[发明专利]用于先进膜冷却的具有小复杂特征的CMC制品

说明书

提供了一种用于生成热燃烧气流(H)的燃气涡轮发动机(10)的发动机构件(80)。发动机构件(80)可包括基底(82)，基底(82)由CMC材料构造且具有面对热燃烧气流(H)的热表面(84)和面对冷却流体流(C)的冷却表面(86)。基底(82)限定膜孔(90)，膜孔(90)延伸穿过基底(82)且具有设在冷却表面(86)上的入口(92)和设在热表面(84)上的出口(94)、以及连接入口(86)和出口(94)的通路(96)。发动机构件(80)还包括在热表面(84)上设在出口(94)上游的流动调节结构(112)。流动调节结构(112)可包括从热表面(84)延伸的凸脊。

技术领域

本发明大体上涉及陶瓷基质涡轮发动机构件，且更具体而言，涉及具有小复杂特征的陶瓷基质复合物燃气涡轮发动机构件。

背景技术

为了提高燃气涡轮发动机的效率和性能，以便提供增大的推力与重量比、较低的排放和改善的比燃料消耗率，涡轮发动机被指派在较高的温度下操作。较高的温度达到且超过发动机的热区段(且具体而言发动机的涡轮区段)中构件的材料的极限。由于现有的材料不可耐受较高的操作温度，故需要开发用于在高温环境中使用的新材料。

由于发动机操作温度已提高，故已开发出了冷却组成燃烧器和涡轮翼型件的高温合金的新方法。例如，将陶瓷热屏障涂层(TBC)应用到燃烧的热流出气体的射流中的构件的表面，以降低热传递速率，对下面的金属提供热保护，且允许构件耐受较高的温度。这些改善有助于降低构件的峰值温度和热梯度。还引入冷却孔来提供膜冷却，以改善热能力或热保护。同时，开发了陶瓷基质复合物以作为高温合金的替代物。在许多情况中，陶瓷基质复合物(CMC)提供优于金属的改善的温度和密度优点，使得它们为当期望较高的操作温度和/或减轻的重量时的材料选择。

CMC具有相对低的导热性，且因此非常适于在高温环境中长时间使用。热气体中的CMC构件被猛烈地膜冷却，特别是在具有不同地未冷却的后缘的设计中。然而，改善的膜冷却性能可减少所需的冷却膜流量并且/或者提高CMC构件的耐用性。

发明内容

本发明的方面和优点将在以下描述中部分地阐述，或可从描述中而是显而易见的，或可通过本发明的实践而习得。

一般提供发动机构件以用于生成热燃烧气流的燃气涡轮发动机。在一个实施例中，发动机构件包括基底，该基底由CMC材料构成，且具有面对热燃烧气流的热表面和面对冷却流体流的冷却表面。热燃烧气流相对于热表面大体上限定上游方向和下游方向。基底限定膜孔，该膜孔延伸穿过基底且具有设在冷却表面上的入口和设在热表面上的出口、以及连接入口和出口的通路。发动机构件还包括流动调节结构，该流动调节结构在热表面上设在出口的上游。在一个特定实施例中，流动调节结构包括从热表面延伸的凸脊。

技术方案1：一种用于生成热燃烧气流的燃气涡轮发动机的发动机构件，包括：

基底，其由CMC材料构造且具有面对所述热燃烧气流的热表面和面对冷却流体流的冷却表面，所述热燃烧气流大体上限定相对于所述热表面的上游方向和下游方向，且其中，所述基底限定膜孔，所述膜孔延伸穿过所述基底且具有设在所述冷却表面上的入口、设在所述热表面上的出口、和连接所述入口和所述出口的通路；和

流动调节结构，其在所述热表面上设在所述出口的上游，其中，所述流动调节结构包括在所述热表面的切线上方延伸的凸脊。

技术方案2：根据技术方案1所述的发动机构件，其中，所述凸脊围绕所述出口的上游边缘的至少50%延伸。

技术方案3：根据技术方案1所述的发动机构件，其中，所述凸脊围绕所述出口的上游边缘的至少75%延伸。

技术方案4：根据技术方案1所述的发动机构件，其中，所述凸脊由缓冲区与所述出口分开。