[发明专利]具有成形冷却孔的基底和制造方法

说明书

技术领域

本发明的领域大体涉及涡轮，并且更特别地，涉及燃气涡轮燃烧器衬套的制造和/或冷却的某些新颖且有用的进步，以下是本发明的说明书，其参考附图，并且附图形成其一部分。

背景技术

燃气涡轮的燃烧器是其构件或区域，其中，燃料的燃烧发生，并且，其实现各种发动机特性，包括排放物和/或燃料效率。燃烧器的目的是调整燃料和空气的燃烧以产生呈高温气体形式的能量，该高温气体可使发动机或发电机涡轮旋转，并且/或者传送穿过排气喷嘴。燃烧器服从各种设计考虑，其包括但不受限于：维持均匀的离开温度分布，以使热点不损坏涡轮或燃烧器，并且以低污染物排放操作。因此，包含燃烧过程并将各种空气流引入到燃烧区中的燃烧器衬套建造成经受高温。一些燃烧器衬套通过隔热涂层(“TBC”)隔热，但是主要依靠各种类型的空气冷却以降低衬套温度。例如，膜冷却将冷却空气的薄覆层(blanket)喷射在燃烧器衬套的内部上面，而泻流冷却推动冷空气穿过燃烧器衬套中由紧密间隔的、分散的小孔或孔形成的栅格。在两种方法之中，泻流冷却倾向于使用较少的空气并产生比膜冷却更均匀的温度分布。

图14是涂覆有隔热涂层并具有常规圆形冷却孔120的基底的截面侧视图。图15是图14的常规圆形冷却孔120沿线A-A’截取的另一个截面图。图16是图15的常规圆形冷却孔120沿线B-B’截取的另一个截面图。

图17是涂覆有隔热涂层并具有常规锥形膜冷却孔130的基底的截面侧视图。图18是图17的常规锥形膜冷却孔130沿线A-A’截取的另一个截面图。图19是图17的常规锥形膜冷却孔130沿线B-B’截取的另一个截面图。

图20是涂覆有隔热涂层并具有常规“3D”膜冷却孔140的基底的截面侧视图。图21是图20的常规“3D”膜冷却孔140沿线A-A’截取的另一个截面图。图22是图20的常规“3D”膜冷却孔140沿线B-B’截取的另一个截面图。

图23是涂覆有隔热涂层并具有常规“风扇”膜冷却孔150的基底的截面侧视图。图24是图23的常规“风扇”膜冷却孔150沿线A-A’截取的另一个截面图。图25是图23的常规“风扇”膜冷却孔150沿线B-B’截取的另一个截面图。

参考图15-25，每个常规冷却孔120、130、140和150成角度地形成在基底100中。基底100涂覆有隔热涂层101。隔热涂层101涂覆有结合涂层103。每个冷却孔120、130、140和150具有形成在基底100的一侧上的入口113和形成在基底100的相对侧上的较大出口111。每个冷却孔120、130、140和150具有与入口113连通和/或形成入口113的一部分的孔口112。孔口112大体为柱形的。对于圆形冷却孔120而言，孔口112的直径114在入口113与出口112之间为均匀的。对于冷却孔130、140和150而言，孔口112的直径114在出口111附近增大。

然而，常规冷却孔120、130、140和150中的每一个具有至少一个缺点。例如，对锥形膜冷却孔130和“风扇”膜冷却孔150的分析已揭示对流冷却的缺陷。如示出的，“3D”膜冷却孔140具有在沿下游方向的所有侧上过渡为三维扩散的柱形孔口112。然而，该类型的泻流冷却布置倾向于不适合于燃烧器衬套，这是因为这种三维下游扩散从燃烧器衬套去除大量隔热涂层(“TBC”)，其中辐射是大部分热负荷的燃烧器中的缺点。

泻流冷却的实践已将多孔阵列的轴向和径向间距限制为大约6.5倍直径，以确保相应空气流合并为连续保护膜并确保每个位置具有孔口对流冷却。该间距意味着每单位面积的某个最低冷却流量。然而，随着技术进步，非常期望减小冷却流量并腾出空气用于减少的NOx排放物、提高的效率和/或更好的涡轮冷却。

发明内容

如本文中示出、描述和要求权利的，具有以很少的孔口对流冷却损失的提高的膜效力的、用于在诸如燃气涡轮的燃烧器衬套的泻流冷却构件中使用的成形冷却孔以及用于制造其的方法的实施例。通过参考结合附图进行的下列描述，成形冷却孔的实施例的各种特征和优点将变得显而易见。

附图说明

现在简要地提及附图，在该附图中：

图1是成形冷却孔的实施例的截面图；

图2A是图1的成形冷却孔沿线A-A’截取的另一个截面图；

图2B是图1的成形冷却孔沿线B-B’截取的另一个截面图；

图3是基底的截面侧视图，该基底涂覆有隔热涂层，并且具有如通过钻削接着涂覆并清洁的过程而形成的形成在其中的图1和图2的成形冷却孔的实施例；