具有膜孔的CMC制品的熱管理制造技術

本發明專利技術涉及具有膜孔的CMC制品的熱管理。具體地，發動機構件提供為用于生成熱燃燒氣體流的燃氣渦輪發動機(10)。發動機構件可包括基底(82)，該基底由CMC材料構成并且具有面向熱燃燒氣體流的熱表面(84)和面向冷卻流體流的冷卻表面(86)?；祝?2）通常限定膜孔（90），該膜孔延伸穿過基底（82）并且具有提供在冷卻表面（86）上的入口（92）、提供在熱表面（84）上的出口（94），以及連接入口（92）和出口（94）的通道（96）。發動機構件還可包括在熱表面(84)的至少一部分上以及在限定于通道(96)內的內表面的至少一部分上的涂層。

Thermal management of CMC products with membrane holes

The present invention relates to thermal management of CMC products having membrane holes. In particular, the engine component is provided as a gas turbine engine (10) for generating a heat burning gas stream. The engine component may include a base (82), which is made of CMC material and has a hot surface (84) facing the heat burning gas stream and a cooling surface (86) facing the cooling fluid stream. The substrate (82) generally defines a film hole (90), the film hole extending through the substrate (82) and has provided on the cooling surface (86) of the entrance (92), on the hot surface (84) of the outlet (94), and connect the entrance (92) and (94) the export channel (96). The engine member may also include a coating on at least a portion of the hot surface (84) and at least at least a portion of the inner surface defined within the passage (96).

【技術實現步驟摘要】
具有膜孔的CMC制品的熱管理
本專利技術主要涉及陶瓷基渦輪發動機構件，并且更具體地涉及具有細小復雜特征的陶瓷基復合燃氣渦輪發動機構件。
技術介紹
為了提高燃氣渦輪發動機的效率和性能以便提高推力/重量比、減少排放物和改善比燃料消耗，發動機渦輪承擔在更高溫度下操作。該更高溫度達到和超過發動機熱區段且尤其是發動機渦輪區段中構件的材料極限值。由于現有的材料無法耐受該更高的操作溫度，故需要開發出新材料用于高溫環境中。由于發動機操作溫度升高，故開發出冷卻包括燃燒器和渦輪翼型件的高溫合金的新方法。例如，將陶瓷熱障涂層（TBC）施用至處在熱流出燃燒氣體流中的構件表面上以降低熱傳遞速率、提供對下方金屬的熱保護以及容許構件耐受更高溫度。這些改進幫助降低構件的峰值溫度和熱梯度。冷卻孔也已引入以提供膜冷卻來改善熱性能或熱保護。同時，陶瓷基復合材料已開發出作為對于高溫合金的替代品。陶瓷基復合材料（CMC）在許多情況下相比于金屬提供了改善的溫度和密度優點，使得它們成為當需要更高操作溫度和/或減輕重量時選擇的材料。CMC具有相對較低的熱傳導性并且因此很好地適于在高溫環境中持續長時段地使用。CMC構件在熱氣體中緩慢地膜冷卻，尤其是在具有未以其它方式冷卻的后緣的設計中。然而，改善的膜冷卻性能可減少所需的冷卻膜流和/或提高CMC構件的耐久性。
技術實現思路
本專利技術的方面和優點將在下文描述中部分地闡述，或者可根據該描述是顯而易見的，或者可通過實施本專利技術而懂得。發動機構件通常提供為用于生成熱燃燒氣體流的燃氣渦輪發動機。在一個實施例中，發動機構件包括基底，該基底由CMC材料構成并且具有面向熱燃燒氣體流的熱表面和面向冷卻流體流的冷卻表面?；淄ǔＯ薅た?，該膜孔延伸穿過基底并且具有提供在冷卻表面上的入口、提供在熱表面上的出口，以及連接入口和出口的通道。發動機構件還包括在熱表面的至少一部分上以及在限定于通道內的內表面的至少一部分上的涂層。參照下文描述和所附權利要求，本專利技術的這些及其它特征、方面和優點將變得更好理解。結合在本說明書中并構成其一部分的附圖例示了本專利技術的實施例，并且連同描述一起用于闡釋本專利技術的原理。附圖說明本專利技術針對本領域普通技術人員而言全面并能夠實施的公開內容（包括其最佳方式）在參照附圖的說明書中闡述，附圖中：圖1示出根據本主題的方面的可在航空器內使用的燃氣渦輪發動機的一個實施例的截面視圖；圖2示出源于圖1的發動機的示例性燃燒器和高壓渦輪的側截面視圖；圖3為根據一個實施例的經過源于圖1的發動機的示例性發動機構件的膜孔的示意性截面視圖；圖4為根據一個實施例的經過源于圖1的發動機的另一示例性發動機構件的膜孔的示意性截面視圖；圖5為根據一個實施例的在示例性發動機復合物上的多個膜孔的頂視圖；以及圖6為根據一個實施例的在另一示例性發動機復合物上的多個膜孔的頂視圖。在本說明書和附圖中對參考標號的重復使用意圖表示本專利技術的相同或類似的特征或元件。具體實施方式現在將詳細地參照本專利技術的實施例，其一個或更多實例在附圖中例示。每個實例均是以解釋本專利技術的方式提供而不是對本專利技術的限制。實際上，本領域技術人員將清楚的是在本專利技術中可作出各種修正和變型而不脫離本專利技術的范圍或實質。例如，作為一個實施例的一部分顯示或描述的特征可結合另一實施例使用以得到又一實施例。因此，本專利技術意圖涵蓋落入所附權利要求及其等同方案范圍內的此類修正和變型。如文中所用，用語“第一”、“第二”和“第三”可互換地使用以區分一個構件與另一構件而非意圖表示單個構件的位置或重要性。用語“上游”和“下游”是指關于流體流在流體通路中的相對方向。例如，“上游”是指流體自其流動的方向，而“下游”是指流體向其流動的方向。如文中所用，短語“由CMC構成”和“由CMC組成”應表示基本上由CMC構成的構件。更具體地，CMC構件應包括相比于僅一個CMC材料層或涂層更多的CMC材料。例如，由CMC構成的構件可基本上或完全地由CMC材料組成或構成，包括多于大約50%、60%、70%、80%、90%或100%的CMC材料。現在參看附圖，圖1顯示根據本主題的方面的可在航空器內使用的燃氣渦輪發動機10的一個實施例的截面視圖，其中發動機10示為具有貫穿延伸的縱向或軸向中心線軸線12用于參考目的。一般來講，發動機10可包括核心燃氣渦輪發動機（總體上由參考標號14表示）和定位在其上游的風扇區段16。核心發動機14可總體上包括限定環形入口20的大致管狀外部殼體18。此外，外部殼體18可進一步地包封或支承增壓壓縮機22用于將進入核心發動機14的空氣的壓力提升至第一壓力水平。高壓、多級、軸流式壓縮機24于是可從增壓壓縮機22接收加壓空氣并且進一步地提升此種空氣的壓力。離開高壓壓縮機24的加壓空氣隨后可流動至燃燒器26，在該燃燒器內燃料噴射到加壓空氣流中，并且所得的混合物在燃燒器26內燃燒。高能燃燒產物從燃燒器26沿著發動機10的熱氣體路徑引導至第一（高壓，HP）渦輪28以便經由第一（高壓，HP）驅動軸30驅動高壓壓縮機24，且然后引導至第二（低壓，LP）渦輪32以便經由通常與第一驅動軸30同軸的第二（低壓，LP）驅動軸34驅動增壓壓縮機22和風扇區段16。在驅動渦輪28和32中的每個之后，燃燒產物可經由排出噴嘴36從核心發動機14排出以提供推進的噴射推力。應當認識到的是，每個渦輪28、32均可通常包括一個或更多個渦輪級，并且每個級均包括渦輪噴嘴和下游渦輪轉子。如將在下文所述，渦輪噴嘴可包括多個翼片，其設置成圍繞發動機10的中心線軸線12的環形陣列以便調節或以其它方式引導燃燒產物流穿過渦輪級朝向形成渦輪轉子的一部分的對應環形陣列的轉子葉片。如通常所理解那樣，轉子葉片可聯接至渦輪轉子的轉子盤，該轉子盤繼而旋轉地聯接至渦輪的驅動軸（例如，驅動軸30或34）。另外，如圖1中所示，發動機10的風扇區段16可通常包括可旋轉的軸流式風扇轉子38，其構造成由環形風扇殼體40所圍繞。在特定實施例中，（LP）驅動軸34可直接地連接至風扇轉子38，例如在直接驅動構造中。在備選的構造中，（LP）驅動軸34可經由速度減低裝置37例如在間接驅動或齒輪驅動構造中的減速齒輪變速箱而連接至風扇轉子38。此類速度減低裝置可根據需要或要求而包含在發動機10內的任何適合的軸/卷軸之間。本領域普通技術人員應當認識到的是，風扇殼體40可構造成通過多個基本上徑向延伸的、環向隔開的出口導向翼片42相對于核心發動機14受到支承。因此，風扇殼體40可包封風扇轉子38及其對應的風扇轉子葉片44。此外，風扇殼體40的下游區段46可延伸越過核心發動機14的外部部分以便限定提供附加推進噴射推力的輔助或旁通空氣流導管48。在發動機10的操作期間，應當認識到的是，初始空氣流（由箭頭50表示）可經由風扇殼體40的相關聯入口52進入發動機10。空氣流50然后經過風扇葉片44并且分成經由導管48移動的第一壓縮空氣流（由箭頭54表示）和進入增壓壓縮機22的第二壓縮空氣流（由箭頭56表示）。第二壓縮空氣流56的壓力然后增大并且進入高壓壓縮機24（如由箭頭58表示）。在與燃料混合并且在燃燒器26內燃燒之后，燃燒產物60離開燃燒器26并且流經第一渦輪28。此后，燃燒產物60流經第二渦輪32并且離開排出噴嘴36以向發本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種用于生成熱燃燒氣體流的燃氣渦輪發動機（10）的發動機構件，包括：基底，所述基底由CMC材料構成并且具有面向所述熱燃燒氣體流的熱表面（84）和面向冷卻流體流的冷卻表面（86），其中，所述基底（82）限定膜孔（90），所述膜孔延伸穿過所述基底（82）并且具有提供在所述冷卻表面（86）上的入口（92）、提供在所述熱表面（84）上的出口（94），以及連接所述入口（92）和所述出口（94）的通道；以及涂層，所述涂層在所述熱表面（84）的至少一部分上以及在限定于所述通道內的內表面的至少一部分上。

【技術特征摘要】
2015.12.01 US 14/9552611.一種用于生成熱燃燒氣體流的燃氣渦輪發動機（10）的發動機構件，包括：基底，所述基底由CMC材料構成并且具有面向所述熱燃燒氣體流的熱表面（84）和面向冷卻流體流的冷卻表面（86），其中，所述基底（82）限定膜孔（90），所述膜孔延伸穿過所述基底（82）并且具有提供在所述冷卻表面（86）上的入口（92）、提供在所述熱表面（84）上的出口（94），以及連接所述入口（92）和所述出口（94）的通道；以及涂層，所述涂層在所述熱表面（84）的至少一部分上以及在限定于所述通道內的內表面的至少一部分上。2.根據權利要求1所述的發動機構件，其特征在于，所述CMC材料具有第一熱傳導性，并且其中，所述涂層具有第二熱傳導性，并且進一步地其中，所述第一熱傳導性為所述第二熱傳導性的10倍或更大。3.根據權利要求1所述的發動機構件，其特征在于，所述涂層在所述熱表面（84）的至少一部分上、在限定于所述通道內的內表面的至少一部分上，以及在所述冷表面的至少一部分上。4.根據權利要求1所述的發動機構件，其特征在于，所述涂層在限定于所述熱表面（84）中的出口（94）周圍周向地圍...

【專利技術屬性】
技術研發人員：RS班克，KR費爾德曼，RC格羅夫斯二世，
申請(專利權)人：通用電氣公司，
類型：發明
國別省市：美國,US