具有由凸起肋形成的冲击冷却槽腔和扩散结合至凸起肋的覆盖板的部件制造技术

一种燃气涡轮发动机部件(10)具有：基部层(60)，该基部层包括被凸起肋(36)隔开的槽腔(52)阵列(110)以及薄膜冷却孔(70)，该薄膜冷却孔在每个槽腔中穿过该基部层；以及覆盖板(62)，该覆盖板扩散结合至凸起肋并且该覆盖板包括用于槽腔阵列中的每个槽腔的冲击孔(72)。凸起肋的厚度(104)比槽腔的最小尺寸(96)的一半小。该部件构造成接收来自燃烧室的燃烧气体并且在不具有导向叶片的情况下将该燃烧气体加速并输送到第一排涡轮叶片上。

Components with an impact cooling groove formed by a raised rib and a cover plate diffused to the raised rib

A gas turbine engine component (10) has a base layer (60), which comprises a groove cavity (52) array (110) separated by a raised rib (36) and a film cooling hole (70), through which the film cooling hole passes in each groove cavity; and a cover plate (62), which diffuses to the raised rib and includes an impact hole (72) for each groove cavity in the groove array. The thickness of the ribs (104) is less than half of the minimum size (96) of the groove cavity. The unit is constructed to receive combustion gas from the combustion chamber and to accelerate the combustion gas without a guide vane and deliver it to the first row of turbine blades.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】具有由凸起肋形成的冲击冷却槽腔和扩散结合至凸起肋的覆盖板的部件
本专利技术涉及对具有凸起肋的表面进行冲击冷却的部件。
技术介绍
常规的环管形燃气涡轮发动机包括径向地布置在转子轴的外部且与转子轴轴向地对准的多个单独的燃烧罐。在燃烧室中所产生的燃烧气体被径向地向内导引并且接着通过过渡管道被转换成轴向运动。导向叶片接收燃烧气体并且使燃烧气体加速且将燃烧气体转向成适合于输送到第一级涡轮叶片的矢量。最新的管道结构通过创建从重新定向的燃烧室直接到第一级涡轮叶片的直线流动路径而无需导向叶片。在Charron等人的美国专利号8,276,389中公开了这种管道结构的一种构型，该专利的全部内容通过参引并入本文。在这种管道构型中，重新定向的燃烧罐(未示出)沿着具有轴向分量和周向分量这两者但不具有径向分量的矢量将相应的燃烧气体流排出。燃烧气体流沿着相应的流动路径加速并且在环形室中混合以形成单流。在不具备任何中间导向叶片的情况下，该单流以合适的速度和角度被输送到第一级涡轮叶片。将燃烧气体加速成适合于输送到第一排涡轮叶片上的速度在围绕燃烧气体的增压室中的压缩空气与燃烧气体本身之间产生了相当大的压力差。由这种压力差所产生的力必须由将燃烧气体与压缩气体隔开的结构来承受。在常规布置中，其中第一排导向叶片将燃烧气体从过渡管道中的大约0.2马赫(Mach)加速成仅在马赫速度之下，导向叶片是分开的、相对更大的结构并且容易地承受这种相当大的力。由于在常规布置中过渡管道中的燃烧气体仅以大约0.2马赫传送，因此过渡管道仅必须承受由大约0.3bar的更小的压力差所产生的力。此外，尽管这些常规过渡管道可以包括穿过这些常规过渡管道的冷却路径，但是这些常规过渡管道中的冷却流受限于对流冷却，特别是沿着过渡管道壁内的通道的对流冷却。相对低的压力差不足以形成真正的冲击冷却射流。相比之下，在不具有导向叶片的最新的管道结构中，在管道中出现了燃烧气体的加速，这历史性地已经使结构上相对较小。为了确保管道可以承受力，结构凸起肋可以被用于管道的暴露于压缩空气的一侧。对将管道的另一侧暴露于相对热的燃烧气体而言必需的是，对管道的暴露于压缩空气的一侧进行冷却。然而，凸起肋产生了难以使用常规管道冷却布置来冷却的槽腔。因此，在技术上还有改进的空间。附图说明鉴于附图，在以下描述中对本专利技术进行解释，在附图中：图1示出了本文中所公开的具有中空面板的部件的示例性实施方式；图2是图1中的中空面板的一部分的立体图；图3是图2中的部分的侧视图；图4是图2中的部分的俯视图；图5是肋交叉部的示意图。具体实施方式本专利技术人已经研制了具有基部层和覆盖板的中空面板，其中，该基部层具有封围槽腔的凸起肋，该覆盖板扩散结合至凸起肋。作为例如燃气涡轮发动机中的限定燃烧气体的热气体路径的部件的一部分的面板可以暴露于高热梯度。覆盖板包括冲击冷却孔，冲击冷却孔被设计成具有更大的压力梯度的优点且产生对凸起肋之间的平台和/或凸起肋的侧部表面进行冷却的冲击射流。当与覆盖板被焊接就位或紧固就位的现有技术布置相比时，扩散结合所产生的这种紧密接触实现了在凸起肋与覆盖板之间的相对较高程度的热传导(即，覆盖板相对不太受到基部层的热影响)。这种高度的热传导将热从肋传导到覆盖板中，热将覆盖板加热到与基部层的温度接近的温度，从而创建了具有更均匀的温度的面板。当与焊接的布置相比时，这种更均匀的温度减少了基部层与覆盖板之间的热增长不匹配以及相关的热应力，从而增加了面板的寿命。槽腔和肋可以定尺寸和定形状成在面板的机械强度、面板内的热应力以及冷却气体消耗量之间取得平衡。图1示出了部件10的一个示例性实施方式，该部件10是具有中空面板12的管道结构的一部分，并且该部件10被用于接收来自燃烧室(未示出)的燃烧气体并在不具有导向叶片的情况下将燃烧气体输送到涡轮(未示出)。该示例性实施方式不意在限制。例如，部件10可以更短、更长和/或具有更大或更小的直径等。在该示例性实施方式中，部件10包括燃烧气体路径16，该燃烧气体路径16将来自燃烧室的对应的燃烧气体的不连续流18朝向第一排涡轮叶片(未示出)导引。当多个部件10被组装到一起时，下游端20与相邻部件的下游端连接以形成环形形状(未示出)，该环形形状将入口(未示出)的形状与第一排涡轮叶片进行匹配。因此，燃烧气体的单个的、统一的环形流被输送到第一排涡轮叶片上。由于在这种构型中没有导向叶片，因此燃烧气体流18以其他方式被加速成适合于输送至第一排涡轮叶片的速度(例如接近于马赫速度)。燃烧气体的加速可以是燃烧室与第一级涡轮叶片之间的流动区域减小的结果。流动区域的减小可以例如以在燃烧室与燃烧气体路径16之间呈圆锥形(未示出)的方式在燃烧气体路径16的上游开始。如图所示，流动区域减小可以在燃烧气体路径16的上游基本上完成。替代性地，流动区域减小可以在燃烧气体路径16中继续。部件10可以布置在增压室30中，该增压室30填充有压缩空气，上述压缩空气与燃烧气体路径16中的燃烧气体相比具有相对较高的压力。给中空面板12提供足够的结构强度的一种方法是将凸起肋36结合到冷却侧部38上同时使热气体路径侧部40平滑。在所示出的构型中，凸起肋36具有位于相应的凸起肋36之间的槽腔平台50。凸起肋36可以封围具有侧部54的槽腔52。如本文中所使用的，槽腔52包括槽腔平台50和至少两个侧部54。槽腔52可以包括足够数量的侧部54以完全地封围槽腔52。槽腔52可以沿着燃烧气体路径16布置并且可以从燃烧气体进入燃烧气体路径16至燃烧气体排出燃烧气体路径16的路线中的一些路线或全部路线延伸。图2是图1中的中空面板12的立体图，图2示出了基部层60和覆盖板62。覆盖板62扩散结合至基部层60的凸起肋36的上表面64以形成扩散结合区域66。在扩散结合区域66处产生的紧密接触创建了从热气体路径侧部40至冷却侧部38的传导路径70。该传导路径70比覆盖板例如被焊接或紧固至基部层的布置能更好地传导热，因为在那些构型接触中的接触不太紧密。更好的传导允许覆盖板62吸收更多热，从而达到与基部层60的温度非常接近的温度。当这两个板在温度上非常接近时，减小了热增长不匹配以及相关的热应力。当部件10是用于燃烧气体的管道时，基部层60和覆盖板62则通过围绕部件10的增压室中的压缩气体而被冷却。相反地，在覆盖板62被紧固至或焊接至基部层60的构型中，基部层60与覆盖板62之间的界面处的热导率相当低。在这种情况下，当与本文中所公开的扩散结合的示例性实施方式相比时，基部层60与覆盖板62之间的界面在传导热时效率低得多，使得显著地减少了基部层60的冷却。结果是相对较热的基部层60，而覆盖板62处于与增压室中的压缩空气的温度接近的温度下，其中，基部层60和覆盖板62这两者由相对较差的传导界面隔开。这导致了热失配和相关的热应力，特别是在基部层60和覆盖板62机械地固定至彼此的焊接构型中导致了热失配和相关的热应力。这又减少了部件10的寿命。覆盖板62可以包括用于槽腔52中的一些槽腔或全部槽腔的冲击孔72。冲击孔72可以将冲击射流导引到平台50上和/或导引到槽腔52的侧部54上。冲击孔72可以将冲击射流朝向平台50的中央导向，并且撞击后的冲击冷却空气可以从撞击点径向地向外扩散本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种燃气涡轮发动机部件(10)，包括：基部层(60)，所述基部层(60)包括薄膜冷却孔(70)和被凸起肋(36)隔开的槽腔(52)阵列(110)，所述薄膜冷却孔(70)在每个槽腔(52)中穿过所述基部层(60)；以及覆盖板(62)，所述覆盖板(62)扩散结合至所述凸起肋(36)，并且所述覆盖板(62)包括用于所述槽腔(52)阵列(110)中的每个槽腔(52)的冲击孔(72)，其中，所述凸起肋(36)的厚度(104)比所述槽腔(52)的最小尺寸(96)的一半小，以及其中，所述部件(10)构造成接收来自燃烧室的燃烧气体并且在不具有导向叶片的情况下将燃烧气体加速且输送到第一排涡轮叶片上。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种燃气涡轮发动机部件(10)，包括：基部层(60)，所述基部层(60)包括薄膜冷却孔(70)和被凸起肋(36)隔开的槽腔(52)阵列(110)，所述薄膜冷却孔(70)在每个槽腔(52)中穿过所述基部层(60)；以及覆盖板(62)，所述覆盖板(62)扩散结合至所述凸起肋(36)，并且所述覆盖板(62)包括用于所述槽腔(52)阵列(110)中的每个槽腔(52)的冲击孔(72)，其中，所述凸起肋(36)的厚度(104)比所述槽腔(52)的最小尺寸(96)的一半小，以及其中，所述部件(10)构造成接收来自燃烧室的燃烧气体并且在不具有导向叶片的情况下将燃烧气体加速且输送到第一排涡轮叶片上。2.根据权利要求1所述的部件(10)，其中，所述基部层(60)和所述覆盖板(62)这二者都包括锻造板材。3.根据权利要求1或2所述的部件(10)，其中，所述覆盖板(62)的厚度(122)为所述基部层(60)的厚度(120)的至少25％。4.根据权利要求1、2或3所述的部件(10)，其中，每个槽腔(52)具有六边形形状。5.根据权利要求4所述的部件(10)，其中，在整个所述槽腔(52)阵列(110)中，三个相邻的槽腔(52)的相邻的侧壁(54)彼此对准，并且其中，所述凸起肋(36)在所述三个相邻的槽腔(52)之间形成了三个凸起肋(36)会合的肋交叉部(84)。6.根据权利要求5所述的部件(10)，其中，每个薄膜冷却孔(70)包括布置在相应的肋交叉部(84)下方的薄膜冷却孔出口(82)。7.根据权利要求1至6所述的部件(10)，所述基部层(60)限定流动路径(16)，所述流动路径(16)包括尺寸设计成以适合于输送到所述第一排涡轮叶片上的速度来输送所接收的燃烧气体的流动区域，其中，所述槽腔(52)阵列(110)围绕所述流动路径(16)。8.一种燃气涡轮发动机部件(10)，包括：流动路径(16)，所述流动路径(16)包括入口和流动区域，其中，所述入口构造成接收来自燃烧室的燃烧气体，所述流动区域的尺寸设计成在不具有导向叶片的情况下以适合于输送到第一排涡轮叶片上的速度来输送所接收的燃烧气体；基部层(60)，所述基部层(60)限定用于燃烧气体的所述流动路径(16)，所述基部层(60)包括绕所述流动路径(16)布置的槽腔(52)阵列(110)，所述槽腔(52)阵列(110)由凸起肋(36)限定；覆盖板(62)，所述覆盖板(62)扩散结合至所述凸起肋(36)，...

【专利技术属性】
技术研发人员：蒂莫西·A·福克斯，布雷德·科尔斯鲁德，雅各布·威廉·哈德斯，
申请(专利权)人：西门子公司，
类型：发明
国别省市：德国,DE