[發(fā)明專利]用于工業(yè)機器的熱氣路徑中的部件

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201810554271.X
• 申請日: 2018-05-31
• 公開（公告）號: CN108979733B
• 公開（公告）日: 2022-10-14
• 發(fā)明（設(shè)計）人: B.P.萊西;B.P.阿內(nèi)斯;V.J.摩根;S.W.特什
• 申請（專利權(quán)）人: 通用電氣公司
• 主分類號: F01D5/18
• 分類號: F01D5/18
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 蔡宗鑫;譚祐祥

本發(fā)明公開一種用于工業(yè)機器的熱氣路徑中的部件。所述部件包括主要冷卻路徑和次要冷卻路徑。主體包括攜帶冷卻介質(zhì)的內(nèi)部冷卻回路。主要冷卻路徑在所述主體中在內(nèi)部間隔開且攜帶來自內(nèi)部冷卻回路的冷卻介質(zhì)的主要流。次要冷卻路徑處于所述主體中，且與內(nèi)部冷卻回路流體連通。所述次要冷卻路徑與所述主要冷卻路徑非流體連通，且與所述主要冷卻路徑在內(nèi)部間隔開。響應(yīng)于過熱事件出現(xiàn)，所述次要冷卻路徑打開以允許冷卻介質(zhì)的次要流流到所述主體的外表面和/或所述主要冷卻路徑。所述主要流在所述過熱事件之前在所述主要冷卻路徑中流動，且冷卻介質(zhì)的所述次要流直到打開所述次要冷卻路徑之后才流動。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明大體上涉及部件的冷卻，且更具體地說，涉及熱氣路徑部件的外表面附近的主要冷卻路徑和在所述主要冷卻路徑內(nèi)部的備用的次要冷卻路徑。

背景技術(shù)

工業(yè)機器中廣泛地使用暴露于高溫下的工作流體的熱氣路徑部件。舉例來說，燃氣渦輪系統(tǒng)包括具有數(shù)個級的渦輪，所述級具有從支撐轉(zhuǎn)子盤向外延伸的葉片(blades)。每一葉片包括熱燃燒氣體在其上方流動的翼型件(airfoil)。所述翼型件必須被冷卻以承受由燃燒氣體產(chǎn)生的高溫。不充分冷卻可引起翼型件上的應(yīng)力和氧化失效且可導(dǎo)致疲乏和/或損壞。所述翼型件因此一般是中空的，其中一個或多個內(nèi)部冷卻流動回路產(chǎn)生數(shù)個冷卻孔等等，冷卻空氣通過冷卻孔排出以將薄膜冷卻提供到翼型件的外表面。其它類型的熱氣路徑部件和其它類型的渦輪部件可以類似方式冷卻。

盡管許多模型和模擬可在給定部件在現(xiàn)場投入運行之前執(zhí)行，但部件或其任何區(qū)域可達到的準確溫度歸因于部件特定熱和冷部位而極大地不同。確切地說，部件可具有可受過熱不利影響的溫度相關(guān)屬性。因此，許多熱氣路徑部件可過冷卻以補償可在部件上產(chǎn)生的局部化熱點。然而，此類過度過冷卻可對總體工業(yè)機器輸出和效率具有負面影響。

盡管存在冷卻通道，但許多部件也依賴于施加到其外表面以保護部件的熱障涂層(thermal barrier coating；TBC)。如果熱氣路徑部件的TBC中出現(xiàn)被稱作散裂的斷裂或破裂，那么部件在散裂處的局部溫度可升高到危害性溫度。盡管內(nèi)部冷卻回路存在于部件內(nèi)的散裂(spall)部位處，但此情形可能出現(xiàn)。針對TBC散裂的一個方法是在TBC下方的冷卻孔中提供塞(plug)。當散裂出現(xiàn)時，通常通過暴露于足以熔融所述塞的熱來移除所述塞，冷卻孔打開且冷卻介質(zhì)可從流體連接到冷卻孔的內(nèi)部冷卻回路流動。所述塞可為多孔的以輔助其移除。此過程減少過冷卻。然而，形成塞是復(fù)雜的，需要對材料進行精確機械加工和/或精確熱或化學(xué)處理以產(chǎn)生塞。

關(guān)于冷卻的另一挑戰(zhàn)是處理如下情形：其中特定冷卻特征變得不再具操作性或阻止進一步過熱所需的冷卻量增大。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的第一方面提供一種用于工業(yè)機器的熱氣路徑中的部件，所述部件包括：主體(body)，其包括暴露于在所述熱氣路徑中具有高溫的工作流體的外表面(outersurface)；在所述主體中的內(nèi)部冷卻回路(internal cooling circuit)，其攜帶冷卻介質(zhì)；主要冷卻路徑(primary cooling pathway)，其在所述主體中與所述外表面在內(nèi)部間隔開(spaced internally from the outer surface)且與所述內(nèi)部冷卻回路流體連通，所述主要冷卻路徑將冷卻介質(zhì)的主要流(primary flow)從所述內(nèi)部冷卻回路流體地傳送通過所述主要冷卻路徑；和在所述主體中的次要冷卻路徑(secondary cooling pathway)，其與所述內(nèi)部冷卻回路流體連通，所述次要冷卻路徑與所述主要冷卻路徑非流體連通(fluidlyincommunicative)且在內(nèi)部與所述主要冷卻路徑間隔開，其中響應(yīng)于過熱事件(overheating event)，所述次要冷卻路徑在通向所述外表面和所述主要冷卻路徑中的至少一個的第一開口處打開(open)以允許冷卻介質(zhì)的次要流從所述次要冷卻路徑流到所述外表面和所述主要冷卻路徑中的至少一個，其中冷卻介質(zhì)的主要流在所述過熱事件之前在所述主要冷卻路徑中流動，且其中冷卻介質(zhì)的次要流直到所述過熱事件之后才在多個互連的次要冷卻路徑中流動。

上述本發(fā)明的第一方面可實施為技術(shù)方案1。