[實用新型]耐高溫結構及渦輪

有效

• 申請號: 201220459493.1
• 申請日: 2012-09-11
• 公開（公告）號: CN202788953U
• 公開（公告）日: 2013-03-13
• 發明（設計）人: 閆懷喜;顧偉;王志強;陳瀟;蘇偉;喬劍
• 申請（專利權）人: 中航商用航空發動機有限責任公司
• 主分類號: F01D25/12
• 分類號: F01D25/12
• 代理公司: 中國國際貿易促進委員會專利商標事務所 11038
• 代理人: 顏鏑

技術領域

本實用新型涉及冷卻技術，尤其涉及一種耐高溫結構及渦輪。

背景技術

在燃氣輪機的主要部件中，渦輪轉靜子部件長期工作于高溫高壓的環境中，工作環境溫度一般在1300K以上，光靠材料自身的耐高溫性能，無法長期承受高溫惡劣環境。

現行冷卻技術中，一般在渦輪部件與高溫燃氣接觸的外環機體部分涂布耐高溫陶瓷涂層，利用耐高溫涂層來阻隔渦輪外環機體與主燃氣通道中高溫燃氣的接觸，降低外環機體溫度，增強冷卻效果。例如公開號CN1427085A的中國專利申請公布了一種用于結合層的合金組合物作為耐高溫涂層，該涂層結構主要有基體、結合層與陶瓷涂層三層組合結構；公開號CN1221067A的中國專利申請公布了一種具有柱狀結構的氧化鋯研磨層作為耐高溫涂層。試驗證明，相同條件下，涂有耐高溫涂層的部件比不涂有耐高溫涂層的部件，熱負荷可以減低一半，溫度可以降低100至300℃，有利于保護高溫部件，延長使用壽命，提高發動機性能。

然而，這些現有的耐高溫陶瓷涂層都為整塊涂層，涂層面積很大，而其熱膨脹系數通常與基體的熱膨脹系數有一定的差別，在實際工作時，在熱應力的作用下，整塊大面積陶瓷涂層容易產生涂層脫落或裂紋問題。

實用新型內容

本實用新型的目的是提出一種耐高溫結構及渦輪，能夠使設置有該耐高溫結構的部件承受高溫惡劣環境，且耐高溫涂層不易脫落或產生裂紋。

為實現上述目的，本實用新型提供了一種耐高溫結構，包括在部件基體上離散設置的多排的橫向凹槽和縱向凹槽，所述橫向凹槽與所述縱向凹槽相互交錯，在所述橫向凹槽和縱向凹槽之間形成所述部件基體上的多個凸臺結構，所述凸臺結構上布置有貫通所述部件基體的氣膜孔，在所述橫向凹槽和縱向凹槽中布置有粘合層和耐高溫涂層，所述耐高溫涂層通過所述粘合層附著在所述部件基體上。

進一步的，所述耐高溫涂層的表面與所述部件基體的表面形成平滑過渡的平整表面。

進一步的，所述粘合層的熱膨脹系數介于所述部件基體和耐高溫涂層的熱膨脹系數之間。

進一步的，所述凸臺結構包括半島型凸臺結構和/或孤島型凸臺結構。

進一步的，所述凸臺結構為孤島型凸臺結構。

進一步的，所述凸臺結構上布置的多個氣膜孔的中心線與所述部件基體的表面垂直。

進一步的，在所述部件基體上迎著高溫氣流的方向的前端還設置有中心線傾斜的氣膜孔，且所述氣膜孔的出氣方向與所述高溫氣流的方向相對。

進一步的，所述橫向凹槽和縱向凹槽均導圓角。

進一步的，所述橫向凹槽和縱向凹槽的排數根據所述部件基體的尺寸確定，所述凸臺結構的面積由所述氣膜孔的孔徑確定。

基于上述技術方案，本實用新型在接觸到高溫氣流的部件基體上離散的設置多排且相互交錯的凹槽，這些凹槽內布置粘合層和耐高溫涂層，耐高溫涂層通過粘合層附著在部件基體上。這種凹槽結構可以形成類似于網格狀的耐高溫涂層，增加了耐高溫涂層與部件基體粘合的面積，使得耐高溫涂層粘接得更加緊密，另外由于凹槽結構的存在使得耐高溫涂層在平行于部件基體表面的方向上不容易發生松動，也使得耐高溫涂層更難以脫落。相比于現有的大面積的整體涂層結構，這種凹槽結構可形成相對小塊的涂層區域，即便某塊涂層區域發生脫落時，其他涂層區域則仍然會比較牢固的粘結在部件基體上，不容易導致整體涂層全部脫落。在凹槽之間所形成的凸臺結構上布置得氣膜孔可以在氣膜孔出口處形成冷卻氣膜，該冷卻氣膜與耐高溫涂層共同作用可以在涂層結構表面形成較小的溫度梯度，實現較好的部件冷卻效果。

在另一個實施例中，所述耐高溫涂層的表面與所述部件基體的表面形成平滑過渡的平整表面。這種平滑過渡的平整表面可以避免在表面上形成局部高溫點，從而實現較好的部件冷卻效果。

在另一個實施例中，所述粘合層的熱膨脹系數介于所述部件基體和耐高溫涂層的熱膨脹系數之間。這種熱膨脹系數的關系可以盡量消除部件基體與耐高溫涂層之間的熱膨脹程度較大差異所帶來的影響。

在另一個實施例中，所述凸臺結構包括半島型凸臺結構和/或孤島型凸臺結構。優選的，所述凸臺結構為孤島型凸臺結構。相比于半島型凸臺結構，孤島型凸臺結構更易于加工，且可減少邊緣應力。