用于冷却燃气涡轮发动机的部件的系统和方法与流程

当前主题大致涉及燃气涡轮发动机，更具体地涉及用于冷却燃气涡轮发动机的部件的系统和方法。

背景技术：

燃气涡轮发动机一般包括具有处于顺次流动关系的高压压缩机、燃烧室和高压涡轮机的涡轮机芯部。芯部能够以已知方式操作以产生主要气流。高压压缩机包括将进入发动机的空气导入压缩机的下游旋转叶片内的轮叶的环形阵列(“排”)。一排压缩机轮叶和一排压缩机叶片共同地构成压缩机的“级”。类似地，高压涡轮机包括将离开燃烧室的气体导入涡轮机的下游旋转叶片内的轮叶的环形排。一排喷嘴轮叶和一排涡轮转子叶片共同地构成涡轮机的“级”。一般地，压缩机和涡轮机两者包括多个连续级。

在操作中，具有在大约3000华氏度与大约3500华氏度之间的温度的热气流过涡轮机及其连续级中的每一级。然而，涡轮机在操作期间所经受的高温可以加压涡轮机的部件，特别是涡轮转子叶片。这样，为了冷却涡轮转子叶片，来自压缩机的排气流过限定在涡轮转子叶片内的冷却通道。冷却通道大致沿着径向方向从涡轮转子叶片的根部部分延伸至涡轮转子叶片的叶片尖端。此外，当排气通过形成在涡轮转子叶片上的出口离开冷却通道时，排气与热气混合。因此，排气不能被用于冷却涡轮机内的其他部件。

因此，用于冷却燃气涡轮发动机的部件的系统和方法在本领域内将是受欢迎的。特别地，更多有效地利用冷却气流的系统和方法将是特别有利的。

技术实现要素：

本发明的各方面和优点将在以下说明书中进行部分地阐述，或者从说明书中变得明显，或者可以通过本发明的实施来习得。

在第一示例性实施例中，提供一种用于冷却燃气涡轮发动机的部件的系统，其中，燃气涡轮发动机限定径向方向。该系统包括限定用于通过涡轮转子叶片提供冷却气流的冷却通道的涡轮转子叶片。冷却通道包括进口和沿着径向方向与进口间隔开的出口。另外，涡轮转子叶片还包括在其上形成冷却通道的出口的叶片尖端。该系统还包括沿着径向方向与叶片尖端间隔开的壳体，壳体限定与出口气流连通的孔。另外，该系统包括与壳体的孔气流连通的冷却剂管道组件，使得冷却剂管道组件接收通过出口离开冷却通道的冷却气流的至少一部分。该系统还将通过冷却剂管道组件提供的冷却气流分送至燃气涡轮发动机的部件。

在第二示例性实施例中，提供一种用于冷却燃气涡轮发动机的部件的方法，其中，燃气涡轮发动机限定径向方向并且包括限定冷却通道的涡轮转子叶片。该方法包括使冷却气流流过涡轮转子叶片的冷却通道，冷却通道包括进口和形成在涡轮转子叶片的叶片尖端上的出口。该方法还包括利用限定在燃气涡轮发动机的壳体中的孔接收离开冷却通道的出口的冷却气流的至少一部分，其中，壳体沿着径向方向与叶片尖端间隔开。另外，该方法包括通过燃气涡轮发动机的冷却剂管道组件向燃气涡轮机的部件提供利用限定在壳体中的孔所接收的冷却气流。

本发明的这些以及其他特征、方面和优点将通过参照以下说明书和所附权利要求书变得更加容易理解。结合在该说明书中并且构成本说明书的一部分的附图与说明书一起示出了本发明的实施例，用于解释本发明的原理。

附图说明

在参照附图的说明书中阐述了本发明的包括对本领域普通技术人员来说为最佳方式的完整的和能够实现的公开内容，在附图中：

图1是根据本发明的一个实施例的燃气涡轮发动机的示意性截面图。

图2是根据本发明的一个实施例的燃气涡轮发动机的高压涡轮机部分的放大的横截面侧视图。

图3示出可以与图1所示的燃气涡轮发动机一起使用的示例性涡轮转子叶片的局部截面侧视图。

图4示出可以与图1所示的燃气涡轮发动机一起使用的另一个示例性涡轮转子叶片的局部截面侧视图。

图5示出用于冷却图1所示的燃气涡轮发动机的部件的系统的一个实施例的简化视图。

图6示出用于冷却图1所示的燃气涡轮发动机的部件的系统的另一个实施例的简化视图。

图7示出用于冷却图1所示的燃气涡轮发动机的部件的系统的再一个实施例的简化视图。

图8示出用于冷却图1所示的燃气涡轮发动机的部件的系统的仍然的另一个实施例的简化视图。

图9示出用于冷却图1所示的燃气涡轮发动机的部件的方法的一个实施例的流程图。

图10示出用于冷却图1所示的燃气涡轮发动机的部件的方法的另一个实施例的流程图。

本说明书和附图中重复使用的附图标记旨在表示本发明的相同或类似的特征或元件。

具体实施方式

现在将对本发明的实施例进行详细地参照，在附图中示出本发明的一个或更多个实施例。每个示例提供用于说明本发明，而非限制本发明。事实上，对于本领域技术人员来说明显的是，在不脱离本发明的范围和精神的情况下可以对本发明作出各种变型和改进。例如，所示出或所说明的作为一个实施例的一部分的特征可以用于另一个实施例以产生进一步的实施例。因此，本发明旨在覆盖落入所附权利要求及其等价物的范围内的这些修改和变型。

如在本文中使用的，术语“第一”、“第二”和“第三”可被互换地使用以区分一个部件与另一个部件，并且非旨在表示独立部件的位置或重要性。

术语“上游”和“下游”指的是相对于流体路径中的流体流的相对方向。例如，“上游”指的是流体流自的方向，以及“下游”指的是流体流向的方向。

此外，如本文所使用的，术语“轴向”或“轴向地”指的是沿着发动机的纵向轴线的维度。用于与“轴向”或“轴向地”一起使用的术语“前”指的是朝向发动机进气口或与另一个部件相比相对更靠近发动机进气口的部件的方向。用于与“轴向”或“轴向地”一起使用的术语“后”指的是朝向发动机喷嘴或与另一个部件相比相对更靠近发动机喷嘴的部件的方向。术语“径向”或“径向地”指的是在发动机的中心纵向轴线与外部发动机圆周之间延伸的尺寸。

一般说来，本主题涉及用于冷却燃气涡轮发动机的部件的系统和方法。具体地，在几个实施例中，该系统可以包括涡轮转子叶片和沿着径向方向与涡轮转子叶片间隔开的壳体。涡轮转子叶片可以由金属、陶瓷基体复合材料(cmc)或金属和cmc的组合物组成，并且可以包括叶片燕尾和沿着径向方向与叶片燕尾间隔开的叶片尖端。此外，涡轮转子叶片可以限定从叶片燕尾处的进口延伸至叶片尖端处的出口的冷却通道。这样，冷却气流可以经由冷却通道流过涡轮转子叶片。壳体可以包括燃气涡轮发动机的护罩组件，并且可以限定与出口气流连通的孔，使得通过出口离开冷却通道的冷却气流的一部分可以接收在孔中。另外，系统可以包括与壳体的孔气流连通的冷却剂管道组件。更具体地，在几个实施例中，冷却剂管道可以将在壳体中接收的冷却气流输送至燃气涡轮发动机的部件。作为例子，冷却剂管道组件可以将冷却气流输送至定位于涡轮转子叶片前方的轮叶。

应该理解的是，本发明的系统和方法可以大致用于改善任何适当类型的燃气涡轮发动机内的冷却，包括飞机涡轮发动机和陆上涡轮发动机。

现在参考附图，图1是如在本文中可以采用本发明的各个实施例的被称为“涡轮风扇10”的示例性高旁通涡轮风扇式发动机10的示意性横截面图。如图1所示，涡轮风扇10具有用于参照目的的贯穿延伸的纵向或轴向中心线轴线12。一般说来，涡轮风扇10可以包括布置在风扇区段16下游的中心涡轮机或燃气涡轮发动机14。

燃气涡轮发动机14可以大致包括限定环形进气口20的基本管状外壳18。外壳18可以由多个壳体形成。外壳18以顺次流动关系包覆具有助推器的压缩机区段或低压(lp)压缩机22、高压(hp)压缩机24、燃烧区段26、包括高压(hp)涡轮28的涡轮区段、低压(lp)涡轮机30以及喷气排气喷嘴区段32。高压(hp)轴或线管34将hp涡轮28驱动地连接至hp压缩机24。低压(lp)轴或线管36将lp涡轮机30驱动地连接至lp压缩机22。lp线管36还可以连接至风扇区段16的风扇线管或轴38。在可替代构造中，lp线管36可以经由减速装置37(以虚线描绘)连接至风扇线管38，比如为间接驱动或齿轮传动结构的减速齿轮齿轮箱。这种减速装置可以按照需求或需要包括在涡轮风扇10内的任何适当的轴/线管之间。

如图1所示，风扇区段16包括联接至风扇线管38并且从风扇线管38径向向外延伸的多个风扇叶片40。环形风扇壳体或导流罩42周向地包围风扇区段16和/或燃气涡轮发动机14的至少一部分。本领域技术人员应该理解的是，导流罩42可被构造成相对于燃气涡轮发动机14通过多个周向间隔的出口导向轮叶44支承。此外，导流罩42的下游区段46(导叶44的下游)可以在燃气涡轮发动机14的外部部分之上延伸以便在其之间限定旁通气流通道48。

图2提供如可以采用本发明的各个实施例的如图1所示的燃气涡轮发动机14的hp涡轮机部分28的放大的横截面图。如图2所示，hp涡轮28以顺次流动关系包括第一级50，第一级50包括与涡轮转子叶片58(仅示出一个)的环形阵列56轴向间隔开的轮叶54(仅示出一个)的环形阵列52。hp涡轮28还包括第二级60，第二级60包括与涡轮转子叶片68(仅示出一个)的环形阵列66轴向间隔开的轮叶64(仅示出一个)的环形阵列62。应该理解的是，轮叶54和64也可称为hp涡轮28的“喷嘴”。

如进一步在图2中所示，涡轮风扇10另外包括至少部分地限定穿过涡轮风扇10的涡轮区段的热气路径70的壳体71，用于将燃烧气体从燃烧区段26(图1)引导穿过例如hp涡轮28。涡轮转子叶片58、68至少部分地定位在热气路径70内。壳体71包括一个或更多个护罩组件，一个或更多个护罩组件中的每一个围绕转子叶片的环形阵列形成环形圈。例如，壳体71包括围绕第一级50的转子叶片58的环形阵列56形成环形圈的护罩组件72和围绕第二级60的涡轮转子叶片68的环形阵列66形成环形圈的护罩组件74。护罩组件72、74中的每一个大致包括多个护罩和相关悬架(未单独标记)。一般说来，护罩组件72、74的护罩与转子叶片68中的每一个的叶片尖端76、78径向地间隔开。径向间隙或距离间隙cl限定在叶片尖端76、78与护罩之间。护罩和护罩组件一般减小热气路径70内的泄漏。应该理解的是，尽管未编号，但是示例性壳体71还包括本文中未说明的另外的特征和部件。例如，示例性壳体71还包括护罩支承件、密封件以及其他结构部件。

应注意到，护罩和护罩组件还可以以相似的方式用于低压压缩机22、高压压缩机24和/或低压涡轮机30。因此，如本文中公开的护罩和护罩组件不限于用于hp涡轮机，相反地可以用于燃气涡轮发动机14任何适当的区段。

图3示出根据本发明的示例性实施例的涡轮转子叶片100。涡轮转子叶片100可以用于燃气涡轮发动机的涡轮中。例如，在一些实施例中，涡轮转子叶片100可以用于如上关于图1和图2所述的燃气涡轮发动机14的示例性hp涡轮28中。如图所示，涡轮转子叶片100限定径向方向r和垂直于径向方向r的轴线方向a。此外，涡轮转子叶片100包括与叶片燕尾104一体地形成的叶片平台102。叶片燕尾104可以可移除地联接至燃气涡轮发动机14的转子或轮(未示出)。涡轮转子叶片100还限定从叶片燕尾104延伸至涡轮转子叶片100的叶片尖端108的冷却通道106。更具体地，冷却通道106在形成于燕尾部分104上的进口110与形成在叶片尖端108上的出口112之间延伸。这样，冷却通道106限定用于沿着径向方向r流过涡轮转子叶片100的冷却气流的流动路径，大致由流动箭头300表示。

应该理解的是，尽管对于图3所示的实施例流动路径被描述为沿着涡轮转子叶片的径向方向延伸的单个通道，但在其他实施例中流动路径可以包括具有任何适当的几何形状的通道或多个通道。例如，在其他实施例中，涡轮转子叶片可以包括具有任何适当的几何形状的多个冷却通道。

另外，壳体200(比如图2的示例性壳体71)沿着径向方向r与涡轮转子叶片100间隔开。应该理解的是，图3中描述的示例性壳体200包括护罩组件(比如图2的示例性护罩组件72和74，每一个包括多个护罩和相关悬架或安装件)。壳体200可以相对于涡轮转子叶片100固定，并且限定与冷却通道106的出口112气流连通的孔210。这样，壳体200的孔210接收通过出口112离开冷却通道106的冷却气流300的至少一部分302。在一些示例性实施例中，壳体200的孔210和冷却通道106的出口112可以具有圆形截面。更具体地，孔210可以限定大于出口112的直径do的直径da。可替代地，孔210的直径da可以等于出口112的直径do，孔210可以沿着径向方向r与出口112对准。更进一步地，在其他示例性实施例中，孔210的直径da可以小于出口112的直径do，或可替代地仍然可以具有多个孔210和/或出口112。

应该理解的是，尽管对于图3所示的实施例而言，壳体200的孔210被描述为具有圆形截面，但在其他实施例中，孔210可以限定任何适当的横截面形状，比如长方形或三角形。在其他实施例中，孔210可以包括围绕壳体200的圆周间隔开的多个孔。可替代地，在又一个实施例中，壳体200的孔210可被构造为围绕壳体200的内表面周向地延伸的槽。槽可以与用于涡轮转子叶片的环形阵列的每个涡轮转子叶片100的冷却通道106的出口112气流连通，比如如上所述以及图2中所示的涡轮转子叶片58的环形阵列56。此外，尽管孔210与背离壳体200垂直地延伸的管道(未标记，例如见图5的管道651)气流连通，但在其他实施例中，管道可以替代地相对于壳体200和发动机的中心线轴线限定小于或大于九十(90)度的角。

图4描绘了根据本发明的涡轮转子叶片400的另一个示例性实施例。涡轮转子叶片400在一些实施例中可以以基本相似的方式构造成如上关于图3所述的涡轮转子叶片100。例如，图4的涡轮转子叶片400包括与叶片燕尾404一体地形成的叶片平台402，并且限定从叶片燕尾404沿着径向方向r延伸至涡轮转子叶片400的叶片尖端408的冷却通道406。然而，对于图4的实施例，叶片尖端408包括叶片尖端护罩410，冷却通道406在形成于叶片燕尾404上的进口412与形成于叶片尖端408的尖端护罩410上的出口414之间延伸。因此，冷却通道406可以限定用于沿着径向方向r流过涡轮转子叶片400的冷却气流的流动路径，大致由流动箭头300表示。

应该理解的是，尽管对于图4所示的实施例，流动路径被描述为沿着涡轮转子叶片的径向方向延伸的单个通道，但在其他实施例中流动路径可以包括具有任何适当的几何形状的通道或多个通道。

仍然参照图4，燃气涡轮发动机的壳体500(比如图2的示例性壳体71)沿着径向方向r与涡轮转子叶片400间隔开，并且可以相对于涡轮转子叶片400固定。在所述实施例中，壳体500限定凹部510，对于所描述的实施例，凹部510包括内表面512和相对的侧壁514。此外，壳体500形成在凹部510的内表面512上的孔516，孔516与形成在叶片尖端408的尖端护罩410上的出口414气流连通。然而，应该理解的是，在其他实施例中，凹部510可以具有任何适当的几何形状，如在本文中使用的，术语“凹部”一般指的是壳体500中的相对于涡轮转子叶片100的紧上游和下游的内表面的任何凹陷。

更进一步地，对于图4中描述的实施例，叶片尖端408的一部分定位在凹部510内以更好地确保通过出口414离开冷却通道406的冷却气流300的部分302流入孔516内。如图5-7所示以及以下更详细地说明的，根据本主题的系统的示例性实施例可以包括冷却剂管道组件以将在图3的孔210或图4的孔516中接收的冷却气流302的至少一部分310输送至图1所示的燃气涡轮发动机14的另外的部件。

应该理解的是，尽管对于图4的实施例来说，出口414未定位在凹部510内(并且替代地尖端护罩410的一部分定位在凹部510内)，在其他实施例中，叶片尖端408可被构造有壳体500，使得形成在叶片尖端408上的出口414定位在壳体500的凹部514内。

返回参考图3以及现在还参照图5，提供用于冷却燃气涡轮发动机14的部件的系统600。图5的燃气涡轮发动机被示意性地描绘，并且在一些实施例中可被以基本相似的方式构造为如上关于图1和图2所述的燃气涡轮发动机。例如，燃气涡轮发动机和系统600一般包括压缩机区段602和涡轮区段604。另外，压缩机区段602可以包括lp压缩机22和hp压缩机24(图1)，涡轮区段604可以包括lp涡轮58和hp涡轮68(图1)。此外，涡轮区段604包括涡轮转子叶片100、定位在涡轮叶片100前方的第一轮叶620和定位在涡轮转子叶片100的尾部的第二轮叶630。在一些实施例中，第一轮叶620可以是如上参照图2所述的轮叶54，涡轮转子叶片100可以是如上参照图2所述的涡轮转子叶片58，第二轮叶630可以是如上参照图2所述的轮叶64。然而，在其他实施例中，第一轮叶620、第二轮叶630和涡轮转子叶片100可以替代地构造为任何其他适当的轮叶和/或涡轮转子叶片。

如图所示，燃气涡轮发动机和示例性系统600另外包括在压缩机区段602与涡轮区段604的涡轮转子叶片100之间延伸的管道640。此外，管道640可以接收来自lp压缩机和hp压缩机中的一者或两者的压缩空气流(冷却气流)。

特别地参考图3，管道640与冷却通道106的进口110气流连通，使得流经管道640的冷却气流300通过进口110进入冷却通道106。此外，如上所述，冷却气流300沿着径向方向r流动并且通过形成在涡轮转子叶片100的叶片尖端108上的出口112离开冷却通道106。此外，通过出口112离开冷却通道106的冷却气流300的部分302被接收在形成于壳体200上的孔210中，孔210沿着径向方向r与叶片尖端108间隔开。

现在特别地参考图5，示例性系统600包括冷却剂管道组件650，冷却剂管道组件650接收通过壳体200的孔210提供的冷却气流302的至少一部分310。另外，冷却剂管道组件650将冷却气流310输送至燃气涡轮发动机的一个或更多个另外的部件。在所示出的实施例中，冷却剂管道组件650包括在接头655处分支成第一管道652和第二管道654的主管道651。第一管道652将通过主管道751提供的冷却气流310的第一部分312输送至定位在涡轮转子叶片100的前方的第一轮叶620。此外，第二管道654将通过主管道751提供的冷却气流310的第二部分314输送至定位在涡轮转子叶片100的尾部的第二轮叶630。

应该理解的是，在一些实施例中，冷却剂管道组件650可以包括围绕壳体200的圆周延伸的通道，该通道可以与从通道延伸至燃气涡轮发动机的部件的一个或更多个管道气流连通，比如如上所述和图5中描绘的第一轮叶620和第二轮叶630。

在一些实施例中，第一管道652的横截面面积可以大于第二管道654的横截面面积。这样，在这些特定实施例中，输送至第一轮叶620的冷却气流310的第一部分312可以大于输送至第二轮叶630的冷却气流310的第二部分314。然而，在其他实施例中，第一管道652的横截面面积可以小于第二管道654的横截面面积。可替代地，第一管道652的横截面面积可以等于第二管道654的横截面面积。

应该理解的是，对于图5的系统600，通过由壳体200的孔210捕获的冷却气流310冷却的部件构造为第一轮叶620和第二轮叶630。在其他示例性实施例中，系统600可以另外地或可替代地构造成冷却燃气涡轮发动机的任何其他适当的部件。例如，其他实施例中，系统600可被构造成冷却一个或更多个护罩或护罩组件，比如如上参照图2所述的示例性护罩72和74。

再次参考图3并且现在还参考图6，提供用于冷却根据本发明的另一个实施例的燃气涡轮发动机14的冷却部件的系统700。图6的燃气涡轮发动机和示例性系统700被示意性地描绘，并且在一些实施例中可被以基本相似的方式构造为如上关于图1、图2和图5所述的燃气涡轮发动机和示例性系统600。例如，燃气涡轮发动机和系统700一般包括压缩机区段702和涡轮区段704。另外，压缩机区段702可以包括lp压缩机22和hp压缩机24(图1)，涡轮区段704可以包括lp涡轮58和hp涡轮68(图1)。此外，涡轮区段704包括涡轮转子叶片100、定位在涡轮转子叶片100前方的第一轮叶720和定位在涡轮转子叶片100的尾部的第二轮叶730。如图所示，管道740在压缩机区段702与涡轮区段704的涡轮转子叶片100之间延伸。此外，管道740可以接收来自lp压缩机和hp压缩机中的一者或两者的压缩空气流(冷却气流)。

特别地参考图3，管道740与冷却通道106的进口110气流连通，使得流经管道740的冷却气流300通过进口110进入冷却通道106。此外，如上所述，冷却气流300沿着径向方向r流动并且通过形成在涡轮转子叶片100的叶片尖端108上的出口112离开冷却通道106。此外，通过出口112离开冷却通道的冷却气流300的至少一部分302被接收在形成于壳体200上的孔210中，孔210沿着径向方向r与叶片尖端108间隔开。

现在特别地参考图6，系统700包括与形成在壳体200上的孔210气流连通的冷却剂管道组件750。冷却剂管道组件750将通过孔210提供的冷却气流310的一部分输送至燃气涡轮发动机的部件，如，对于所描述的实施例而言，燃气涡轮发动机的部件比如为第一轮叶720、第二轮叶730或两者。

图6的冷却剂管道组件750包括用于接收通过壳体200的孔210提供的冷却气流310的至少一部分的主管道751。冷却剂管道组件750另外包括用于从通过主管道751提供的冷却气流310去除热的热交换器760。在所示实施例中，热交换器760包括与主管道751气流连通的进口762，并且还包括与主管道751气流连通的出口764。这样，通过主管道751提供的冷却气流310通过进口762进入热交换器760。此外，热交换器760去除来自冷却气流310的热，相对于进入热交换器760的冷却气流310处于更冷温度的冷却气流320通过热交换器760的出口764流回主管道751内。

热交换器760可被构造为空气-空气热交换器、油-空气热交换器或燃料-空气热交换器之一。例如，热交换器760可以接收来自例如燃气涡轮发动机(即空气-空气热交换器)的旁通通道的空气流。可替代地，热交换器760可被构造成接收来自燃气涡轮发动机的热管理系统(即油-空气热交换器)的润滑油流或来自燃气涡轮发动机的燃料系统(即燃料-空气热交换器)的燃料流。热交换器760还可以包括提高通过热交换器或热交换器的下游提供的冷却气流的压力的压缩机(未示出)。

仍然参照图6，主管道751在定位于热交换器760的出口764下游的接头755处分支成第一管道752和第二管道754。在所示出的实施例中，第一管道752将离开热交换器760的冷却气流320的第一部分322输送至第一轮叶720。另外，第二管道754将离开热交换器760的冷却气流320的第二部分324输送至第二轮叶730。

返回参考图3并且现在还参考图7，提供根据本发明的又一个实施例的用于冷却燃气涡轮发动机的冷却部件的系统800。图7的燃气涡轮发动机和示例性系统800被示意性地描绘，并且在一些实施例中可被以基本相似的方式构造为如上关于图1、图2和图5所述的燃气涡轮发动机和示例性系统600。例如，燃气涡轮发动机和系统800一般包括压缩机区段802和涡轮区段804。另外，压缩机区段802可以包括lp压缩机22和hp压缩机24(图1)，涡轮区段804包括lp涡轮58和hp涡轮68(图1)。此外，涡轮区段804包括涡轮转子叶片100、定位在涡轮叶片100前方的第一轮叶820和定位在涡轮转子叶片100的尾部的第二轮叶830。如图所示，管道840在压缩机区段802与涡轮区段804的涡轮转子叶片100之间延伸。此外，管道840可以接收来自lp压缩机和hp压缩机中的一者或两者的压缩空气流(冷却气流)。

特别地参考图3，管道840与冷却通道106的进口110气流连通，使得流经管道840的冷却气流300通过进口110进入冷却通道106。此外，如上所述，冷却气流300沿着径向方向r流动并且通过形成在涡轮转子叶片100的叶片尖端108上的出口112离开冷却通道106。此外，通过出口112离开冷却通道106的冷却气流300的一部分302被接收在形成于壳体200上的孔210中，孔210沿着径向方向r与叶片尖端108间隔开。

现在特别地参考图7，系统700包括与形成在壳体200上的孔210气流连通的冷却剂管道组件850。冷却剂管道组件850将通过孔210提供的冷却气流302的至少一部分310输送至燃气涡轮发动机的部件，对于所描述的实施例而言，燃气涡轮发动机的部件比如为第一轮叶820、第二轮叶830或两者。

图7的冷却剂管道组件850包括具有与壳体200的孔210气流连通的进口852的主管道851。这样，通过孔210提供的冷却气流302的至少一部分310通过进口852流入主管道851内。另外，主管道851在定位在进口852的下游的接头854处与管道842(即冷却气流管道)合并，使得通过主管道851提供的冷却气流310与流经管道842的冷却气流300合并，如图所示，管道842与压缩机区段802气流连通。系统800可以包括用于合并冷却气流300和310的任何适当的部件，比如，例如流量喷射装置。另外，由于通过主管道851提供的冷却气流310相对于流经管道842的冷却气流300更暖，在与冷却气流300合并时冷却气流310被冷却，冷却气流300变暖。因此，当通过主管道851提供的冷却气流310与流经管道842的冷却气流300合并时形成冷却气流320。

图7所示的系统800的冷却剂管道组件850还包括第一管道844和第二管道846。如图所示，第一管道844和第二管道846从管道842分支。特别地，第一管道844将冷却气流320的第一部分322输送至第一轮叶820，第二管道846将冷却气流320的第二部分324输送至第二轮叶830。

返回参考图3并且现在还参考图8，提供根据本发明的又一个实施例的用于冷却燃气涡轮发动机的冷却部件的系统900。图7的燃气涡轮发动机和示例性系统100被示意性地描绘，并且在一些实施例中可被以基本相似的方式构造为如上关于图1、图2和图5所述的燃气涡轮发动机和示例性系统600。例如，燃气涡轮发动机和系统900一般包括压缩机区段902和涡轮区段904。另外，压缩机区段902包括lp压缩机22和hp压缩机24(图1)，涡轮区段904包括lp涡轮58和hp涡轮68(图1)。此外，涡轮区段904包括涡轮转子叶片100、定位在涡轮叶片100前方的第一轮叶920和定位在涡轮转子叶片100的尾部的第二轮叶930。如图所示，管道940在压缩机区段902与涡轮区段904的涡轮转子叶片100之间延伸。此外，管道940可以接收来自lp压缩机和hp压缩机中的一者或两者的压缩空气流(冷却气流)。

特别地参考图3，管道940与冷却通道106的进口110气流连通，使得流经管道940的冷却气流300通过进口110进入冷却通道106。此外，如上所述，冷却气流300沿着径向方向r流动并且通过形成在涡轮转子叶片100的叶片尖端108上的出口112离开冷却通道106。此外，通过出口112离开冷却通道106的冷却气流300的部分302被接收在形成于壳体200上的孔210中，孔210沿着径向方向r与叶片尖端108间隔开。

现在特别地参考图8，系统900包括与形成在壳体200上的孔210气流连通的冷却剂管道组件950。冷却剂管道组件950将通过孔210提供的冷却气流302的一部分310输送至燃气涡轮发动机的部件，对于所描述的实施例而言，燃气涡轮发动机的部件比如为第一轮叶920、第二轮叶930或两者。

图8的冷却剂管道组件950包括用于接收通过壳体200的孔210提供的冷却气流302的至少一部分310的主管道951。另外，在所示出的实施例中，主管道951在接头955处分支成第一管道952和第二管道954。第一管道952接收通过主管道951提供的冷却气流310的第一部分312，第二管道954接收通过主管道951提供的冷却气流310的第二部分314。在一些实施例中，第一管道952的横截面面积可以大于第二管道954的横截面面积。这样，冷却气流310的第一部分312可以大于冷却气流310的第二部分314。然而，在其他实施例中，第一管道952的横截面面积可以小于第二管道954的横截面面积。可替代地，第一管道952的横截面面积可以等于第二管道954的横截面面积。

冷却剂管道组件950的第一管道952包括进口956和出口957。另外，第一管道952还包括定位在第一管道952的进口956与出口957之间的热交换器960。热交换器960包括与第一管道952气流连通的进口962，并且还包括与第一管道952气流连通的出口964。这样，冷却气流310的第一部分312通过进口962流入热交换器960内。此外，热交换器960从冷却气流310的第一部分312去除热，相对于冷却气流310的进入热交换器960的第一部分312处于更低温度的冷却气流320通过热交换器960的出口964流回第一管道952内。更进一步地，第一管道952将离开热交换器960的冷却气流320经由第一管道952的出口957输送至第一轮叶920。

图9所示的冷却剂管道组件950的第二管道954包括进口958和出口959。这样，第二管道954将冷却气流310的第二部分314从主管道951输送至第二轮叶930。更具体地，冷却气流310的第二部分314通过出口959离开第二管道954。

一般说来，如上所述以及在图5-8中描绘的系统的示例性实施例提供各种优势。特别地，如上所述的系统可以改善燃气涡轮发动机的燃料消耗率比(sfc)，这是因为燃气涡轮发动机可能需要来自压缩机的更少的压缩空气(冷却气流)。另外，由于本发明的系统使来自燃气涡轮发动机的涡轮转子叶片发出的冷却气流再循环以冷却另外的部件，还可以改进涡轮转子叶片和另外的部件的耐用性和在翼时间(tow)。

现在参考图9，提供用于冷却根据本发明的示例性实施例的燃气涡轮发动机的部件的方法1000的流程图。图9的示例性方法1000可以用于如上参照图3和/或图4所述的示例性转子叶片100，并且还可用于如上参照图5-8所述的一个或多个示例性系统。尽管图9描述了为了例示和说明目的的以特定顺序执行的步骤，但是本文中讨论的方法不限于任何特定顺序或布置。例如，可以理解的是，本文中公开的方法的各个步骤可以在不脱离本发明的范围的情况下以各种方式被省略、重新布置、组合和/或采用。

如图9所示，方法1000包括在(1010)处使冷却气流流过涡轮转子叶片的冷却通道。如上所述以及如在图3和图4中所示，冷却通道沿着涡轮转子叶片的径向方向延伸，并且包括形成在涡轮转子叶片的叶片尖端上的进口和出口。

另外，在(1020)处，方法1000包括利用限定在壳体中的孔接收离开冷却通道的出口的冷却气流的至少一部分。如上所述以及如图3和图4所示，壳体沿着径向方向r与叶片尖端间隔开，并且可以包括凹部。此外，在一些实施例中，涡轮转子叶片的叶片尖端包括叶片尖端护罩，尖端护罩的至少一部分定位在壳体的凹部内。

此外，在(1030)处，方法1000包括通过燃气涡轮发动机的冷却剂管道组件向燃气涡轮机的部件提供利用限定在壳体中的孔所接收的冷却气流。在一些实施例中，冷却剂管道组件向定位于涡轮转子叶片前方的第一轮叶输送冷却气流的第一部分。此外，冷却剂管道组件还向定位于涡轮转子叶片的尾部的第二轮叶输送冷却气流的第二部分。

现在参考图10，提供根据本发明的另一个示例性实施例的用于冷却涡轮发动机14的部件的方法1100。提供根据本发明的示例性实施例的用于冷却燃气涡轮发动机的部件的方法1100的流程图。图10的示例性方法1100可以用于如上参照图3和/或图4所述的示例性转子叶片100，并且还可用于如上参照图5-8所述的一个或多个示例性系统。尽管图10描述了为了例示和说明目的的以特定顺序执行的步骤，但是本文中讨论的方法不限于任何特定顺序或布置。例如，可以理解的是，本文中公开的方法的各个步骤可以在不脱离本发明的范围的情况下以各种方式被省略、重新布置、组合和/或采用。

如图10所示，方法1100包括在(1110)处使冷却气流流过涡轮转子叶片的冷却通道。如上所述以及如在图3和图4中所示，冷却通道沿着涡轮转子叶片的径向方向延伸，并且包括形成在涡轮转子叶片的叶片尖端上的进口和出口。

另外，在(1120)处，方法1100包括利用限定在壳体中的孔接收离开冷却通道的出口的冷却气流的至少一部分。如上所述以及如图3和图4所示，壳体沿着径向方向r与叶片尖端间隔开，并且可以包括凹部。此外，在一些实施例中，涡轮转子叶片的叶片尖端包括叶片尖端护罩，尖端护罩的至少一部分定位在壳体的凹部内。

此外，在(1130)处，方法包括从利用限定在壳体中的孔接收的冷却气流去除热。如上所述以及如图6-8所示，在一些实施例中，可以利用热交换器从接收在孔中的冷却气流去除热，或者可替代地，可以通过合并冷却气流与来自燃气涡轮发动机的定位于涡轮转子叶片前方的压缩机的冷却气流而去除热。

此外，在(1140)处，方法1100包括通过燃气涡轮发动机的冷却剂管道组件将利用限定在壳体中的孔所接收并且在(1130)处被冷却的冷却气流向燃气涡轮机的部件提供。在一些实施例中，冷却剂管道组件向定位于涡轮转子叶片前方的第一轮叶输送冷却气流的第一部分。此外，冷却剂管道组件还向定位于涡轮转子叶片的尾部的第二轮叶输送冷却气流的第二部分。

一般说来，如上所述以及在图9和图10中描绘的方法的示例性实施例提供各种优势。特别地，如上所述的方法改善了燃气涡轮发动机的燃料消耗率比(sfc)，这是因为燃气涡轮发动机需要来自压缩机的更少的压缩空气(冷却气流)。此外，由于如上所述的方法公开了再循环从燃气涡轮发动机的涡轮转子叶片发出的冷却气流以冷却另外的部件，因此提高了涡轮转子叶片和另外的部件的耐用性和在翼时间(tow)。

该书面说明书利用示例以公开本发明，包括制造和利用任何装置或系统以及执行任何结合的方法。本发明的可获得专利的范围由权利要求限定，并且可以包括本领域技术人员想到的其他示例。如果这些其他示例包括并非不同于权利要求的字面语言的结构元件，或者这些其他示例包括与权利要求的字面语言无实质性区别的等同结构元件，则这些其他示例确定为在权利要求的范围内。