[發明專利]使用短效涂層制作構件的方法

有效

• 申請號: 201110373807.6
• 申請日: 2011-11-10
• 公開（公告）號: CN102536465A
• 公開（公告）日: 2012-07-04
• 發明（設計）人: R·S·班克;魏斌;D·M·利普金;R·B·雷巴克
• 申請（專利權）人: 通用電氣公司
• 主分類號: F02C7/12
• 分類號: F02C7/12
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 朱鐵宏;譚祐祥

技術領域

本發明主要涉及燃氣渦輪發動機，并且更具體地涉及在其中的微通道冷卻。

背景技術

在燃氣渦輪發動機中，空氣在壓縮機中加壓，且在燃燒器中與燃料相混合以便產生熱燃燒氣體。從高壓渦輪(HPT)和低壓渦輪(LPT)中的氣體中獲取能量，其中高壓渦輪向壓縮機供能，而低壓渦輪向渦輪風扇飛行器發動機應用中的風扇供能，或向船舶和工業應用的外軸供能。

發動機效率隨燃燒器氣體溫度而提高。然而，燃燒氣體沿其流動通路加熱各種構件，這繼而需要對其冷卻以實現長期的發動機壽命。通常，熱氣體通路構件通過來自于壓縮機的放出空氣冷卻。由于放出空氣未用于燃燒過程，該冷卻過程會降低發動機效率。

燃氣渦輪發動機冷卻領域很成熟且包括對于各種熱氣體通路構件中的冷卻回路和特征的各種方面的許多專利。例如，燃燒器包括徑向的外襯套和內襯套，它們需要在操作期間冷卻。渦輪噴嘴包括支承在外帶與內帶之間的中空導葉，它們也需要冷卻。渦輪轉子葉片為中空的且通常在其中包括冷卻回路，同時葉片由渦輪罩蓋所包繞，它們也需要冷卻。熱燃燒氣體經由排氣口排出，該排氣口也可有襯套并經受適當地冷卻。

在所有這些示例性燃氣渦輪發動機構件中，高強度超級合金金屬的薄金屬壁通常用于提高耐用性，同時最大限度地減小對其冷卻的需要。各種冷卻回路和特征定制為用于發動機中其對應環境中的這些單獨構件。例如，一系列內部冷卻管道或盤管(serpentine)可形成在熱氣體通路構件中。冷卻流體可從倉室提供至盤管，且冷卻流體可流過管道，從而冷卻熱氣體通路構件基底和涂層。然而，該冷卻策略通常會導致較低的熱傳遞速率和不均勻的構件溫度分布。

微通道冷卻通過對于熱區盡可能近地布置冷卻而具有顯著減小冷卻要求的潛在可能，因此對于給定的熱傳遞速率降低了熱側與冷側之間的溫度Δ。然而，當將結構涂層施加到通道上時，大多數關鍵區域為通道的頂邊緣。如果這些邊緣不尖銳且成直角，則在基底基礎金屬與結構涂層之間的對接面處有可能引起裂紋，或作為間隙、裂縫起始點(starter)，或作為在沉積涂層時可將裂紋傳播至涂層的小空隙。

因此，將期望的是提供一種用于在無需進一步處理基底基礎金屬的情況下在構件中形成通道的方法，其中通道邊緣形成為尖銳的直角。

發明內容

本發明的一個方面在于一種制作構件的方法。該方法包括在基底表面上沉積短效涂層，其中基底具有至少一個中空內部空間。該方法還包括穿過短效涂層來加工基底，以便在基底表面中形成一個或多個凹槽。該一個或多個凹槽中的各個均具有基部，且至少部分地沿基底表面延伸。該方法還包括穿過該一個或多個凹槽中的相應一個凹槽的基部而形成一個或多個出入孔，以便將相應凹槽與相應中空內部空間成流體連通地連接。該方法還包括用填料填充該一個或多個凹槽、除去短效涂層、在基底表面的至少一部分上設置涂層，以及從該一個或多個凹槽除去填料，使得該一個或多個凹槽和涂層一起限定用于冷卻構件的多個通道。

附圖說明

當參照附圖來閱讀如下詳細描述時，本發明的這些及其它特征、方面和優點將變得更容易理解，所有附圖中相似的標號表示相似的零件，在附圖中：

圖1為燃氣輪機系統的簡圖；

圖2為根據本發明的方面的具有冷卻通道的示例性翼型件構造的示意性截面；

圖3至圖10示意性地示出了用于在基底中形成冷卻通道的工藝步驟；

圖11以透視圖示意性地繪出了部分地沿基底表面延伸且將冷卻劑導送至相應膜冷卻孔中的三個示例性冷卻通道；以及

圖12為圖11中的其中一個示例性冷卻通道的截面視圖，且示出了將冷卻劑從出入孔輸送至膜冷卻孔的通道。

零件清單

10燃氣輪機系統

12壓縮機

14燃燒器

16渦輪

18軸

20燃料噴嘴

30短效涂層

32填料

80熱氣體通路流

100熱氣體通路構件

110基底

112基底外表面

114中空內部空間

116基底內表面

130通道

132凹槽

134凹槽基部

136凹槽頂部(開口)

138凹槽壁

140出入孔

142膜孔(多個)

150涂層(多個)