[发明专利]用于冷却壁体的多冲击复合结构

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于对壁体进行冷却的多冲击复合结构、一种具 有多冲击复合结构的壁体以及一种用于制造所述多冲击复合结构的 方法。

背景技术

在内燃发动机尤其燃气涡轮机中存在着很高的工作温度，因而导 引热气的部件经受很高的热负荷。如果热气在燃气涡轮机运行时达到 高于导引热气的部件的最大允许的工作温度的温度，那就应该对所述 导引热气的部件进行冷却，以便其不会受到损坏。传统上在燃气涡轮 机中用从燃气涡轮机的压缩机中分支出来的冷却空气对导引热气的 部件进行冷却。由此燃气涡轮机的效率变差，从而致力于尽可能低的 冷却空气消耗，由此应该尽可能有效地利用冷却空气。目前，为达到 燃气涡轮机的尽可能高的效率，致力于将目前常见的冷却空气消耗减 半。

导引热气的部件具有壁体，该壁体在其一侧上与热气相接触并且 在其另一侧上用冷却空气来冷却。借助于冷却空气从所述壁体上运走 热流，使得所述壁体在其朝向热气的一侧上拥有低于热气温度的接触 温度。已经知道，在所述壁体的背向热气的一侧上设置了多孔的结构， 该结构被冷却空气流过。所述多孔的结构抵靠在所述壁体上，从而通 过热传导和热辐射将热量从壁体传递到多孔的结构中。所述多孔的结 构又在其整个容积内将热量散发给冷却空气，用冷却空气可以将热量 从多孔的结构中运走。

借助于所述多孔的结构，比如可以对叶片端部壁体、动叶片上的 环形段、过渡壁体和燃烧器壁体进行冷却，其中这些壁体基本上平坦 地伸展。因此在这些壁体上所述结构仅仅需要拥有较小的容积，用于 能够将所期望的热流从壁体传递给冷却空气。此外，已经知道，所述 壁体可以具有多个薄膜冷却孔，通过所述薄膜冷却孔可以将冷却空气 通过壁体导送到热气流中，由此在所述壁体的热气侧的表面上由冷却 空气构成薄膜。通过多个薄膜冷却孔的设置，冷却空气从所述多孔的 结构流出到热气流中，从而垂直于壁体均匀地流经所述多孔的结构。 此外，通过冷却空气孔的设置可以实现这一点，即在热气侧薄膜冷却 可以接近于其理想的极限情况也就是泄流冷却。由此同时在所述壁体 的热气侧的表面上出现最佳地隔热的由冷却空气构成的薄膜。

所述多孔的结构比如可以由金属泡沫制成，所述金属泡沫由于其 传统的制造过程仅仅拥有偶然的具有随机分布的孔径的结构。所述金 属泡沫在其制造方面成本低廉，但是具有显著的缺点。因此，比如在 金属泡沫中细孔可能部分被封闭，这些细孔由此具有太小的孔径，从 而存在着这些细孔被堵塞的危险。此外，所述金属泡沫在其内部具有 锐利的棱边，由此在冷却空气流经金属泡沫时会出现压力损失的增 加。此外，所述金属泡沫在其内部具有多个与细孔邻接的接片，所述 接片的随机恒定的直径对热传导来说是不利的。此外，在多孔的结构 中没有在所述壁体上形成半径(Radienbildung)。

此外已知一种设计的多孔的结构，该结构原则上可以具有每种任 意的最佳的几何形状。所设计的多孔的结构比如可以用制造方法“选 择性激光熔化”或者“选择性烧结”来制造。但是，这些制造方法的 缺点是，用它们只能制造最大6PPI(每英寸的细孔)的所设计的多 孔的结构并且可以制造0.6到1毫米的最小接片厚度。不过，这些如 此制造的设计结构不适合于前面所提到的平坦的并且有待冷却的壁 体，因为为此需要40到50PPI的PPI率。此外，所述“选择性激光 熔化”十分耗时并且费用很高。由此所设计的多孔的比如用于对叶片 端部壁体、动叶片上面的环形段、过渡壁体和燃烧器壁体进行冷却的 如目前可以制造的结构还具有明显的缺点。