[發(fā)明專(zhuān)利]帶有冷卻通道的構(gòu)件及制造方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201210116096.9
• 申請(qǐng)日: 2012-02-14
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN102678199A
• 公開(kāi)（公告）日: 2012-09-19
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: R·S·班克
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 通用電氣公司
• 主分類(lèi)號(hào): F01D25/12
• 分類(lèi)號(hào): F01D25/12
• 代理公司: 中國(guó)專(zhuān)利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 李強(qiáng);譚祐祥

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明大體涉及燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)，并且更具體而言，涉及其中的微通道冷卻。

背景技術(shù)

在燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)中，空氣在壓縮機(jī)中加壓，并在燃燒器中與燃料混合以產(chǎn)生熱的燃燒氣體。在高壓渦輪(HPT)和低壓渦輪(LPT)中從氣體中提取能量，高壓渦輪(HPT)向壓縮機(jī)提供動(dòng)力，而低壓渦輪(LPT)在渦輪風(fēng)扇航空發(fā)動(dòng)機(jī)應(yīng)用中向風(fēng)扇提供動(dòng)力，或者向用于船舶和工業(yè)應(yīng)用的外部軸提供動(dòng)力。

發(fā)動(dòng)機(jī)效率隨著燃燒氣體的溫度的升高而上升。然而，燃燒氣體沿著其流徑加熱多種構(gòu)件，這些構(gòu)件繼而需要對(duì)它們進(jìn)行的冷卻以獲得長(zhǎng)的發(fā)動(dòng)機(jī)壽命。典型地，通過(guò)從壓縮機(jī)放出空氣來(lái)冷卻熱氣路徑構(gòu)件。該冷卻過(guò)程降低了發(fā)動(dòng)機(jī)效率，因?yàn)榉懦龅目諝鉀](méi)有用于燃燒過(guò)程中。

燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻技術(shù)是成熟的，并且針對(duì)多種熱氣路徑構(gòu)件中的冷卻回路和特征的多種方面包括許多專(zhuān)利。例如，燃燒器包括在運(yùn)行期間需要冷卻的徑向外部襯套和徑向內(nèi)部襯套。渦輪噴嘴包括支承在外部帶(band)和內(nèi)部帶之間的也需要冷卻的中空導(dǎo)葉。渦輪轉(zhuǎn)子葉片是中空的，并且典型地在其中包括冷卻回路，葉片被也需要冷卻的渦輪護(hù)罩包圍。熱的燃燒氣體通過(guò)排氣裝置排出，該排氣裝置可能也是加了襯套的并被適當(dāng)?shù)乩鋮s。

在所有這些示例性的燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)構(gòu)件中，典型地使用了高強(qiáng)度超合金制成的薄金屬壁，以增強(qiáng)耐久性同時(shí)最大程度地減小其冷卻需要。針對(duì)在其在發(fā)動(dòng)機(jī)中的對(duì)應(yīng)的環(huán)境中的這些單獨(dú)的構(gòu)件定制了多種冷卻回路和特征。例如，一系列內(nèi)部冷卻通路或盤(pán)管可形成于熱氣路徑構(gòu)件中。冷卻流體可從氣室提供至盤(pán)管，并且冷卻流體可流過(guò)通路，從而冷卻熱氣路徑構(gòu)件的襯底和涂覆物。然而，這種冷卻策略典型地導(dǎo)致有相當(dāng)?shù)偷膫鳠崴俾屎筒痪鶆虻臉?gòu)件溫度分布。

微通道冷卻具有潛力來(lái)通過(guò)將冷卻布置成盡可能靠近受熱區(qū)域而顯著地降低冷卻需求，從而針對(duì)給定的傳熱速率減小主承載襯底材料的熱側(cè)和冷側(cè)之間的溫差。當(dāng)前，借助于通過(guò)整個(gè)襯底壁而鉆到翼型件內(nèi)部的膜孔來(lái)提供冷卻。然而，用于形成膜孔的過(guò)程可能是勞動(dòng)密集型的、耗時(shí)的，并且因此相對(duì)昂貴。另外，因?yàn)槌叽缦拗频脑颍赡茈y以使膜孔適用于微通道冷卻。

因此，提供一種克服了這些及其它問(wèn)題的用于形成膜孔以允許冷卻劑離開(kāi)冷卻通道的方法將是合乎需要的。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的一個(gè)方面在于一種制造構(gòu)件的方法。該方法包括在襯底的外表面中形成一個(gè)或多個(gè)凹槽。各個(gè)凹槽至少部分地沿著襯底的表面延伸，并具有基底、頂部以及至少一個(gè)排出點(diǎn)。該方法進(jìn)一步包括形成鄰近各個(gè)凹槽的相應(yīng)的排出點(diǎn)的流出區(qū)域，以及在襯底的表面的至少一部分上面設(shè)置涂覆物。凹槽(一個(gè)或多個(gè))和涂覆物限定用于冷卻構(gòu)件的一個(gè)或多個(gè)通道。

本發(fā)明的另一方面在于一種構(gòu)件，該構(gòu)件包括襯底，襯底包括外表面和內(nèi)表面。外表面限定一個(gè)或多個(gè)凹槽和一個(gè)或多個(gè)流出區(qū)域。各個(gè)凹槽至少部分地沿著襯底的外表面延伸，并具有基部和至少一個(gè)排出點(diǎn)。各個(gè)流出區(qū)域鄰近相應(yīng)的凹槽的相應(yīng)的排出點(diǎn)。該構(gòu)件進(jìn)一步包括設(shè)置在襯底的外表面的至少一部分上面的涂覆物，使得凹槽(一個(gè)或多個(gè))和涂覆物共同限定用于冷卻構(gòu)件的一個(gè)或多個(gè)通道。

附圖說(shuō)明

當(dāng)參照附圖閱讀下面的詳細(xì)描述時(shí)，本發(fā)明的這些及其它的特征、方面和優(yōu)勢(shì)將變得更好理解，在附圖中，相同符號(hào)在所有圖中代表相同部件，其中：

圖1為燃?xì)廨啓C(jī)系統(tǒng)的示意圖；

圖2為根據(jù)本發(fā)明的各方面的帶有冷卻微通道的示例翼型件構(gòu)造的示意性橫截面；

圖3在透視圖中示意性地描繪了部分地沿著襯底的外表面延伸且將冷卻劑引導(dǎo)至形成于襯底的外表面中的相應(yīng)的流出區(qū)域的三個(gè)示例冷卻通道；

圖4為圖3的示例冷卻通道中的一個(gè)的橫截面圖，并且顯示了將冷卻劑輸送至形成于冷卻通道的排出點(diǎn)處的斜的流出區(qū)域的通道；

圖5顯示應(yīng)用有涂覆物的圖4的示例冷卻通道；

圖6顯示帶有膜孔的圖5的示例冷卻通道，該膜孔通過(guò)移除流出區(qū)域中的涂覆物的一部分而形成于流出區(qū)域中；

圖7為比相應(yīng)的凹槽更寬的示例流出區(qū)域的俯視圖；

圖8為比相應(yīng)的凹槽更寬的示例擴(kuò)散器形流出區(qū)域的俯視圖；

圖9示意性地描繪了在襯底的外表面中使用磨蝕性液體射流形成三個(gè)示例凹槽或流出區(qū)域；

圖10示意性地描繪了用于形成凹槽和凹槽的排出端處的斜的流出區(qū)域的示例加工路徑；

圖11-圖16示意性地示出了使用短效涂覆物和犧牲填料形成凹槽和流出區(qū)域的方法；