[发明专利]燃气涡轮发动机及其相关联的方法

说明书

一种形成燃气涡轮发动机部件的方法，该方法包括：在部件的预成型件结构中形成多个冷却孔径，预成型件结构的多个冷却孔径包括第一冷却孔径和第二冷却孔径，其中预成型件结构的第一冷却孔径和第二冷却孔径的横截面形状在相同的相对平面中测量时彼此不同；以及将涂层施加到预成型件结构的至少一部分以形成部件，其中部件的第一冷却孔径和第二冷却孔径的横截面形状在相同的相对平面中测量时彼此近似相同。

技术领域

本主题大体涉及燃气涡轮发动机，更具体地，涉及与冷却燃气涡轮发动机的各种部件相关联的结构和方法。

背景技术

燃气涡轮发动机包括压缩机，其中发动机空气被加压。燃气涡轮发动机还包括燃烧器，其中加压空气与燃料混合以生成热燃烧气体。在典型设计(例如，对于飞行器发动机或静止动力系统)中，从高压涡轮(HPT)中的气体提取为压缩机提供动力的能量，并且从低压涡轮(LTP)提取能量。低压涡轮为涡轮风扇飞行器发动机应用中的风扇提供动力，或为船用和工业应用的外部轴提供动力。

许多燃气涡轮发动机利用各种冷却系统来适应其中相对较高的温度。例如，对于飞行器应用，某些发动机部件可暴露于温度高达约3800°F(2093℃)的热气体下，对于静止发电应用，可暴露于温度高达约2700°F(1482℃)的热气体下。为了冷却暴露于热气体的部件，这些“热气体路径”部件可以具有内部对流和外部膜冷却。

在膜冷却的情况下，多个冷却孔可从部件的相对冷的表面延伸到部件的“热”表面。冷却孔通常是圆柱形的孔，该孔通过部件的壁以浅角度倾斜。膜冷却是温度控制的重要机构，因为它降低了从热气体到部件表面的入射热通量。可以使用许多技术来形成冷却孔；取决于各种因素，例如，孔的必要深度和形状。激光钻孔、水射流切割和电火花加工(EDM)是经常用于形成薄膜冷却孔的技术。膜冷却孔通常布置在一排排紧密隔开的孔中，这些孔可以共同地在外表面上提供大面积冷却覆盖层。

冷却剂空气通常是从压缩机排出的压缩空气，然后绕过发动机燃烧区，并通过冷却孔送入热表面。冷却剂在热部件表面和热气流之间形成保护“膜”，从而帮助保护部件免受加热。此外，可以在热表面上采用保护涂层，例如热障涂层(TBC)，以增加部件的操作温度。

在设计最合适的膜冷却系统时，各种考虑都很重要。例如，通常需要一定体积的空气在部件的热表面上流动，并且对于该空气的大部分来说尽可能长时间地保持附着在热表面上可能的有益的。此外，由于大量的膜冷却孔需要从发动机压缩机排出更大量的空气，因此如果存在太多的冷却孔，则发动机效率可能会受损。此外，由于未来的涡轮发动机设计可能涉及甚至更高的操作温度，因此改进的膜冷却系统可能具有甚至更大的重要性。

考虑到这些，改进燃气涡轮发动机的膜涂层冷却能力的新方法和新结构将受到本领域的欢迎。

发明内容

本发明的方面和优点将在下面的描述中部分阐述，或者可以从描述中显而易见，或者可以通过本发明的实践来学习。

在本公开的一个示例性方面中，一种形成燃气涡轮发动机部件的方法，该方法包括：在部件的预成型件结构中形成多个冷却孔径，预成型件结构的多个冷却孔径包括第一冷却孔径和第二冷却孔径，其中预成型件结构的第一冷却孔径和第二冷却孔径的横截面形状在相同的相对平面中测量时彼此不同；以及，将涂层施加到预成型件结构的至少一部分以形成部件，其中部件的第一冷却孔径和第二冷却孔径的横截面形状在相同的相对平面中测量时彼此近似相同。

在本公开的另一示例性方面，一种燃气涡轮发动机部件的预成型件结构，预成型件结构包括：在预成型件结构中的多个冷却孔径，多个冷却孔径包括：第一冷却孔径，第一冷却孔径从具有第一横截面比例因子的第一开口延伸穿过预成型件结构；第二冷却孔径，第二冷却孔径从具有第二横截面比例因子的第二开口延伸穿过预成型件结构；和第三冷却孔径，第三冷却孔径从具有第三横截面比例因子的第三开口延伸穿过预成型件结构，其中，第一开口、第二开口和第三开口沿着直线布置，其中，第二开口基本上等距地设置在第一开口和第三开口之间，并且其中，第二比例因子在第一比例因子和第三比例因子之间。