用于燃气涡轮发动机的护罩

背景技术

本文所公开的主题涉及燃气涡轮发动机的涡轮内的热气体路径部件，并且更具体地但不限于，涉及围绕涡轮转子叶片形成的固定式护罩的内部结构和冷却构造。

燃气涡轮发动机包括压缩机部段和涡轮部段，其中多排叶片轴向堆叠成级。每个级通常包括一排固定的周向间隔开的定子叶片和一排围绕中心涡轮轴线或轴旋转的转子叶片。在操作中，通常，压缩机转子叶片围绕轴旋转，并且与定子叶片协同作用来压缩空气流。然后，压缩空气的这种供应物用于在燃烧器内燃烧燃料供应物。通常称为工作流体的所产生的热膨胀燃烧气体流然后通过发动机的涡轮部段膨胀。在涡轮内，工作流体被定子叶片重定向到转子叶片上，从而为旋转提供动力。固定式护罩可围绕转子叶片构造以限定热气体路径的交界处。转子叶片连接到中心轴，使得转子叶片的旋转使轴旋转，并且以这种方式，燃料的能量被转换成旋转轴的机械能，该机械能例如可以用于旋转压缩机的转子叶片，从而产生燃烧所需的压缩空气的供应物，以及使发电机的线圈旋转以产生电能。在操作期间，由于高温、工作流体的速度和发动机的旋转速度，热气体路径内的许多部件处于极端机械负载和热负载的高应力下。

许多工业应用，诸如涉及发电和航空的应用，仍然严重依赖燃气涡轮发动机，并且因此，更高效的发动机的设计是持续目标。甚至在机器性能、效率或成本效益方面的增量进步在围绕该技术发展的竞争市场中也是有意义的。虽然存在用于改善燃气涡轮的效率的若干已知策略，例如，增加发动机的尺寸、点火温度或旋转速度，每个策略通常对已经处于高应力下的热气体路径部件施加附加应变。因此，仍然大体需要改进的设备、方法或系统，其用于减轻此类应力，或者增强此类部件的耐用性以使该部件可以更好地承受应力。例如，热气体路径的极端温度对围绕多排转子叶片形成的固定式护罩施加应力，从而导致部件的劣化并缩短其使用寿命。需要新型护罩设计，其优化冷却剂和密封效率，同时在应用中为构造成本有效、耐用和灵活的。

发明内容

本申请描述了一种涡轮，该涡轮具有围绕转子叶片形成的固定式护罩环。该固定式护罩环可包括内部护罩区段。内部护罩区段可包括冷却构造，该冷却构造包括横流通道。横流通道可在上游端和下游端之间纵向延伸，并且在它们之间包括接合点，该接合点将横流通道纵向分成上游部段和下游部段，其中该上游部段在上游端和接合点之间延伸，并且该下游部段在接合点和下游端之间延伸。横流通道可具有纵向变化的横截面流动面积，使得上游部段的横截面流动面积在上游端和接合点之间减小，并且下游部段的横截面流动面积在接合点和下游端之间增大。

附图说明

通过仔细研究以下结合附图对本公开示例性实施方案的更详细描述，将更全面地理解和体会本公开的这些及其他特征，其中：

图1为燃气涡轮发动机的框图，其中可使用本公开的护罩；

图2为具有转子叶片和固定式护罩的热气体路径的侧视图；

图3为根据本公开的邻接内部护罩区段的侧剖视图；

图4为根据本公开的内部护罩区段的透视图；

图5为示出根据本公开的示例性横流通道的内部护罩区段的横截面；

图6提供根据本公开的示例性横流通道的示意性俯视图；

图7为示出根据本公开的具有多个横流通道的示例性布置的内部护罩区段的透明透视图；

图8为根据本公开的实施方案的内部护罩区段的透视图，其中示例性槽形成于外侧腔体的底板中；

图9提供根据本公开的实施方案形成于横流通道之间的示例性槽的俯视图；

图10提供沿着图9的视线10–10的剖视图；

图11示出根据本公开的示例性进料通道和出口通道构造的透明外径向视图；

图12示出根据本公开的示例性进料通道和出口通道构造的透明内径向视图；

图13示出根据本公开的示例性进料通道和出口通道构造的沿进料通道截取的横截面的透视透明视图；

图14示出根据本公开的示例性进料通道和出口通道构造的沿出口通道截取的横截面的透视透明视图；

图15示出根据本公开的示例性进料通道和出口通道构造的穿过出口通道和入口通道截取的横截面的透视图；

图16为根据本公开的示例性构造的前缘导轨或后缘导轨的结构性构造的透明视图；并且

图17为根据本公开的示例性构造的前缘导轨或后缘导轨的结构性构造的透明视图。

具体实施方式

本公开涉及用于构造和冷却涡轮的部件(具体地讲，沿着热气体路径设置的内部护罩区段)的系统和方法。如将看到的，本发明的内部护罩区段包括内部冷却构造(或“冷却构造”)，其中特定通道形成在内部护罩区段的内部内。

如本文所用，“下游”和“上游”是指示流体通过通道或通路的流动方向的术语。因此，例如，相对于通过涡轮的工作流体的流动，术语“下游”是指通常对应于流动方向的方向，并且术语“上游”通常是指与流动方向相反的方向。术语“径向”或“径向方向”是指垂直于中心线或轴线的移动或位置。关于这一点，可能需要描述驻留在相对于轴线的不同径向位置处的部件。如本文所用，如果第一部件的径向位置比第二部件的径向位置更远离轴线，则第一部件可被描述为相对于第二部件“上方”或“上升”或“升高”。另选地，如果第一部件比第二部件距轴线更远驻留，则在本文中可陈述第一部件为第二部件的“径向向外”或“外侧”。另一方面，如果第一部件比第二部件更靠近轴线驻留，则本文可陈述第一部件为第二部件的“径向向内”或“内侧”。术语“轴向”是指平行于轴线的移动或位置。最后，术语“圆周”是指围绕轴线的移动或位置。如下所述，此类术语可相对于相对于涡轮发动机或涡轮的中心轴线限定的轴向方向30、径向方向31和周向方向32使用。

转到附图，图1是燃气涡轮系统或发动机(或“燃气涡轮”)10的框图。如下面更详细描述的，燃气涡轮10可包括具有冷却通道的护罩区段，该冷却通道减少热气体路径部件中的应力模式并改善发动机的总体效率。燃气涡轮10可以使用液体或气体燃料，例如天然气和/或富氢合成气体。如图所示，燃料喷嘴12吸入燃料供应14，将燃料与氧化剂诸如空气、氧气、富氧空气、减氧空气或它们的任何组合混合。一旦燃料与空气已经混合，燃料喷嘴12将燃料-空气混合物以适当的比率分配到燃烧器16中，以进行最优的燃烧、排放、燃料消耗和功率输出。

燃气涡轮10可包括位于一个或多个燃烧器16内部的一个或多个燃料喷嘴12。燃料-空气混合物在燃烧器16内的腔室中燃烧，从而产生热加压排气。燃烧器16引导排气(例如，热加压气体)通过过渡件进入交替排的固定式定子叶片并旋转转子叶片，这引起涡轮部段或涡轮18在涡轮壳体内的旋转。排出气体通过涡轮18膨胀并朝向排气出口20流动。当排气穿过涡轮18时，气体迫使转子叶片旋转轴22。轴22将涡轮18可操作地连接到压缩机24。轴22限定燃气涡轮10的中心轴线，该燃气涡轮包括涡轮18及其压缩机24。轴22还连接到负载28，例如车辆或固定负载，诸如发电厂中的发电机。相对于由轴22限定的中心轴线，限定轴向方向30，该轴向方向表示沿中心轴线的移动，限定径向方向31，该径向方向表示朝向或远离中心轴线的移动，并且限定周向方向32，该周向方向表示围绕中心轴线的移动。压缩机24还包括联接到轴22的叶片。随着轴22旋转，压缩机24内的叶片也旋转，从而压缩经由进气口26摄取的空气，因为空气通过压缩机24移动并进入燃料喷嘴12和/或燃烧器16中。

来自压缩机24的压缩空气的一部分可在不穿过燃烧器16的情况下转移到涡轮18，以用作热气体路径部件(诸如定子上的护罩和喷嘴，以及转子上的转子叶片、圆盘和间隔件)的冷却剂。涡轮18可包括具有内部冷却构造(或“冷却构造”)的一个或多个护罩区段(例如，内部护罩区段)，该内部冷却构造包括用于在操作期间循环此类冷却剂以控制温度的冷却通道。如将看到的那样，本公开的冷却构造可用于内部护罩区段内，从而更改善冷却剂效率以及实现与结构和可构造性相关的其他益处。这样，本公开的冷却构造可减少应力模式、延长部件使用寿命、减少部件成本和维护成本，并且改善发动机效率。

图2示出将包括在燃气涡轮发动机的涡轮部段内的热气体路径38的示例性轴向截面。如图所示，热气体路径38可包括作为一排转子叶片的一部分的转子叶片33，该转子叶片以串联流动关系轴向地设置在一排固定涡轮定子叶片(未示出)的后面或下游。热气体路径38还可包括固定式护罩区段34，该固定式护罩区段围绕转子叶片33周向设置并且径向向外或外侧设置。如图所示，护罩区段34可包括位于外部护罩区段36的径向向内或内侧的内部护罩区段35。多个护罩区段34可以周向堆叠以形成设置在该排转子叶片正外侧的护罩环，其中护罩区段34中的每个护罩区段具有联接到一个或多个外部护罩区段36的一个或多个内部护罩区段35。在内部护罩区段35和外部护罩区段36的组件之间，可形成腔体37。例如，内部护罩区段35可通过任何常规方法(例如，焊接、硬钎焊、过盈配合或机械配合)连接到外部护罩区段36，以便形成和密封用于本文所述功能的腔体37。内部护罩区段35和外部护罩区段36也可形成为单件。在操作期间，加压冷却空气或冷却剂的供应可经由一个或多个冷却剂供应通道39递送到腔体37，该一个或多个冷却剂供应通道可通过外部护罩区段36形成。如将看到的那样，供应到腔体37的冷却剂然后可被引导到通过内部护罩区段35的内部形成的冷却通路或通道中。

关于其在涡轮部段内的一般构造和取向，内部护罩区段35可描述如下。如图2和图3所示，内部护罩区段35包括与下游边缘或后缘46相对的上游边缘或前缘44。内部护罩区段35包括与第二周向边缘50相对的第一周向边缘48，其中第一周向边缘48和第二周向边缘50在前缘44和后缘46之间延伸。另外，内部护罩区段35由在前缘44和后缘46与第一周向边缘48和第二周向边缘50之间延伸的一对相对的横向侧或横向面52、54形成。如本文所用，相对的侧向面52、54包括外侧面52和内侧面54。外侧面52朝向外部护罩区段36和/或腔体37，而内侧面54朝向热气体路径38并限定其边界。应当理解，内侧面54在前缘44和后缘46之间可为基本上平面的，同时在第一周向边缘48和第二周向边缘50之间具有逐渐弓形的形状。

由于其围绕涡轮18的中心轴线定位，因此可相对于涡轮18的轴向方向30、径向方向31和周向方向32进一步描述内部护罩区段35的形状和尺寸。因此，相对的前缘44和后缘46在轴向方向30上偏置。如本文所用，该偏置在轴向方向30上的距离被定义为内部护罩区段35的宽度尺寸(或“宽度”)。另外，内部护罩区段35的相对的第一周向边缘48和第二周向边缘50在周向方向32上偏置。如本文所用，该偏置在周向方向32上的距离被定义为内部护罩区段35的长度尺寸(或“长度”)。最后，内部护罩区段35的相对的内面52和外侧面54在径向方向31上偏置。如本文所用，该偏置在径向方向31上的距离被定义为内部护罩区段35的高度尺寸(或“高度”)。

现在参考图3，提供根据示例性热气体路径构造的相邻的第一内部护罩区段35a和第二内部护罩区段35b的横截面侧视图。如图所示，相邻的内部护罩区段35a、35b沿着在第一内部护罩区段35a的第一周向边缘48和第二内部护罩区段35b的第二周向边缘50之间形成的交界面56彼此邻接。作为交界面56的一部分，提供密封件55。密封件55包括形成在邻接的周向边缘48、50中的每个边缘内的狭槽57，用于接纳对应的密封构件58。在每种情况下，狭槽57可沿着相应的周向边缘48、50从相应的内部护罩区段35a、35b的前缘44延伸到后缘46。密封构件58定位在狭槽57内。密封构件58还可以从内部护罩区段35a、35b的前缘44延伸到后缘46。应当理解，一旦内部护罩区段35a、35b被组装以形成交界面56，狭槽57就配合或对齐以形成横跨交界面56的密封室。密封构件58相应地成形用于密封室，使得一旦安装，密封构件横跨交界面56，从而防止或限制排气从穿过其中的热气体路径18泄漏或逸出。

现在参考图4，示出包括本公开的若干方面和特征的示例性内部护罩区段35。由于图4的内部护罩区段35包括与上文结合图2和图3所介绍的相同的总体构造和部件，因此其已使用类似的附图标号来标记。如将在下文更详细所述，本发明的内部护罩区段35可另外包括若干其他新型内部和外部构造和特征部。例如，本公开的内部护罩区段35可包括冷却构造，该冷却构造具有用于接纳冷却剂并引导冷却剂通过内部区域的一个或多个特别构造的冷却通道。此外，本公开的内部护罩区段35可包括一个或多个特定的外部或表面构造或特征部和/或内部或结构性构造或特征部，该构造或特征部中的每个均提供与可构造性、耐用结构和/或材料或重量减轻相关的有益效果。如将看到的那样，外部构造和/或内部构造的方面可由内部冷却构造的方面启用或由内部冷却构造的方面的启用者启用，其中此类组合可增强部件的功能、性能和/或可构造性。因此，另选的实施方案包括将本文所述的任何特征或实施方案与本文所述的任何其他特征或实施方案组合。然而，除非明确地限制，否则应当假设，本文所呈现的若干特征和实施方案也可在没有此类组合的情况下单独使用。

如图4中进一步所示，内部护罩区段35可包括形成在外侧面52上的导轨，该导轨围绕并限定外侧腔体71。一般来讲，此类导轨72、73表示邻近内部护罩区段35的边缘形成并沿其延伸的径向高度增加的区域或脊部。出于描述的目的，导轨可被称为邻近周向边缘48、50延伸的周向导轨72，以及邻近前缘44和后缘46延伸的轴向导轨73。由导轨72、73围绕的内部护罩区段35的中心区域可被称为外侧腔体71的底板74。另外，导轨72、73中的每个导轨的面向内的侧面可称为内侧侧面75。应当理解，外侧腔体71形成腔体37的一部分，如图2所示。

现在参考图5至图7，根据本公开的示例性实施方案引入具有一个或多个横流冷却通道(或“横流通道”)60的内部护罩区段35。为方便起见，对应于先前图中已经标识的那些的部件和元件，用类似的附图标号标识，但是仅根据需要特别讨论以用于理解本发明的实施方案。应当理解，虽然以下大部分讨论参照单个示例性横流通道60描述横流通道60的特性，但本公开的冷却构造可包括任何数量的此类横流通道60，例如1、5、10、20个等。图5提供了示出示例性横流通道60的基本取向和位置的简化剖视图。图6提供了将用于讨论特定特性的示例性横流通道60的示意性俯视图。最后，图7提供了内部护罩区段54的透明透视图，其中示出具有多个横流通道60的示例性布置。

如图5和图6所示，本公开的横流通道60可在第一或上游端61和第二或下游端62之间纵向延伸。在上游端61和下游端62之间，可根据接合点65来描述横流通道60，出于描述的目的，该接合点将横流通道60纵向地划分成连接的部段，其中第一或上游部段66连接到第二或下游部段67。上游部段66在上游端61和接合点65之间延伸，而下游部段67在接合点65和下游端62之间延伸。

如图6和图7所示，本公开的横流通道60可被构造成具有可变的横截面流动面积，即，在上游端61和下游端62之间纵向变化的横截面流动面积。根据示例性实施方案，横截面流动面积变化，使得：上游部段66的横截面流动面积在上游端61和接合点65之间(即，随着上游部段66从上游端61延伸到接合点65)减小；并且下游部段67的横截面流动面积在接合点65和下游端62之间(即，随着下游部段67从接合点65延伸到下游端62)增加。因此，横流通道60可具有与沙漏的横截面流动面积类似的横截面流动面积。即，横流通道60的横截面流动面积可变窄至代表沙漏的“颈部”的接合点65，然后从那里变宽。如本文所用，接合点65或颈部是横流通道60具有最小横截面流动面积所在的位置。

通过上游部段66的横截面流动面积的减小可为平滑逐渐减小。通过下游部段67的横截面流动面积的增加可为平滑逐渐增加。横流通道60的横截面流动面积减小或增加的方式可包括横流通道60分别在一个或多个维度方向30、31、32上变窄或变宽。根据示例性实施方案，如图6中最清楚地示出，上游部段66的横截面流动面积的减小通过在轴向方向30上平滑且逐渐变窄来实现，而下游部段67的横截面流动面积的增大通过在轴向方向30上平滑逐渐变宽来实现。尽管其他构造是可能的，但根据示例性实施方案，上游部段66的横截面流动面积的减小导致接合点65处的横截面流动面积小于上游端61处的横截面流动面积的50％。下游部段67的横截面流动面积的增加可类似地导致接合点65处的横截面流动面积小于下游端62处的横截面流动面积的50％。根据其他示例性实施方案，上游部段66的横截面流动面积的减小导致接合点65处的横截面流动面积小于上游端61处的横截面流动面积的65％，并且下游部段67的横截面流动面积的增加导致接合点65处的横截面流动面积小于下游端62处的横截面流动面积的65％。

尽管其他构造也是可能的，但本公开的横流通道60可沿着在周向方向32上取向的基本上线性的路径纵向延伸。即，横流通道60的纵向轴线与涡轮的周向方向32大致对齐或平行。因此，根据示例性实施方案，横流通道60在内部护罩区段35内被取向成大致在周向方向32上延伸，例如，在横流通道60和周向方向32之间形成小于15°的角度。根据其他实施方案，横流通道60被取向成使得在横流通道60与圆周方向32之间形成小于5°的角度。根据示例性实施方案，护罩冷却构造内的横流通道60可具有平行布置，即，相对于彼此平行布置。此外，如图7所示，此类横流通道60可根据交替的逆流布置进行构造，其中横流通道60中的相邻横流通道具有相反取向的流动方向，即，被取向成使得冷却剂在相反方向上流动。

横流通道60可延伸跨过内部护罩区段35的大部分长度。例如，根据示例性实施方案，横流通道60延伸跨过内部护罩区段35的长度的至少60％。根据其他实施方案，横流通道60延伸跨过内部护罩区段35的长度的至少75％。以所示方式取向，横流通道60的长度被定义为上游端61和下游端62之间在周向方向32上的距离。横流通道60的高度被定义为在径向方向31上在横流通道60的内径向底板与外径向顶板之间的距离。如图5所示，根据示例性实施方案，横流通道60的高度在上游端61和下游端62之间可为基本上恒定的。如前所述，横流通道60可设置在内径向面54附近。根据优选的实施方案，如图5所示，横流通道60可保持距内侧面54基本上恒定的距离或偏置。如图6所示，横流通道60的宽度在本文中定义为在横流通道60的第一侧和第二侧之间的轴向方向30上的距离。根据示例性实施方案，上游部段66的横截面流动面积的减小经由横流通道60的宽度的逐渐渐缩来实现。类似地，下游部段67的横截面流动面积的增加经由横流通道60的宽度的逐渐扩大或变宽来实现。

根据示例性实施方案，横流通道60的上游端61设置在第一周向边缘48附近。例如，横流通道60的上游端61被设置成距第一周向边缘48的距离不超过等于内部护罩区段35的长度的20％的距离。类似地，横流通道60的下游端62可设置在第二周向边缘50附近。例如，横流通道60的下游端62可被设置成距第二周向边缘50的距离不超过等于内部护罩区段35的长度的20％的距离。

根据示例性实施方案，接合点65位于横流通道60的中间部分附近。例如，根据示例性实施方案，接合点65位于横流通道60的长度的35％至65％的范围内。根据其他实施方案，接合点65位于横流通道60的长度的45％至55％的范围内。接合点65也可位于横流通道60的长度的中点处。

根据示例性实施方案，如图5中最清楚地示出，横流通道60可经由进料通道81供应冷却剂。横流通道60还可连接到出口通道82，以用于排出穿过该出口通道的冷却剂。如下文将更详细地讨论，进料通道81可在形成于内部护罩区段35的外表面上的入口91和横流通道60的上游端61之间延伸，而出口通道82可在横流通道60的下游端62和形成于内部护罩区段35的外表面上的出口92之间延伸。例如，入口91可形成于内部护罩区段35的外侧腔体71内并且与腔体37流体连通。更具体地讲，入口91可形成在周向导轨72的内侧侧面75上。出口92可形成在第一周向边缘48或第二周向边缘50上。鉴于这种布置，应当理解，供应到腔体37的冷却剂可经由入口91被横流通道60摄取。然后冷却剂可经由进料通道81被引导至横流通道60以用于穿过其循环，以便冷却内部护罩区段35的内侧面54。一旦冷却剂已穿过横流通道60，其可由出口通道82引导至出口92，在出口处冷却剂从内部护罩区段35排出。

还如图所示，进料通道81可设置在周向导轨72中的一个内，而对应的出口通道82设置在相对的周向导轨72内。如将在下文中更详细地讨论，进料通道81可在内侧方向上从入口91朝向与横流通道60的上游端61的连接部倾斜。该连接部可在内侧面54附近。进料通道81可包括弯曲路径，该弯曲路径使冷却剂的流动方向相对于周向方向32转向大约180°。出口通道82可在外侧方向上从其与横流通道60的下游端62的连接部朝出口92倾斜。

图7提供具有多个横流通道60的内部护罩区段35的示例性实施方案。如图所示，此类横流通道60可根据交替布置相反地取向，该交替布置在本文中将被称为交替逆流布置。因此，第一组横流通道60可被取向成将冷却剂引导至形成于第一周向边缘48上的出口92，而与第一组中的一些交替放置的第二组横流通道60将冷却剂引导至形成于第二周向边缘50上的出口92。鉴于这种布置，第一组横流通道60因此具有形成于第二周向边缘50的周向导轨72的内侧侧面75上的入口91，而第二组横流通道60具有形成于第一周向边缘48的周向导轨72的内侧侧面75上的入口91。这样，本发明的冷却构造向内部护罩区段35的各种内部区域均匀地提供冷却剂，并且一旦基本上耗尽，冷却剂就可在交界面56内释放，以便在其中提供冷却和密封有益效果。横流通道60的交替平行布置允许出口92均匀地并且以规则的间隔跨周向边缘48、50间隔开。

已发现，本发明所公开的横流通道使用比常规冷却构造更少的冷却剂来冷却热气体部件，诸如固定式护罩，从而降低与冷却相关联的成本并提高发动机效率。例如，本公开的横流通道使冷却剂的热容量的使用最大化，使用方式使得在内部护罩区段并且具体地讲在内侧面附近的区域内保持更均匀的温度。由于冷却剂通过横流通道的质量流速保持基本上恒定，因此通过上游部段的横截面流动面积的减小导致冷却剂速度的增加。即，当冷却剂从上游端移动到连接点或颈部时，减小的横截面流动面积增加冷却剂的速度。由于管道流动热传递系数(HTC)直接取决于流体速度，因此冷却剂速度的增加随着冷却剂行进通过横流通道的上游部段而增加HTC。当然，当任何冷却剂移动通过受热管道时，其吸收来自周围壁的热量并升高温度，使得冷却剂效率降低。然而，根据本专利申请，温度的这种升高/冷却剂有效性的降低通过增加冷却剂速度所引起的热传递系数的增加来抵消。这样，冷却剂在其移动通过横流通道的上游部段时保持相对恒定的热传递速率。接合点或颈部可沿着横流通道的长度定位。例如，接合点可被定位成使得一旦移动通过横流通道的冷却剂已吸收其能够吸收的基本上所有热量，横截面流动区域就变宽，使得用过的冷却剂被有效地引向出口。根据优选的实施方案，为了促进通过内部护罩区段的均匀冷却，冷却构造可具有交替的逆流布置，即，相邻的横流通道具有相反的冷却剂流动方向。该布置导致更大的冷却均匀度，因为横流通道的每个下游部段由相邻横流通道的相邻和侧翼上游部段补偿。

现在参见图8至图10，根据另选的实施方案，内部护罩区段35可包括细长沟槽或槽101，该细长沟槽或槽形成在外侧面52内，或更具体地形成在内部护罩区段35的外侧腔体71的底板74内。每个槽101可在定位在内部护罩区段35的相对周向导轨72附近的端部103之间纵向延伸。沿着该长度，每个槽101可具有可变的深度和宽度。如本文所用，槽101的深度被定义为底板74的周围表面与槽101内的最低点之间在径向方向31上的距离。槽101的宽度被定义为槽101的相对侧107之间在轴向方向30上的距离。可变深度和宽度可包括槽101，分别在端部103处较浅和较窄然后分别当槽101朝向经由分割线105限定的中心区域或中线延伸时较深和较宽。因此，槽101可随着其从端部103朝向分割线105向内延伸而变宽和变深。如图所示，分割线105可以是指定沿着槽101的长度的具有最大宽度和深度的点的参考位置。

槽101从每个端部103变宽可以是平滑且逐渐的。如图9所示，槽101从每个端部103的变宽可以是线性的，并且因此可以根据形成在侧面107之间的角度106来描述。尽管其他构造也是可能的，但角度106可介于5°和15°之间。根据优选的实施方案，如图9所示，槽101的变宽可对应于形成于槽101的每个侧面的该一对横流通道60的变窄。如上所述，相邻横流通道60朝向它们相应的颈部或接合点65变窄可为槽101变宽和变深提供空间，同时还保持槽101和相邻横流通道60之间的紧密并排关系。槽101中的每个槽的变宽和变深可被构造成使得在槽101的侧面与在侧接槽101的该一对横流通道60的侧面之间保持基本上恒定的距离。此外，槽101的分割线105可与相邻横流通道60的接合点65周向对齐。根据示例性实施方案，分割线105位于槽101的长度的35％至65％的范围内。根据其他实施方案，分割线105位于槽101的长度的45％至55％的范围内。

槽101从每个端部103变深可以是平滑且逐渐的。如图8所示，槽101可根据相对较浅的第一角度108从每个端部103变深。例如，尽管其他构造也是可能的，但第一角度108可介于5°和15°之间。如图10所示，槽101可根据第二角度109从每个侧面107变深，该第二角度通常比第一角度108更陡。尽管其他构造也是可能的，但第二角度109(或“下降角度”)可介于25°和45°之间。

尽管其他构造也是可能的，但本公开的槽101可为基本上线性的并且在周向方向32上取向。即，槽101的纵向轴线可与涡轮的周向方向32大致对齐或平行。因此，根据示例性实施方案，槽101可在内部护罩区段35内取向以大致在周向32上延伸，并且例如可平行于上文所讨论的横流通道60的实施方案中的任一个布置。槽101中的每个槽可定位在侧接其的该一对横流通道60之间并且平行于其纵向延伸。槽101可以此方式延伸跨过内部护罩区段35的大部分长度。例如，根据示例性实施方案，槽101延伸跨过内部护罩区段35的长度的超过50％。根据其他实施方案，槽101延伸跨过内部护罩区段35的长度的至少65％。可提供多个平行槽101，如图所示。

包括本文所述的槽实施方案可为内部护罩区段提供若干优点。首先，槽提供从内部护罩区段移除材料的方式，使得部件生产更经济以及有利地减小发动机的总重量。其次，按照原样构造，槽可一起在内部护罩区段的前缘与后缘之间形成波纹桁架状结构，该波纹桁架状结构保持刚性，使得材料的移除不会不利地影响结构稳健性。第三，槽增加内部护罩区段的外侧面的表面积。当外侧面暴露于较冷的温度时，这有益于在操作期间通过部件的温度特征图。第四，槽对应于横流通道的可变形状的方式导致位于横流通道附近的外侧面的表面积增加，这降低其中的冷却剂温度并增强其有效性。

现在参考图11至图15，将呈现本公开的内部冷却构造的其他实施方案。为方便起见，对应于先前图中已经标识的那些的部件和元件，特别是与图5至图7的横流通道60相关的那些，用类似的附图标号标识，但是仅根据需要特别讨论以用于理解本发明的实施方案。如将会看到的那样，图11至15的实施方案包括主要与进料通道81和出口通道82相关的附加特性和实施方案。这些特性将相对于以下两者进行讨论：1)具有进料通道81作为上游部段、中间部段(例如，横流通道60)和出口通道82作为下游部段的单个冷却通道；以及2)进料通道构造和出口通道构造121，其包括附接到相邻的逆流冷却通道(诸如一对相邻的横流通道60)的相邻进料通道81和出口通道82。对于后者，进料通道构造和出口通道构造121的讨论集中于其中相邻进料通道81和出口通道82相对于彼此被构造以便改善冷却性能、空间效率和结构稳健性的方式。

例如，进料通道构造和出口通道构造121可设置在内部护罩区段35的边缘(如图所示，第一周向边缘48或第二周向边缘50)附近，并且用于向一对相邻的逆流横流通道60(也称为“成对的逆流横流通道60”)供应冷却剂/从其移除冷却剂。如将看到的那样，进料通道构造和出口通道构造121的实施方案提供一种有效的方式，通过该方式成对的逆流横流通道60可具有递送至其上并从其移除的冷却剂，同时也提供增强的冷却性能。图11和图12分别示出根据本公开的进料通道构造和出口通道构造121的透明外径向视图和透明内径向视图。图13示出具有沿示例性进料通道构造和出口通道构造121内的进料通道81中的一个通道截取的横截面的透明透视图，而图14示出具有沿示例性进料通道构造和出口通道构造121内的出口通道82之一截取的横截面的透明透视图。最后，图15示出根据本公开的具有横向于进料通道81和出口通道82两者截取的横截面的透视图。

根据示例性实施方案，每个横流通道60可在上游端61处连接到进料通道81并且在下游端62处连接到出口通道82，其中进料通道81和出口通道82可包括本文所公开的实施方案的任何特性。根据示例性操作，以这种方式构造的冷却通道通常可如下发挥功能。冷却通道可经由入口91摄取冷却剂，然后经由进料通道81将该冷却剂递送到横流通道60。然后冷却剂可穿过横流通道60，从而冷却内部护罩区段35的内侧面54。一旦冷却剂已穿过横流通道60，则冷却剂可经由出口通道82被引导到出口92，由此从内部护罩区段35排出。

关于进料通道构造和出口通道构造121的实施方案，现在将参考所示的构造来呈现具体特性。例如，进料通道构造和出口通道构造121可连接到一对相邻的逆流横流通道60，如已经描述的，该逆流横流通道可跨内部护罩区段35并排延伸。根据优选的实施方案，进料通道构造和出口通道构造121设置在这一对相邻的逆流横流通道60的每个相对端部处。更一般地，进料通道构造和出口通道构造121可根据需要在内部护罩区段35内重复，使得其与此类每对逆流的相邻横流通道60一起使用。为了描述示例性的进料通道构造和出口通道构造121，该一对对应的相邻逆流横流通道60将被称为包括连接到进料通道81的第一横流通道60和连接到出口通道82的第二横流通道60。

进料通道构造和出口通道构造121通常包括进料通道81和相邻或邻近的出口通道82。两者均可设置在内部护罩区段35的边缘附近，例如第一周向边缘48和第二周向边缘50。进料通道81可在形成于内部护罩区段35的外表面上的入口91和与成对横流通道60的第一横流通道60形成的连接部之间延伸。根据优选的实施方案，入口91可穿过内部护罩区段35的外侧面52形成，使得入口91与内部护罩区段35的腔体37和/或外侧腔体71流体连通。例如，入口91可形成在第一周向边缘48的周向导轨72的内侧侧面75上。又如，当进料通道构造和出口通道构造121发生在内部护罩区段35的相对侧上时，入口91可形成在第二周向边缘50的周向导轨72的内侧侧面75上。关于出口通道82，其可在与成对的横流通道的第二横流通道60形成的连接部和形成于内部护罩区段35的外表面上的出口92之间延伸。例如，出口92可形成在第一周向边缘48上。当进料通道构造和出口通道构造121发生在内部护罩区段35的相对侧上时，出口92可形成在第二周向边缘50上。

根据示例性实施方案，现在将描述进料通道构造和出口通道构造121的某些构造属性。出于描述的目的，将主要以两种方式描述此类实施方案内的进料通道81和出口通道82的形状。对于这些中的第一种方式，将参考外径向或“外侧透视图”。如本文所用，“外侧透视图”旨在作为在内侧方向上从所述特征部件的直接外侧位置观察的视图。该透视图将可用于描述进料通道81和出口通道82的路径如何在轴向方向30和周向方向32上成型。描述该构造的第二种方式将是参考径向位置的相对变化。

据此，根据优选的实施方案，进料通道81初始在内侧方向上从入口91处径向升高的初始位置倾斜至底板74或横流通道60的近似径向水平，该底板或横流通道可在内侧面54附近。从外侧的角度来看，该第一倾斜部段可为基本上线性的并且与周向方向32对齐。从外侧的角度来看，进料通道81可经由弯曲或环状的第二部段继续，该第二部段在进料通道81与第一横流通道60的上游端61连接之前将冷却剂流转向大约180°。因此，虽然进料通道81中的初始流动方向被导向第一周向边缘48，但在进料通道81与第一横流通道60形成的连接部处，流动方向周向地反转，使得冷却剂流现在被导向第二周向边缘50。从外侧的角度来看，在进行180°转动时，进料通道81的曲率朝向出口通道82向外弯曲。从外侧的角度来看，该第二或弓形部段123被构造成底切出口通道82的一部段。更具体地讲，同样从外侧的角度来看，进料通道81的弓形部段123与出口通道82的部段轴向和周向地重叠，同时在内侧方向上从其径向偏置。

从外侧的角度来看，第一横流通道60的上游端61可被定位成与入口91轴向重叠，同时在内侧方向上与其径向偏置。因此，从外侧的角度来看，如图12中最清楚地示出，进料通道81可以在反转其曲率并拉直以便在与入口91轴向重叠的位置处与上游端61连接之前继续环绕(几乎完成整个圆形)。

根据优选的实施方案，出口通道82的第一部段可在外侧方向上从出口通道82与横流通道60的下游端62形成的连接部倾斜。更具体地，如图13中最清楚地示出，出口通道82可包括第一或外侧倾斜部段125，该第一或外侧倾斜部段将冷却剂从靠近内侧面54的初始径向位置运送到位于周向导轨72的径向中点的外侧的升高的外侧位置。在外侧倾斜部段125之后，出口通道82的第二部段然后可径向展平并且朝向出口92延伸，该出口可设置在第一周向边缘48上。应当理解，外侧倾斜部段125为底切出口通道82提供进料通道81的弓形部段123所需的内部径向空间。从外侧角度看，如图11中最清楚地示出，出口通道82可保持下游端62和出口92之间的线性路径。该线性路径可大致与周向方向对齐和/或提供由第二横流通道60限定的线性路径的延续。

作为另一个特征，周向导轨72的内侧侧面75可包括具有交替的脊部131和谷部133的波纹构造130，如将看到的那样，该脊部和谷部可被构造成对应于进料通道81和出口通道82与进料通道构造和出口通道构造121的放置。一般来讲，脊部131和谷部133可沿周向方向延伸并且沿周向导轨72的内侧侧面75的轮廓在外侧方向上倾斜。如图15中最清楚地示出，周向延伸的脊部131可围绕出口通道82的每个外侧倾斜部段125形成。具体地讲，每个脊部131可被构造成对应于出口通道82中的一个的外侧倾斜部段125的形状，通常围绕该部段的外径向半部缠绕。在相邻脊部131中的每个脊部之间，可形成周向延伸的凹陷部或谷部133，进料通道81的入口91可位于该凹陷部或谷部内。如若干图所示，波纹构造130可沿周向导轨72中的每个导轨的内侧侧面75重复，使得其对应于进料通道构造和出口通道构造121的重复。出于描述的目的，应当理解，在波纹构造130内，“脊部”部分是在外侧方向上伸出的特征结构，而“谷部”部分是在内侧方向上形成的切除部分或凹陷部。

波纹构造130的优点包括移除过量的材料，同时保持部件的结构稳健性。另外，波纹构造130提供与启用或增强进料通道构造和出口通道构造121的方面相关的有益效果。例如，脊部131使得出口通道82的外侧倾斜部段125能够以更陡的角度周向延伸，这产生通向其内侧侧面的空间，以使进料通道81以上述方式在其下方卷曲。又如，谷部133使得入口91能够定位在较低的径向高度，这也有利于进料通道81以所需方式在出口通道82下方卷曲。此外，入口91的较低径向高度导致进料通道81的较短长度，这减少了空气动力学损失。

现在参考图16和图17，将公开例如可用于支撑前轴向导轨或后轴向导轨73的结构性构造。图16为轴向导轨73(即，沿前缘44或后缘46形成的导轨)的示例性结构性构造的透明视图，而图17提供该结构性构造的特定方面的增强视图。根据示例性实施方案，结构性构造可包括桁架状布置或结构(或“桁架结构”)151，该桁架状布置或结构形成于轴向导轨73的内部内以用于结构支撑。如图所示，桁架结构151可包括具有三角形形状的构件153的重复布置，该重复布置允许从轴向导轨73移除材料以形成重复的三角形中空部分155。三角形形状可在轴向导轨的外侧边缘和轴向导轨的内侧边缘之间延伸。构件153可包括在轴向导轨73的外侧边缘和内侧边缘之间倾斜的倾斜构件。倾斜构件与桁架结构151的每个边缘形成的角度157可为60°或更小。根据优选的实施方案，倾斜构件与桁架结构151的每个边缘形成的角度157可为45°或更小。

已经发现的是，轴向导轨73处的桁架结构151允许移除显著的材料，即三角形中空部分，这导致重量和成本节约，同时还保持可接受的结构刚度和支撑。此外，如下文更详细讨论的，桁架结构151被构造为使得其可根据必要的要求并且在不限制最小壁厚(如浇注所需)的情况下通过增材制造工艺有效地制备。

上述用于热气体路径部件(例如，内部护罩区段)的表面构造和内部构造以及冷却通道实施方案可经由任何常规制造技术形成或构造，该常规制造技术包括放电机加工、钻孔、铸造、增材制造、它们的组合或任何其他技术。如现在将讨论，上面公开的实施方案的某些方面被特别构造为经由增材制造工艺为加速且成本有效的制造提供可构造性优点。

例如，利用某些增材制造工艺，诸如选择性沉积增材制造，将材料沉积在部件的先前形成或沉积的部分上，从而以自支撑方式沿构建方向(其可以是基本上竖直的)逐渐构建部件。在选择性沉积增材制造中，可沉积材料，使得新沉积的材料在有限程度上悬于支撑材料之上。据称此类新沉积的材料以“悬伸角度”悬伸，该悬伸角度通常从竖直方向测量。已发现，为了在选择性沉积增材制造中可靠且准确地制造自支撑结构，悬伸部件的悬伸角度应不超过距竖直轴线60°。部件的表面光洁度可受到部件的悬伸角度的影响，使得较小的悬伸角度(诸如距竖直轴线小于45°)通常导致较好的表面光洁度。表面光洁度可影响热气体部件如内部护罩区段的寿命，因此这是重要的考虑因素。具体地讲，对于将承受热气体路径的高应力的部件，可能需要相对于竖直轴线的较小角度，以使其具有可接受的表面光洁度并因此具有可接受的部件寿命。

本文所公开的内部护罩区段35的实施方案被构造成使得典型的构建方向产生大约60°的最大悬伸角度，或者根据其他另选方案，产生大约45°的最大悬伸角度。例如，假设内部护罩区段的纵向轴线与竖直构建方向对齐，则在给定本文针对第一角度108和第二角度109提供的范围的情况下，用于构建槽101的隐含悬伸角度将导致小于60°和/或小于45°的浅悬伸角度。如果内部护罩区段的宽度轴线替代地为被选择用于与竖直构建方向对齐的轴线，则也是如此。又如，假设内部护罩区段的纵向轴线与竖直构建方向对齐，给定本文提供的角度157的范围，用于构造桁架结构151的成角度构件153的隐含悬伸角度将导致小于60°和/或小于45°的浅悬伸角度。

如本领域普通技术人员将理解的，可进一步选择性地应用上文关于几个示例性实施方案描述的许多变化的特征和构造，以形成本公开的其他可能的实施方案。为了简洁起见并考虑到本领域普通技术人员的能力，未详细提供或讨论各个可能的迭代，但所有组合和可能的实施方案均被涵盖在下文的几项权利要求中，或者以其他方式旨在成为本申请的一部分。此外，根据本发明的几个示例性实施方案的以上描述，本领域技术人员将认识到相关的改进、改变和修改。本领域技术范围内的这些改进、改变和修改同样旨在由所附权利要求涵盖。此外，应当显而易见的是，前述内容仅涉及本申请的所述实施方案，并且在不脱离由以下权利要求及其等同物限定的本申请的实质和范围的情况下，可在本文中进行许多改变和修改。