燃气涡轮发动机及其相关联的方法技术

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。同。同。

【技术实现步骤摘要】
燃气涡轮发动机及其相关联的方法


[0001]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。

技术介绍

[0002]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。
[0003]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。
[0004]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。r/>[0005]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。
[0006]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。
[0007]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。

技术实现思路

[0008]本专利技术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，或者可以通过本专利技术的实践来学习。
[0009]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。
[0010]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。
[0011]在本公开的另一示例性方面，一种燃气涡轮发动机部件，包括：预成型件结构，预成型件结构限定多个冷却孔径，多个冷却孔径包括第一冷却孔径；和涂层，涂层设置在预成型件结构的至少一部分上；其中，第一冷却孔径包括用于接收涂层的倾斜平台，倾斜平台限定沿着孔径的长度的第一斜坡轮廓，其中，涂层设置在倾斜平台上，并且限定沿着孔径的长度的第二斜坡轮廓，并且其中，第一斜坡轮廓和第二斜坡轮廓彼此不同。
[0012]参考以下描述和所附权利要求，本专利技术的这些和其它特征、方面和优点将变得更好地理解。并入本说明书并构成本说明书一部分的附图说明本专利技术的实施例，并且与说明书一起用于解释本专利技术的原理。
附图说明
[0013]本说明书参考附图阐述了本专利技术的完整且能够实现的公开内容，包括针对本领域普通技术人员的本专利技术的最佳模式，其中：
[0014]图1是根据实施例的具有带有冷却界面的部件的燃气涡轮发动机的部分剖视图。
[0015]图2是根据实施例的燃气涡轮发动机的部件的预成型件结构的外表面的一部分的透视图。
[0016]图3是根据实施例的沿着图2的线2
‑
2截取的图1中所示的通道孔之一的横截面图。
[0017]图4是根据实施例的用于被涂层覆盖的基板的通道孔和离开部位区域的横向截面图。
[0018]图5是根据实施例的具有沿其施加的涂层的预成型件结构的第一通道孔和第二通道孔的简化示意图。
[0019]图6是根据实施例的将涂层施加到预成型件结构的方法的简化平面图。
[0020]图7A是根据实施例的沿着图6的线7A
‑
7A截取的包括预成型件结构和涂层的部件的横向截面图。
[0021]图7B是根据实施例的沿着图6的线7B
‑
7B截取的包括预成型件结构和涂层的部件的横向截面图。
[0022]图8是根据实施例的位于部件的相邻通道孔之间的冷却孔分隔件的视图。
[0023]图9是根据实施例的通道孔的横向截面图。
[0024]图10是根据实施例的形成燃气涡轮发动机部件的方法的流程图。
具体实施方式
[0025]现在将详细参考本专利技术的当前实施例，其一个或多个示例在附图中示出。详细说明使用数字和字母名称来参考图纸中的特征。在附图和说明书中的类似或类似标号被用于指本专利技术的类似或类似部分。
[0026]如本文所使用的，术语“第一”、“第二”和“第三”可互换地用于将一个部件与另一个部件区分开来，并且不旨在表示单个部件的位置或重要性。
[0027]术语“前”和“后”指燃气涡轮发动机或运载器内的相对位置，并指燃气涡轮发动机或运载器的正常操作姿态。例如，关于燃气涡轮发动机，前指更靠近发动机入口的位置，后指更靠近发动机喷嘴或排气的位置。
[0028]术语“上游”和“下游”是指相对于流体路径中的流体流动的相对方向。例如，“上游”是指流体流出的方向，“下游”是指流体流向的方向。
[0029]术语“联接”、“固定”、“附接”等指直接联接、附于或附接，以及通过一个或多个中间部件或特征的间接联接、附于或附接，除非本文另有规定。<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种形成燃气涡轮发动机部件的方法，其特征在于，所述方法包括：在所述部件的预成型件结构中形成多个冷却孔径，所述预成型件结构的所述多个冷却孔径包括第一冷却孔径和第二冷却孔径，其中所述预成型件结构的所述第一冷却孔径和所述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；以及将涂层施加到所述预成型件结构的至少一部分以形成所述部件，其中所述部件的所述第一冷却孔径和所述第二冷却孔径的横截面形状在所述相同的相对平面中测量时彼此近似相同。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，其中所述第一冷却孔径和所述第二冷却孔径沿着共用沟槽离开所述预成型件结构，并且在独立的位置处进入所述预成型件结构，并且其中，在所述共用沟槽处施加所述涂层。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，其中形成所述燃气涡轮发动机包括形成燃气涡轮转子叶片。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，其中形成所述第一冷却孔径包括形成用于接收所述涂层的倾斜平台，所述预成型件结构的所述倾斜平台限定沿着所述孔径的长度的第一斜坡轮廓，其中进行施加所述涂层使得所述部件的所述第一孔径限定沿着所述孔径的所述长度的第二斜坡轮廓，并且其中所述第一斜坡轮廓和所述第二斜坡轮廓彼此不同。5.根据权利要求1
‑
4中任一项所述的方法，其特征在于，其中通过等离子体沉积或定向涂覆方法来进行施加所述涂层。6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，其中在相对于所述相对平面在25度和90度之间的范围内的方向上进行定向涂覆。7.根据权利要求1
‑
...

【专利技术属性】
技术研发人员：格里高利，
申请(专利权)人：通用电气公司，
类型：发明
国别省市：