用于渦輪機(jī)中的部件的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開一種用于渦輪機(jī)中的部件。在一個實(shí)施例中，所述部件包括外壁基底，其中所述外壁基底包括內(nèi)表面和外表面，以及置于所述外表面上的多個平臺。形成多個冷卻孔，在所述外壁基底的所述內(nèi)表面與所述外表面之間提供流體通道。每個冷卻孔被設(shè)置成穿過平臺。第一涂覆層沉積在所述外壁基底的所述外表面上。
【專利說明】 用于渦輪機(jī)中的部件

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型總體上涉及一種用于渦輪機(jī)組件的保護(hù)涂層高溫氣體通道部件，確切地說，涉及一種置于高溫氣體通道部件的外表面上的冷卻薄膜孔平臺(plateau)。

【背景技術(shù)】
[0002]諸如燃?xì)鉁u輪機(jī)等渦輪機(jī)的工作流體流動通道中的部件通常需要在運(yùn)行期間承受高溫。這些運(yùn)行溫度可能引起不利的條件。
[0003]已使用多種方法來冷卻高溫氣體通道部件，以延長這些部件的使用壽命?？梢允褂脽嵴贤繉?TBC)涂覆高溫氣體通道部件，所述涂層能夠隔離部件，并且保存承載合金與涂層表面之間存在明顯溫度差，從而限制結(jié)構(gòu)部件的熱暴露。薄膜冷卻通常與TBC結(jié)合使用。薄膜冷卻包括將來自諸如壓縮機(jī)抽氣流等繞過燃燒室的空氣注入部件表面中的孔中。溫度較低的空氣進(jìn)入高溫氣體通道，并在高溫氣體與部件之間形成保溫層，從而進(jìn)一步減少進(jìn)入到部件中的熱通量。
[0004]可以使用多種方法在部件中形成冷卻孔，例如，電火花加工。諸如EDM等機(jī)械加工方法不利于穿過保護(hù)性TBC的機(jī)械加工，而此類機(jī)械加工廣泛應(yīng)用于許多部件。因此在許多情況下，需要對冷卻孔進(jìn)行手動切割或研磨。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0005]本實(shí)用新型的第一方面提供一種用于渦輪機(jī)中的部件。所述部件包括具有內(nèi)表面和外表面的外壁基底，以及置于所述外表面上的多個平臺。多個冷卻孔提供所述外壁基底的內(nèi)表面與外表面之間的流體通道。所述多個冷卻孔中的每個冷卻孔被安置成穿過所述多個平臺中的一個平臺。第一非金屬涂覆層置于所述外壁基底的外表面上，其中所述第一涂覆層不覆蓋所述多個平臺中的每個平臺的外表面。
[0006]本實(shí)用新型的第二方面提供一種構(gòu)造用于渦輪機(jī)中的部件的方法。所述方法包括形成外壁基底，其中所述外壁基底包括內(nèi)表面和外表面，以及置于所述外表面上的多個平臺。形成多個冷卻孔，在所述外壁基底的內(nèi)表面與外表面之間提供流體通道。每個冷卻孔被安置成穿過所述多個平臺中的一個平臺。將第一非金屬涂覆層沉積在所述外壁基底的外表面上。
[0007]閱讀以下詳細(xì)說明可清楚地了解本實(shí)用新型的這些和其他方面、優(yōu)勢和顯著特征，當(dāng)與附圖結(jié)合閱讀時，以下說明用于公開本實(shí)用新型的實(shí)施例，在附圖中，類似的零部件用類似的參考符號表示。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0008]圖1是燃?xì)鉁u輪機(jī)系統(tǒng)的簡化示意圖。
[0009]圖2A-B是采用翼片形式的部件的俯視截面圖(圖2A)，以及根據(jù)本實(shí)用新型實(shí)施例的冷卻孔和平臺(圖2B)的詳細(xì)截面圖。
[0010]圖3是根據(jù)本實(shí)用新型實(shí)施例的采用翼片形式的部件的局部截面圖。
[0011]圖4是根據(jù)本實(shí)用新型實(shí)施例的采用翼片形式的部件的截面圖。
[0012]圖5是根據(jù)本實(shí)用新型實(shí)施例的采用翼片形式的部件，以及采用側(cè)壁形式的部件的局部透視圖。
[0013]圖6是根據(jù)本實(shí)用新型實(shí)施例的燃燒室環(huán)境中的部件的局部截面圖。
[0014]圖7是根據(jù)本實(shí)用新型實(shí)施例的采用防護(hù)罩形式的部件的局部截面圖。
[0015]請注意，本實(shí)用新型的附圖并不一定按比例繪制。附圖僅用于示出本實(shí)用新型的典型方面，因此不視作對本實(shí)用新型范圍的限定。在附圖中，類似的數(shù)字表示多幅附圖中類似的元件。

【具體實(shí)施方式】
[0016]下文參考本實(shí)用新型與燃?xì)鉁u輪機(jī)系統(tǒng)運(yùn)行結(jié)合時的應(yīng)用描述了本實(shí)用新型的至少一個實(shí)施例。盡管本實(shí)用新型的實(shí)施例參考燃?xì)鉁u輪機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行說明，但應(yīng)了解，本實(shí)用新型的教義等效適用于部件需要承受高溫的其他電機(jī)，包括其他類型的燃燒系統(tǒng)。此外，下文將參考標(biāo)稱大小來描述本實(shí)用新型的至少一個實(shí)施例，并且一組標(biāo)稱尺寸。但是，所屬領(lǐng)域中的技術(shù)人員清楚地了解，本實(shí)用新型同樣適用于任何合適的渦輪機(jī)和/或壓縮機(jī)。此外，所屬領(lǐng)域中的技術(shù)人員清楚地了解，本實(shí)用新型同樣適用于各種尺度的標(biāo)稱大小和/或標(biāo)稱尺寸。
[0017]參見附圖，圖1示出了簡化形式的燃?xì)鉁u輪機(jī)系統(tǒng)10的示意圖。系統(tǒng)10可以包括一個或多個壓縮機(jī)12、燃燒室14、渦輪機(jī)16和燃料噴嘴20。壓縮機(jī)12和渦輪機(jī)16可以通過一個或多個軸18連接。軸18可以是單級軸，或者可以由多個彼此相連的軸段構(gòu)成。
[0018]燃?xì)鉁u輪機(jī)系統(tǒng)10可以包括多個高溫氣體通道部件。術(shù)語“高溫氣體通道部件”是指系統(tǒng)10的任何部件，所述部件至少部分暴露于系統(tǒng)10中的高溫氣體流中。例如，輪葉(葉片)組件、噴嘴(輪葉)組件、防護(hù)罩部件、過渡連接件、固定環(huán)以及燃燒室排氣部件均為高溫氣體通道部件的實(shí)例，盡管并不是所有實(shí)例。
[0019]圖2A-B示出了示例性翼片部件30 (圖2A)的俯視截面圖，以及冷卻孔40的(圖2B)的詳細(xì)插圖。如圖2A所示，部件30(采用圖2A-B、圖3和圖4中的翼片的形式)包括外壁基底32，所述外壁基底具有內(nèi)表面34和外表面36。外壁基底32可以由金屬制成。根據(jù)部件的目標(biāo)應(yīng)用，例如，外壁基底32可以是鎳基超級合金。
[0020]如圖2B所述，多個冷卻孔40在外壁基底32的內(nèi)表面34與外表面36之間提供流體通道。每個冷卻孔40被設(shè)置成延伸穿過圖2B所示的內(nèi)表面34與外表面36之間的平臺38。每個部件30可以包括多達(dá)300個或更多個冷卻孔40。
[0021]多個平臺38或突起特征設(shè)置于外表面36上。在多個實(shí)施例中，每個平臺可以具有約0.0254cm-l.02cm(約0.010英寸至約0.4英寸)的寬度，以及約0.013cm至約
0.178cm(約0.005英寸至約0.070英寸)的高度。平臺38可以在部件上以條狀分布。在一些實(shí)施例中，如圖5所示，平臺38可以延伸一行冷卻孔40的長度，以便單行中的所有冷卻孔40均包括在單個平臺38內(nèi)。在其他實(shí)施例中，部件30可以包括排列成一行的多個平臺38，每個冷卻孔40具有自己的平臺38。這些實(shí)施例中還包括多個不同的實(shí)施例，其中平臺38所包括的冷卻孔40的數(shù)量多于一個，但少于整行冷卻孔40的數(shù)量。在進(jìn)一步實(shí)施例中，冷卻孔40和平臺38可以按線性行排列，或者可以按照曲線或弧形行排列。曲線或弧形布置可以沿徑向、沿軸向，或者沿徑向和軸向彎曲，具體取決于部件30的形狀及其冷卻需求。
[0022]第一涂覆層42可以設(shè)置于外壁基底32的外表面36上。第一涂覆層42可以包括非金屬材料，特別是陶瓷材料。在一些實(shí)施例中，第一涂覆層42可以通過沉積一個或多個非金屬材料層來形成。在一些實(shí)施例中，可以存在第二涂覆層44，置于第一涂覆層42與外壁基底32的外表面36之間。第二涂覆層可以包括金屬粘合層。在一些實(shí)施例中，與第一涂覆層42類似，第二涂覆層44可以通過沉積一個或多個金屬材料層來形成。還可以存在除第一涂覆層42和第二涂覆層44以外的其他層。總的來說，第一涂覆層42和第二涂覆層44以及其他層用于在外壁基底32上形成熱障涂層。在一些實(shí)施例中，第一涂覆層42的厚度小于或等于平臺38的高度。在進(jìn)一步實(shí)施例中，第一涂覆層42和第二涂覆層44的厚度和小于或等于平臺38的高度。因此，第一涂覆層42可以不覆蓋多個平臺38中的每個平臺38的外表面48，如圖2B所示。
[0023]轉(zhuǎn)向圖3，現(xiàn)在將描述一種構(gòu)造部件30的方法。
[0024]首先，通過諸如鑄造等任何傳統(tǒng)方法形成外壁基底32。所述外壁基底包括內(nèi)表面34和外表面36。外壁基底32可以由諸如鎳基超級合金等金屬制成。多個平臺38設(shè)置于外表面36上。例如，平臺38可以通過研磨部件30的外表面來形成。在其他實(shí)施例中，可鑄造包括平臺38的部件30。
[0025]轉(zhuǎn)向圖4,第一涂覆層42可以沉積在外壁基底32的外表面36上。在一些實(shí)施例中，第一涂覆層42包括非金屬材料，例如陶瓷。進(jìn)一步如圖4所示，可以形成多個冷卻孔40，從而在外壁基底32的內(nèi)表面34與外表面36之間形成流體通道。每個冷卻孔40被設(shè)置成穿過平臺38。因此，平臺38形成于外壁基底32上需要設(shè)置冷卻孔40的每個位置中。
[0026]在其他實(shí)施例中，可以在沉積第一涂覆層42之前，將第二涂覆層44 (圖2B)沉積在外壁基底32的外表面36上，以便第二涂覆層44設(shè)置于外表面36與第一涂覆層42之間。第二涂覆層44可以包括金屬粘合層。第一涂覆層42和第二涂覆層44 一起可以構(gòu)成外壁基底32上的熱障涂層。
[0027]在一些實(shí)施例中，可以在沉積第一涂覆層42之后形成冷卻孔40。冷卻孔40可以使用電火花加工等技術(shù)形成。
[0028]如圖4所示，第一涂覆層42可以覆蓋多個平臺38中的每個平臺38的外表面48。這可以根據(jù)本實(shí)用新型多個實(shí)施例中的任何實(shí)施例來完成。在一個實(shí)施例中，第一涂覆層42沉積在外壁基底32的外表面36上，深度小于平臺38的高度，以便在沉積第一涂覆層42期間不覆蓋每個平臺38的上表面48。在另一個實(shí)施例中，第一涂覆層42沉積在外壁基底32的外表面36上，深度大于或等于平臺38的高度，以便第一涂覆層42覆蓋平臺38的上表面48。第一涂覆層42隨后可以從每個平臺38的上表面48移除。所述移除可以通過研磨或其他方法實(shí)現(xiàn)。在另一實(shí)施例中，在沉積第一涂覆層42之前可以在每個平臺38的上表面48上設(shè)置蓋或罩。沉積第一涂覆層42之后，可以將所述蓋或罩移除，露出上表面48。在任意上述實(shí)施例中，結(jié)果均為平臺38的上表面48不被第一涂覆層42覆蓋。在存在第二涂覆層44的實(shí)施例中，上表面48也可以不被第二涂覆層44覆蓋，如圖2B所示。
[0029]上文參考圖2A-B所述的所得部件30隨后可以用于渦輪機(jī)現(xiàn)場中。在多個實(shí)施例中，部件30可以是以下項(xiàng)中的一項(xiàng):輪葉的翼片部分(圖2A-B)、噴嘴(未圖示)、過渡連接件(未圖示)、固定環(huán)(未圖示)、側(cè)壁50 (圖5)、燃燒室排氣部件60 (圖6)，或者防護(hù)罩(圖 7)。
[0030]在任意這些情況下，在運(yùn)行期間，部件30可能承受高溫，這可能導(dǎo)致第一涂覆層42在外壁基底32和部件30的其他部分之前達(dá)到使用壽命終點(diǎn)?？梢詫⒉考?0從所在的渦輪機(jī)中移除，并從部件30中剝除第一涂覆層42和第二涂覆層44(如有)。隨后，可以將第一涂覆層42，或者第一涂覆層42和第二涂覆層44 一起如上所述重新沉積外壁基底32上，使每個平臺38的上表面48不被第一涂覆層42覆蓋。隨后，可以將部件30重新用于現(xiàn)場的另一使用期間中。
[0031]本說明書中所述的術(shù)語“第一”、“第二”等不表示任何順序、數(shù)量或重要性，而是用于區(qū)分不同的元件，并且本說明書中的術(shù)語“一個”和“一種”不表示數(shù)量限制，而是表示存在至少一個所提及的項(xiàng)目。與數(shù)量一起使用的修飾詞“約”包括所說明的值，并且具有上下文所指示的意義(例如，包括與特定數(shù)量的測量相關(guān)的誤差程度)。本說明書中所用的復(fù)數(shù)后綴表示包括單數(shù)和復(fù)數(shù)的所修飾術(shù)語，因此包括一個或多個該術(shù)語(例如，金屬(多個金屬)包括一個或多個金屬)。本說明書中所述的范圍包括范圍邊界，并且可以獨(dú)立組合(例如，范圍“不超過約25mm,或者，更確切地，約5mm至約20mm”包括范圍“約5mm至約25mm”的端點(diǎn)以及所有中間值等)。
[0032]盡管本說明書中描述了多個實(shí)施例，但從說明書中應(yīng)了解，所屬領(lǐng)域中的技術(shù)人員可以對其中的元件進(jìn)行各種組合、變化或改進(jìn)，這些組合、變化或改進(jìn)在本實(shí)用新型的范圍內(nèi)。此外，可以在不脫離本實(shí)用新型基本范圍的情況下做出許多修改，以使特殊情況或材料適用于本實(shí)用新型的教義。因此，本實(shí)用新型并不限于作為實(shí)施本實(shí)用新型的最佳模式公開的特定實(shí)施例，本實(shí)用新型將包括落在隨附權(quán)利要求書范圍內(nèi)的所有實(shí)施例。
【權(quán)利要求】
1.一種用于渦輪機(jī)中的部件，所述部件包括: 外壁基底，所述外壁基底具有內(nèi)表面和外表面； 設(shè)置于所述外表面上的至少一個平臺； 多個冷卻孔，所述多個冷卻孔在所述外壁基底的所述內(nèi)表面與所述外表面之間提供流體通道，所述多個冷卻孔中的每個冷卻孔被設(shè)置成穿過所述至少一個平臺中的一個平臺；以及 設(shè)置于所述外壁基底的所述外表面上的第一涂覆層，其中所述第一涂覆層是非金屬的， 其中所述第一涂覆層不覆蓋所述多個平臺中的每個平臺的外表面。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的部件，進(jìn)一步包括第二涂覆層，所述第二涂覆層設(shè)置于所述第一涂覆層與所述外壁基底的所述外表面之間。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的部件，其中所述第二涂覆層包括至少一個金屬粘合層。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的部件，其中所述第一涂覆層所用的材料可以包括陶瓷。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的部件，其中所述外壁基底所用的材料可以是金屬。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的部件，其中所述部件包括以下其中一項(xiàng):輪葉、防護(hù)罩、噴嘴、過渡連接件、固定環(huán)、側(cè)壁，或者燃燒室排氣部件。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的部件，其中每個平臺具有0.0254cm至1.02cm的寬度，以及.0.013cm 至 0.178cm 的高度。
【文檔編號】F01D5/08GK203856518SQ201320635890
【公開日】2014年10月1日 申請日期:2013年10月15日 優(yōu)先權(quán)日:2012年10月15日
【發(fā)明者】I.塞澤爾, G.M.伊策爾 申請人:通用電氣公司