專利名稱：斜溝式擴(kuò)散器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本主題大體上涉及一種用于制品的斜溝式擴(kuò)散器，并且尤其地涉及一種用于冷卻燃?xì)鉁u輪部件的翼型件的斜溝式并且對(duì)應(yīng)的擴(kuò)散孔。
背景技術(shù)：
在燃?xì)鉁u輪中，熱燃燒氣體沿著環(huán)形熱氣體路徑從燃燒器的環(huán)形陣列流過用于流動(dòng)的過渡件。渦輪級(jí)典型地沿著熱氣體路徑設(shè)置，使得熱燃燒氣體從過渡件流過第一級(jí)噴 嘴和動(dòng)葉(bucket)并流過后續(xù)渦輪級(jí)的噴嘴和動(dòng)葉。渦輪動(dòng)葉可固連至包括渦輪轉(zhuǎn)子的多個(gè)渦輪葉輪，其中每一個(gè)渦輪葉輪安裝至轉(zhuǎn)子軸，以便與轉(zhuǎn)子軸一起旋轉(zhuǎn)。渦輪動(dòng)葉通常包括從大致平面的平臺(tái)徑向向外延伸的翼型件和從平臺(tái)徑向向內(nèi)延伸的中空柄部。柄部可包括楔形榫頭或其他裝置，以將動(dòng)葉固連至渦輪轉(zhuǎn)子的渦輪葉輪。通常，在燃?xì)鉁u輪的操作期間，從燃燒器流出的熱燃燒氣體通常引導(dǎo)到渦輪動(dòng)葉的翼型件上并且環(huán)繞渦輪動(dòng)葉的翼型件。因此，為了保護(hù)部件免受高溫，翼型件典型地包括構(gòu)造成遍及翼型件供應(yīng)諸如空氣的冷卻介質(zhì)，以便減小翼型件的壓力側(cè)與吸力側(cè)之間的溫差的翼型件冷卻回路。另外，翼型件的外表面可涂覆涂層(例如利用熱障涂層(“TBC”)系統(tǒng))，以提供這樣的表面氧化/侵蝕和/或熱保護(hù)。這些涂層典型地與用于向翼型件的壓力側(cè)表面和/或吸力側(cè)表面供應(yīng)空氣的冷卻方案或布置結(jié)合利用。常規(guī)地，動(dòng)葉翼型件的表面利用通過這樣的表面限定的一系列薄膜孔冷卻。尤其地，薄膜孔典型地直線鉆通(多個(gè))翼型件表面并鉆入翼型件冷卻回路，以允許流過冷卻回路的冷卻介質(zhì)被供應(yīng)至翼型件表面。然而，已發(fā)現(xiàn)的是，這些薄膜孔常常提供低于翼型件的表面的最佳冷卻的冷卻。具體地，由于膜孔直線鉆入翼型件，所以從孔排出的冷卻介質(zhì)的出口角相對(duì)地高，從而負(fù)面地影響冷卻介質(zhì)對(duì)于翼型件的表面的流動(dòng)附著。為了解決這樣的流動(dòng)附著問題，提出了薄膜孔的各種設(shè)計(jì)變型，諸如通過在翼型件內(nèi)形成改進(jìn)形(advanced-shaped)膜孔(例如V形孔)或者通過為薄膜孔形成復(fù)雜形出口。然而，這些設(shè)計(jì)變型常常非常難以制造，并因而明顯增加生產(chǎn)渦輪動(dòng)葉的總成本。因此，可容易地制造并且向翼型件的表面提供足夠冷卻的冷卻布置在本技術(shù)中是受歡迎的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的方面和優(yōu)點(diǎn)將在以下的說明中部分地陳述，或者可從說明書中顯而易見，或者可通過本發(fā)明的實(shí)踐學(xué)習(xí)。在一方面中，本主題公開了一種制品，該制品包括具有第一表面和第二表面的基板以及設(shè)置在第二表面上的涂層。另外，制品包括至少部分地限定在涂層中的斜溝。斜溝可包括底面、第一側(cè)壁和設(shè)置在第一側(cè)壁的下游的第二側(cè)壁。第一和第二側(cè)壁可以以小于大約60度的角度從底面延伸。此外，制品可包括限定在第一表面與底面之間的多個(gè)孔。在另一方面中，本主題公開了一種渦輪部件，該渦輪部件包括具有基部和與基部相對(duì)設(shè)置的頂端的翼型件。翼型件可由具有第一表面和第二表面的基板形成。另外，渦輪部件可包括熱障涂層系統(tǒng)，其設(shè)置在第二表面上；和斜溝，其至少部分地限定在熱障涂層系統(tǒng)中，以便至少部分地在基部與頂端之間縱向地延伸。斜溝可包括底面、第一側(cè)壁和設(shè)置在第一側(cè)壁的下游的第二側(cè)壁。第一和第二側(cè)壁可以以小于大約60度的角度從底面延伸。此外，制品可包括限定在第一表面與底面之間的多個(gè)孔。在另一方面中，本主題公開了一種用于制造由基板和涂層形成的制品的方法，該基板具有第一表面、第二表面，該涂層設(shè)置在第二表面上。該方法可包括去除涂層的一部分，以形成斜溝，其中，斜溝具有底面和以小于大約60度的角度從底面延伸的至少一個(gè)側(cè)壁；和形成從底面延伸至基板的第一表面的多個(gè)孔。 參考以下的說明和所附權(quán)利要求，本發(fā)明的這些及其他的特征、方面和優(yōu)點(diǎn)將變得更好理解。被合并且構(gòu)成本說明書的一部分的附示了本發(fā)明的實(shí)施例，并且與說明一起用于解釋本發(fā)明的原理。


在參考附圖的說明書中提出了本發(fā)明的針對(duì)本領(lǐng)域的技術(shù)人員的包括本發(fā)明的最佳模式的完整且能夠?qū)崿F(xiàn)的公開，附圖中圖I圖示了根據(jù)本主題的方面具有限定在其中的斜溝和擴(kuò)散孔的渦輪動(dòng)葉的一個(gè)實(shí)施例的透視圖；圖2圖示了沿線2-2截取的圖I所示的渦輪動(dòng)葉的剖視圖；圖3圖示了圖2所示的渦輪動(dòng)葉的翼型件的一部分的剖視圖，尤其地圖示了圖2所示的斜溝和擴(kuò)散孔的剖視近視圖；圖4圖示了圖I所示的渦輪動(dòng)葉的翼型件的一部分的壓力側(cè)視圖，尤其地圖示了圖I所示的斜溝和若干擴(kuò)散孔的頂視近視圖；圖5圖示了根據(jù)本主題的方面用于制造部件和/或制品的方法的一個(gè)實(shí)施例的流程圖；圖6圖示了成形電極的一個(gè)實(shí)施例的透視圖，該成形電極可用于形成本主題的擴(kuò)散孔；以及圖7圖示了電極梳的一個(gè)實(shí)施例的透視圖，該電極梳可用于形成本主題的斜溝和擴(kuò)散孔。部件列表10 渦輪動(dòng)葉12 斜溝14 擴(kuò)散孔16 翼型件18 柄部20 平臺(tái)
22側(cè)面24空腔26天使翼(angel wings)28軸向方向30徑向方向32翼型件基部34翼型件頂端 36壓力側(cè)表面38吸力側(cè)表面40前緣42后緣44翼型件回路46通道48通路50基板52內(nèi)表面54外表面56TBC 系統(tǒng)58結(jié)合(bond)層60熱障層62介質(zhì)64徑向長(zhǎng)度66底面68第一側(cè)壁70第二側(cè)壁72 第一角度74 第二角度76 頂端78 角度80 限流部(metering portion)82 擴(kuò)散部84 側(cè)壁86 箭頭88 間隙100 方法102 方法要素104 基板方法要素104 電極106 直線段
108發(fā)散段110發(fā)散側(cè)壁112電極梳114突起116梳基
118直線段120發(fā)散段122第一側(cè)面124第二側(cè)面
具體實(shí)施例方式現(xiàn)在將對(duì)在附圖中圖示了其一個(gè)或多個(gè)示例的本發(fā)明的實(shí)施例詳細(xì)地作出參考。每一個(gè)示例被以本發(fā)明的說明、而非本發(fā)明的限制的方式提供。實(shí)際上，對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員顯而易見，可在不偏離本發(fā)明的范圍或精神的情況下在本發(fā)明中作出各種變型和變體。例如，作為一個(gè)實(shí)施例的一部分圖示或描述的特征可與另一實(shí)施例一起利用，以得到又一實(shí)施例。因此，由于這樣的變型和變體在所附權(quán)利要求和它們的等同的范圍內(nèi)，所以本發(fā)明意在包括這樣的變型和變體。本主題大體上涉及一種在制品中形成的斜溝式擴(kuò)散器，該制品具有基板和施加至基板的外表面的涂層。尤其地，本主題公開了一種在渦輪部件中形成的斜溝式擴(kuò)散器，該渦輪部件具有基板和施加在所述基板上的熱障涂層(“TBC”)系統(tǒng)。在若干實(shí)施例中，斜溝式擴(kuò)散器可包括在TBC系統(tǒng)內(nèi)形成的斜溝和從斜溝延伸至基板的內(nèi)表面的多個(gè)擴(kuò)散孔。例如，在一個(gè)實(shí)施例中，斜溝可限定在渦輪部件(例如渦輪動(dòng)葉和/或渦輪噴嘴)的翼型件的壓力側(cè)表面和/或吸力側(cè)表面中。在這樣的實(shí)施例中，擴(kuò)散孔可形成在翼型件內(nèi)，以便在斜溝與翼型件的翼型件冷卻回路之間延伸，使得可將流過翼型件冷卻回路的冷卻介質(zhì)引導(dǎo)通過擴(kuò)散孔并引導(dǎo)到斜溝中，以向翼型件的表面提供薄膜冷卻。這樣的擴(kuò)散孔與斜溝一起利用可使冷卻介質(zhì)的膜橫跨翼型件表面的展開最大化，從而增加薄膜冷卻效率，降低冷卻需求和/或增加部件壽命和/或承溫能力。通常，在本文中將參考燃?xì)鉁u輪的渦輪動(dòng)葉描述本主題的斜溝和擴(kuò)散孔。然而，本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)容易意識(shí)到，斜溝和擴(kuò)散孔通常可限定在任何其他合適的渦輪部件(例如渦輪噴嘴、定子靜葉、壓縮器葉片、燃燒室襯套、過渡件、排氣噴嘴和/或同類的事物)中。另外，應(yīng)意識(shí)到，本主題的應(yīng)用不必局限于渦輪部件。具體地，斜溝和擴(kuò)散孔通?？尚纬稍谌魏魏线m的制品中，介質(zhì)(例如水、蒸汽、空氣和/或任何其他合適的流體)被引導(dǎo)通過所述斜溝和擴(kuò)散孔，用于冷卻制品的表面和/或用于維持制品的表面的溫度。此外，應(yīng)容易意識(shí)到的是，盡管斜溝和擴(kuò)散孔在本文中通常被描述成限定在具有TBC系統(tǒng)的部件和/或制品中，但斜溝和擴(kuò)散孔通常可限定在具有施加在其上的任何合適的涂層和/或涂層系統(tǒng)的部件和/或制品中。因此，在本主題的若干實(shí)施例中，斜溝可形成在TBC系統(tǒng)或者本領(lǐng)域已知的任何其他合適的涂層和/或涂層系統(tǒng)內(nèi)?，F(xiàn)在參考附圖，圖I和圖2圖示了關(guān)于本主題的方面具有限定在其中的斜溝12和多個(gè)擴(kuò)散孔14的渦輪動(dòng)葉10的一個(gè)實(shí)施例。尤其地，圖I圖示了渦輪動(dòng)葉10的透視圖。圖2圖示了沿線2-2截取的圖I所示的渦輪動(dòng)葉10的翼型件16的一部分的剖視圖，尤其地圖示了圖I所示的斜溝12和擴(kuò)散孔14中的一個(gè)的剖視圖。如圖所示，渦輪動(dòng)葉10通常包括從大致平面的平臺(tái)20延伸的柄部18和翼型件
16。平臺(tái)20通常用作流過燃?xì)鉁u輪(未示出)的渦輪段的熱燃燒氣體的徑向向內(nèi)的邊界。動(dòng)葉10的柄部18通?？蓸?gòu)造成從平臺(tái)20徑向向內(nèi)延伸，并且可包括側(cè)面22、由側(cè)面22部分地限定的中空腔24和在軸向方向上(由箭頭28指示)從每一個(gè)側(cè)面22延伸的一個(gè)或多個(gè)天使翼26。柄部18還可包括構(gòu)造成將動(dòng)葉10固連至燃?xì)鉁u輪(未示出)的轉(zhuǎn)子盤的諸如楔形榫頭的根結(jié)構(gòu)(未圖示)。翼型件16通常在徑向方向上(由箭頭30指示)從平臺(tái)20向外延伸，并且可包括設(shè)置在平臺(tái)30處的翼型件基部32和與翼型件基部32相對(duì)設(shè)置的翼型件頂端34。因此，翼型件頂端34通常可限定渦輪動(dòng)葉10的徑向最外部。翼型件16還可包括在前緣40與后緣42之間延伸的壓力側(cè)表面36和吸力側(cè)表面38(圖2)。壓力側(cè)表面36通?？砂ㄒ硇图?16的空氣動(dòng)力的凹形外表面。類似地，吸力側(cè)48通?？上薅ㄒ硇图?6的空氣動(dòng)力的凸形外表面。另外，渦輪動(dòng)葉10還可包括從柄部18徑向向外延伸的翼型件冷卻回路44，用于使諸如冷卻介質(zhì)(例如空氣、水、蒸汽或任何其他合適的流體)的介質(zhì)遍及翼型件16流動(dòng)。通常，應(yīng)意識(shí)到，翼型件回路44可具有本領(lǐng)域已知的任何合適的構(gòu)型。例如，在若干實(shí)施例中，翼型件回路44可包括從一個(gè)或多個(gè)供應(yīng)通路48徑向向外延伸至翼型件16的通常鄰近翼型件頂端34的區(qū)域的多個(gè)通道46 (圖2)。具體地，如圖2所示，翼型件回路44包括構(gòu)造成使從供應(yīng)通路48供應(yīng)的介質(zhì)遍及翼型件16流動(dòng)的七個(gè)徑向延伸的通道46。然而,本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)意識(shí)到，翼型件回路44可包括任何數(shù)量的通道46。此外，尤其地如圖2所示地，渦輪動(dòng)葉10的翼型件16通?？捎删哂械谝换騼?nèi)表面52和第二或外表面54的基板50形成。由于外表面54在燃?xì)鉁u輪(未示出)的操作期間通常暴露于比內(nèi)表面52相對(duì)更高的溫度，所以內(nèi)表面52還可稱為“冷”表面，而外表面54可稱為“熱”表面。例如，如圖示的實(shí)施例所示，基板50的內(nèi)表面52通?？上薅ㄒ硇图芈?4的全部或部分通道46。因此，流過通道46的介質(zhì)可為這樣的表面52提供直接冷卻。另外，為了保護(hù)外表面54免受侵蝕/氧化和/或?yàn)榱嗽黾踊?0的操作承溫能力，可將熱障涂層(TBC)系統(tǒng)56設(shè)置在基板50的外表面54上。例如，如以下將參考圖3所描述地，TBC系統(tǒng)56可包括設(shè)置在基板50的外表面54上的結(jié)合層58和熱障層50。應(yīng)意識(shí)到，基板50通?？砂軌蚪?jīng)受部件的期望操作條件的任何合適的材料和/或由基板50形成的制品。例如，在基板50形成渦輪部件(例如渦輪動(dòng)葉10)的一部分的實(shí)施例中，合適的材料可包括但不局限于陶瓷和金屬材料、諸如鋼、耐火金屬、鎳基超級(jí)合金、鈷基超級(jí)合金、鐵基超級(jí)合金和/或同類的事物。仍然參考圖I和圖2，如上文所指出地，渦輪動(dòng)葉10還可包括限定在翼型件16中的斜溝12和多個(gè)孔14 (例如擴(kuò)散孔14)。通常，擴(kuò)散孔14可構(gòu)造成將流過翼型件回路44的介質(zhì)的一部分(由箭頭62指示)供應(yīng)至斜溝12，用于冷卻翼型件16的壓力側(cè)表面36和/或吸力側(cè)表面38。因此,在若干實(shí)施例中,擴(kuò)散孔14中的每一個(gè)可在一端處與翼型件回路44的一部分流體連通，并且可在另一端處與斜溝12流體連通。例如，如圖示的實(shí)施例所不，擴(kuò)散孔14可在翼型件106內(nèi)從基板50的內(nèi)表面52 (例如，從翼型件回路44的通道46中的一個(gè))延伸至限定在翼型件16的壓力側(cè)表面36 (例如，翼型件16的TBC系統(tǒng)56)中的斜溝12。因此，流過翼型件回路44的介質(zhì)可通過擴(kuò)散孔14中的每一個(gè)引導(dǎo)到斜溝12中，并且隨后可從斜溝12排出到翼型件16的壓力側(cè)表面36上，以便為薄膜冷卻這樣的表面36提供裝置。應(yīng)意識(shí)到，斜溝12通?？上薅ㄔ谝硇图?6中，以便限定允許擴(kuò)散孔14中的每一個(gè)與溝12流體連通的任何合適的徑向長(zhǎng)度64。例如，尤其地如圖I所示地，擴(kuò)散孔14在通常從翼型件基部32延伸至翼型件頂端34的排中可沿著翼型件16徑向間隔開。因此，斜溝12可構(gòu)造成限定通常從翼型件基部32延伸至翼型件頂端34的徑向長(zhǎng)度64。然而，在其他實(shí)施例中，斜溝12可構(gòu)造成僅部分地在翼型件基部32至翼型件頂端34之間徑向地延伸。還應(yīng)意識(shí)到，斜溝12和/或擴(kuò)散孔14通?？上薅ㄔ谝硇图?6的外周內(nèi)和/或周圍的任何合適的位置。例如，在本主題的若干實(shí)施例中，斜溝12可在前緣40與后緣42之間任何合適位置處限定在翼型件16的壓力側(cè)36和吸力側(cè)38上，其中擴(kuò)散孔14于合適的 位置限定在翼型件16中用于將流過翼型件回路44的介質(zhì)引導(dǎo)到斜溝16中。類似地，應(yīng)容易意識(shí)到，潤(rùn)輪動(dòng)葉10可包括超過一個(gè)的斜溝12和對(duì)應(yīng)的成組擴(kuò)散孔14。例如,在一個(gè)實(shí)施例中，多個(gè)溝12可限定在翼型件16的壓力側(cè)36或吸力側(cè)38上。替代性地，一個(gè)或多個(gè)溝12可限定在翼型件16的壓力側(cè)36和吸力側(cè)38上。現(xiàn)在參考圖3和圖4，根據(jù)本主題的方面圖示了圖I和圖2所示的斜溝12和擴(kuò)散孔14的不同視圖。尤其地，圖3圖示了圖2所示的翼型件16的一部分的剖視圖，尤其地圖示了斜溝12和擴(kuò)散孔14中的一個(gè)的一部分的剖視近視圖。另外，圖4圖示了圖I所示的翼型件16的一部分的壓力側(cè)視圖，尤其地圖示了斜溝12和若干擴(kuò)散孔14的一部分的頂視近視圖。如上文所指出地，翼型件16的基板50通?？砂ㄏ薅ㄒ硇图芈?4 (圖2)的所有或一部分通道46的內(nèi)表面52和具有施加在其上的TBC系統(tǒng)56的外表面54。如圖3所示，TBC系統(tǒng)56通?？砂ǜ采w基板50的外表面54的結(jié)合層58和設(shè)置在結(jié)合層58上的熱障層60。如通常所理解地，結(jié)合層58可由設(shè)計(jì)成禁止底層基板50的氧化和/或侵蝕的抗氧化金屬材料形成。例如，在若干實(shí)施例中，結(jié)合層58可由包括“MCrAH”的材料形成，其中“M”表示鐵、鎳或者鈷,或者可由招化物或者貴金屬招化物材料(例如鉬招化物)形成。類似地，熱障層60可由耐熱材料形成，以便增加基板50的操作承溫能力。例如，在若干實(shí)施例中，熱障層60可由各種已知的陶瓷材料形成，諸如通過氧化釔、氧化鎂或其他貴金屬氧化物部分或完全穩(wěn)定的氧化鋯。本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)意識(shí)到，可利用本領(lǐng)域已知的任何合適的工藝將結(jié)合層58和熱障層60施加在基板50的外表面54上，所示工藝包括但不局限于包覆擴(kuò)散工藝、物理汽相沉積工藝、化學(xué)汽相沉積工藝和/或熱噴涂工藝。還應(yīng)意識(shí)到，TBC系統(tǒng)56不必包括多個(gè)層。例如，在一個(gè)實(shí)施例中，TBC系統(tǒng)56可簡(jiǎn)單地包括直接施加至基板50的外表面54上的熱障層60。通常，本主題的斜溝12可限定在TBC系統(tǒng)56內(nèi)。在若干實(shí)施例中，斜溝12可完全形成在TBC系統(tǒng)56內(nèi)。例如，如圖3所示，在一個(gè)實(shí)施例中，斜溝12可形成在TBC系統(tǒng)56中，使得斜溝12的底面66與基板50的外表面54平行延伸并由基板50的外表面54限定。然而，在另一實(shí)施例中，斜溝12可通過TBC系統(tǒng)56的一部分限定，諸如通過將斜溝12形成在TBC系統(tǒng)56內(nèi)，使得底面66完全由TBC系統(tǒng)56的層58、60中的一個(gè)限定和/或限定在TBC系統(tǒng)56的層58、68中的一個(gè)中。替代性地，斜溝12可僅部分地形成在TBC系統(tǒng)56內(nèi)。例如，在一個(gè)實(shí)施例中，斜溝12可被形成為完全通過TBC系統(tǒng)56并可形成到基板50中，使得底面66的至少一部分限定在基板50的外表面54的下方。如圖3所示，除底面66之外，斜溝12還可包括第一側(cè)壁68和設(shè)置在第一側(cè)壁68的下游的第二側(cè)壁70。如在本文中所利用地，術(shù)語(yǔ)“下游”指的是局部流移動(dòng)的方向。在若干實(shí)施例中，第一側(cè)壁68通?？蓮牡酌?6向外延伸，使得第一角度72限定在第一側(cè)壁68與底面66之間。類似地，第二側(cè)壁70通?？蓮牡酌?6向外延伸，使得第二角度74限定在第二側(cè)壁70與底面66之間。
通常，第一和第二角度72、74可對(duì)應(yīng)于允許斜溝12如在本文中所描述地起作用的任何合適的角度。例如，在多個(gè)實(shí)施例中，第一和第二角度72、74可與等于或小于大約60度的角度對(duì)應(yīng)，諸如小于大約45度或者小于大約40度。另外,應(yīng)意識(shí)到,第一和第二角度72,74可相等或者可彼此不同。例如，對(duì)于第二側(cè)壁70可能合乎需要的是限定比第一側(cè)壁68淺的角度，以便當(dāng)介質(zhì)在第二側(cè)壁70的頂端76處離開斜溝12時(shí)增強(qiáng)介質(zhì)對(duì)翼型件16的表面(例如壓力側(cè)表面36)的流動(dòng)附著。因此，如圖示的實(shí)施例所示，第二角度74可小于第一角度72，使得在第二側(cè)壁70與翼型件16的表面之間在頂端76處的過渡相對(duì)平滑，從而促進(jìn)介質(zhì)薄膜短暫停留在翼型件表面上。例如，在本主題的特定實(shí)施例中，第一角度72可等于范圍為從大約15度到大約45度的角度、諸如從大約20度到大約40度或者從大約20度到大約30以及在其間的所有其他的子范圍，并且第二角度74可等于從大約5度到大約35度變動(dòng)的角度、諸如從大約10度到大約30度或者從大約10度到大約20以及其間的所有其他的子范圍。仍然參考圖3和圖4，如上文所指出地，多個(gè)徑向隔開的擴(kuò)散孔14同樣可限定在翼型件16內(nèi)，使得可將通過翼型件回路44供應(yīng)的介質(zhì)引導(dǎo)通過擴(kuò)散孔14并引導(dǎo)到斜溝12中。因此，如圖3所示，每一個(gè)擴(kuò)散孔12通?？上薅ㄔ谝硇图?6中，以便在基板50的內(nèi)表面52與斜溝12的底面66之間延伸。另外,在若干實(shí)施例中，每一個(gè)擴(kuò)散孔15可具有在基板50的內(nèi)表面52與斜溝12的底面66之間的斜取向。例如，擴(kuò)散孔14可以以小于大約60度、諸如小于大約45度或者小于大約40度的擴(kuò)散器角78傾斜。此外，如圖3所示，在一個(gè)實(shí)施例中，擴(kuò)散孔16的角度78可大致等于第一側(cè)壁68的第一角度72。然而，在替代性實(shí)施例中，角度78可等于第二側(cè)壁70的第二角度74或者可與第一和第二角度72、74不同。另外，可利用具有任何合適的相對(duì)恒定的截面的直的非擴(kuò)散孔。此外，尤其地如圖4所示地，每一個(gè)擴(kuò)散孔14通?？砂ㄏ蘖鞑?0和擴(kuò)散部82。通常，每一個(gè)擴(kuò)散孔14的限流部80可包括在基板50的內(nèi)表面52與擴(kuò)散部82之間延伸的大致直的通路。因此，在圖示的實(shí)施例中，通過翼型件回路44(圖2)供應(yīng)的介質(zhì)可在內(nèi)表面52處進(jìn)入每一個(gè)擴(kuò)散孔14的限流部80，并通過這樣的部分80流向每一個(gè)擴(kuò)散孔14的擴(kuò)散部82。另外，限流部80通?？上薅ù笾潞愣ǖ慕孛娣e。例如，在圖示的實(shí)施例中，限流部80在內(nèi)表面52與擴(kuò)散部82之間限定大致恒定的圓形截面形狀。然而，在替代性實(shí)施例中，限流部80可諸如通過限定矩形或橢圓形的截面形狀而具有任何其他合適的截面形狀。每一個(gè)擴(kuò)散孔14的擴(kuò)散部82通?？蓸?gòu)造成從限流部80朝斜溝12的底面66向外發(fā)散。例如，如圖4所示，擴(kuò)散部82可具有大體矩形的截面形狀，其中側(cè)壁84構(gòu)造成在斜溝12的徑向或縱向方向上(由圖I和圖4中的箭頭30指示)在限流部80與底面66之間向外發(fā)散。結(jié)果，被引導(dǎo)通過限流部80并引導(dǎo)到擴(kuò)散部82中的介質(zhì)當(dāng)其從擴(kuò)散孔14流向斜溝12時(shí)可向外展開。尤其地，發(fā)散側(cè)壁84可允許介質(zhì)在擴(kuò)散部82內(nèi)在徑向或縱向方向上展開，從而降低介質(zhì)的速度并增加介質(zhì)的壓力。這樣降低的速度通常可增強(qiáng)介質(zhì)對(duì)斜溝12的第二側(cè)壁70的流動(dòng)附著，并因此當(dāng)介質(zhì)在第二側(cè)壁70的頂端76處離開斜溝12時(shí)可繼而增加對(duì)翼型件16的表面(例如壓 力側(cè)表面36)的流動(dòng)附著。在替代性實(shí)施例中，應(yīng)意識(shí)到，每一個(gè)擴(kuò)散孔12的擴(kuò)散部82可具有任何其他合適的截面形狀。例如，代替大體矩形的截面形狀，擴(kuò)散部82可限定大體圓形或橢圓形的截面形狀。還應(yīng)意識(shí)到的是，每一個(gè)擴(kuò)散孔14的擴(kuò)散部82可構(gòu)造成在任何方向上向外發(fā)散，并因此不必局限于僅在徑向或縱向方向上發(fā)散。例如，在本主題的另一實(shí)施例中，每一個(gè)擴(kuò)散孔14的擴(kuò)散部82可包括在與縱向方向橫切的方向上(由圖3中的箭頭86指示)向外發(fā)散的側(cè)壁。替代性地，擴(kuò)散部82可構(gòu)造成在縱向和橫向上向外發(fā)散。此外，如圖4所示，在一個(gè)實(shí)施例中，擴(kuò)散孔14可彼此徑向間隔開，使得間隙88限定在相鄰的擴(kuò)散孔14的側(cè)壁84的交點(diǎn)處的這些發(fā)散側(cè)壁84與斜溝12的底面66之間。然而，在替代性實(shí)施例中，擴(kuò)散孔14可限定在翼型件16中，使得相鄰擴(kuò)散孔14的側(cè)壁84彼此相交。在這樣的實(shí)施例中，斜溝12的底面66通?？上薅ㄔ趥?cè)壁84相交的點(diǎn)處。應(yīng)意識(shí)到，盡管孔14在本文中被描述成“擴(kuò)散孔”，但孔14不必包括擴(kuò)散部82。具體地，在替代性實(shí)施例中，孔14可簡(jiǎn)單地包括在任何方向上不擴(kuò)散或發(fā)散的直的限流孔?，F(xiàn)在參考圖5，圖示了用于制造由基板50形成的渦輪動(dòng)葉10或任何其他制品的方法100的一個(gè)實(shí)施例的流程圖，該基板50具有設(shè)置在其上的涂層(例如TBC系統(tǒng)56)。如圖所示，方法100通常包括去除涂層的一部分，以形成斜溝102 ;和形成在斜溝的底面與基板104的第一或內(nèi)表面之間延伸的多個(gè)孔。應(yīng)意識(shí)到，盡管在圖5中以特定的順序圖示了公開的方法100的要素102、104，但要素102、104通?？梢耘c在本文中提供的公開一致的任何序列和/或順序執(zhí)行。通常，本主題的斜溝12可通過利用各種已知的加工工藝來(lái)去除TBC系統(tǒng)56的一部分或者其他涂層而形成。例如，在一個(gè)實(shí)施例中，可將激光加工工藝用于在TBC系統(tǒng)56內(nèi)形成斜溝12。在另一實(shí)施例中，斜溝12可利用放電加工工藝(“EDM”)工藝、水噴射加工工藝(例如通過利用磨料水噴射工藝)和/或銑削工藝形成在TBC系統(tǒng)56內(nèi)。替代性地，可利用本領(lǐng)域已知的用于從對(duì)象去除材料的選定的部分的任何其他合適的加工工藝。類似地，公開的擴(kuò)散孔14可利用各種已知的加工工藝形成，諸如通過利用激光加工工藝、EDM工藝、水噴射加工工藝、銑削工藝和/或任何其他合適的加工工藝。另外，在一個(gè)實(shí)施例中，每一個(gè)擴(kuò)散孔14的限流部80可在單獨(dú)的制造步驟中由每一個(gè)擴(kuò)散孔14的擴(kuò)散部82形成。例如，限流部80可初始地形成在基板50內(nèi)，而擴(kuò)散部82隨后在其中加工，或者相反。替代性地，限流部80和擴(kuò)散部82可在單個(gè)制造步驟中一起形成。例如，圖6圖示了可用于EDM工藝的成形電極104，以同時(shí)形成擴(kuò)散孔14中的一個(gè)的限流部80和擴(kuò)散部82的一個(gè)實(shí)施例。如圖所示，成形電極104包括具有大體恒定的截面積的直線段106，用于形成每一個(gè)擴(kuò)散孔14的限流部80。另外，成形電極104包括具有大體與擴(kuò)散部82的側(cè)壁84對(duì)應(yīng)的發(fā)散側(cè)壁110的發(fā)散段108。因此，當(dāng)成形電極104在基板50內(nèi)移動(dòng)時(shí)，基板50的一部分可被直線段106和發(fā)散段108侵蝕掉，以限定每一個(gè)擴(kuò)散孔14的限流部80和擴(kuò)散部82的期望的形狀。另外，應(yīng)意識(shí)到的是，在一個(gè)實(shí)施例中，所有的擴(kuò)散孔14可在已形成斜溝12之后同時(shí)形成，或者斜溝12和擴(kuò)散孔14可在單個(gè)制造步驟中一起形成。例如，圖7圖示了可用于EDM工藝的電極梳112，以同時(shí)只形成擴(kuò)散孔14或者形成斜溝12和擴(kuò)散孔14的一個(gè)實(shí)施例。如圖所示，電極梳112包括從梳基116延伸的多個(gè)突起(projection) 114。每一個(gè)突起114通?？稍O(shè)計(jì)成形成擴(kuò)散孔14中的一個(gè)。因此，諸如通過具有用于形成每一個(gè)擴(kuò)散孔14的限流部80的直線段118和用于形成每一個(gè)擴(kuò)散孔14的擴(kuò)散部82的發(fā)散段120，每一個(gè)突起114通常可構(gòu)造成與以上參考圖6描述的成形電極104相同或類似。另外，梳基116的一部分通?？稍O(shè)計(jì)成形成斜溝12。例如，梳基116可包括第一側(cè)面122，其具有與斜溝12的第一側(cè)壁68的角取向?qū)?yīng)的角取向；和第二側(cè)面124，其具有與斜溝12的第二側(cè)壁70的角取向?qū)?yīng)的角取向。因此，當(dāng)梳基112移動(dòng)通過TBC系統(tǒng)56并進(jìn)入基板50中時(shí)，TBC系統(tǒng)56和基板50的一部分可被突起114和梳基116侵蝕掉，以限定擴(kuò)散孔14和斜溝12的期望的形狀。 此外，如上文所指出地，應(yīng)容易意識(shí)到，公開的斜溝12和擴(kuò)散孔14不必局限于在渦輪動(dòng)葉和/或渦輪部件內(nèi)利用。而是，本主題通常可應(yīng)用于具有基板(例如金屬的或非金屬的材料)和施加在其上的涂層和/或涂層系統(tǒng)的任何合適的制品內(nèi)，介質(zhì)(例如水、蒸汽、空氣和/或任何其他合適的流體)被引導(dǎo)通過所述斜溝和擴(kuò)散孔，用于冷卻制品的表面和/或用于維持制品的表面的溫度。例如，以上參考圖3描述的基板50的內(nèi)表面52通?？砂ㄅc介質(zhì)源(例如水源、蒸汽源、空氣源和/或任何其他合適的流體源)流體連通的制品的任何合適的表面，使得可將來(lái)源于這樣的源的介質(zhì)引導(dǎo)通過擴(kuò)散孔14和斜溝12并引導(dǎo)到制品不同的表面上。該書面說明利用示例以公開本發(fā)明，包括最佳模式，并且還使得本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠?qū)嵺`本發(fā)明，包括制造和利用任何裝置或系統(tǒng)和執(zhí)行任何合并的方法。本發(fā)明的專利保護(hù)的范圍由權(quán)利要求限定，并且可包括本領(lǐng)域的技術(shù)人員所想到的其他示例。如果這樣的其他的示例包括與權(quán)利要求的字面語(yǔ)言沒有不同的結(jié)構(gòu)元件，或者如果它們包括具有與權(quán)利要求的字面語(yǔ)言無(wú)實(shí)質(zhì)差異的等同結(jié)構(gòu)元件，則這樣的其他示例意圖為在權(quán)利要求的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種制品，包括 基板(50),其具有第一表面(52)和第二表面(54)； 涂層(58)，其設(shè)置在所述第二表面(54)上； 斜溝(12)，其至少部分地限定在所述涂層(58)中，所述斜溝(12)具有底面(66)、第一側(cè)壁￠8)和設(shè)置在所述第一側(cè)壁￠8)的下游的第二側(cè)壁(70)，所述第一側(cè)壁￠8)和第二偵_ (70)以小于大約60度的角度(72，74)從所述底面￠6)延伸；以及 多個(gè)孔(14)，其限定在所述第一表面(52)與所述底面￠6)之間。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的制品，其特征在于，所述第一側(cè)壁￠8)和第二側(cè)壁(70)以小于大約45度的角度(72)從所述底面(66)延伸。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的制品，其特征在于，所述第一側(cè)壁￠8)的所述角度(74)與所述第二側(cè)壁(70)的所述角度(74)相同或不同。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的制品，其特征在于，所述第一側(cè)壁(68)的所述角度(72)的范圍從大約15度到大約45度，并且所述第二側(cè)壁(70)的所述角度(74)的范圍從大約5度到大約35度。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的制品，其特征在于，所述多個(gè)孔(14)中的每一個(gè)包括限流部(80)和擴(kuò)散部(82)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的制品，其特征在于，所述擴(kuò)散部(82)在所述斜溝(12)的縱向方向上向外發(fā)散。
7.一種渦輪部件，包括 翼型件(16)，其包括基部(32)和與所述基部(32)相對(duì)設(shè)置的頂端(34)，所述翼型件(16)由具有第一表面(52)和第二表面(54)的基板(50)形成； 熱障涂層(58)系統(tǒng)，其設(shè)置在所述第二表面(54)上； 斜溝(12)，其至少部分地限定在所述熱障涂層(58)系統(tǒng)中，以便至少部分地在所述基部(32)與所述頂端(34)之間縱向地延伸，所述斜溝(12)具有底面(66)、第一側(cè)壁￠8)和設(shè)置在所述第一側(cè)壁￠8)的下游的第二側(cè)壁(70)，所述第一側(cè)壁￠8)和第二側(cè)壁(70)以小于大約60度的角度(72，74)從所述底面(66)延伸；以及 多個(gè)孔(14)，其限定在所述第一表面(52)與所述底面￠6)之間。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的渦輪部件，其特征在于，所述第一側(cè)壁￠8)和第二側(cè)壁(70)以小于大約45度的角度(72，74)從所述底面(66)延伸。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的渦輪部件，其特征在于，所述第一側(cè)壁￠8)的所述角度(72)與所述第二側(cè)壁(70)的所述角度(74)相同或不同。
10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的渦輪部件，其特征在于，所述第一側(cè)壁￠8)的所述角度(72)的范圍從大約15度到大約45度，并且所述第二側(cè)壁(70)的所述角度(74)的范圍從大約5度到大約35度。
11.根據(jù)權(quán)利要求7所述的渦輪部件，其特征在于，所述多個(gè)孔(14)中的每一個(gè)包括限流部(80)和擴(kuò)散部(82)。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的渦輪部件，其特征在于，所述擴(kuò)散部(82)在所述斜溝(12)的縱向方向上向外發(fā)散。
13.一種用于制造由基板(50)和涂層(58)形成的制品的方法(100)，所述基板(50)具有第一表面(52)、第二表面(54)，所述涂層(58)設(shè)置在所述第二表面(54)上，所述方法(100)包括 去除所述涂層(58)的一部分，以形成斜溝(12)，所述斜溝(12)具有底面￠6)和以小于大約60度的角度(72，74)從所述底面(66)延伸的至少一個(gè)側(cè)壁(68，70);以及 形成從所述底面￠6)延伸至所述基板(50)的第一表面(52)的多個(gè)孔(14)。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法(100)，其特征在于，去除所述涂層(58)的一部分以形成斜溝(12)包括利用激光加工工藝、放電加工工藝、銑削工藝和水噴射加工工藝中的至少一種去除所述涂層(58)的一部分，以形成所述斜溝(12)。
15.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法(100)，其特征在于，形成從所述底面(66)延伸至所 述基板(50)的第一表面(52)的多個(gè)孔(14)包括利用激光加工工藝、放電加工工藝、銑削 工藝和水噴射加工工藝中的至少一種形成從所述底面￠6)延伸至所述基板(50)的第一表面(52)的所述多個(gè)孔。
全文摘要
本發(fā)明涉及斜溝式擴(kuò)散器。公開了一種制品，其包括具有第一表面(52)和第二表面(54)的基板(50)以及設(shè)置在第二表面(54)上的涂層(58)。另外，制品包括至少部分地限定在涂層(58)中的斜溝(12)。斜溝(12)可包括底面(66)、第一側(cè)壁(68)和設(shè)置在第一側(cè)壁(68)的下游的第二側(cè)壁(70)。第一側(cè)壁(68)和第二側(cè)壁(70)可以以小于大約60度的角度(72，74)從底面(66)延伸。此外，制品可包括限定在第一表面(52)與底面(66)之間的多個(gè)孔(14)。
文檔編號(hào)F01D25/12GK102953773SQ201210234930
公開日2013年3月6日 申請(qǐng)日期2012年6月15日 優(yōu)先權(quán)日2011年8月15日
發(fā)明者B·P·萊西 申請(qǐng)人:通用電氣公司