[發明專利]利用帽元件形成用于渦輪構件的冷卻通路的方法

在審

• 申請號: 201910008543.0
• 申請日: 2019-01-04
• 公開（公告）號: CN110005472A
• 公開（公告）日: 2019-07-12
• 發明（設計）人: T.E.戴森;J.R.格雷格;N.W.拉泰
• 申請（專利權）人: 通用電氣公司
• 主分類號: F01D5/18
• 分類號: F01D5/18;F01D9/02
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 張珺;金飛

本發明涉及利用帽元件形成用于渦輪構件的冷卻通路的方法。具體而言，公開了在渦輪構件上形成冷卻通路的方法，渦輪構件具有帶內表面和外表面的構件壁。開口形成為穿過構件壁，且流體地連接內表面和外表面。開口包括從內表面延伸至計量端的計量區段，以及從計量端延伸至外表面的擴散器區域。加入預成型帽元件來閉合擴散器區域的一部分，以形成冷卻通路，冷卻通路具有從計量端延伸至外表面的擴散區段。預成型金屬帽元件包括凸起，其在外表面的內部延伸，且進入擴散區域中，以限定擴散區段的面向內的區段。冷卻通路延伸穿過構件壁，且流體地連接內表面和外表面。

相關申請的交叉引用

本申請涉及同時提交且目前未決的美國申請第15/862932號（GE卷號320551-1）。

技術領域

本公開內容大體上涉及渦輪構件冷卻，且更具體地涉及利用金屬帽元件形成用于渦輪構件的冷卻通路的方法，以及這樣形成的渦輪構件。

背景技術

燃氣渦輪葉片和噴嘴的翼型件暴露于過量的熱負載。翼型件通常覆蓋有高集中度的熱障涂層（TBC）。因此，TBC經歷剝落，這使得更難冷卻翼型件。為了冷卻翼型件，冷卻劑通常經由冷卻通路從翼型件的內室穿過孔引入翼型件的外表面。布置了大量冷卻通路，這在翼型件中產生許多孔。在前緣處，冷卻通路布置可稱為噴頭布置。理想地，冷卻劑產生冷卻膜，即，跨過且接近翼型件表面的流，冷卻膜沿翼型件表面向下游延伸。

在前緣上，具有傳統圓形或圓錐形的出口孔的冷卻通路相對于表面沿徑向定向，即，它們是相對于熱氣體流動方向垂直地鉆取的。因此，冷卻流必須急轉彎，且易于吹離翼型件表面，這可能降低冷卻劑覆蓋和沿側向平均的冷卻有效性。具有成形的擴散出口孔的冷卻通路通常用于翼型件上的其它區域中，且具有相對較高的冷卻有效性，但由于前緣的小曲率半徑而未在前緣中成功地使用。即，成形的擴散出口孔需要使用傳統的制造方法幾乎垂直于表面鉆取。該布置導致了冷卻性能降低。與位置無關，復雜膜冷卻通路幾何形狀通常難以利用常規鉆孔來制造。

除以上挑戰之外，不斷需要減少總體冷卻劑使用，以在保持可接受的零件溫度的同時提高渦輪效率。為了減小總體冷卻流，通常使用了較少冷卻通路，導致孔之間的間距增大。因此，各個冷卻通路必須提高側向平均的冷卻有效性，且提高側向冷卻劑覆蓋。提供此功能性的一種途徑在于產生精確的冷卻通路結構，但很難定制內部構件壁結構，例如，在未提供視線的情況下。許多先進的膜設計依靠增材制造來產生改善的冷卻通路，但在該技術可在熱氣體路徑區段中投入廣泛使用之前，需要克服許多挑戰。

發明內容

本公開內容的第一方面提供了一種在渦輪構件上形成冷卻通路的方法，渦輪構件具有帶內表面和外表面的構件壁，該方法包括：形成穿過構件壁且流體地連接內表面和外表面的開口，開口包括從內表面延伸至計量端的計量區段，以及從計量端延伸至外表面的擴散器區域；以及跨過開口的擴散區域的一部分加入預成型金屬帽元件，以閉合擴散器區域的該部分來形成冷卻通路，冷卻通路具有從計量端延伸至外表面的擴散區段，金屬帽元件材料包括凸起，凸起在構件壁的外表面的內部延伸且進入擴散區域，以限定擴散區段的面向內的區段，其中冷卻通路延伸穿過構件壁，且流體地連接內表面和外表面。

本公開內容的第二方面提供了一種在渦輪構件上形成冷卻通路的方法，渦輪構件具有帶內表面和外表面的構件壁，該方法包括：形成穿過構件壁且流體地連接內表面和外表面的開口，開口包括從內表面延伸至計量端的計量區段，以及從計量端朝外表面延伸的擴散器區域；加入金屬帽元件材料來閉合外表面處的開口的擴散器區域，且限定擴散區段，擴散區段從計量端延伸至外表面，金屬帽元件材料包括凸起，凸起在構件壁的外表面的內部延伸，且延伸入擴散區域，以限定擴散區段的面向內的區段；以及允許移除金屬帽元件材料的區段來形成冷卻通路，冷卻通路延伸穿過金屬帽元件材料和構件壁來流體地連接內表面和外表面。