[发明专利]带有冷却通道的构件及制造方法

说明书

技术领域

本发明大体上涉及燃气涡轮发动机，并且更具体而言，涉及在燃气涡轮发动机中冷却的微通道。

背景技术

在燃气涡轮发动机中，空气在压缩机中加压，并在燃烧器中与燃料混合，以生成热燃烧气体。在高压涡轮(HPT)和低压涡轮(LPT)中从气体提取能量，高压涡轮(HPT)为压缩机提供动力，低压涡轮(LPT)为涡轮风扇飞机发动机应用中的风扇提供动力，或者为航海与工业应用的外部轴提供动力。

发动机效率随燃烧气体的温度而增加。然而，燃烧气体沿其流动路径加热各种构件，这继而需要这些构件的冷却以实现较长的发动机寿命。通常，热气路径构件通过从压缩机抽出空气来冷却。该冷却过程降低发动机效率，因为抽出的空气没有在燃烧过程中使用。

燃气涡轮发动机冷却领域是成熟的，并且包括用于各种热气路径构件中的冷却回路和特征的各个方面的众多专利。例如，燃烧器包括径向外衬套和径向内衬套，其在操作期间需要冷却。涡轮喷嘴包括支撑在外带和内带之间的中空导叶，其也需要冷却。涡轮转子叶片是中空的，并且通常包括在其中的冷却回路，叶片被涡轮护罩围绕，其也需要冷却。热燃烧气体通过排气口排放且被适当地冷却，排气口也可带衬套。

在所有这些示例性燃气涡轮发动机构件中，通常使用高强度超合金金属的薄金属壁来提高耐久性，同时减小其冷却需求。各种冷却回路和特征针对这些单独的构件在发动机中的它们的对应环境中被定制。例如，在热气路径构件中可以形成一系列内部冷却通道或蛇形结构。冷却流体可从增压室提供到蛇形结构，并且冷却流体可以流动通过该通道，冷却热气路径构件基底和涂层。然而，这种冷却策略通常导致相对低的传热速率和不均一的构件温度分布。

通过使冷却尽可能地靠近受热区域进行，由此对于给定的传热速率来说减小主承载基底材料的热侧和冷侧之间的温差，微通道冷却具有显著降低冷却要求的可能性。然而，每个微通道需要膜出口，膜出口的精确定位可能是有挑战性的。由于热气路径构件可包括几百个微通道，因而必须精确定位几百个膜出口。

因此，将希望提供一种用于形成微通道的出口区域的稳健而有效的方法。

发明内容

本发明的一个方面涉及一种包括在包括基底的构件中形成一个或更多凹槽的制造方法。每个凹槽至少部分地沿基底延伸，并且具有底部、顶部和至少一个排放端。该制造方法还包括形成凹坑，使得凹坑与每个凹槽的相应排放端流体连接；以及在基底的外表面的至少一部分上方设置涂层。(多个)凹槽和涂层一起限定用于冷却所述构件的一个或更多通道。涂层不完全跨接一个或更多凹坑中的每一个，使得每个凹坑限定膜出口。

本发明的另一个方面涉及一种构件，该构件包括基底，基底包括外表面和内表面。该构件限定了一个或更多凹槽和一个或更多凹坑。每个凹槽至少部分地沿基底延伸，并且具有底部和至少一个排放端。每个凹坑与相应凹槽的相应排放端流体连接。该构件还包括设置在基底的外表面的至少一部分上方的涂层，使得(多个)凹槽和涂层一起限定用于冷却所述构件的一个或更多通道。涂层不完全跨接一个或更多凹坑中的每一个，使得每个凹坑为相应通道限定穿过涂层的膜出口。

附图说明

当参考附图阅读下面的详细描述时，本发明的这些和其它的特征、方面及优点将变得更好理解，在所有图中类似的标记表示类似的部分，在附图中：

图1是燃气涡轮系统的示意图；

图2是根据本发明的方面的带有冷却通道的示例翼型构造的示意性剖视图；

图3以透视图示意性地描绘了三个示例凹入形冷却凹槽，这些冷却凹槽部分地沿基底表面延伸，并将冷却剂导引至带凹坑的出口区域；

图4示意性地描绘了带有垂直于基底外表面的周边的出口凹坑的截面；

图5示意性地描绘了带有相对于基底外表面向外倾斜的周边的出口凹坑的截面；

图6示意性地描绘了带有相对于基底外表面向内倾斜的周边的出口凹坑的截面；

图7以透视图示意性地描绘了三个示例凹入形冷却通道，这些冷却通道部分地沿基底表面延伸，并将冷却剂导引至带凹坑的出口区域，该出口区域至少部分地延伸通过设置在基底上方的涂层；

图8是图7的示例冷却通道中的一个的剖视图，并且示出了将冷却剂从进入孔输送到带凹坑的出口区域的通道；

图9是示例冷却通道中的一个的一部分的剖视图，该通道带有设置在结构涂层上方的额外的第二涂层，例如热障涂层，其中第二涂层也往下涂布在凹坑内；

图10示出图9的示例冷却通道，其中第二涂层从凹坑被移除，并且凹坑周边相对于基底的外表面向外倾斜；