可冷却的构件及在可冷却的构件中加工透流口的方法技术

本发明专利技术涉及在可冷却的构件中用于冷却介质的透流口。该透流口的特征是，在第一孔（１０）中固定一个嵌件（１１），该嵌件使第一孔横截面缩小到第二孔横截面，及当第二孔横截面堵塞时由于局部温度的升高及嵌件与构件之间的非热稳定连接该嵌件从第一孔中脱出。借助本发明专利技术的透流口可极强地减小被冷却的构件、尤其涡轮机叶片由于细透流口的堵塞而被损坏的危险。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及根据权利要求1前序部分的可冷却的构件。它还给出在根据本专利技术的构件中加工出用于冷却介质的透流口的方法。在涡轮机、尤其是用于发电或航空的设备中的燃气轮机的领域中，为了增高功率力图实现愈来愈高的涡轮机热气体入口温度。但该高温度对于高温负荷的涡轮机构件、尤其是涡轮机叶片的整体性带来了问题。在现代燃气轮机中第一涡轮机级的入口温度已超过叶片材料的熔点。为了避免由于高工作温度损坏涡轮机叶片将通过延伸在叶片内部的冷却通道进行叶片构件的冷却。用于冷却涡轮机叶片的一个公知的冷却方法为内部的对流冷却。在该冷却技术中，如图1中概要表示地，冷却空气通过转子轴导入叶片基部及从那里导入延伸在叶片内部的冷却通道，在这些通道中它吸收涡轮机叶片的热量。被加热的冷却空气最后通过适当设置的孔及槽吹出涡轮机叶片。与该对流冷却相结合地，通常使用所谓的撞击(Prall)冷却及膜状冷却。在撞击冷却的情况下冷却空气通过小透流口撞击到涡轮机叶片壁的内侧上，而当膜状冷却的情况下它通过一些小透流口达到涡轮机叶片的外表面上及在那里构成一个薄的冷却空气膜。用于冷却涡轮机叶片的冷却空气通常来源于压缩机级，一部分的压缩空气由该压缩机级分支出来及为了冷却导入涡轮机的待冷却的相应构件中。一个涡轮机的多个构件的充分且可靠的冷却是其工作的一个重要的方面。现代高温燃气轮机为了实现其高的效率需要一个深思熟虑的冷却系统，尤其是用于冷却高负荷的涡轮机叶片。但在涡轮机的这种冷却系统工作时可能出现通过污物或尘粒对冷却通道或冷却空气孔的堵塞，这些尘粒来自于大气或涡轮机相应构件的冷却通道的上游及与冷却介质一起进入冷却通道。各个冷却通道或冷却空气孔的堵塞由于不再能维持冷却介质的最小质量流量将导致待冷却的构件的显著大的局部温度负荷，直至其损坏。
技术介绍
为了避免涡轮机中冷却空气孔的堵塞，已具有许多措施。例如对于避免或减小堵塞的危险已公知了将一个尘粒分离器，如旋风式分离器设置在冷却循环回路中，它从冷却介质中分离出污物或尘粒。在该尘粒分离器中在冷却介质中产生旋涡，通过该旋涡尘粒及污物颗粒由于其惯性从冷却介质中分离出来及通过分开的排尘口离开冷却介质。这种轴向旋风式分离器形式的尘粒分离器例如可从DE 198 34376 A1中得知。在此，来自压缩机级的冷却空气在进入涡轮机级的第一导流叶片前被导送通过轴向旋风式分离器。在轴向旋风式分离器中构造了一个旋涡发生器，它在冷却空气中产生旋涡，基于该旋涡使载有的尘粒及污物颗粒撞击在轴向旋风式分离器的壁上并从那里落下。在旋风式分离器的底部通过相应的排出通道尘粒被抽出。在部分地与尘粒分离器组合使用的另一技术中，在涡轮机叶片内的冷却通道中设有专门的排尘口，大的尘粒或污物颗粒由于其惯量从这些排尘口排出。在冷却通道中设置这种排尘口的例子例如可由US-A-4820122中得知。尽管迄今已采取了措施但不能完全地排除尘粒或污物颗粒在待冷却构件的冷却通道中到达用于冷却介质的窄透流口及堵塞这些透流口。
技术实现思路
本专利技术的任务在于，给出一种待冷却的构件，它能避免现有技术中的缺点，及说明用于冷却介质的透流口的专门构型，它不易于受到尘粒或污物颗粒的这种堵塞，并给出用于在可冷却的构件中制造这种透流口的合适的加工方法。该任务将通过权利要求1的透流口及权利要求20的用于加工透流口的方法来解决。该透流口及加工方法的有利的进一步构型为从属权利要求的主题或可从以下的说明及实施例中得知。根据本专利技术的可冷却的构件具有一个用于冷却介质的透流口，它首先以公知方式通过第一孔横截面的第一孔构成在由第一材料组成的部件中。本专利技术的核心是在该第一孔中设有一个嵌件，该嵌件使所述透流口的开口横截面缩小到第二开口横截面。在此情况下通常该第二开口横截面为开口横截面的给定值。在嵌件与构件的基本材料之间，合乎目的地在嵌件与第一孔的内部之间的交界面上产生一种非热稳定的连接，它在超过一个极限温度时将被解脱。非热稳定的连接可这样地建立，其方式是嵌件的材料、例如结合涂层材料和/或TBC材料直接地被插入第一孔及附着在那里，其中两个材料之间的附着力与温度相关地变化，及当超过极限温度时该附着力将低于对于嵌件固定地配合在第一孔中所必需的值。另一可能性在于，使用非热稳定的材料，例如一个粘接材料或一个焊料来建立嵌件与构件之间的连接，尤其是结合缝中的连接，该粘接材料或焊料在高温度时变软及不能维持连接。此外嵌件也可过盈配合在该孔中，以致形成压配合，其中连接的不稳定性以简单的方式通过构件材料及嵌件材料的热膨胀系数的相应选择来实现。优选非热稳定连接部分和/或嵌件由一种材料组成，该材料在冷却介质中氧化及它的氧化物在所需的温度上蒸发，其中尤其是所构成的氧化物是选自氧化铬、氧化钼及氧化钨的组中的氧化物。而非热稳定的连接部分也可由一种材料组成，它在所需的温度上超过其熔点，其中非热稳定的连接部分尤其单个地或相互组合地包括出自Ag，Cu，Au，Al，Zn，Cd，In，Tl，Ge，Sn，Pb，Sb及Bi的组中的金属。此外可考虑，非热稳定的连接部分包括伍德合金，软焊料，硬焊料如黄铜焊料，锌白铜焊料，银焊料，Al-Si焊料，B-Cu55ZnAg或仅具有硅和/或具有硼的镍基焊料，或非热稳定的连接部分包括玻璃焊料，尤其是富铅玻璃，具有堇青石(Codierit)附加成分的复合焊料或焊接玻璃。但也可考虑，非热稳定的连接部分和/或嵌件由一种材料组成，该材料由于超过其持久强度而失效，其中该材料尤其是Ag-Cu-Zn焊料或奥氏体钢。同样非热稳定的连接部分和/或嵌件可由一种材料组成，该材料由于超过其软化温度而失效，其中该材料尤其是自熔化的NiCrFeSiB防腐蚀层。最后可考虑，非热稳定的连接部分和/或嵌件由一种材料组成，该材料具有小的热膨胀系数及在热过载时由于出现的应力及其脆性而失效。这里最好该材料是陶瓷，尤其是SiN4，或不稳定的或部分稳定的ZrO2或玻璃。根据本专利技术的在可冷却的构件中加工用于冷却介质的透流口的方法在于首先在该构件中开设具有第一孔横截面的第一孔，例如钻出该孔。在下一步骤中施加例如一个结合涂层材料和/或TBC材料，使得该孔基本被封闭。最后可在置入的用于封闭的材料中加工出具有第二孔横截面的透流口。本专利技术的工作原理如下热量至少从一侧施加在该构件中。通过冷却介质透流口流出的冷却介质从该构件中吸收热量。在一个透流口的嵌件中的第二孔横截面被这样定尺寸，即在通常无干扰的工作中通过该孔流过所需的最小冷却介质质量流量，它足够用于使紧邻透流口的周围的材料温度低于极限温度。第二孔横截面被尘粒或污物颗粒的堵塞将导致冷却介质的质量流量减小到所需的最小质量流量以下。由此在冷却位置上的温度和/或透流口中嵌件上的压力降上升。当超过极限温度时非热稳定的连接部分脱开，由此最后使嵌件与堵塞颗粒一起由透流口中脱出及释放该孔用于冷却介质的透流。在发生该情况后，留下了第一孔的横截面，它为大于给定横截面的孔横截面，这保证了构件的相应位置的继续冷却。作为适用于嵌件的材料，例如可使用在燃气轮机技术中采用的粘接剂(结合涂层)，TBC(热障涂层)材料或涂层试验(Painttest)材料。当然也可使用其它的、具有该温度相关特性的材料，这些材料可被专门地开发用于该用途。导致嵌件从孔中脱出的机制可基于本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种可冷却的构件，尤其是用于涡轮机，具有用于冷却介质的透流口，该透流口由该构件（１）中的一个第一开口横截面的第一开口（１０）构成，在该第一开口（１０）中设有一个嵌件（１１），该嵌件使该第一开口横截面缩小到第二开口横截面，其中在孔内部与所述嵌件（１１）之间的交界面上产生连接，其特征在于：所述连接是一种非热稳定连接，在超过一个极限温度时该连接被脱开。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：乔斯玛安圭索拉麦克菲特，维尔纳M巴尔巴克，
申请(专利权)人：阿尔斯通技术有限公司，
类型：发明
国别省市：CH[瑞士]