[发明专利]构件以及制造和涂覆构件的方法

说明书

技术领域

本发明大体涉及燃气轮机发动机，并且更具体而言，涉及其中的微通路冷却。

背景技术

在燃气轮机发动机中，空气在压缩机中加压，并且在燃烧器中与燃料混合，以产生热的燃烧气体。在高压涡轮(HPT)(其对压缩机提供动力)中以及在低压涡轮(LPT)(其对涡轮风扇航空器发动机应用中的风扇提供动力，或对用于航海应用和工业应用的外部轴提供动力)中从气体中提取能量。

发动机效率随着燃烧气体的温度(的升高)而升高。但是，燃烧气体会沿着它们的流径而加热各种构件，这又需要冷却这些构件，以实现长的发动机寿命。典型地，通过从压缩机中放出空气来冷却热气路径构件。这个冷却过程会降低发动机效率，因为放出的空气未在燃烧过程中使用。

燃气轮机发动机冷却技术是成熟的，并且包括关于各种热气路径构件中的冷却回路和特征的各种方面的许多专利。例如，燃烧器包括在运行期间需要冷却的径向外部衬套和径向内部衬套。涡轮喷嘴包括支承在外部带和内部带之间的中空导叶，它们也需要冷却。涡轮转子叶片是中空的，并且典型地在其中包括冷却回路，叶片由涡轮护罩包围，涡轮护罩也需要冷却。热的燃烧气体通过排气管排出，排气管也可为带衬套的且被恰当地冷却。

在所有这些示例性燃气轮机发动机构件中，典型地使用高强度超合金金属制成的薄的金属壁来增强耐用性，同时使它们对冷却的需要降到最低。在它们在发动机中的对应环境中，对这些单独的构件定制了各种冷却回路和特征。例如，可在热气路径构件中形成一系列的内部冷却通道或盘管。可从气室对盘管提供冷却流体，并且冷却流体可流过通道，从而冷却热气路径构件衬底和涂层。但是，这个冷却策略典型地导致有相当低的传热速率和不均匀的构件温度分布。

微通路冷却有潜力通过这样来显著地降低冷却需求：将冷却布置成尽可能地靠近热区，从而对于给定的传热速率而降低热侧和冷侧之间的温差。但是，当前用于形成微通路的技术典型地需要使用牺牲填料来防止涂层淀积在微通路内以在淀积期间支承涂层，以及需要在涂层系统的淀积之后移除牺牲填料。但是，用短效材料来填充通路以及此后移除该材料两者都会给当前的微通路处理技术带来潜在的问题。例如，填料必须与衬底和涂层相容，又具有最小的收缩，但是还具有足够的强度。移除牺牲填料涉及溶出(leach)、侵蚀或蒸发的潜在地损害性过程，并且典型地需要长的时间。残留的填料材料也是个问题。

因此将合乎需要的是提供用于将涂层淀积在具有凹槽的热气路径构件上以在其中形成冷却通路的这样的方法：该方法会消除对填充和移除过程的需要。另外，将合乎需要的是提供用于将涂层淀积在热气路径构件上的这样的方法：当在不使用牺牲填料的情况下淀积时，该方法会减少淀积在通路的内部或暴露的壁表面上的涂层的量。

发明内容

本发明的一方面在于一种涂覆包括衬底的构件的方法，其中，一个或多个凹槽形成于衬底的表面中且至少部分地沿着该表面延伸。该方法包括将涂层淀积在衬底的表面的至少一部分上面，其中，涂层包括一个或多个层。层中的至少一个以包括角度α的一个或多个角度淀积，其中，α相对于衬底的表面法线处于大约10度-85度的范围中。该一个或多个凹槽和涂层共同限定用于冷却构件的一个或多个通路。

本发明的另一方面在于一种包括衬底的构件，衬底包括外表面和内表面，其中，内表面限定至少一个中空内部空间，其中，外表面限定一个或多个凹槽，以及其中，该一个或多个凹槽中的各个至少部分地沿着衬底的表面延伸且具有基部。一个或多个进入孔延伸通过该一个或多个凹槽中的相应的一个的基部，以将凹槽布置成与该至少一个中空内部空间中的相应的内部空间流体连通。该构件进一步包括设置在衬底的表面的至少一部分上面的涂层。涂层包括一个或多个层，并且层中的至少一个限定一个或多个可透过的槽口，使得相应的层不完全桥接该一个或多个凹槽中的各个。凹槽和涂层共同限定用于冷却构件的一个或多个通路。

本发明的又一方面在于一种制造构件的方法。该方法包括在衬底的表面中形成一个或多个凹槽，其中，衬底具有至少一个中空内部空间。该一个或多个凹槽中的各个至少部分地沿着衬底表面延伸且具有基部。该方法进一步包括形成通过该一个或多个凹槽中的相应的一个的基部的一个或多个进入孔，以将凹槽连接成与该至少一个中空内部空间中的相应的内部空间流体连通。该方法进一步包括将涂层淀积在衬底的表面的至少一部分上面，使得该一个或多个凹槽和涂层共同限定用于冷却构件的一个或多个通路。当涂层淀积在该一个或多个凹槽上面时，该一个或多个凹槽未被填充。

附图说明