使用光刻模制技术在部件上制造表面冷却通道的方法技术

本发明专利技术公开使用光刻模制技术在部件上制造表面冷却通道的方法。所述方法包括通过芯段的柔性模具铸造陶瓷芯件，并且通过第一壳体区段和第二壳体区段的对应柔性模具铸造成至少两个区段的陶瓷壳体。随后，通过在所述陶瓷壳体区段内组装所述陶瓷芯件形成陶瓷铸造容器。将金属基底材料铸造到所述陶瓷铸造容器中。移除所述陶瓷铸造容器，使其中设有内部通路、与所述内部通路流体连通的一个或多个冷却通道以及与所述一个或多个冷却通道流体连通的一个或多个表面凹槽的所述部件的基底露出。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术公开。所述方法包括通过芯段的柔性模具铸造陶瓷芯件，并且通过第一壳体区段和第二壳体区段的对应柔性模具铸造成至少两个区段的陶瓷壳体。随后，通过在所述陶瓷壳体区段内组装所述陶瓷芯件形成陶瓷铸造容器。将金属基底材料铸造到所述陶瓷铸造容器中。移除所述陶瓷铸造容器，使其中设有内部通路、与所述内部通路流体连通的一个或多个冷却通道以及与所述一个或多个冷却通道流体连通的一个或多个表面凹槽的所述部件的基底露出。【专利说明】
本专利技术总体涉及如燃气涡轮机系统的涡轮机系统，并且更为具体地说，涉及涡轮机系统中的微通道冷却。
技术介绍
在燃气涡轮发动机中，空气是在压缩机中进行加压并且在燃烧器中与燃料混合，用以生成高温燃烧气体。从高压涡轮机(HPT)中的气体所抽取的能量为压缩机提供动力，并且从低压涡轮机(LPT)中的气体所抽取的能量为涡轮风扇飞机发动机应用中的风扇提供动力或者为船舶和工业应用中的外轴提供动力。在燃气涡轮发动机的运行过程中，燃烧气体温度可以超过3，000° F，大大高于发动机的接触这些气体的金属零件的熔融温度。这些发动机的在高于金属零件熔融温度的气体温度下的运行是众所周知的，并且部分是取决于通过各种方法将冷却空气供应到金属零件的外表面。这些发动机中的金属零件就是形成燃烧器的金属零件并且位于燃烧器的后端上，其尤其受到高温影响，因此要求尤其注意对此类金属零件的冷却。发动机的效率随着燃烧气体温度增加。然而，燃烧气体沿着各自流路加热各种部件，这又要求冷却所述部件以便延长发动机的寿命。通常，热气路径部件通过来自压缩机的排出空气来冷却。由于所述排出空气并未用于燃烧过程，因此，这个冷却过程使得发动机的效率降低。燃气涡轮发动机冷却技术是已经成熟的，并且包括针对各种热气路径部件中的冷却回路和特征的各种方面的多项专利。例如，燃烧器包括径向外衬和径向内衬，这两者都要求在运行过程中进行冷却。涡轮机的喷嘴包括支撑在外带与内带之间的空心轮叶，它也需要冷却。涡轮机的转子叶片是空心的并且其中通常包括冷却回路，所述叶片是由涡轮机防护罩环绕，所述涡轮机防护罩同样需要冷却。热的燃烧气体穿过排气装置排放出来，所述排气装置也可设有衬垫并且进行适当冷却。在所有这些示例性燃气涡轮发动机部件中，通常使用高强度超合金金属制成薄金属壁来增强耐久性，同时使此类部件的冷却需要最小化。各种冷却回路和特征针对发动机中处于各自环境中的这些单独部件进行调整。例如，可以在热气路径部件中形成一系列的内部冷却通道、即蛇形通道。可以将冷却流体从加压腔室提供到蛇形通道中，并且所述冷却流体可以流经所述通道，从而冷却热气路径部件基底以及涂层。然而，这种冷却策略通常导致传热速率相对较低并且导致部件温度分布不均。采用微通道冷却技术具有大大降低冷却要求的潜力。微通道冷却使冷却尽可能地接近加热区域，由此，在传热速率给定情况下，使承载基底材料的热侧与冷测之间的温度差值减小。然而，用于形成微通道的现有技术通常要求使用铸后加工(post-castingmachining)形成微通道和冷却剂供送孔。铸后加工可能涉及损坏过程并且通常要求较长时间。因此，将会需要提供一种用于在热气路径部件中形成冷却通道的方法，所述方法 无需进行铸后加工。
技术实现思路
在一个实施方案中，公开一种铸造包括一个或多个表面冷却通道的部件的方法。所述方法包括通过一个或多个芯段的柔性模具铸造陶瓷芯件，并且通过第一壳体区段和第二壳体区段的对应柔性模具铸造呈至少两个区段的陶瓷壳体。接着，通过在所述陶瓷壳体区段内组装所述陶瓷芯件形成陶瓷铸造容器。金属基底材料经铸造成所述陶瓷铸造容器。随后，移除所述陶瓷铸造容器。移除所述陶瓷铸造容器以使所述部件露出，所述部件其中设有内部通路、与所述内部通路流体连通的一个或多个冷却通道以及与所述一个或多个冷却通道流体连通的一个或多个表面凹槽。如上所述的方法，其进一步包括:提供所需陶瓷铸造容器的模型，所述陶瓷铸造容器限定所述部件的几何形状并且包括所述内部通路、与所述内部通路流体连通的所述一个或多个冷却通道以及与所述一个或多个冷却通道流体连通的所述一个或多个表面凹槽；以数字方式将所述模型划分成多个区段，其中所述多个区段限定所述芯段、第一壳体区段以及第二壳体区段；将所述多个区段中的每个区段转移到母模工具中，其中所述多个区段包括一个或多个精密金属插件，用以限定包括所述内部通路、所述一个或多个冷却通道以及所述一个或多个表面凹槽的所述部件的所述几何形状；以及通过每个母模工具铸造所述柔性模具。如上所述的方法，其进一步包括将涂层设置在所述基底的表面的至少一部分上，其中所述一个或多个冷却通道、所述一个或多个表面凹槽以及所述涂层限定用于冷却所述部件的所述一个或多个表面冷却通道。如上所述的方法，其进一步包括限定穿过所述涂层的至少一个冷却剂排出口。如上所述的方法，其中所述一个或多个表面凹槽是内曲形的凹槽。在另一实施方案中，公开一种铸造包括一个或多个表面冷却通道的部件的方法。所述方法包括提供所需陶瓷铸造容器模型，所述陶瓷铸造容器限定所述部件几何形状并且包括内部通路、与所述内部通路流体连通的一个或多个冷却通道以及与所述一个或多个冷却通道流体连通的一个或多个表面凹槽。所述模型经数字划分成多个区段并且所述多个区段各自转移到母模工具中，其中所述多个区段包括一个或多个精密金属插件，用以限定包括所述内部通路、所述一个或多个冷却通道、所述一个或多个表面凹槽以及一个或多个对准特征的所述部件的所述几何形状。接着，通过每个母模工具铸造柔性模具。通过对应柔性模具铸造陶瓷芯件。通过对应柔性模具铸造呈至少两个区段的陶瓷壳体。通过在所述陶瓷壳体区段内组装所述陶瓷芯件形成所述陶瓷铸造容器。接着，金属基底材料经铸造成所述陶瓷铸造容器。随后，移除所述陶瓷铸造容器以使具有所述内部通路、与所述内部通路流体连通的所述一个或多个冷却通道以及与所述一个或多个冷却通道流体连通的所述一个或多个表面凹槽的所述部件的基底露出。如上所述的方法，其进一步包括将涂层设置在所述基底的表面的至少一部分上，其中所述一个或多个表面凹槽和所述涂层限定用于冷却所述部件的所述一个或多个表面冷却通道。如上所述的方法，其中所述涂层完全桥接对应一个或多个表面凹槽，使所述涂层密封对应的一个或多个表面冷却通道。如上所述的方法，其中所述一个或多个表面凹槽是内曲形的凹槽。如上所述的方法，其中所述母模工具由金属材料形成。如上所述的方法，其中所述金属材料是铝。如上所述的方法，其中所述多个区段限定一个或多个芯段和至少两个壳体区段。如上所述的方法，其中所述精密插件由金属材料形成。如上所述的方法，其中所述金属材料是经过蚀刻的铜。如上所述的方法，其中所述一个或多个精密金属插件进一步限定一个或多个对准特征，并且其中通过在所述陶瓷壳体内组装所述陶瓷芯件来形成所述陶瓷铸造容器进一步包括使用所述一个或多个对准特征。在又一实施方案中，公开一种铸造包括一个或多个表面冷却通道的部件的方法。所述方法包括:提供所需陶瓷铸造容器模型，所述陶瓷铸造容器限定所述部件几何形状并且包括内部通路、与所述内部通路流体连通的一个或多个冷却通道以及与所述一个或多个冷却通道流体连通的一个或多个表面凹槽；以及将所述模型数字划分成多个区段。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种铸造包括一个或多个表面冷却通道的部件的方法，所述方法包括：通过一个或多个芯段的柔性模具铸造陶瓷芯件；通过至少两个壳体区段的对应柔性模具分至少两段铸造陶瓷壳体；通过在所述陶瓷壳体区段内组装所述陶瓷芯件形成陶瓷铸造容器；将金属基底材料铸造到所述陶瓷铸造容器中；以及移除所述陶瓷铸造容器，使所述部件露出，所述部件其中设有内部通路、与所述内部通路流体连通的一个或多个冷却通道以及与所述一个或多个冷却通道流体连通的一个或多个表面凹槽。

【技术特征摘要】
...

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