[发明专利]具有凹形冷却通道的部件及其制造方法

说明书

技术领域

本发明一般涉及燃气涡轮发动机，确切地说，涉及燃气涡轮发动机中的微通道冷却。

背景技术

在燃气涡轮发动机中，空气在压缩机中进行压缩，随后在燃烧室中与燃料混合，以产生热燃烧气体。从高压涡轮机(HPT)的气体中获得的能量可驱动压缩机，从低压涡轮机(LPT)的气体中获得的能量可驱动应用于涡轮风扇式飞机发动机的风扇，也可驱动船舶和工业应用中的外轴。

发动机效率随燃烧气体温度的升高而增加。但燃烧气体会沿着其流路加热各个部件，因此，需要进行冷却以延长发动机的寿命。通常，热气通道部件由压缩机中排出的空气进行冷却。由于排出的空气并未在燃烧过程中使用，因此，该冷却过程降低了发动机效率。

燃气涡轮发动机冷却技术已较为成熟，且其包括有关热气通道部件中冷却回路和零部件的各个方面的多项专利。例如，燃烧室包括径向上的外衬和内衬，所述燃烧室在运行过程中需要进行冷却。涡轮机喷嘴包括位于外带与内带之间支撑的空心叶片，所述喷嘴也需要进行冷却。涡轮机转子叶片是空心的，其中通常包括冷却回路，且叶片被涡轮机防护罩环绕，所述叶片同样需要进行冷却。热燃烧气体通过也可镶有衬套的排气装置排出，并进行适当的冷却。

在所有此类示例性燃气涡轮发动机部件中，通常会使用高强度超耐热合金的薄金属壁来增加其耐久性，同时使此类部件的冷却需求最小化。各种冷却回路和零部件可配合处于发动机中相应环境的此类单个部件来设计。例如，多条内部冷却通道，即蛇形通道，可形成于热气通道部件中。冷却流体会从高压间流入蛇形通道，并流经所述通道，从而冷却热气通道部件基底和涂层。但是，这种冷却策略通常会导致热传递率相对较低，部件温度分布不均。

通过尽可能接近受热区域进行冷却，微通道冷却可能会显著降低冷却要求，从而以给定的热传递速率减小受热侧与冷却侧之间的温度差。但在现有技术中，形成微通道通常需要使用牺牲型填充材料，以便防止涂层在微通道内沉积，同时可以在沉积过程中支撑涂层；形成微通道还需要在涂层系统沉积后清除所述牺牲型填充材料。但是，使用临时性材料填充通道以及之后清除所述材料对于当前的微通道处理技术来说可能都存在一些问题。例如，填充材料必须适合基底和涂层，其不仅要有极小的收缩性，而且要有足够的强度。清除所述牺牲型填充材料可能涉及溶滤、浸蚀或蒸发等损伤性工艺，且通常需要较长的时间。填充材料残留也是要关注的问题。

因此，需要一种在热气通道部件中形成冷却通道的方法，该方法无需进行填充过程和清除过程。

发明内容

本发明提供一种制造部件的方法，所述方法包括：在基底的表面中形成一个或多个槽，其中所述基底具有至少一个内部空腔，其中所述一个或多个槽中的每个槽均至少部分沿着所述基底的所述表面进行延伸并具有底部和顶部，其中所述底部宽于所述顶部，因此，所述一个或多个槽中的每个槽均包括一个凹形槽；形成一个或多个穿过所述一个或多个槽中相应一个槽的所述底部的入孔，从而以流体连通方式将所述槽与所述至少一个内部空腔中的相应各空腔连接；以及将一个涂层设置于所述基底的所述表面的至少一部分上，其中所述一个或多个槽和所述涂层构成用于冷却所述部件的一个或多个凹形通道。

所述方法进一步包括浇铸所述基底后，在所述基底的所述表面中形成所述一个或多个槽，可以通过在所述基底的所述表面上引导磨蚀性液体射流来形成所述一个或多个凹形槽，或者通过引导所述磨蚀性液体射流来形成所述一个或多个凹形槽，其中所述磨蚀性液体射流相对于所述基底的所述表面成侧角进行第一次流动，并随后以实质上与所述侧角相对的角进行后续流动。形成所述一个或多个凹形槽的步骤进一步包括进行至少一次附加流动，其中所述磨蚀性液体射流以介于所述侧角与所述实质上的相对角之间的一种或多种角度流向所述槽的所述底部，从而将材料从所述槽的所述底部清除。