[发明专利]自适应地打开的冷却路径

说明书

一种工业机器的热气路径部件包括冷却路径。所述部件包括：包括外部表面的主体；所述外部表面之上的热屏障涂层(TBC)，所述TBC暴露于具有高温的工作流体；和所述主体中携载冷却介质的内部冷却回路。冷却路径处于所述主体中并与所述内部冷却回路流体连通。所述冷却路径包括所述主体中的终止端和沿着所述外部表面延伸并通过第一间距而与所述外部表面内部地间隔开的长度。响应于所述TBC中在所述冷却路径之上的位置处出现散裂和所述高温到达或超过所述主体的预定温度，所述冷却路径在穿过所述第一间距的所述位置处打开以允许所述冷却介质流过。

技术领域

本申请大体上涉及部件的冷却，且更确切地说涉及热气路径部件的外部表面附近和热屏障涂层内的冷却路径。

背景技术

工业机器中广泛地使用暴露于高温下的工作流体的热气路径部件。举例来说，燃气涡轮系统包括具有数个级的涡轮，所述级具有从支撑转子盘向外延伸的叶片(blade)。每一叶片包括热燃烧气体在其上方流动的翼型件。所述翼型件必须冷却以承受由燃烧气体产生的高温。不充分冷却可引起翼型件上的应力和氧化失效且可导致疲乏和/或损坏。所述翼型件因此一般是中空的，其中一个或多个内部冷却流动回路产生数个冷却孔等等。冷却空气通过冷却孔排出以将薄膜冷却提供到翼型件的外部表面。其它类型的热气路径部件和其它类型的涡轮部件可以以类似方式冷却。

尽管许多模型和模拟可在给定部件在现场投入运行之前执行，但部件或其任何区域可达到的准确温度归因于部件特定热和冷位置而极大地不同。确切地说，部件可具有可受过热不利影响的温度相关属性。因此，许多热气路径部件可过冷却以补偿可在部件上产生的局部化热点。然而，此类过度过冷却可对总体工业机器输出和效率具有负面影响。

尽管存在冷却通道，但许多部件也依赖于施加到其外部表面以保护部件的热屏障涂层(TBC)。如果热气路径部件的TBC中出现被称作散裂的断裂或破裂，那么部件在散裂处的局部温度可升高到危害性温度。尽管内部冷却回路存在于部件内的散裂位置处，但此情形也可能出现。解决TBC散裂的一种途径将塞提供到TBC之下的冷却孔中。当散裂出现时，通常通过暴露于足以熔融所述塞的热来移除所述塞，冷却孔打开且冷却介质可从流体连接到冷却孔的内部冷却回路流动。所述塞可为多孔的以辅助其移除。这个工艺会减少过冷却。然而，形成塞是复杂的，需要对材料进行精确机械加工和/或精确热或化学处理以产生塞。

发明内容

本申请的第一方面提供一种用于工业机器的热气路径中的部件，所述部件包括：包括外部表面的主体；在所述外部表面之上的热屏障涂层，所述热屏障涂层暴露于具有高温的工作流体；所述主体中携载冷却介质的内部冷却回路；和在所述主体中并与所述内部冷却回路流体连通的冷却路径，所述冷却路径包括所述主体中的终止端和沿着所述外部表面延伸且通过第一间距而与所述外部表面内部地间隔开的长度，其中响应于所述热屏障涂层中在所述冷却路径之上的位置处出现散裂和所述高温到达或超过所述主体的预定温度，所述冷却路径在穿过所述第一间距的位置处打开以允许所述冷却介质流过。

本申请的第二方面提供一种用于工业机器的热气路径中的部件，所述部件包括：包括外部表面的主体；在所述外部表面之上的热屏障涂层，所述热屏障涂层暴露于具有高温的工作流体；所述主体中携载冷却介质的内部冷却回路；和在所述主体中并与所述内部冷却回路流体连通的冷却路径，所述冷却路径包括所述主体中的终止端和沿着所述外部表面延伸且通过第一间距而与所述外部表面内部地间隔开的长度，其中所述终止端通过第二间距而与所述外部表面内部地间隔开，所述第二间距小于所述第一间距，其中响应于所述热屏障涂层中在所述终止端之上的位置处出现散裂和所述高温到达或超过所述主体的预定温度，所述冷却路径在所述终止端之上并穿过所述第二间距的所述位置处打开以允许所述冷却介质流过。