渦輪發動機中的薄膜冷卻部件壁制造技術

一種渦輪發動機中的部件壁。所述部件壁包括基板、槽以及多個冷卻通道。所述基板具有第一表面和與該第一表面相對的第二表面。所述槽位于第二表面中并且由第一和第二表面之間的底表面、第一側壁以及與第一側壁間隔的第二側壁來確定。第一側壁從所述槽的底表面徑向向外連續地延伸至第二表面。第一側壁包括多個朝第二側壁延伸的第一突出部分。所述冷卻通道從第一表面延伸穿過所述基板至所述槽的底表面。所述冷卻通道的出口布置于所述槽中，使得所述冷卻通道排出的冷卻空氣導向所述第一突出部分中的相應突出部分。

【技術實現步驟摘要】
【國外來華專利技術】
本專利技術涉及渦輪發動機，更具體地，涉及設置于諸如用于燃氣渦輪發動機中的翼 面的側壁之類的部件側壁中的薄膜冷卻通道。
技術介紹
在諸如燃氣渦輪發動機之類的渦輪機中，空氣在壓縮機中加壓后與燃料混合并且 在燃燒室中燃燒，以產生高溫燃燒氣體。所述高溫燃燒氣體在發動機的渦輪機中膨脹，其中 能量被提取，以驅動壓縮機并且提供用于發電的輸出動力。所述高溫燃燒氣體穿過一系列 的渦輪機級。渦輪機級可包括成排的固定翼面(也就是導向葉片)，接著是成排的旋轉翼 面(也就是渦輪葉片)，其中渦輪葉片從高溫燃燒氣體中提取能量來驅動壓縮機并且提供 輸出動力。由于當高溫燃燒氣體經過渦輪機時翼面(也就是導向葉片和渦輪葉片)直接暴露 于高溫燃燒氣體，因此所述翼面通常設有引導諸如壓縮機泄放空氣之類的冷卻劑的內部冷 卻回路，所述回路穿過所述翼面并且穿過所述翼面表面周圍的薄膜冷卻孔。例如，薄膜冷卻 孔一般設置于所述翼面的壁中來引導冷卻空氣穿過所述壁，以將所述空氣排放到所述翼面 之外，從而形成薄膜冷卻空氣層來保護所述翼面免受高溫燃燒氣體損壞。薄膜冷卻效果與正在被冷卻的表面處的薄膜冷卻流體的集中度有關。通常，冷卻 效果越強，所述表面的冷卻效率越高。冷卻效果的降低會導致使用更大量的冷卻空氣來維 持一定的冷卻能力，這會導致發動機效率降低。
技術實現思路
根據本專利技術的第一方面，渦輪發動機中設置了部件壁。所述部件壁包括基板、槽以 及多個冷卻通道。所述基板具有第一表面和與該第一表面相對的第二表面。所述槽位于第 二表面中并且由第一和第二表面之間的底表面、第一側壁以及與第一側壁間隔的第二側壁 來確定。第一側壁從所述槽的底表面徑向向外連續地延伸至第二表面。第一側壁包括多個 朝第二側壁延伸的第一突出部分。所述冷卻通道從第一表面延伸穿過所述基板至所述槽的 底表面。所述冷卻通道的出口布置于所述槽中，使得通過所述出口從所述冷卻通道排出的 冷卻空氣導向第一側壁的相應第一突出部分。根據本專利技術的第二方面，渦輪發動機中設置了部件壁。所述部件壁包括基板、槽以 及多個冷卻通道。所述基板具有第一表面和與該第一表面相對的第二表面。所述槽位于第 二表面中并且由第一和第二表面之間的底表面、第一側壁以及與第一側壁間隔的第二側壁 來確定。第一側壁包括多個朝第二側壁延伸的第一突出部分，并且第二側壁包括多個朝第 一側壁延伸的并且位于相鄰的第一突出部分之間的第二突出部分。所述冷卻通道從第一表 面延伸穿過所述基板至所述槽的底表面。所述冷卻通道的出口布置于所述槽中，使得自所 述出口從所述冷卻通道排出的冷卻空氣導向第一側壁的相應第一突出部分。根據本專利技術的第三方面，提供了用于在渦輪發動機的部件壁中形成槽的方法。所述部件壁的內層的外表面覆蓋有可去除材料，以確定將要形成于所述部件壁中的槽的形 狀。所述可去除材料堵住至少一個延伸穿過所述部件壁內層的冷卻通道的出口。所述可去 除材料構造成使得將要形成的槽的至少一個突出部分將與相應冷卻通道出口對齊。安置材 料于所述內層的外表面上，以在所述內層上方形成所述部件壁的外層。從所述部件壁上移 除可去除材料，使得槽形成于所述部件壁中的可去除材料之前所處的區域。所述槽由底表 面、第一側面和第二側面確定。所述底表面對應于所述部件壁內層的外表面中的可去除材 料之前所處的表面區域。第一側壁由形成所述部件壁的外層的材料確定。第二側壁與第一 側壁間隔，并且由形成所述部件壁的外層的材料確定。第一側壁包括至少一個與相應冷卻 通道出口對齊的突出部分，該至少一個突出部分朝第二側壁延伸。移除可去除材料打開了 所述至少一個冷卻通道的出口，使得冷卻空氣能夠經過所述冷卻通道并且從所述冷卻通道 的出口朝第一側壁的相應突出部分排出。附圖說明盡管權利要求書概括總結了說明書，特別指出并且清楚地聲明了本專利技術所要求的 權利，但是從下面結合附圖的描述中本專利技術將得以更好地理解，其中相似的附圖標記表示 相似的元件，其中圖1是根據本專利技術實施例的薄膜冷卻部件壁一部分的透視圖2是圖1中所示的薄膜冷卻部件壁的橫截面視圖3是圖1中所示的薄膜冷卻部件壁的平視橫截面視圖4示出了用于在根據本專利技術實施例的部件壁中形成槽的方法；圖4A示出了用于圖1中所示的薄膜冷卻部件壁的形成的可去除材料；并且圖5至8是根據本專利技術另外的實施例的薄膜冷卻部件壁的正視圖。具體實施方式在下面的優選實施例的詳細說明中，參考了形成本說明書一部分的附圖，并且其 中本專利技術得以實施的特定優選實施例是通過示例性方式而非限制性方式示出的。應當理解 的是，也可以利用其它實施例，并且在不脫離本專利技術的精神和范圍的條件下作出改變。參照圖1，示出了根據本專利技術的實施例的薄膜冷卻部件壁10。部件壁10可包括諸 如翼面之類的渦輪發動機中的部件的一部分，即，旋轉的渦輪葉片或固定葉片、燃燒襯套及 排氣噴嘴等。部件壁10包括具有第一表面14和第二表面16的基板12。第一表面14可稱為 “冷”表面，因為第一表面14可暴露于冷卻氣體，而第二表面16可稱為“熱”表面，因為第二 表面16可在作業期間暴露于高溫燃燒氣體。所述燃燒氣體在發動機作業期間可具有高達 約2，000° C的溫度。在所示實施例中，第一表面14和第二表面16對置并且大體上彼此平 行。根據部件壁10的應用，形成基板12的材料可以改變。例如，對于渦輪發動機部 件，基板12優選包括能夠承受所述發動機的各部分中產生的典型作業條件的材料，諸如陶 瓷和金屬基材料，例如鋼或鎳、鈷、或鐵基高溫合金等。參照圖2，基板12可包括一個或多個層，并且在所示實施例中基板12包括內層18A、外層18B以及在內層18A和外側18B之間的中間層18C。所示實施例中的內層18A包 括例如鋼或鎳、鈷、或鐵基高溫合金，并且在一個實施例中，可具有約1. 2mm至約2. Omm的厚 度TA。所示實施例中的外層18B包括熱障涂層，所述熱障涂層用于為部件壁10提供高耐熱 性，并且在一個實施例中可具有約O. 5mm至約1. Omm的厚度TB。所示實施例中的中間層18C 包括粘結涂層，所述粘結涂層用于將外層18B粘結至內層18A，并且在一個實施例中可具有 約O.1mm至約O. 2mm的厚度Tc。盡管所示實施例中的基板12包括內層18A、外層18B以及 中間層18C，但應當理解的是，可以使用具有額外的或更少的層的基板。例如，所述熱障涂 層(即，外層18B)可包括單層或多層。在多層熱障涂層的應用中，每個層可包括相似的或 不同的成分并且可包括相似的或不同的厚度。如圖1至3中所示，槽20 (也稱擴散部分或狹縫)形成于部件壁10中。槽20形 成于基板12的第二表面16中，即，在所示實施例中(參見圖2)，槽20延伸穿過外層18B或 外側18B和中間層18C兩者，并且縱向地延伸橫穿第二表面16。槽20包括第一側壁22、與第一側壁22隔開的第二側壁24以及底表面26。應當 注意的是，在作業期間，相對于熱氣體He流的方向(參見圖1)，第一側壁22位于第二側壁 24的下游，這將會在本文中更詳細地描述。所述第一側壁22和第二側壁24每個都從槽20 的底表面26徑向連續向外延伸至基板12的第二表面16。就是說，沿著槽20的長度L(參 見圖3),第一側壁22和第二側壁24在底表面26和第二表面16之間沿徑向方向本文檔來自技高網...

【技術保護點】

【技術特征摘要】
【國外來華專利技術】2010.06.11 US 12/813,6021.一種渦輪發動機中的部件壁，包括基板，所述基板具有第一表面以及與所述第一表面相對的第二表面；位于所述第二表面中的槽，所述槽由所述第一和第二表面之間的底表面、第一側壁以及與所述第一側壁間隔的第二側壁確定，所述第一側壁從所述槽的所述底表面徑向向外連續地延伸至所述第二表面，并且所述第一側壁包括多個朝所述第二側壁延伸的第一突出部分；以及多個冷卻通道，所述冷卻通道從所述第一表面延伸穿過所述基板至所述槽的所述底表面，其中，各所述冷卻通道的出口布置于所述槽中，使得通過所述出口從所述冷卻通道排出的冷卻空氣導向所述第一側壁的相應所述第一突出部分。2.如權利要求1所述的部件壁，其中，所述第一和第二側壁大體垂直于所述第二表面。3.如權利要求1所述的部件壁，其中，所述冷卻通道出口中的至少一個出口包括擴散器形狀。4.如權利要求1所述的部件壁，其中，所述冷卻通道以一角度延伸穿過所述基板。5.如權利要求4所述的部件壁，其中，所述角度相對于所述槽的所述底表面約為15度至約60度。6.如權利要求1所述的部件壁，其中，所述槽的所述底表面與所述第二表面大體彼此平行。7.如權利要求1所述的部件壁，其中，所述第二側壁包括多個第二突出部分，所述第二突出部分朝所述第一側壁延伸并且位于相鄰的所述冷卻通道之間。8.如權利要求7所述的部件壁，其中所述第一側壁的所述第一突出部分位于所述第二側壁的相鄰的所述第二突出部分之間；并且所述第二側壁的所述第二突出部分位于所述第一側壁的相鄰的所述第一突出部分之間，使得所述第一側壁與所述第二側壁之間的距離大致近似于所述槽的實質長度。9.如權利要求1所述的部件壁，其中，所述第一側壁的所述第一突出部分包括與相應冷卻通道的出口對齊的峰部，以沿所述第一側壁產生發散的冷卻空氣流。10.如權利要求1所述的部件壁，其中，所述槽確定了之字形狀。11.如權利要求1所述的部件壁，其中，所述第二表面包括熱障涂層。12.一種渦輪發動機中的部件壁，包括基板，所述基板具有第一表面以及與所述第一表面相對的第二表面；位于所述第二表面中的槽，所述槽由所述第一和第二表面之間的底表面、第一側壁以及與所述第一側壁間隔的第二側壁確定，所述第一側壁包括多個朝所述第二側壁延伸的第一突出部分，并且所述第二側壁包括多個朝所述第一側壁延伸的并且位于相...

【專利技術屬性】
技術研發人員：CP李，JY吳，M芒希，HA祖尼卡，
申請(專利權)人：西門子能量股份有限公司，
類型：
國別省市：