带有冷却通道的构件及制造方法技术

本发明专利技术涉及带有冷却通道的构件及制造方法。提供了一种制造构件(100)的方法。该方法包括在衬底(110)的外表面(112)中形成一个或多个凹槽(132)。各个凹槽(132)至少部分地沿着衬底(110)的表面(112)延伸，并具有基部(134)、顶部(136)以及至少一个排出点(170)。该方法进一步包括形成邻近各个凹槽(132)的排出点(170)的流出区域(172)，以及在衬底(110)的表面(112)的至少一部分上面设置涂覆物(150)。凹槽(一个或多个)(132)和涂覆物(150)限定用于冷却构件(100)的一个或多个通道(130)。还提供了一种带有冷却通道(130)的构件(100)。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术大体涉及燃气轮机发动机，并且更具体而言，涉及其中的微通道冷却。
技术介绍
在燃气轮机发动机中，空气在压缩机中加压，并在燃烧器中与燃料混合以产生热的燃烧气体。在高压涡轮(HPT)和低压涡轮(LPT)中从气体中提取能量，高压涡轮(HPT)向压缩机提供动力，而低压涡轮(LPT)在涡轮风扇航空发动机应用中向风扇提供动力，或者向用于船舶和工业应用的外部轴提供动力。发动机效率随着燃烧气体的温度的升高而上升。然而，燃烧气体沿着其流径加热多种构件，这些构件继而需要对它们进行的冷却以获得长的发动机寿命。典型地，通过从压缩机放出空气来冷却热气路径构件。该冷却过程降低了发动机效率，因为放出的空气没有 用于燃烧过程中。燃气轮机发动机冷却技术是成熟的，并且针对多种热气路径构件中的冷却回路和特征的多种方面包括许多专利。例如，燃烧器包括在运行期间需要冷却的径向外部衬套和径向内部衬套。涡轮喷嘴包括支承在外部带(band)和内部带之间的也需要冷却的中空导叶。涡轮转子叶片是中空的，并且典型地在其中包括冷却回路，叶片被也需要冷却的涡轮护罩包围。热的燃烧气体通过排气装置排出，该排气装置可能也是加了衬套的并被适当地冷却。在所有这些示例性的燃气轮机发动机构件中，典型地使用了高强度超合金制成的薄金属壁，以增强耐久性同时最大程度地减小其冷却需要。针对在其在发动机中的对应的环境中的这些单独的构件定制了多种冷却回路和特征。例如，一系列内部冷却通路或盘管可形成于热气路径构件中。冷却流体可从气室提供至盘管，并且冷却流体可流过通路，从而冷却热气路径构件的衬底和涂覆物。然而，这种冷却策略典型地导致有相当低的传热速率和不均匀的构件温度分布。微通道冷却具有潜力来通过将冷却布置成尽可能靠近受热区域而显著地降低冷却需求，从而针对给定的传热速率减小主承载衬底材料的热侧和冷侧之间的温差。当前，借助于通过整个衬底壁而钻到翼型件内部的膜孔来提供冷却。然而，用于形成膜孔的过程可能是劳动密集型的、耗时的，并且因此相对昂贵。另外，因为尺寸限制的原因，可能难以使膜孔适用于微通道冷却。因此，提供一种克服了这些及其它问题的用于形成膜孔以允许冷却剂离开冷却通道的方法将是合乎需要的。
技术实现思路
本专利技术的一个方面在于一种制造构件的方法。该方法包括在衬底的外表面中形成一个或多个凹槽。各个凹槽至少部分地沿着衬底的表面延伸，并具有基底、顶部以及至少一个排出点。该方法进一步包括形成邻近各个凹槽的相应的排出点的流出区域，以及在衬底的表面的至少一部分上面设置涂覆物。凹槽(一个或多个)和涂覆物限定用于冷却构件的一个或多个通道。本专利技术的另一方面在于一种构件，该构件包括衬底，衬底包括外表面和内表面。外表面限定一个或多个凹槽和一个或多个流出区域。各个凹槽至少部分地沿着衬底的外表面延伸，并具有基部和至少一个排出点。各个流出区域邻近相应的凹槽的相应的排出点。该构件进一步包括设置在衬底的外表面的至少一部分上面的涂覆物，使得凹槽(一个或多个)和涂覆物共同限定用于冷却构件的一个或多个通道。附图说明当参照附图阅读下面的详细描述时，本专利技术的这些及其它的特征、方面和优势将变得更好理解，在附图中，相同符号在所有图中代表相同部件，其中 图I为燃气轮机系统的示意图；图2为根据本专利技术的各方面的带有冷却微通道的示例翼型件构造的示意性横截面；图3在透视图中示意性地描绘了部分地沿着衬底的外表面延伸且将冷却剂引导至形成于衬底的外表面中的相应的流出区域的三个示例冷却通道；图4为图3的示例冷却通道中的一个的横截面图，并且显示了将冷却剂输送至形成于冷却通道的排出点处的斜的流出区域的通道；图5显示应用有涂覆物的图4的示例冷却通道；图6显示带有膜孔的图5的示例冷却通道，该膜孔通过移除流出区域中的涂覆物的一部分而形成于流出区域中；图7为比相应的凹槽更宽的示例流出区域的俯视图；图8为比相应的凹槽更宽的示例扩散器形流出区域的俯视图；图9示意性地描绘了在衬底的外表面中使用磨蚀性液体射流形成三个示例凹槽或流出区域；图10示意性地描绘了用于形成凹槽和凹槽的排出端处的斜的流出区域的示例加工路径；图11-图16示意性地示出了使用短效涂覆物和牺牲填料形成凹槽和流出区域的方法；图17-图19示意性地示出了使用两个结构涂覆物层形成通道和流出区域的方法；以及图20在透视图中示意性地描绘了带有多个流出区域的三个示例冷却通道。部件列表10燃气轮机系统12压缩机14燃烧器16 涡轮18 轴20燃料喷嘴30短效涂覆物32牺牲填料34短效涂覆物中的开口50涂覆物层54第一结构涂覆物层56第二结构涂覆物层 58第一结构涂覆物层中的开口80热气路径流100热气路径构件110 衬底112衬底的外表面114中空内部空间116衬底的内表面130 通道132 凹槽134凹槽的基部136凹槽的顶部(开口)140进入孔142膜孔(一个或多个)160磨蚀性液体射流170冷却通道的排出点172流出区域174 膜孔176流出区域的覆盖区域178流出区域的相对端具体实施例方式在本文中，用语“第一”、“第二”等不表示任何顺序、数重或重要性，而是相反，它们用于把一个要素同另一个区分开。在本文中，用语“一个”和“一种”不表示数量的限制，而是相反，表示存在至少一个所引用的项目。与数量结合起来使用的修饰语“大约”包括本数，并且具有由上下文指示的含义(例如，包括与特定数量的测量相关的误差度)。另外，术语“组合”包括掺合物、混合物、合金、反应产物等。此外，在该说明书中，后缀“(一个或多个)”通常意图包括其修饰的用语的单数和复数两者，因此包括一个或多个该用语(例如，“通路孔”可包括一个或多个通路孔，除非有其它规定)。在整个说明书对“一个实施例”、“另一实施例”、“实施例”等的参照是指结合实施例描述的特定要素(例如特征、结构和/或特性)被包括在本文中描述的至少一个实施例中，并且可能存在或不存在于其它实施例中。另外，将懂得，所描述的创造性特征可以任何适当的方式结合至多种实施例中。图I为燃气轮机系统10的示意图。系统10可包括一个或多个压缩机12、燃烧器14、涡轮16以及燃料喷嘴20。压缩机12和涡轮16可由一个或多个轴18相联接。轴18可为单个轴或是联接在一起而形成轴18的多个轴节段。燃气轮机系统10可包括若干热气路径构件100。热气路径构件是系统10的至少部分地暴露至通过系统10的高温气流的任何构件。例如，轮叶组件(也称为叶片或叶片组)、喷嘴组件(也称为导叶或导叶组件)、护罩组件、过渡件、保持环以及压缩机排气构件都是热气路径构件。然而，应当懂得，本专利技术的热气路径构件100并不限于以上示例，而可为至少部分地暴露至高温气流的任何构件。另外，应当懂得，本公开的热气路径构件100并不限于燃气轮机系统10中的构件，而可为可能暴露至高温流的机器或其构件的任何零件。当热气路径构件100暴露至热气流80时，热气路径构件100被热气流80加热并可达到热气路径构件100失效的温度。因此，为了允许系统10用处于高温的热气流80运行而提高系统10的效率和性能，需要用于热气路径构件100的冷却系统。大体上，本公开的冷却系统包括一系列形成于热气路径构件100的表面中的小通道或微通道。对于工业规模的动力发生涡轮构件，“小”或“微”通道尺本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
2011.02.14 US 13/0265951.一种制造构件(100)的方法，所述方法包括 在衬底(110)的外表面(112)中形成一个或多个凹槽(132)，其中，各个凹槽(132)至少部分地沿着所述衬底(110)的所述表面(112)延伸，并具有基部(134)、顶部(136)以及至少一个排出端(170)； 形成邻近各个凹槽(132)的相应的排出点(170)的流出区域(172);以及 在所述衬底(110)的所述表面(112)的至少一部分上面设置涂覆物(150)，其中，所述一个或多个凹槽(132)和所述涂覆物(150)限定用于冷却所述构件(100)的一个或多个通道(130)。2.根据权利要求I所述的方法，其特征在于，通过将磨蚀性液体射流(160)指向所述衬底(110)的所述外表面(112)来形成各个凹槽，其中，通过将所述磨蚀性液体射流(160)从所述衬底(110)的所述外表面(112)升高来形成各个流出区域(172)，使得各个流出区域(172)是斜的。3.根据权利要求I所述的方法，其特征在于，所述流出区域(172)比相应的凹槽(132)更宽，其中，所述涂覆物(150)不跨接所述一个或多个流出区域(172)，使得各个流出区域(172)为相应的凹槽(132)形成膜孔(174)，其中，所述涂覆物(150)的一部分淀积在所述一个或多个流出区域(172)中，所述方法进一步包括移除淀积在各个流出区域中的所述涂覆物(150)的至少一部分，使得各个流出区域(172)为相应的凹槽(132)形成膜孔(174)。4.根据权利要求I所述的方法，其特征在于，所述涂覆物(150)的一部分淀积在所述一个或多个流出区域(172)中，所述方法进一步包括移除淀积在各个流出区域中的所述涂覆物(150)的至少一部分，使得各个流出区域(172)为相应的凹槽(132)形成膜孔(174)。5.根据权利要求I所述的方法，其特征在于，所述方法进一步包括 在形成所述一个或多个凹槽(132)之前，在所述衬底(110)的所述外表面(112)上淀积短效涂覆物(30)，其中，借助于通过所述短效涂覆物(30)而加工所述衬底(110)来形成各个凹槽(132)和流出区域(172);以及 在将所述涂覆物(150)淀积在所述衬底(110)的所述外表面(112)上面之前，移除所述短效涂覆物(30)。6.根据权利要求I所述的方法，其特征在于，所述方法进一步包括在至少一个凹槽(132)的相应的排出点(17)处形成一个或多个额外的流出区域(172)。7.一种构件(100)，包括 衬底(110),其包括外表面(112)和内表面(116),其中,所述外表面(112)限定...

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