[发明专利]构件和使用多种填充剂制造涂覆构件的方法

说明书

技术领域

本发明主要涉及燃气涡轮发动机，且更具体地涉及在其中的微通道冷却。

背景技术

在燃气涡轮发动机中，空气在压缩机中加压并在燃烧器中与燃料混合以生成热燃烧气体。从驱动压缩机的高压涡轮(HPT)中以及驱动涡扇式飞机发动机应用中的风扇或者驱动用于航运和工业应用的外部轴的低压涡轮(LPT)中的气体获取能量。

发动机效率随着燃烧气体的温度升高而提高。然而，燃烧气体加热沿它们的流动路径的各种构件，而这又要求对这些构件进行冷却以实现长的发动机寿命。通常，热气体路径构件通过来自压缩机的泄放空气冷却。该冷却过程降低了发动机效率，因为所泄放的空气并未用于燃烧过程。

燃气涡轮发动机冷却技术是成熟的并且对于各种热气体路径构件中的冷却回路和特征的各个方面均包括大量专利。例如，燃烧器包括在操作期间需要冷却的径向外衬套和内衬套。涡轮喷嘴包括支承在外环带与内环带之间的中空导叶，这些导叶也需要冷却。涡轮转子叶片是中空的并且其中通常包括冷却回路，同时叶片由也需要冷却的涡轮护罩所包绕。热燃烧气体经由也可设有衬层并适当地冷却的排气装置排出。

在所有这些示例性燃气涡轮发动机构件中，高强度超合金金属的薄金属壁通常用于增强的耐久性，同时最大限度地降低对其冷却的需求。各种冷却回路和特征针对这些单独构件在它们于发动机中的对应环境中进行定制。例如，一系列内部冷却通路或蛇形通路可形成在热气体路径构件中。冷却流体可从气室(plenum)提供至蛇形通路，并且冷却流体可流经这些通路，从而冷却热气体路径构件的基底和涂层。然而，该冷却策略通常引起比较低的传热率和不均匀的构件温度分布。

微通道冷却具有通过尽可能靠近经加热的区域布置冷却而显著地减少冷却需求的潜力，从而对于给定的传热率而言减小了主负载轴承基底材料的热侧和冷侧之间的温差。当前，使用牺牲性材料来保持结构涂层免于在其施加期间堵塞冷却通道。由于冷却通道趋于具有大的长度与液压直径比，故填充剂(filler)去除过程通常是耗时的并因此昂贵，而且还会经受不彻底的填充剂去除。

因此，希望提供克服了现有技术的上述缺点的将结构涂层淀积(或沉积)在冷却通道上的方法。

发明内容

本发明的一方面在于一种制造构件的方法。该方法包括在基底的外表面中形成一个或更多凹槽。每个凹槽均具有基部并至少部分地沿基底的外表面延伸。该方法还包括将牺牲性填充剂设置在凹槽内，将永久性填充剂设置在牺牲性填充剂上，以及将涂层设置在基底的至少一部分和永久性填充剂上。该方法还包括从凹槽(多个)去除第一牺牲性填充剂，以限定用于冷却该构件的一个或更多通道。

本发明的另一方面在于一种包括基底的构件，该基底包括外表面和内表面。该外表面限定一个或更多凹槽，并且每个凹槽均至少部分地沿基底的外表面延伸并具有基部。该构件还包括设置在每个凹槽内并跨过每个凹槽的顶部延伸的永久性填充剂。该构件还包括设置在基底的至少一部分和永久性填充剂上的涂层。凹槽(多个)和永久性填充剂或涂层共同限定用于冷却该构件的一个或更多通道。

本发明的又一方面在于一种制造构件的方法。该方法包括在基底的外表面中形成一个或更多凹槽。每个凹槽均具有基部和顶部并至少部分地沿基底的外表面延伸。该方法还包括将填充剂设置在凹槽(多个)内，使得间隙形成在填充剂与相应凹槽的基部之间，以及将涂层设置在基底的至少一部分和填充剂上。

本发明的另一方面在于一种制造构件的方法。该方法包括在基底的外表面中形成一个或更多凹槽。每个凹槽均具有基部并至少部分地沿基底的外表面延伸。该方法还包括将牺牲性填充剂设置在凹槽(多个)内，将第二填充剂设置在牺牲性填充剂以及基底的外表面的至少一部分上，以及将涂层设置在第二填充剂上，使得涂层在基底的至少一部分上延伸。该方法还包括从凹槽(多个)去除第一牺牲性填充剂并部分地去除第二填充剂，以限定用于冷却该构件的一个或更多通道。

附图说明

当参照附图阅读下文的详细描述时，本发明的这些和其它特征、方面和优点将变得更好理解，全部附图中同样的附图标记始终表示同样的零件，其中：

图1是燃气轮机系统的示意性图示；

图2是根据本发明的方面的带有冷却通道的示例性翼型构型的示意性截面；

图3至图8示意性地图示了用于使用多种填充剂对基底施加涂层的过程步骤；

图9在截面图中示意性地描绘了三个示例性冷却通道，其中永久性填充剂层保留在冷却通道中；