具有近壁冷却特征的热气体路径部件制造技术

本发明专利技术公开了一种具有近壁冷却特征的热气体路径部件。此外，本发明专利技术还公开了一种在热气体路径部件中提供微通道的方法，该方法包括在热气体路径部件的衬底的外部表面中形成第一微通道。第二微通道形成于热气体路径部件的外部表面中，使得该第二微通道与第一微通道分开具有第一宽度的表面间隙。该方法还包括将钎焊板布置在热气体路径部件的外部表面上，使得钎焊板覆盖第一微通道和第二微通道的至少一部分，以及加热钎焊板以使其结合到热气体路径部件的外部表面的至少一部分。

Hot gas path components with near wall cooling characteristics

The invention discloses a hot gas path component with a near wall cooling characteristic. In addition, the invention also discloses a method for providing a micro channel in a hot gas path component. The second microchannel is formed in an outer surface of the hot gas path member such that the second microchannel is separated from the first microchannel with a first width of the surface gap. The method also includes brazing plate is arranged on the external surface of the hot gas path components, the brazing sheet covering the first micro channel and micro channel second and at least a portion of the brazing plate so that the combination of at least a portion of the outer surface of the hot gas path components.

【技术实现步骤摘要】
联邦研究声明本专利技术的主题是根据由能源部(DOE，Department of Energy)授予的合同No.DE-FC26-05NT42643在美国联邦政府支持下进行的，并且美国联邦政府在本说明书要求保护的主题中享有某些权利。
本专利技术的领域总体涉及涡轮发动机，并且更具体地涉及具有近壁冷却特征的热气体路径部件。
技术介绍
燃气涡轮机系统广泛地用于诸如发电之类的领域中。传统的燃气涡轮机系统包括压缩机、燃烧器和涡轮。在燃气涡轮机系统运行期间，系统中的各个热气体路径部件经受高温流，从而可能造成热气体路径部件失效。由于温度较高的流通常使得燃气涡轮机系统的性能、效率和功率输出提高，从而在燃气涡轮机系统中是期望的，因此必须对经受高温流的热气体路径部件进行冷却，以允许燃气涡轮机系统以较高温度的流运行。当热气体路径部件的最大局部温度接近热气体路径部件的熔化温度时，需要进行强制空气冷却。为此原因，燃气涡轮机斗叶(buckets)和喷嘴的翼型件通常需要复杂的冷却方案，其中空气(通常为排出空气)被迫通过翼型件内的内部冷却通路并且随后通过位于翼型件表面的冷却孔排出以从热气体路径部件传热。冷却孔也能够被配置成使得冷却空气用于对热气体路径部件的周围表面进行膜冷却。用于对经受高温流的热气体路径部件进行冷却的多种策略在本领域内是已知的。例如，一系列内部冷却通路可以形成在热气体路径
部件中，以有利于对热气体路径部件进行冷却。通过铸造工艺形成的斗叶和喷嘴需要芯来限定内部冷却通路。芯及其在铸造工艺期间移动的可能性对传统的铸造工艺能够将冷却通路定位到接近热气体路径部件的外部表面的程度造成限制。因此，冷却通路通常低于铸造涡轮斗叶或喷嘴的基部金属表面大约0.1英寸(大约2.5毫米)或更多。然而，如果冷却通路能够被放置成更靠近表面，传热效率能够显著提高。更小的冷却通路或微通道对芯和铸件的制造提出了巨大挑战，从而可能显著增加使用该等已知的近壁冷却系统的热气体路径部件的生产成本。
技术实现思路
在一个方面中，公开一种在热气体路径部件中提供微通道的方法。该热气体路径部件包括具有外部表面的衬底。该方法包括在热气体路径部件的外部表面中形成第一微通道。该方法还包括在热气体路径部件的外部表面中形成第二微通道，使得第二微通道与第一微通道分开具有第一宽度的表面间隙。该方法包括将钎焊板布置在热气体路径部件的外部表面上，使得钎焊板覆盖第一微通道和第二微通道的至少一部分。此外，该方法包括加热钎焊板以使其结合到热气体路径部件的外部表面的至少一部分。基于本专利技术的一个方面，第一微通道和第二微通道具有基本相等的第二宽度，并且上述表面间隙的第一宽度等于或大于第一微通道和第二微通道的第二宽度。在本专利技术的上述方法中，加热钎焊板以使其结合到外部表面的至少一部分包括加热钎焊板使其结合到表面间隙。在本专利技术的上述方法中，在外部表面中形成第一微通道和第二微通道包括形成具有第二宽度的第一微通道和第二微通道，第二宽度被配置成有利于防止钎焊板在热气体路径部件的运行温度下下垂到第一微通道和第二微通道中。此外，在外部表面中形成第一微通道和第二微通道包括形成具有处于大致0.040英寸(1.0mm)到大致0.080英寸(2.0mm)之间范围内的第二宽度的第一微通道和第二微通道。进一步地，在本专利技术的上述方法中，将钎焊板布置在外部表面上包括将钎焊板布置在外部表面上，其中通过组合低熔点合金粉末和高熔点合金粉末以形成组合粉末混合物来制造钎焊板。更进一步地，低熔点合金粉末和高熔点合金粉末以处于大致5:95到大致95:5之间范围内的重量比混合在一起。更进一步地，低熔点合金粉末与高熔点合金粉末的比例从靠近外部表面的低熔点合金粉末的较高比例过渡到靠近钎焊板的外部表面的低熔点合金粉末的较低比例。进一步地，本专利技术的上述方法还包括在衬底中形成凹入部，其中第一微通道和第二微通道形成在凹入部中。更进一步地，将钎焊板布置在热气体路径部件的外部表面上包括将钎焊板布置在凹入部内，使得钎焊板覆盖第一微通道和第二微通道的至少一部分。在另一个方面中，一种热气体路径部件包括具有凹入部表面(recess surface)的衬底。第一微通道形成于凹入部表面中。第二微通道形成于凹入部表面中并且与第一微通道分开具有第一宽度的表面间隙。该热气体路径部件还包括钎焊板，该钎焊板结合到凹入部表面的至少一部分。此外，钎焊板覆盖第一微通道和第二微通道的至少一部分。基于本专利技术的另一个方面，第一微通道和第二微通道具有基本相等的第二宽度，并且表面间隙的第一宽度等于或大于第一微通道和第二微通道的第二宽度。另外，钎焊板结合到表面间隙。此外，第一微通道和第二微通道包括第二宽度，第二宽度被配置成有利于防止钎焊板在热气体路径部件的运行温度下下垂到第一微通道和第二微通道中。再者，第一微通道和第二微通道包括处于大致0.040英寸(1.0mm)到大致0.080英寸(2.0mm)之间范围内的第二宽度。基于本专利技术的另一方面，进一步地，钎焊板是包括低熔点合金粉
末和高熔点合金粉末中的至少一种的组合粉末混合物。更进一步地，低熔点合金粉末和高熔点合金粉末以处于大致5:95到大致95:5之间范围内的重量比混合在一起。更进一步地，低熔点合金粉末与高熔点合金粉末的比例从接近凹入部表面的低熔点合金粉末的较高比例过渡到接近钎焊板的相对外表面的低熔点合金粉末较低比例。基于本专利技术的另一方面，进一步地，衬底包括形成在衬底的外表面中的凹入部，凹入部包括凹入部表面，并且其中第一微通道和第二微通道形成在凹入部内。更进一步地，钎焊板被布置在凹入部内并且结合到凹入部表面的至少一部分，且覆盖第一微通道和第二微通道的至少一部分。附图说明当参照附图来阅读以下详细描述时，本专利技术的这些和其它特征、方面以及优点将变得更好理解，在附图中，相似的附图标记在全部附图中表示相似的部件，其中：图1是示例性燃气涡轮发动机的示意图；图2是图1中所示的燃气涡轮发动机的涡轮的一部分的示意图；图3是图2中所示的涡轮的热气体路径部件的透视图，其中示出了形成于翼型件中的多个微通道；图4是图3中所示的热气体路径部件的局部剖视图，其中示出了形成于热气体路径部件的基部中的多个微通道；图5是用于图1的燃气涡轮发动机中的图3中所示的热气体路径部件的示意性端视图，其中包括形成于该热气体路径部件中的冷却系统；图6是图5的热气体路径部件28的示意性横截面，其中包括冷却系统；图7是图5中所示的热气体路径部件的一部分的放大视图；图8是图5中所示的微通道中的一个的示意性横截面，其中示出了从入口通路向膜冷却孔引导加压空气的微通道；以及图9是用于在图3的热气体路径部件28中提供近壁冷却微通道的方法。除非另有说明，否则本说明书中所提供的附图意在说明本专利技术实施例的特征。这些特征据信能够应用于种类广泛的系统，其中包括本专利技术的一个或多个实施例。这样一来，附图并不旨在包括实施本说明书中所公开的实施例所需的本领域普通技术人员已知的所有常规特征。具体实施方式在以下说明书和权利要求书中，将参照多个术语，该等术语将被定义为具有以下含义。除非上下文另有明确指示，单数形式“一”、“一个”及“该”包括复数形式。在此且在整个说明书和权利要求书中所使用的近似语言可以用于对能够允许改变的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种在热气体路径部件中提供微通道的方法，所述热气体路径部件包括具有外部表面的衬底，所述方法包括：在所述热气体路径部件的外部表面中形成第一微通道；在所述热气体路径部件的外部表面中形成第二微通道，使得所述第二微通道与所述第一微通道分开具有第一宽度的表面间隙；将钎焊板布置在所述热气体路径部件的外部表面上，使得所述钎焊板覆盖所述第一微通道和所述第二微通道的至少一部分；以及加热所述钎焊板以使其结合到所述热气体路径部件的外部表面的至少一部分。

【技术特征摘要】
2015.06.15 US 14/7398491.一种在热气体路径部件中提供微通道的方法，所述热气体路径部件包括具有外部表面的衬底，所述方法包括：在所述热气体路径部件的外部表面中形成第一微通道；在所述热气体路径部件的外部表面中形成第二微通道，使得所述第二微通道与所述第一微通道分开具有第一宽度的表面间隙；将钎焊板布置在所述热气体路径部件的外部表面上，使得所述钎焊板覆盖所述第一微通道和所述第二微通道的至少一部分；以及加热所述钎焊板以使其结合到所述热气体路径部件的外部表面的至少一部分。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一微通道和所述第二微通道具有基本相等的第二宽度，并且其中所述表面间隙的第一宽度等于或大于所述第一微通道和所述第二微通道的第二宽度，加热所述钎焊板以使其结合到所述外部表面的至少一部分包括加热所述钎焊板使其结合到所述表面间隙，在所述外部表面中形成所述第一微通道和所述第二微通道包括形成具有第二宽度的第一微通道和第二微通道，所述第二宽度被配置成有利于防止所述钎焊板在所述热气体路径部件的运行温度下下垂到所述第一微通道和所述第二微通道中。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，将所述钎焊板布置在所述外部表面上包括将所述钎焊板布置在所述外部表面上，其中通过组合低熔点合金粉末和高熔点合金粉末以形成组合粉末混合物来制造所述钎焊板，低熔点合金粉末和高熔点合金粉末以处于大致5:95至大致95:5之间的范围内的重量比混合在一起，低熔点合金粉末与高熔点合金粉末的比例从靠近所述外部表面的低熔点合金粉末的较高比例过渡到靠近所述钎焊板的外部表面的低熔点合金粉末的较低比例。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述外部表面中形成所述第一微通道和所述第二微通道包括形成具有处于大致0.040英寸至大致0.080英寸之间的范围内的第二宽度的第一微通道和第二微通道。5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括在所述衬底中形成凹入部，其中所述第一微...

【专利技术属性】
技术研发人员：CM米兰达，SC科蒂林加姆，BP莱西，
申请(专利权)人：通用电气公司，
类型：发明
国别省市：美国;US