[發明專利]用于燃氣渦輪機的冷卻復合板

有效

• 申請號: 201480014992.1
• 申請日: 2014-01-24
• 公開（公告）號: CN105143609B
• 公開（公告）日: 2017-05-31
• 發明（設計）人: P·詹金森;M·麥克納
• 申請（專利權）人: 西門子股份公司
• 主分類號: F01D5/18
• 分類號: F01D5/18;F23R3/00
• 代理公司: 北京市金杜律師事務所11256
• 代理人: 王茂華

技術領域

本發明涉及一種用于燃氣渦輪機的層壓板，其包括用于冷卻流體的冷卻通道。此外，本發明涉及一種制造用于燃氣渦輪機的層壓板的方法。

背景技術

為了增大燃氣渦輪機的功率和效率，在現代燃氣渦輪機中的入口溫度變得越來越高。出于這個原因，越來越多的渦輪機部件需要某種冷卻結構，以達到可接受的壽命。然而，增加例如冷卻空氣的使用對燃氣渦輪機的效率具有負面影響，使得需要更有效的冷卻方法。例如，這可以通過使用形成為較小部件的復雜冷卻特征來在所述較小部件上實現。然而，對于例如由金屬板制成的更大結構，可用的冷卻方法比通過精密鑄造或機械加工等制成的那些部件有限得多。

通過由始終特殊材料制造渦輪機部件，已使用于燃氣渦輪機部件的預先制造結構適合于在更高的溫度環境下使用。這種特殊材料的使用是昂貴的，并且受到可用材料的限制。

可替代地，已知的是使用彼此間隔開的雙層部件，使得冷卻流體在部件之間流動。由于復雜的布置和相互之間的對準，這種雙部件的設計是昂貴的，并且限制了渦輪機部件的設計和輪廓的靈活性。

US4168348披露了一種用于燃氣渦輪機的燃燒室的穿孔層壓材料。該材料包括至少兩個穿孔材料的鄰接板，所述穿孔非對齊并由形成在鄰接板的鄰接表面的兩個上的一系列通道相互連接。

US3584972披露了由結合在一起的兩個或更多個金屬層組成的受控多孔特性的板材，所述層被光刻或以其它方式機械加工以限定穿過層的孔以及層的鄰接面之間的通路。板可以用于渦輪機葉片或燃氣渦輪機的其他熱部件。

發明內容

本發明的一個目的是提供一種用于燃氣渦輪機部件的層壓板，其中，層壓板的制造成本和復雜度降低。

這個目的可以通過根據獨立權利要求的用于燃氣渦輪機部件的層壓板和制造燃氣渦輪機部件的方法來解決。

根據本發明的第一方面，提供了一種用于燃氣渦輪機部件的層壓板。層壓板包括第一覆蓋層、第二覆蓋層和第一中間層。第一覆蓋層、第二覆蓋層和第一中間層彼此疊置地被堆疊在一起，其中第一中間層位于第一覆蓋層和第二覆蓋層之間。第一中間層包括至少一個第一細長通孔，其中，冷卻流體可流動通過第一細長通孔。換句話說，圍繞第一細長通孔的第一中間層的材料、第一覆蓋層和第二覆蓋層形成第一冷卻通道，冷卻流體可流動通過該第一冷卻通道。

根據本發明的另一方面，提供一種制造用于燃氣渦輪機的層壓板的方法。根據該方法，至少一個第一細長通孔被形成到第一中間層內。第一覆蓋層、第二覆蓋層和第一中間層彼此疊置地被堆疊在一起。第一中間層位于第一覆蓋層和第二覆蓋層之間。冷卻流體可流動通過第一細長通孔。第一細長通孔、第一覆蓋層和第二覆蓋層形成冷卻通道，冷卻流體可流動通過該冷卻通道。

燃氣渦輪機部件可被用于例如建立燃氣渦輪機的導向葉片、渦輪葉片或燃燒室。該層壓板可形成相應氣體渦輪機部件的壁元件或外殼的一部分。該層壓板可以是氣體渦輪機部件的與燃氣渦輪機的熱工作氣體相接觸的一部分。

第一覆蓋層、第二覆蓋層和相應的中間層可以由金屬材料制成。第一覆蓋層、第二覆蓋層和第一中間層可包括相同的材料，或者可以相對于彼此具有不同的材料。例如，第一覆蓋層、第二覆蓋層或第一中間層中的一個可以由金屬材料制成，其中其它層由不同材料種類形成，例如玻璃或陶瓷材料或碳纖維，或者反之亦然。

在一個示例性實施例中，外覆蓋層(例如第一覆蓋層，其可以暴露于渦輪機的熱工作氣體)可以相對于第一/第二中間層和內覆蓋層(例如暴露于冷卻流體的第二覆蓋層)由不同的材料制成，以便適合其各自的條件。第一覆蓋層可以(在外部)位于氣體洗滌(熱)的氧化體系內，并且第二覆蓋層可以(在內部)位于冷卻空氣(冷卻劑)基本上惰性體系內或另選地在腐蝕體系內。具體而言，第一(例如外)覆蓋層包括第一材料，特別是耐氧化材料，并且第一中間層、第二中間層和/或第二(例如內)覆蓋層包括第二材料，特別是耐腐蝕材料。這可以提高壽命并降低成本。

在第一覆蓋層和第二覆蓋層之間可被插入多個中間層。因此，層壓板可以包括多個層，特別是第一覆蓋層、第二覆蓋層和多個相應的第一和/或第二中間層的堆疊。