具有自适应冷却开口的带涂层的部件及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种部件，该部件包括具有外表面的外壁以及至少一个储存槽，该至少一个储存槽限定在外壁的内部并且被构造为在其中接收冷却流体。该部件还包括设置在外表面上的涂层系统。该涂层系统具有厚度。该部件还包括限定在外壁中的多个自适应冷却开口。每个自适应冷却开口从与至少一个储存槽流动连通的第一端向外穿过外表面延伸到第二端，该第二端覆盖在涂层系统的厚度的至少一部分下面。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】具有自适应冷却开口的带涂层的部件及其制备方法
技术介绍
本公开的领域整体涉及包括内部冷却管道的部件，并且更具体地涉及包括一系列冷却开口的部件，该系列冷却开口限定在外壁中，最初由外壁涂层系统闭合，以有利于外壁的自适应冷却。一些部件(诸如气体涡轮的热气体路径部件)经受高温。至少一些此类部件具有限定在其中的内部冷却管道，诸如但不限于储存槽(plenum)和通路的网络，这些内部冷却管道使冷却流体在内部(例如沿着该部件的外壁的内表面)流通。另外，至少一些此类部件包括外壁的外表面上的涂层系统，诸如热障涂层和粘结层。涂层系统和冷却流体各自有利于保持外壁的外表面、壁的其他部分或该部件的基底材料、热障涂层和粘结层中的一者或多者在操作期间低于相应阈值温度。在至少一些情况下，热粘结层的局部区域可在该部件的操作寿命内发生剥落或以其他方式受损，并且选择冷却流体的增加的总流量以补偿剥落区域中的热粘结层的保护的潜在丧失。对于至少一些部件而言，可在该部件的多个位置中的任何位置处以这些位置处的任何数量出现剥落区域，因此必须向整个部件，而非仅向目标区域提供增加的总冷却流体流。这可导致未发生剥落的区域不必要的过冷，因此降低了操作效率。
技术实现思路
在一个方面，提供了一种部件。该部件包括具有外表面的外壁以及至少一个储存槽，该至少一个储存槽限定在外壁的内部并且被构造为在其中接收冷却流体。该部件还包括设置在外表面上的涂层系统。该涂层系统具有厚度。该部件还包括限定在外壁中的多个自适应冷却开口。每个自适应冷却开口从与至少一个储存槽流动连通的第一端向外穿过外表面延伸到第二端，该第二端覆盖在涂层系统的厚度的至少一部分下面。在另一个方面，提供了一种旋转机器。旋转机器包括燃烧器部分，该燃烧器部分被构造为生成燃烧气体；以及涡轮部分，该涡轮部分被构造为从燃烧器部分接收燃烧气体并且由此产生机械旋转能。燃烧气体穿过旋转机器的路径限定热气体路径。旋转机器还包括热气体路径附近的部件。该部件包括具有外表面的外壁以及至少一个储存槽，该至少一个储存槽限定在外壁的内部并且被构造为在其中接收冷却流体。该部件还包括设置在外表面上的涂层系统。涂层系统具有厚度。该部件还包括限定在外壁中的多个自适应冷却开口。每个自适应冷却开口从与至少一个储存槽流动连通的第一端向外穿过外表面延伸到第二端，该第二端覆盖在涂层系统的厚度的至少一部分下面。在另一个方面，提供了一种制备部件的方法。该方法包括形成封闭至少一个储存槽的外壁。至少一个储存槽被构造为在其中接收冷却流体。外壁包括外表面以及限定在外壁中的多个自适应冷却开口。该方法还包括将涂层系统设置在外表面上。涂层系统具有厚度。每个自适应冷却开口从与至少一个储存槽流动连通的第一端向外穿过外表面延伸到第二端，该第二端覆盖在涂层系统的厚度的至少一部分下面。附图说明图1是示例性旋转机器的示意图；图2是与图1所示的旋转机器一起使用的示例性部件的示意性透视图；图3是沿着图2所示的线3—3截取的图2所示的部件的示意性横截面；图4是图2和图3所示的部件的一部分的示意性透视剖视图，该部分在图3中被指定为部分4；图5是图4所示的部件的示例性外壁的示意性透视剖视图，该外壁包括示例性剥落区域；图6是可在图5所示的外壁中使用的示例性自适应冷却开口的另选取向的示意性透视图；图7是图2和图3所示的部件的另一个示例性外壁的示意性剖视图；图8是图7的示例性外壁的示意性剖视图，该外壁包括另一个示例性剥落区域；图9是图7的示例性外壁的示例性制造阶段的示意性剖视图；图10是图2和图3所示的部件的另一个示例性外壁的示意性剖视图；并且图11是图2所示的部件的另一个示例性外壁的示意性剖视图，该外壁包括自适应冷却开口的另一个示例性实施方案。具体实施方式在以下说明书和权利要求书中，将引用多个术语，这些术语应被定义为具有以下含义。除非上下文另外明确规定，否则单数形式“一个”、“一种”和“所述”包括复数引用。“任选的”或“任选地”意指随后描述的事件或情况可能发生或可能不发生，并且该描述包括事件发生的实例和事件不发生的实例。如在整个说明书和权利要求书中使用的，近似语言可以用于修改可以允许变化的任何定量表示，而不会导致与其相关的基本功能的变化。因此，由一个或多个术语(诸如“约”、“大约”和“基本上”)修饰的值不限于指定的精确值。在至少一些情况下，近似语言可以对应于用于测量值的仪器的精度。这里以及整个说明书和权利要求书中，可以识别范围限制。除非上下文或语言另有指示，否则这些范围可以组合和/或互换，并且包括其中包含的所有子范围。除非另外指示，否则术语“第一”、“第二”等在本文中仅用作标记，并且不旨在对这些术语所涉及的项目施加顺序、位置或分级要求。此外，对例如“第二”项目的引用不要求或排除存在例如“第一”或更低编号的项目和/或例如“第三”或更高编号的项目。本文所述的示例性部件克服了与实现该部件的内部冷却的已知系统相关联的至少一些缺点。更具体地讲，本文所述的实施方案包括限定在部件的外壁中的多个自适应冷却开口。涂层设置在外壁的外表面上。每个开口从与该部件的至少一个内部储存槽流动连通的第一端向外穿过外表面延伸到第二端，该第二端覆盖在涂层的厚度的至少一部分下面。在例如剥落事件损坏或去除涂层达到自适应冷却开口的第二端的深度之后，来自内部冷却流体路径的冷却流体穿过自适应冷却开口被引导到该部件的外部，从而提供附加局部冷却以减轻例如剥落事件。图1是具有部件的示例性旋转机器10的示意图，本公开的实施方案可用于这些部件。在示例性实施方案中，旋转机器10是气体涡轮，该气体涡轮包括进气部分12、在进气部分12下游耦接的压缩机部分14、在压缩机部分14下游耦接的燃烧器部分16、在燃烧器部分16下游耦接的涡轮部分18以及在涡轮部分18下游耦接的排气部分20。大致管状的壳体36至少部分地封闭进气部分12、压缩机部分14、燃烧器部分16、涡轮部分18和排气部分20中的一者或多者。在另选的实施方案中，旋转机器10是如本文所述形成有内部通路的部件适用于其的任何旋转机器。此外，尽管出于举例说明的目的，在旋转机器的上下文中描述本公开的实施方案，但应当理解，本文所述的实施方案适用于涉及暴露于高温环境的部件的任何上下文。在示例性实施方案中，涡轮部分18经由转子轴22耦接到压缩机部分14。应当注意，如本文所用，术语“耦接”不限于部件之间的直接机械、电气和/或通信连接，但也可以包括多个部件之间的间接机械、电气和/或通信连接。在旋转机器10的操作期间，进气部分12将空气朝向压缩机部分14引导。压缩机部分14将空气压缩到更高压力和温度。更具体地讲，转子轴22向压缩机部分14内耦接到转子轴22的至少一个周向行压缩机叶片40施加旋转能。在示例性实施方案中，每行压缩机叶片40的前面是从壳体36径向向内延伸的周向行压缩机定子轮叶42，该周向行压缩机定子轮叶将空气流导向到压缩机叶片40中。压缩机叶片40的旋转能升高空气的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种部件，包括：/n外壁，所述外壁包括外表面；/n至少一个储存槽，所述至少一个储存槽限定在所述外壁的内部并且被构造为在其中接收冷却流体；/n涂层系统，所述涂层系统设置在所述外表面上，所述涂层系统具有厚度；和/n多个自适应冷却开口，所述多个自适应冷却开口限定在所述外壁中，每个所述自适应冷却开口从与所述至少一个储存槽流动连通的第一端向外穿过所述外表面延伸到第二端，所述第二端覆盖在所述涂层系统的所述厚度的至少一部分下面。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种部件，包括：
外壁，所述外壁包括外表面；
至少一个储存槽，所述至少一个储存槽限定在所述外壁的内部并且被构造为在其中接收冷却流体；
涂层系统，所述涂层系统设置在所述外表面上，所述涂层系统具有厚度；和
多个自适应冷却开口，所述多个自适应冷却开口限定在所述外壁中，每个所述自适应冷却开口从与所述至少一个储存槽流动连通的第一端向外穿过所述外表面延伸到第二端，所述第二端覆盖在所述涂层系统的所述厚度的至少一部分下面。


2.根据权利要求1所述的部件，其中所述第二端限定在所述外表面处并且覆盖在整个所述厚度下面。


3.根据权利要求1所述的部件，其中所述第二端限定在所述涂层系统中并且覆盖在所述涂层系统的小于所述厚度的深度下面，使得所述自适应冷却开口部分地延伸到所述涂层系统中。


4.根据权利要求3所述的部件，其中所述涂层系统包括粘结层和至少一个附加层，所述粘结层与所述外表面相邻，所述第二端设置在所述至少一个附加层内。


5.根据权利要求4所述的部件，其中所述至少一个附加层包括中间层和外层，所述第二端设置在所述外层内。


6.根据权利要求1所述的部件，其中所述自适应冷却开口中的至少一者以相对于与所述外壁垂直的方向的锐角进行取向。


7.根据权利要求6所述的部件，还包括采用一定布置的成组的所述自适应冷却开口，其中每个所述组中的每个所述自适应冷却开口在与所述组中的其他所述自适应冷却开口不同的方向上旋转所述锐角。


8.根据权利要求1所述的部件，还包括：
内壁，所述内壁限定在所述外壁的内部，所述内壁包括限定在其中并且延伸穿过其中的孔，所述至少一个储存槽限定在所述内壁的内部；和
至少一个室，所述至少一个室限定在所述内壁和所述外壁之间，所述孔被构造为使所述冷却流体的冲击射流从所述至少一个储存槽穿过所述至少一个室朝向所述外壁导向，所述第一端与所述至少一个室以流动连通的方式耦接。


9.根据权利要求1所述的部件，其中所述第一端与通道以流动连通的方式耦接，所述通道在所述外壁内大致平行于所述外表面延伸，所述通道与所述至少一个储存槽流动连通。


10.根据权利要求1所述的部件，其中所述自适应冷却开口的横截面区域大致在所述第一端与所述第二端之间减小。


11.一种旋转机器，包括：
燃烧器部分，所述燃烧器部分被构造为生成燃烧气体；
涡轮部分，所述涡轮部分被构造为从所述燃烧器部分接收所述燃烧气体并且由此产生机械旋转能，其中所述燃烧气体穿过所述旋转机器的路径限定热气体路径；和
所述热气体路径附近的部件，所述部件包括：
外壁，所...

【专利技术属性】
技术研发人员：詹姆斯·艾伯特·托尔曼，安德鲁·菲利普·夏皮罗，加里·迈克尔·伊策尔，柯蒂斯·艾伦·约翰逊，维克多·约翰·摩根，雅各布·约翰·基特森，布兰得利·托马斯·理查兹，
申请(专利权)人：通用电气公司，
类型：发明
国别省市：美国;US