帶有冷卻通道的構件和制造方法技術

本申請涉及帶有冷卻通道的構件和制造方法。其中，提供一種制造方法。該制造方法包括在構件(100)中形成一個或多個凹槽(132)，該構件(100)包括帶有外表面(112)的基板(110)。基板具有至少一個內部空間(114)。每個凹槽至少部分地沿著基板延伸且具有基部(134)和頂部(146)。該制造方法還包括加工構件的中間表面(112,55)使得鄰近相應凹槽(132)的至少一個邊緣(135)的表面塑性變形，從而減小跨過凹槽頂部的距離。提供另一制造方法且包括加工構件的中間表面以將凹槽附近的中間表面形成刻面。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術大體而言涉及燃氣渦輪發動機，且尤其涉及其中的微通道冷卻。
技術介紹
在燃氣渦輪發動機中，空氣在壓縮機中被加壓且在燃燒器中與燃料混合以生成熱燃燒氣體。從向壓縮機提供動力的高壓渦輪(HPT)和向渦輪風扇飛行器發動機應用中的風扇提供動力或者向用于海洋和工業應用的外軸提供動力的低壓渦輪(LPT)中的氣體提取倉tfi。發動機效率隨著燃燒溫度升高而提高。但是，燃燒氣體沿著其流動路徑加熱各個構件，而各個構件需要被冷卻以實現較長的發動機壽命。通常，熱氣體路徑構件由自壓縮機抽出的空氣來冷卻。這種冷卻過程降低了發動機效率，因為抽出的空氣并不用于燃燒過程。燃氣渦輪發動機冷卻技術是成熟的且包括用于冷卻回路的各個方面和各種熱氣體路徑構件中特點的許多專利。例如，燃燒器包括徑向外襯套和內襯套，外襯套和內襯套在操作期間需要冷卻。渦輪噴嘴包括支承于外帶與內帶之間的中空靜葉，其也需要冷卻。渦輪轉子葉片為中空的且通常在其中包括冷卻回路，且葉片由渦輪護罩包圍，渦輪護罩也需要冷卻。熱燃燒氣體通過排氣口排放，排氣口也可被加襯且合適地冷卻。在所有這些示例性燃氣渦輪發動機構件中，高強度超合金金屬的薄壁通常用于減小構件重量且最小化對其冷卻的需要。各種冷卻回路和特點被定制用于在發動機中其相對應環境中的這些個別構件。例如，一系列內部冷卻通路或蛇形管可形成于熱氣體路徑構件中。冷卻流體可從增壓區提供給蛇形管，且冷卻流體可通過通路流動，從而冷卻熱氣體路徑構件基板和任何相關聯的涂層。但是，這種冷卻策略通常導致比較低的傳熱速度和不均勻的構件溫度分布。微通道冷卻通過將冷卻盡可能地靠近受熱區域放置而具有顯著地減輕冷卻需求的可能，因此對于給定傳熱速率減小了在主承載基板材料的熱側與冷側之間的溫度差異。對于某些應用，需要形成具有窄開口的通道(相對于通道的液壓直徑)使得涂層更易于橋接通道。例如，近來提出使用研磨液射流來機械加工微通道。但在一些情況下，形成足夠窄的通道頂部(限制的開口)常常是有挑戰性的，因為當液體射流噴嘴孔口的大小小于約10mil (O. 0254 mm)時，研磨性粒子可堵塞噴嘴，可能導致尺寸公差損失，機械加工缺陷或機器可操作性的損失。因此需要形成具有減小開口(相對于通道的液壓直徑)的通道以便于跨過通道開口施加橋接涂層。
技術實現思路
本專利技術的一方面在于一種制造方法，其包括在構件中形成一個或多個凹槽，該構件包括帶有外表面的基板。基板具有至少一個內部空間。每個凹槽至少部分地沿著基板延伸且具有基部和頂部。該制造方法還包括加工構件的中間表面使得鄰近相應凹槽的至少一個邊緣的表面塑性變形，從而減小跨過凹槽頂部的距離。本專利技術的另一方面在于一種制造方法，其包括在構件中形成一個或多個凹槽，該構件包括帶有外表面的基板。基板具有至少一個內部空間。每個凹槽至少部分地沿著基板延伸且具有基部和頂部。該制造方法還包括加工構件的中間表面以將凹槽附近的中間表面形成塑性刻面(plastically facet)。本專利技術的又一方面在于一種構件，其包括基板，其包括外表面和內表面，其中內表面限定至少一個中空的內部空間。該構件限定一個或多個凹槽。每個凹槽至少部分地沿著基板延伸且具有基部和頂部，且每個凹槽在其相應頂部變窄使得每個凹槽包括凹腔形凹槽(re-entrant shaped groove)。構件的中間表面在相應凹槽附近形成刻面。一個或多個接入孔穿過相應凹槽的基部形成，以將凹槽連接成與相應中空內部空間流體連通。該構件還包括至少一個涂層，其置于基板的表面的至少一部分上，凹槽和涂層一起限定用于冷卻該構件的一個或多個凹腔形通道。附圖說明當參看附圖來閱讀本專利技術下文的詳細描述時，本專利技術的這些和其它特點、方面和優點將變得更好理解，在所有附圖中，相似的附圖標記表示相似的部件，其中圖1是燃氣渦輪系統的示意圖2為根據本專利技術的方面的具有帶凹腔形冷卻通道的示例翼型件構造的示意截面圖；圖3為帶有凹腔形冷卻通道的冷卻回路的一部分的示意截面圖4以透視圖示意性地描繪了沿著基板的表面部分地延伸的三個示例微通道和到相應膜冷卻孔的通道冷卻劑；圖5為圖4的示例微通道之一的截面圖，且示出了從接入孔向膜冷卻孔輸送冷卻劑的微通道；圖6示意性地描繪了用于在凹槽的排放端形成凹槽和錐形脫離區的示例工具加工路徑(tooling path)；圖7示意性地描繪了在機械加工后表面處理(post-machining surface treatment)之前的示例凹腔形冷卻通道；圖8示意性地描繪了在所處理的表面中引入不平度的機械加工后表面處理之后的圖7的凹腔形冷卻通道；圖9為在機械加工后表面處理之前具有開口大小D1的示例凹腔形冷卻通道的截面圖；圖10為在機械加工后表面處理之后具有減小到D2的開口大小的圖9的凹腔形冷卻通道的截面圖；以及圖11示出了帶有形成于結構化涂層中的可滲透槽的凹腔形通道。部件列表10燃氣渦輪系統12壓縮機14燃燒器16渦輪18軸20燃料噴嘴54結構涂層的內層55結構涂層的內層的外表面(中間表面)56外涂層(外結構涂層)100熱氣體路徑構件110基板112基板外表面(中間表面)114內部空間116基板的內表面130冷卻通道132凹槽135凹槽邊緣134凹槽基部140接入孔144多孔間隙146凹槽的頂部(開口)150涂層160研磨液射流170排放端172膜冷卻孔174膜出射孔。具體實施例方式如本文所用的術語“第一、“第二”和類似詞語并不表示任何順序、量或重要性，而是用于區分一個元件與另一個元件。術語“一”在本文中并不表示對于數量的限制，而是表示存在所提及的物品中的至少一個。結合量使用的修飾詞“約(大約)”包括所提到的值且具有上下文決定的意義(例如，包括與特定量的測量相關聯的誤差程度)。此外，術語“組合”包括共混物、混合物、合金、反應產物和類似物。此外，在本說明書中，未具體限定數量的術語通常包括該術語的單數和復數，從而包括該術語的一個或多個(例如，“通路孔”可包括一個或多個通路孔，除非另外規定)。在整個說明書中對“一個實施例”，“另一實施例”，“一實施例”等提及表示結合該實施例所描述的特定元件(例如，特點、結構和/或特征)包括于本文所述的至少一個實施例中且可或可不存在于其它實施例中。同樣，對于“特定構造”的提及表示結合該構造所描述的特定元件(例如，特點、結構和/或特征)包括于本文所述的至少一個構造中且可或可不存在于其它構造中。此外，應了解所描述的專利技術特點可在各種實施例和構造中以任何合適方式組合。圖1是燃氣渦輪系統10的示意圖。該系統10可包括一個或多個壓縮機12、燃燒器14、渦輪16、和燃料噴嘴20。該壓縮機12和渦輪16可由一個或多個軸18聯接。軸18可為單個軸或聯接在一起以形成軸18的多個軸段。燃氣渦輪系統10可包括多個熱氣體路徑構件100。熱氣體路徑構件可為至少部分地向穿過該系統10的高溫氣流暴露的該系統10的任何構件。例如，動葉組件(也被稱作葉片或葉片組件)，噴嘴組件(也被稱作靜葉或靜葉組件)、護罩組件、過渡件、固定環和壓縮機排氣構件全都為熱氣體路徑構件。但應了解本專利技術的熱氣體路徑構件100并不限于上述示例，而是可為至少部分地向高溫氣流暴露的任何構件。另外，應了解本公開的熱氣體路徑構件100并不限于燃氣渦輪系統10中的構本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種制造方法，包括：在構件(100)中形成一個或多個凹槽(132)，所述構件(100)包括帶有外表面(112)的基板(110)，其中，所述基板(110)具有至少一個內部空間(114)，所述一個或多個凹槽(132)中的每一個至少部分地沿著所述基板(110)延伸且具有基部(134)和頂部(146)；以及加工所述構件(100)的中間表面(112,?55)使得鄰近相應凹槽(132)的至少一個邊緣(135)的表面塑性變形，從而減小跨過所述凹槽(132)的頂部(146)的距離。

【技術特征摘要】
2011.09.23 US 13/242,1791.一種制造方法，包括 在構件(100)中形成一個或多個凹槽(132)，所述構件(100)包括帶有外表面(112)的基板(110)，其中，所述基板(110)具有至少一個內部空間(114)，所述一個或多個凹槽(132)中的每一個至少部分地沿著所述基板(110)延伸且具有基部(134)和頂部(146);以及 加工所述構件(100)的中間表面(112，55)使得鄰近相應凹槽(132)的至少一個邊緣(135)的表面塑性變形，從而減小跨過所述凹槽(132)的頂部(146)的距離。2.根據權利要求1所述的制造方法，其特征在于，加工所述構件(100)的所述中間表面(112，55)包括執行下列中的一種或多種，以使得鄰近所述凹槽的表面塑性變形，從而減小跨過所述凹槽(132)的頂部(146)的距離對所述中間表面(112，55)進行噴丸沖擊強化處理，對所述中間表面(112，55)進行水射流沖擊強化處理；對所述中間表面(112，55)進行片狀物沖擊強化處理；對所述中間表面(112，55)進行重力沖擊強化處理；對所述中間表面(112，55)進行超聲沖擊強化處理；對所述中間表面(112，55)進行拋光；對所述中間表面進行低塑性拋光；以及對所述中間表面(112，55)進行激光沖擊強化處理。3.根據權利要求2所述的制造方法，其特征在于，加工所述構件(100)的所述中間表面(112，55)包括對所述中間表面(112，55)進行噴丸沖擊強化處理，且所述加工在所述構件(100)的所述中間表面(112，55)中引入多個表面不平度。4.根據權利要求1所述的制造方法，其特征在于，在加工所述構件(100)的所述中間表面(112，55)之前，跨過所述凹槽(132)的頂部(146)的距離在約O. 2至約O. 6mm的范圍，且在加工了所述中間表面(112，55)之后，跨過所述凹槽(132)的頂部(146)的距離在約O至約O. 4mm的范圍。5.根據權利要求1所述的制造方法，其特征在于還包括將涂層(150)置于所述構件(110)的所述中間體表面(112，55)的至少一部分上，所述凹槽(132)和所述涂層(150)限定用于冷卻所述構件(100)的一個或多個通道(130)，所述涂層(150)包括結構涂層的外層，所述方法還包括在形成所述一個或多個凹槽(132)之前將所述結構涂層(54)的內層沉積于所述基板(110)的外表面(112)上，所述一個或多個凹槽(132)至少部分地形成于所述內結構涂層(54)中，使得經加工以使所述相應凹槽(132)的至少一個邊緣(135)變形的所述中間表面(112，55)包括所述結構涂層的所述內層(54)的上表面(55)。6...

【專利技術屬性】
技術研發人員：RS班克，SA韋弗，DM利普金，
申請(專利權)人：通用電氣公司，
類型：發明
國別省市：