[發明專利]用于先進膜冷卻的具有小復雜特征的CMC制品

有效

• 申請號: 201610866284.1
• 申請日: 2016-09-30
• 公開（公告）號: CN107143382B
• 公開（公告）日: 2020-04-28
• 發明（設計）人: R.S.班克;K.R.菲爾德曼;D.R.史密斯;K.D.賈利爾;D.S.馬泰因;R.A.武科哈
• 申請（專利權）人: 通用電氣公司
• 主分類號: F01D5/18
• 分類號: F01D5/18;F01D5/14;F01D9/04;F01D25/14;F02C7/18;F23R3/58
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 嚴志軍;周心志

提供了一種用于生成熱燃燒氣流(H)的燃氣渦輪發動機(10)的發動機構件(80)。發動機構件(80)可包括基底(82)，基底(82)由CMC材料構造且具有面對熱燃燒氣流(H)的熱表面(84)和面對冷卻流體流(C)的冷卻表面(86)。基底(82)限定膜孔(90)，膜孔(90)延伸穿過基底(82)且具有設在冷卻表面(86)上的入口(92)和設在熱表面(84)上的出口(94)、以及連接入口(86)和出口(94)的通路(96)。發動機構件(80)還包括在熱表面(84)上設在出口(94)上游的流動調節結構(112)。流動調節結構(112)可包括從熱表面(84)延伸的凸脊。

技術領域

本發明大體上涉及陶瓷基質渦輪發動機構件，且更具體而言，涉及具有小復雜特征的陶瓷基質復合物燃氣渦輪發動機構件。

背景技術

為了提高燃氣渦輪發動機的效率和性能，以便提供增大的推力與重量比、較低的排放和改善的比燃料消耗率，渦輪發動機被指派在較高的溫度下操作。較高的溫度達到且超過發動機的熱區段(且具體而言發動機的渦輪區段)中構件的材料的極限。由于現有的材料不可耐受較高的操作溫度，故需要開發用于在高溫環境中使用的新材料。

由于發動機操作溫度已提高，故已開發出了冷卻組成燃燒器和渦輪翼型件的高溫合金的新方法。例如，將陶瓷熱屏障涂層(TBC)應用到燃燒的熱流出氣體的射流中的構件的表面，以降低熱傳遞速率，對下面的金屬提供熱保護，且允許構件耐受較高的溫度。這些改善有助于降低構件的峰值溫度和熱梯度。還引入冷卻孔來提供膜冷卻，以改善熱能力或熱保護。同時，開發了陶瓷基質復合物以作為高溫合金的替代物。在許多情況中，陶瓷基質復合物(CMC)提供優于金屬的改善的溫度和密度優點，使得它們為當期望較高的操作溫度和/或減輕的重量時的材料選擇。

CMC具有相對低的導熱性，且因此非常適于在高溫環境中長時間使用。熱氣體中的CMC構件被猛烈地膜冷卻，特別是在具有不同地未冷卻的后緣的設計中。然而，改善的膜冷卻性能可減少所需的冷卻膜流量并且/或者提高CMC構件的耐用性。

發明內容

本發明的方面和優點將在以下描述中部分地闡述，或可從描述中而是顯而易見的，或可通過本發明的實踐而習得。

一般提供發動機構件以用于生成熱燃燒氣流的燃氣渦輪發動機。在一個實施例中，發動機構件包括基底，該基底由CMC材料構成，且具有面對熱燃燒氣流的熱表面和面對冷卻流體流的冷卻表面。熱燃燒氣流相對于熱表面大體上限定上游方向和下游方向。基底限定膜孔，該膜孔延伸穿過基底且具有設在冷卻表面上的入口和設在熱表面上的出口、以及連接入口和出口的通路。發動機構件還包括流動調節結構，該流動調節結構在熱表面上設在出口的上游。在一個特定實施例中，流動調節結構包括從熱表面延伸的凸脊。

技術方案1：一種用于生成熱燃燒氣流的燃氣渦輪發動機的發動機構件，包括：

基底，其由CMC材料構造且具有面對所述熱燃燒氣流的熱表面和面對冷卻流體流的冷卻表面，所述熱燃燒氣流大體上限定相對于所述熱表面的上游方向和下游方向，且其中，所述基底限定膜孔，所述膜孔延伸穿過所述基底且具有設在所述冷卻表面上的入口、設在所述熱表面上的出口、和連接所述入口和所述出口的通路；和

流動調節結構，其在所述熱表面上設在所述出口的上游，其中，所述流動調節結構包括在所述熱表面的切線上方延伸的凸脊。

技術方案2：根據技術方案1所述的發動機構件，其中，所述凸脊圍繞所述出口的上游邊緣的至少50%延伸。

技術方案3：根據技術方案1所述的發動機構件，其中，所述凸脊圍繞所述出口的上游邊緣的至少75%延伸。

技術方案4：根據技術方案1所述的發動機構件，其中，所述凸脊由緩沖區與所述出口分開。