具有近壁冷卻特征的熱氣體路徑部件制造技術(shù)

本發(fā)明專利技術(shù)公開了一種具有近壁冷卻特征的熱氣體路徑部件。此外，本發(fā)明專利技術(shù)還公開了一種在熱氣體路徑部件中提供微通道的方法，該方法包括在熱氣體路徑部件的襯底的外部表面中形成第一微通道。第二微通道形成于熱氣體路徑部件的外部表面中，使得該第二微通道與第一微通道分開具有第一寬度的表面間隙。該方法還包括將釬焊板布置在熱氣體路徑部件的外部表面上，使得釬焊板覆蓋第一微通道和第二微通道的至少一部分，以及加熱釬焊板以使其結(jié)合到熱氣體路徑部件的外部表面的至少一部分。

Hot gas path components with near wall cooling characteristics

The invention discloses a hot gas path component with a near wall cooling characteristic. In addition, the invention also discloses a method for providing a micro channel in a hot gas path component. The second microchannel is formed in an outer surface of the hot gas path member such that the second microchannel is separated from the first microchannel with a first width of the surface gap. The method also includes brazing plate is arranged on the external surface of the hot gas path components, the brazing sheet covering the first micro channel and micro channel second and at least a portion of the brazing plate so that the combination of at least a portion of the outer surface of the hot gas path components.

【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】
聯(lián)邦研究聲明本專利技術(shù)的主題是根據(jù)由能源部(DOE，Department of Energy)授予的合同No.DE-FC26-05NT42643在美國聯(lián)邦政府支持下進行的，并且美國聯(lián)邦政府在本說明書要求保護的主題中享有某些權(quán)利。
本專利技術(shù)的領域總體涉及渦輪發(fā)動機，并且更具體地涉及具有近壁冷卻特征的熱氣體路徑部件。
技術(shù)介紹
燃氣渦輪機系統(tǒng)廣泛地用于諸如發(fā)電之類的領域中。傳統(tǒng)的燃氣渦輪機系統(tǒng)包括壓縮機、燃燒器和渦輪。在燃氣渦輪機系統(tǒng)運行期間，系統(tǒng)中的各個熱氣體路徑部件經(jīng)受高溫流，從而可能造成熱氣體路徑部件失效。由于溫度較高的流通常使得燃氣渦輪機系統(tǒng)的性能、效率和功率輸出提高，從而在燃氣渦輪機系統(tǒng)中是期望的，因此必須對經(jīng)受高溫流的熱氣體路徑部件進行冷卻，以允許燃氣渦輪機系統(tǒng)以較高溫度的流運行。當熱氣體路徑部件的最大局部溫度接近熱氣體路徑部件的熔化溫度時，需要進行強制空氣冷卻。為此原因，燃氣渦輪機斗葉(buckets)和噴嘴的翼型件通常需要復雜的冷卻方案，其中空氣(通常為排出空氣)被迫通過翼型件內(nèi)的內(nèi)部冷卻通路并且隨后通過位于翼型件表面的冷卻孔排出以從熱氣體路徑部件傳熱。冷卻孔也能夠被配置成使得冷卻空氣用于對熱氣體路徑部件的周圍表面進行膜冷卻。用于對經(jīng)受高溫流的熱氣體路徑部件進行冷卻的多種策略在本領域內(nèi)是已知的。例如，一系列內(nèi)部冷卻通路可以形成在熱氣體路徑
部件中，以有利于對熱氣體路徑部件進行冷卻。通過鑄造工藝形成的斗葉和噴嘴需要芯來限定內(nèi)部冷卻通路。芯及其在鑄造工藝期間移動的可能性對傳統(tǒng)的鑄造工藝能夠?qū)⒗鋮s通路定位到接近熱氣體路徑部件的外部表面的程度造成限制。因此，冷卻通路通常低于鑄造渦輪斗葉或噴嘴的基部金屬表面大約0.1英寸(大約2.5毫米)或更多。然而，如果冷卻通路能夠被放置成更靠近表面，傳熱效率能夠顯著提高。更小的冷卻通路或微通道對芯和鑄件的制造提出了巨大挑戰(zhàn)，從而可能顯著增加使用該等已知的近壁冷卻系統(tǒng)的熱氣體路徑部件的生產(chǎn)成本。
技術(shù)實現(xiàn)思路
在一個方面中，公開一種在熱氣體路徑部件中提供微通道的方法。該熱氣體路徑部件包括具有外部表面的襯底。該方法包括在熱氣體路徑部件的外部表面中形成第一微通道。該方法還包括在熱氣體路徑部件的外部表面中形成第二微通道，使得第二微通道與第一微通道分開具有第一寬度的表面間隙。該方法包括將釬焊板布置在熱氣體路徑部件的外部表面上，使得釬焊板覆蓋第一微通道和第二微通道的至少一部分。此外，該方法包括加熱釬焊板以使其結(jié)合到熱氣體路徑部件的外部表面的至少一部分。基于本專利技術(shù)的一個方面，第一微通道和第二微通道具有基本相等的第二寬度，并且上述表面間隙的第一寬度等于或大于第一微通道和第二微通道的第二寬度。在本專利技術(shù)的上述方法中，加熱釬焊板以使其結(jié)合到外部表面的至少一部分包括加熱釬焊板使其結(jié)合到表面間隙。在本專利技術(shù)的上述方法中，在外部表面中形成第一微通道和第二微通道包括形成具有第二寬度的第一微通道和第二微通道，第二寬度被配置成有利于防止釬焊板在熱氣體路徑部件的運行溫度下下垂到第一微通道和第二微通道中。此外，在外部表面中形成第一微通道和第二微通道包括形成具有處于大致0.040英寸(1.0mm)到大致0.080英寸(2.0mm)之間范圍內(nèi)的第二寬度的第一微通道和第二微通道。進一步地，在本專利技術(shù)的上述方法中，將釬焊板布置在外部表面上包括將釬焊板布置在外部表面上，其中通過組合低熔點合金粉末和高熔點合金粉末以形成組合粉末混合物來制造釬焊板。更進一步地，低熔點合金粉末和高熔點合金粉末以處于大致5:95到大致95:5之間范圍內(nèi)的重量比混合在一起。更進一步地，低熔點合金粉末與高熔點合金粉末的比例從靠近外部表面的低熔點合金粉末的較高比例過渡到靠近釬焊板的外部表面的低熔點合金粉末的較低比例。進一步地，本專利技術(shù)的上述方法還包括在襯底中形成凹入部，其中第一微通道和第二微通道形成在凹入部中。更進一步地，將釬焊板布置在熱氣體路徑部件的外部表面上包括將釬焊板布置在凹入部內(nèi)，使得釬焊板覆蓋第一微通道和第二微通道的至少一部分。在另一個方面中，一種熱氣體路徑部件包括具有凹入部表面(recess surface)的襯底。第一微通道形成于凹入部表面中。第二微通道形成于凹入部表面中并且與第一微通道分開具有第一寬度的表面間隙。該熱氣體路徑部件還包括釬焊板，該釬焊板結(jié)合到凹入部表面的至少一部分。此外，釬焊板覆蓋第一微通道和第二微通道的至少一部分。基于本專利技術(shù)的另一個方面，第一微通道和第二微通道具有基本相等的第二寬度，并且表面間隙的第一寬度等于或大于第一微通道和第二微通道的第二寬度。另外，釬焊板結(jié)合到表面間隙。此外，第一微通道和第二微通道包括第二寬度，第二寬度被配置成有利于防止釬焊板在熱氣體路徑部件的運行溫度下下垂到第一微通道和第二微通道中。再者，第一微通道和第二微通道包括處于大致0.040英寸(1.0mm)到大致0.080英寸(2.0mm)之間范圍內(nèi)的第二寬度。基于本專利技術(shù)的另一方面，進一步地，釬焊板是包括低熔點合金粉
末和高熔點合金粉末中的至少一種的組合粉末混合物。更進一步地，低熔點合金粉末和高熔點合金粉末以處于大致5:95到大致95:5之間范圍內(nèi)的重量比混合在一起。更進一步地，低熔點合金粉末與高熔點合金粉末的比例從接近凹入部表面的低熔點合金粉末的較高比例過渡到接近釬焊板的相對外表面的低熔點合金粉末較低比例。基于本專利技術(shù)的另一方面，進一步地，襯底包括形成在襯底的外表面中的凹入部，凹入部包括凹入部表面，并且其中第一微通道和第二微通道形成在凹入部內(nèi)。更進一步地，釬焊板被布置在凹入部內(nèi)并且結(jié)合到凹入部表面的至少一部分，且覆蓋第一微通道和第二微通道的至少一部分。附圖說明當參照附圖來閱讀以下詳細描述時，本專利技術(shù)的這些和其它特征、方面以及優(yōu)點將變得更好理解，在附圖中，相似的附圖標記在全部附圖中表示相似的部件，其中：圖1是示例性燃氣渦輪發(fā)動機的示意圖；圖2是圖1中所示的燃氣渦輪發(fā)動機的渦輪的一部分的示意圖；圖3是圖2中所示的渦輪的熱氣體路徑部件的透視圖，其中示出了形成于翼型件中的多個微通道；圖4是圖3中所示的熱氣體路徑部件的局部剖視圖，其中示出了形成于熱氣體路徑部件的基部中的多個微通道；圖5是用于圖1的燃氣渦輪發(fā)動機中的圖3中所示的熱氣體路徑部件的示意性端視圖，其中包括形成于該熱氣體路徑部件中的冷卻系統(tǒng)；圖6是圖5的熱氣體路徑部件28的示意性橫截面，其中包括冷卻系統(tǒng)；圖7是圖5中所示的熱氣體路徑部件的一部分的放大視圖；圖8是圖5中所示的微通道中的一個的示意性橫截面，其中示出了從入口通路向膜冷卻孔引導加壓空氣的微通道；以及圖9是用于在圖3的熱氣體路徑部件28中提供近壁冷卻微通道的方法。除非另有說明，否則本說明書中所提供的附圖意在說明本專利技術(shù)實施例的特征。這些特征據(jù)信能夠應用于種類廣泛的系統(tǒng)，其中包括本專利技術(shù)的一個或多個實施例。這樣一來，附圖并不旨在包括實施本說明書中所公開的實施例所需的本領域普通技術(shù)人員已知的所有常規(guī)特征。具體實施方式在以下說明書和權(quán)利要求書中，將參照多個術(shù)語，該等術(shù)語將被定義為具有以下含義。除非上下文另有明確指示，單數(shù)形式“一”、“一個”及“該”包括復數(shù)形式。在此且在整個說明書和權(quán)利要求書中所使用的近似語言可以用于對能夠允許改變的本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護點】
一種在熱氣體路徑部件中提供微通道的方法，所述熱氣體路徑部件包括具有外部表面的襯底，所述方法包括：在所述熱氣體路徑部件的外部表面中形成第一微通道；在所述熱氣體路徑部件的外部表面中形成第二微通道，使得所述第二微通道與所述第一微通道分開具有第一寬度的表面間隙；將釬焊板布置在所述熱氣體路徑部件的外部表面上，使得所述釬焊板覆蓋所述第一微通道和所述第二微通道的至少一部分；以及加熱所述釬焊板以使其結(jié)合到所述熱氣體路徑部件的外部表面的至少一部分。

【技術(shù)特征摘要】
2015.06.15 US 14/7398491.一種在熱氣體路徑部件中提供微通道的方法，所述熱氣體路徑部件包括具有外部表面的襯底，所述方法包括：在所述熱氣體路徑部件的外部表面中形成第一微通道；在所述熱氣體路徑部件的外部表面中形成第二微通道，使得所述第二微通道與所述第一微通道分開具有第一寬度的表面間隙；將釬焊板布置在所述熱氣體路徑部件的外部表面上，使得所述釬焊板覆蓋所述第一微通道和所述第二微通道的至少一部分；以及加熱所述釬焊板以使其結(jié)合到所述熱氣體路徑部件的外部表面的至少一部分。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一微通道和所述第二微通道具有基本相等的第二寬度，并且其中所述表面間隙的第一寬度等于或大于所述第一微通道和所述第二微通道的第二寬度，加熱所述釬焊板以使其結(jié)合到所述外部表面的至少一部分包括加熱所述釬焊板使其結(jié)合到所述表面間隙，在所述外部表面中形成所述第一微通道和所述第二微通道包括形成具有第二寬度的第一微通道和第二微通道，所述第二寬度被配置成有利于防止所述釬焊板在所述熱氣體路徑部件的運行溫度下下垂到所述第一微通道和所述第二微通道中。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，將所述釬焊板布置在所述外部表面上包括將所述釬焊板布置在所述外部表面上，其中通過組合低熔點合金粉末和高熔點合金粉末以形成組合粉末混合物來制造所述釬焊板，低熔點合金粉末和高熔點合金粉末以處于大致5:95至大致95:5之間的范圍內(nèi)的重量比混合在一起，低熔點合金粉末與高熔點合金粉末的比例從靠近所述外部表面的低熔點合金粉末的較高比例過渡到靠近所述釬焊板的外部表面的低熔點合金粉末的較低比例。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，在所述外部表面中形成所述第一微通道和所述第二微通道包括形成具有處于大致0.040英寸至大致0.080英寸之間的范圍內(nèi)的第二寬度的第一微通道和第二微通道。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法還包括在所述襯底中形成凹入部，其中所述第一微...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：CM米蘭達，SC科蒂林加姆，BP萊西，
申請(專利權(quán))人：通用電氣公司，
類型：發(fā)明
國別省市：美國;US