[發明專利]具有雙面冷卻特征的部件及制造方法

無效

• 申請號: 201410141484.1
• 申請日: 2014-04-09
• 公開（公告）號: CN104100308A
• 公開（公告）日: 2014-10-15
• 發明（設計）人: R.S.班克
• 申請（專利權）人: 通用電氣公司
• 主分類號: F01D25/12
• 分類號: F01D25/12
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 肖日松;楊炯

技術領域

本發明總體上涉及一種燃氣渦輪發動機，確切地說，涉及其中的微通道冷卻。

背景技術

在燃氣渦輪發動機中，空氣在壓縮機中壓縮并且在燃燒器中與燃料混合以產生高溫燃燒氣體。從高壓渦輪機（HPT）中的氣體提取能量來驅動壓縮機，并且從低壓渦輪機（LPT）中的氣體提取能量來驅動渦輪風扇式飛機發動機應用中的風扇，或者驅動海洋和工業應用中的外軸。

發動機效率隨燃燒氣體溫度的升高而提高。但是，燃燒氣體會加熱沿其流動通道的多個部件，因此需要對其進行冷卻，從而以可接受方式延長發動機壽命。通常，使用從壓縮機排出的空氣來冷卻高溫氣體通道部件。此冷卻過程會降低發動機效率，因為排出空氣不用于燃燒過程中。

燃氣渦輪發動機冷卻技術十分成熟，包括涉及冷卻回路的多個方面以及多個高溫氣體通道部件特征的許多專利。例如，燃燒器包括徑向外部和內部襯里，因此所述襯里需要在運行期間冷卻。渦輪機噴嘴（nozzles）包括支撐在外內圍帶之間的中空輪葉，因此所述輪葉也需要進行冷卻。渦輪機轉子葉片中空，其中通常包括冷卻回路，葉片周圍設有渦輪機圍帶，因此所述渦輪機圍帶也需要進行冷卻。高溫燃燒氣體經由排氣口排出，因此該排氣口也可以配備襯里并適當冷卻。

在全部這些示例性燃氣渦輪發動機部件中，通常使用高強度超級合金金屬薄壁來減少部件重量并最大限度地減小其冷卻需求。針對這些不同部件在發動機中的對應環境為其定制不同冷卻回路和特征。例如，可以在高溫氣體通道部件中形成一系列內部冷卻通道，或者螺旋形通道。冷卻流體可以從腔室提供給螺旋形通道；并且冷卻流體可以流過這些通道、冷卻高溫氣體通道部件襯底以及任何相關涂層。但是，此冷卻策略通常會相對降低傳熱效率，同時致使部件溫度分布不均勻。

使用微通道冷卻技術可以大幅降低冷卻要求。通常，微通道冷卻以盡可能接近熱通量源的方式提供冷卻，具體來說，在外部或高溫側設置冷卻通道，從而針對指定傳熱速率降低承載襯底材料高溫側與低溫側之間的溫差。但是，許多部件需要的總體冷卻效率或靈活性水平可能高于僅在外部或高溫側設置微通道所能實現的水平。

因此，需要提供一種在高溫氣體通道部件中形成冷卻通道的方法，以便提高冷卻能力、效率和靈活性，同時降低制造時間和技術要求。

發明內容

本發明的一方面在于一種制造方法，所述方法包括提供襯底，所述襯底具有內表面、外表面和至少一個內部空間。所述方法還在所述襯底的外表面中或者設置在所述襯底的所述外表面上的涂層中形成一個或多個凹槽，其中每個凹槽至少部分沿所述外表面延伸。所述方法還在所述襯底的所述內表面中或者設置在所述襯底的所述內表面上的涂層中形成一個或多個凹槽，其中每個凹槽至少部分沿所述內表面延伸，以在所述襯底的所述內表面上限定一個或多個冷卻凹槽。所述方法還將結構涂層涂覆到以下項中的至少一項上，以在所述襯底的所述外表面上限定一個或多個通道：所述襯底的所述外表面的一部分，或者設置在所述襯底的所述外表面上的涂層的一部分。

其中，所述一個或多個凹槽中的每個凹槽使用以下項中的一項或多項形成：磨料液體噴射、浸漬電解加工（ECM）、使用旋轉電極的電火花加工（EDM）、銑削EDM、鑄造以及/或者激光加工。

其中，在所述襯底的所述外表面和所述內表面中形成一個或多個凹槽的步驟進一步包括在所述襯底的一部分內形成所述一個或多個凹槽的至少一部分。

所述的制造方法進一步包括對所述襯底的內表面或外表面中至少一者的至少一部分或者設置在所述襯底的所述內表面或外表面中至少一者上的涂層的表面的至少一部分進行處理，以使所述襯底或者鄰近對應凹槽頂部的所述涂層中的至少一者發生塑性變形，從而減小穿過所述凹槽頂部的間隙。

其中，處理包括執行以下項中的一項或多項，以使所述襯底或鄰近所述凹槽的所述涂層中的至少一者發生塑性變形：對所述表面執行噴砂處理、對所述表面進行水射流噴砂處理、對所述表面執行擋板噴砂處理、對所述表面進行重力噴砂處理、對所述表面進行超聲噴砂處理、對所述表面進行拋光處理、對所述表面進行低塑性拋光處理以及對所述表面進行激光噴砂處理。

其中，所述涂層包括以下項中的一項或多項：外結構涂層、粘合涂層和熱障涂層。

所述的制造方法進一步包括通過在所述襯底的所述外表面中加工形成一個或多個凹槽；在所述襯底的所述內表面中加工形成一個或多個凹槽；以及將結構涂層涂覆到所述襯底的所述外表面的至少一部分上，以在所述襯底的所述外表面中限定一個或多個通道。