、多个轮叶、在其中限定多个孔的法兰、连接器和内壁法兰一体地形成为单个整体部件。
79.根据前述条项中任一项所述的加速器，进一步包括第二内壁法兰，第二内壁法兰限定在内壁的入口端处，第二内壁法兰基本上沿着径向方向延伸。
80.根据前述条项中任一项所述的加速器，其中，外壁、内壁、多个轮叶和第二内壁法兰一体地形成为单个整体部件。
81.根据前述条项中任一项所述的加速器，其中，外壁、内壁、多个轮叶、在其中限定多个孔的法兰、连接器、内壁法兰和第二内壁法兰一体地形成为单个整体部件。
82.根据前述条项中任一项所述的加速器，进一步包括外壁法兰，外壁法兰限定在外壁的出口端处，外壁法兰大体沿径向方向延伸。
83.根据前述条项中任一项所述的加速器，其中，外壁法兰相对于径向方向略微成角度。
84.根据前述条项中任一项所述的加速器，其中，外壁、内壁、多个轮叶和外壁法兰一体地形成为单个整体部件。
85.根据前述条项中任一项所述的加速器，其中，外壁、内壁、多个轮叶、在其中限定多个孔的法兰、连接器、内壁法兰、第二内壁法兰和外壁法兰一体地形成为单个整体部件。
86.根据前述条项中任一项所述的加速器，其中，加速器包括，通过在增材制造机器的床上沉积增材材料层；和选择性地将来自能量源的能量引导至增材材料层上以熔融增材材料的一部分，而形成的多个层，其中，外壁、内壁和多个轮叶一体地形成为单个整体部件。
87.根据前述条项中任一项所述的加速器，其中，出口限定用于冷却流体的复合出口角度。
88.一种制造用于燃气涡轮发动机的加速器的方法，该方法包括在增材制造机器的床上沉积增材材料层；和选择性地将来自能量源的能量引导至增材材料层上以熔融增材材料的一部分并形成加速器，加速器包括环形外壁、环形内壁、限定在外壁和内壁之间的环形通道，以及设置在通道内的轮叶，其中，通道包括用于使冷却流体进入通道的入口和用于使冷却流体从通道流出的出口，其中，轮叶邻近出口从外壁延伸到内壁，其中，出口成角度使得冷却流体的出口角度具有非零径向部分和非零轴向部分，并且其中，外壁、内壁和轮叶一体地形成为单个整体部件。
89.根据前述条项中任一项所述的方法，其中，加速器进一步包括从外壁径向向外延伸的环形法兰，其中，法兰与外壁一体地形成。
90.根据前述条项中任一项所述的方法，其中，法兰在其中限定多个孔，多个孔围绕法兰的圆周限定。
91.根据前述条项中任一项所述的方法，其中，法兰从出口径向向外设置，使得法兰和出口限定加速器的后端。
92.一种燃气涡轮发动机，包括：燃烧器；第一涡轮定子轮叶级，第一涡轮定子轮叶级直接设置在燃烧器的下游，第一涡轮定子轮叶级包括定子轮叶翼型件的环形阵列；第一涡轮转子叶片级，第一涡轮转子叶片级直接设置在第一涡轮定子轮叶级的下游，第一涡轮转
子叶片级包括联接到可旋转轴的转子叶片翼型件的环形阵列；以及加速器，加速器周向地围绕轴，加速器包括用于接收冷却流体的环形通道，所述通道包括出口，出口限定用于冷却流体的复合出口角度，其中，加速器的出口直接设置在第一涡轮转子叶片级的上游，以将冷却流体引导至第一涡轮转子叶片级。
93.本书面说明使用示例来公开本发明，包括最佳模式，也使本领域的任何技术人员能够实施本发明，包括制造和使用任何装置或系统以及执行任何并入的方法。本发明的可专利范围由权利要求书限定，并可包括本领域技术人员所想到的其他示例。如果包括与权利要求书的字面语言没有差别的结构元素，或者如果包括与权利要求书的字面语言没有实质性差别的等效结构元素，则这些其他示例旨在处于权利要求书的范围内。

技术特征：

1.一种用于燃气涡轮发动机的加速器，所述加速器限定径向方向和轴向方向，其特征在于，所述加速器包括：环形外壁；环形内壁；环形通道，所述环形通道限定在所述外壁和所述内壁之间，所述通道具有用于使冷却流体进入所述通道的入口和用于使所述冷却流体从所述通道流出的出口；以及多个轮叶，所述多个轮叶设置在所述通道内，所述多个轮叶中的每个轮叶邻近所述出口从所述外壁延伸到所述内壁，其中，所述出口成角度，使得所述冷却流体的出口角度相对于所述径向方向为非零并且相对于所述轴向方向为非零。2.根据权利要求1所述的加速器，其特征在于，其中，所述外壁、所述内壁和所述多个轮叶一体地形成为单个整体部件。3.根据权利要求1所述的加速器，其特征在于，其中，所述出口径向向内成角度，使得所述入口设置在所述出口的径向外侧。4.根据权利要求1所述的加速器，其特征在于，其中，所述多个轮叶中的每个轮叶具有形状，所述形状构造成在所述冷却流体从所述出口流出时引起所述冷却流体的切向流动。5.根据权利要求1所述的加速器，其特征在于，其中，所述通道限定从所述内壁到所述外壁的宽度，并且其中所述宽度沿着所述通道从所述入口到所述出口变化。6.根据权利要求5所述的加速器，其特征在于，其中，所述通道包括中间部分，所述中间部分位于所述入口和所述出口之间，并且其中所述通道的所述宽度从所述入口到所述中间部分以及从所述中间部分到所述出口都减小，使得所述入口处的所述宽度大于所述出口处的所述宽度。7.根据权利要求1所述的加速器，其特征在于，其中，所述内壁相对于所述轴向方向成角度。8.根据权利要求7所述的加速器，其特征在于，其中，所述通道包括中间部分，所述中间部分位于所述入口和所述出口之间，其中，所述内壁在第一长度上相对于所述轴向方向以第一非零角度限定，并且其中所述内壁在第二长度上相对于所述轴向方向以第二非零角度限定，所述第一长度限定为从所述入口到所述中间部分，并且所述第二长度限定为从所述中间部分到所述出口。9.根据权利要求8所述的加速器，其特征在于，其中，所述第一非零角度大于所述第二非零角度。10.根据权利要求1所述的加速器，其特征在于，进一步包括：环形法兰，所述环形法兰从所述外壁径向向外延伸。

技术总结

提供了加速器、制造加速器的方法和燃气涡轮发动机。例如，用于燃气涡轮发动机的加速器限定径向方向和轴向方向，并且包括环形外壁、环形内壁、限定在外壁和内壁之间的环形通道、以及设置在通道内的多个轮叶。通道具有用于使冷却流体进入的入口和用于使冷却流体流出的出口。每个轮叶邻近出口从外壁延伸到内壁，其中，出口成角度使得冷却流体的出口角度相对于径向方向和轴向方向都为非零。加速器可以使用增材制造方法制造。加速器出口可直接设置在燃气涡轮发动机的第一涡轮转子叶片级的上游以将冷却流体引导至那里。将冷却流体引导至那里。将冷却流体引导至那里。