[发明专利]具有冷却装置的涡轮机部件与制造该种涡轮机部件的方法

说明书

技术领域

本发明涉及诸如燃气涡轮系统的涡轮系统，且更具体地涉及一种用于冷却在此类涡涡轮系统内的热燃气路径部件的方法。

背景技术

涡轮系统广泛用于诸如发电的领域内。用于发电的常规的燃气涡轮系统包括压缩机、燃烧器以及涡轮机。通常这类燃气涡轮系统产生穿过由所述涡轮机的部件界定的流动路径的高温气流。一般需要高温流因为这种较高的温度可能与燃气涡轮系统增强的性能、效率和功率输出有关。换言之，高温流通常与一个人在正常运作的燃气涡轮系统内所寻求的燃烧与流动的状态的类型相关，或者表明此燃烧与流动的状态的类型。

然而，正如可能所预期的，这种高温可以使得流动路径内的部件过热。这种过热可能反过来导致一或多个这些部件失效。因此，由于对正常运行系统内这些高温流动状态的需要，必须冷却经受高温流的部件以允许燃气涡轮系统在高温流的状况下运作。

可以采用各种策略来冷却经受高温流的部件。通常这些部件已知为热燃气路径部件。然而，所采用的许多冷却策略引起相对低的传热速率以及不均匀的部件温度曲线，这可能不足以达到所需要的冷却。

在所有这些示例性燃气涡轮发动机部件内，高强度的超级合金金属的薄金属壁通常用于增强耐久性，同时最小化对其进行冷却的需要。各种冷却电路和特征为这些单个部件在发动机内其相应的环境内量身制定。例如，可以在一个热燃气路径部件内形成一系列内部冷却通路或者盘管。可自出口腔向盘管提供冷却液，且该冷却液可以流过所述通路，以冷却热燃气路径部件基体和涂层。然而，这种冷却策略通常导致相对低的传热速率以及不均匀的部件温度曲线。

微通道冷却通过将冷却物质尽可能近地置于加热区，而具有显著降低冷却要求的潜能，由此对于一个给定的传热速率降低热侧与冷侧之间的温度差。然而，在将结构涂层涂布于微通道上时，最临界区域为所述通道的上边缘。若这些边缘不尖锐且成直角，则可在基体基底金属与结构涂层之间的接口处出现裂缝，这些裂缝以裂口、裂源或者在沉积时能将裂缝传播到涂层的小空隙的方式出现。

因此，需要提供一种方法，用于在部件内形成微通道，而无需进一步处理基体基底金属，其中通道边缘形成为尖锐的直角。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供一种用于制造涡轮机部件的方法，包括：在所述涡轮机部件的外表面形成一个或多个通道；在所述涡轮机部件的所述一个或多个通道与内部区域之间形成一个或多个孔；将金属或者金属合金丝或者粉末机械地压进所述一个或多个通道以基本上填充所述一个或多个通道；在采用所述金属或者金属合金丝或者粉末填充的所述一或多个通道上，将一个或多个涂层涂布至所述涡轮机部件的所述外表面；形成穿过所述涂层的一个或多个孔；以及自所述通道移除所述金属或者金属合金丝或者粉末。

所述一个或多个涂层包括一种镍或钴合金。本发明还包括在自所述通道移除所述金属或者金属合金后，热处理所述涡轮机部件；将一个顶层涂层涂布在所述涂层上并穿过所述顶层以及所述涂层形成所述一个或多个孔，所述顶层涂层包括一种陶瓷材料；使用磨料液喷射、铣削放电加工、激光加工、或者插电化学加工的一种或多种方法来形成所述一个或多个通道；

涂布至少一种涂层的步骤包括使用高速氧燃料沉积、离子等离子体沉积、低压等离子体喷涂、高速空气燃料沉积或者冷喷涂的一种或多种方法将所述涂层沉积在所述涡轮机部件的所述外表面上。移除所述金属或者金属合金丝或者粉末的步骤包括浸析、溶解、蚀刻、氧化或者熔化所述金属或者金属合金丝或者粉末。所述金属或者金属合金丝或者粉末包括铜、钼、镍、钨、铝、蒙乃尔铜-镍合金或者镍铬合金的一种或多种。所述一个或多个通道包括三维结构或者复合曲线。

本发明还可根据控制一个机器人接口的程序化过程，来实施形成所述一个或多个通道、形成至所述内部区域的所述一个或多个孔、形成穿过所述涂层的所述一个或多个孔中的至少一个步骤。

本发明可进一步包括在自所述通道移除所述金属或者金属合金后，将一抗氧化涂层涂布至所述涡轮机部件的所述通道表面或者所述外表面中的一个或两个上。所述抗氧化涂层包括采用汽相渗铝、包埋渗铝或者CVD渗铝的一种或多种所涂布的铝化物涂层。所述抗氧化涂层包括一种选自合金家族(Ni，Co)CrAlY、NiAl、Ni3Al以及Ni-Ni3Al的材料。所述抗氧化涂层用作一个热障结合涂层。