[發(fā)明專利]帶有冷卻通道的構件及制造方法

有效

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• 申請日: 2012-06-25
• 公開（公告）號: CN102839992A
• 公開（公告）日: 2012-12-26
• 發(fā)明（設計）人: R.S.班克
• 申請（專利權）人: 通用電氣公司
• 主分類號: F01D5/18
• 分類號: F01D5/18;F02C7/12
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 嚴志軍;譚祐祥

技術領域

本發(fā)明大體上涉及燃氣渦輪發(fā)動機，并且更具體而言，涉及在燃氣渦輪發(fā)動機中冷卻的微通道。

背景技術

在燃氣渦輪發(fā)動機中，空氣在壓縮機中加壓，并在燃燒器中與燃料混合，以生成熱燃燒氣體。在高壓渦輪(HPT)和低壓渦輪(LPT)中從氣體提取能量，高壓渦輪(HPT)為壓縮機提供動力，低壓渦輪(LPT)為渦輪風扇飛機發(fā)動機應用中的風扇提供動力，或者為航海與工業(yè)應用的外部軸提供動力。

發(fā)動機效率隨燃燒氣體的溫度而增加。然而，燃燒氣體沿其流動路徑加熱各種構件，這繼而需要這些構件的冷卻以實現(xiàn)較長的發(fā)動機壽命。通常，熱氣路徑構件通過從壓縮機抽出空氣來冷卻。該冷卻過程降低發(fā)動機效率，因為抽出的空氣沒有在燃燒過程中使用。

燃氣渦輪發(fā)動機冷卻領域是成熟的，并且包括用于各種熱氣路徑構件中的冷卻回路和特征的各個方面的眾多專利。例如，燃燒器包括徑向外襯套和徑向內(nèi)襯套，其在操作期間需要冷卻。渦輪噴嘴包括支撐在外帶和內(nèi)帶之間的中空導葉，其也需要冷卻。渦輪轉(zhuǎn)子葉片是中空的，并且通常包括在其中的冷卻回路，葉片被渦輪護罩圍繞，其也需要冷卻。熱燃燒氣體通過排氣口排放且被適當?shù)乩鋮s，排氣口也可帶襯套。

在所有這些示例性燃氣渦輪發(fā)動機構件中，通常使用高強度超合金金屬的薄金屬壁來提高耐久性，同時減小其冷卻需求。各種冷卻回路和特征針對這些單獨的構件在發(fā)動機中的它們的對應環(huán)境中被定制。例如，在熱氣路徑構件中可以形成一系列內(nèi)部冷卻通道或蛇形結(jié)構。冷卻流體可從增壓室提供到蛇形結(jié)構，并且冷卻流體可以流動通過該通道，冷卻熱氣路徑構件基底和涂層。然而，這種冷卻策略通常導致相對低的傳熱速率和不均一的構件溫度分布。

通過使冷卻盡可能地靠近受熱區(qū)域進行，由此對于給定的傳熱速率來說減小主承載基底材料的熱側(cè)和冷側(cè)之間的溫差，微通道冷卻具有顯著降低冷卻要求的可能性。然而，每個微通道需要膜出口，膜出口的精確定位可能是有挑戰(zhàn)性的。由于熱氣路徑構件可包括幾百個微通道，因而必須精確定位幾百個膜出口。

因此，將希望提供一種用于形成微通道的出口區(qū)域的穩(wěn)健而有效的方法。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的一個方面涉及一種包括在包括基底的構件中形成一個或更多凹槽的制造方法。每個凹槽至少部分地沿基底延伸，并且具有底部、頂部和至少一個排放端。該制造方法還包括形成凹坑，使得凹坑與每個凹槽的相應排放端流體連接；以及在基底的外表面的至少一部分上方設置涂層。(多個)凹槽和涂層一起限定用于冷卻所述構件的一個或更多通道。涂層不完全跨接一個或更多凹坑中的每一個，使得每個凹坑限定膜出口。

本發(fā)明的另一個方面涉及一種構件，該構件包括基底，基底包括外表面和內(nèi)表面。該構件限定了一個或更多凹槽和一個或更多凹坑。每個凹槽至少部分地沿基底延伸，并且具有底部和至少一個排放端。每個凹坑與相應凹槽的相應排放端流體連接。該構件還包括設置在基底的外表面的至少一部分上方的涂層，使得(多個)凹槽和涂層一起限定用于冷卻所述構件的一個或更多通道。涂層不完全跨接一個或更多凹坑中的每一個，使得每個凹坑為相應通道限定穿過涂層的膜出口。

附圖說明

當參考附圖閱讀下面的詳細描述時，本發(fā)明的這些和其它的特征、方面及優(yōu)點將變得更好理解，在所有圖中類似的標記表示類似的部分，在附圖中：

圖1是燃氣渦輪系統(tǒng)的示意圖；

圖2是根據(jù)本發(fā)明的方面的帶有冷卻通道的示例翼型構造的示意性剖視圖；

圖3以透視圖示意性地描繪了三個示例凹入形冷卻凹槽，這些冷卻凹槽部分地沿基底表面延伸，并將冷卻劑導引至帶凹坑的出口區(qū)域；

圖4示意性地描繪了帶有垂直于基底外表面的周邊的出口凹坑的截面；

圖5示意性地描繪了帶有相對于基底外表面向外傾斜的周邊的出口凹坑的截面；

圖6示意性地描繪了帶有相對于基底外表面向內(nèi)傾斜的周邊的出口凹坑的截面；

圖7以透視圖示意性地描繪了三個示例凹入形冷卻通道，這些冷卻通道部分地沿基底表面延伸，并將冷卻劑導引至帶凹坑的出口區(qū)域，該出口區(qū)域至少部分地延伸通過設置在基底上方的涂層；

圖8是圖7的示例冷卻通道中的一個的剖視圖，并且示出了將冷卻劑從進入孔輸送到帶凹坑的出口區(qū)域的通道；

圖9是示例冷卻通道中的一個的一部分的剖視圖，該通道帶有設置在結(jié)構涂層上方的額外的第二涂層，例如熱障涂層，其中第二涂層也往下涂布在凹坑內(nèi)；

圖10示出圖9的示例冷卻通道，其中第二涂層從凹坑被移除，并且凹坑周邊相對于基底的外表面向外傾斜；