[发明专利]具有精确表面通道的部件和混合加工方法

说明书

技术领域

本发明大体涉及燃气涡轮发动机，确切地说，涉及燃气涡轮发动机中的微通道冷却。

背景技术

在燃气涡轮发动机中，空气在压缩机中压缩，随后在燃烧室中与燃料混合，以产生热燃烧气体。从高压涡轮机(HPT)的气体中获得的能量可驱动压缩机，从低压涡轮机(LPT)的气体中获得的能量可驱动涡轮风扇式飞机发动机应用中的风扇，也可驱动船舶和工业应用中的外轴。

发动机效率随燃烧气体温度的升高而增加。但燃烧气体会加热相应流动通道/流路中的各种部件，因此，需要进行冷却以延长发动机的寿命。通常情况下，通过从压缩机中排出的空气来冷却热气通道部件。由于排出的空气并未用于燃烧过程中，因此，该冷却过程降低了发动机效率。

燃气涡轮发动机冷却技术已较为成熟，且包括针对各种热气通道部件中冷却回路和特征的各个方面的多项专利。例如，燃烧室包括径向的外部和内部衬里/衬管，这些外部和内部衬垫需要在操作中进行冷却。涡轮机喷嘴包括支撑在外带(outer bands)与内带(inner bands)之间的空心叶片，也需要进行冷却。涡轮机转子叶片是空心的，其中通常包括冷却回路，且叶片被涡轮机防护罩环绕，其同样需要进行冷却。热燃烧气体经由排气装置排出，所述排气装置也可设有衬垫/衬里且进行适当的冷却。

在所有此类示例性燃气涡轮发动机部件中，通常使用由高强度超耐热合金构成的薄金属壁来增加耐久性，同时最大限度地降低此类部件的冷却需求。各种冷却回路和特征可针对处于发动机中的相应环境中的此类特殊部件进行适当调整。例如，可在热气通道部件中形成一系列的内部冷却通道，即蛇形通道(serpentines)。可将冷却流体从高压间提供到蛇形通道，所述冷却流体将流过所述通道，从而冷却热气通道部件的基件和涂层。但是，这种冷却策略通常导致传热速度相对较低，部件温度分布/轮廓不均。

通过使冷却尽可能接近受热区域，微通道冷却有可能能显著降低冷却需求，从而在传热速度给定的情况下，降低主承载基件材料的热侧与冷侧的温度差。但是，为实现微通道冷却，通道应具有锐边(sharp edges)，以有助于以无裂缝方式镀覆(flaw free deposition)第一金属(结构)涂层，以及减少或消除可能导致开裂的交界面空隙。

因此，需要提供一种方法，用于形成具有锐边的微通道，以有助于以无裂缝方式镀覆第一结构涂层，以及减少或消除可能导致开裂的交界面空隙。此外，还需要提供一种方法，用于形成制程时间缩短、通道到通道之间变化减小的微通道。

发明内容

本发明的一方面提供一种用于在部件中形成一个或多个凹槽的方法。所述方法包括使用第一加工技术，在基件的外表面中形成一个或多个初步凹槽。每个初步凹槽具有底部、且至少部分沿所述基件的所述外表面延伸，且所述基件具有内表面，所述内表面设有至少一个内部空腔。所述方法进一步包括使用第二加工技术对所述初步凹槽进行进一步加工，以形成相应凹槽。此外，所述方法包括形成一个或多个进入孔，所述进入孔穿过相应凹槽的底部，以将相应凹槽与相应的内部空腔以流连通或称液体连通的方式连接。

所述方法进一步包括在所述基件的所述外表面中形成所述一个或多个初步凹槽之前，铸造所述基件。所述第一加工技术包括磨蚀性液体喷射，且其中所述一个或多个初步凹槽通过使磨蚀性液体射流作用于所述基件的所述外表面形成。所述第二加工技术系由以下项组成的群组中选出：电化学加工(ECM)、电火花加工(EDM)、使用自转电极的电火花加工(铣削EDM)、以及激光加工(激光钻孔)。所述第二加工技术包括铣削EDM。所述一个或多个凹槽中的每个凹槽具有顶部，其中使用所述磨蚀性液体喷射形成的所述一个或多个初步凹槽中的每个凹槽具有宽于所述顶部的底部，以使所述一个或多个初步凹槽中的每个凹槽包括内曲形初步凹槽，且其中所述凹槽的所述底部宽于所述顶部，以使所述一个或多个凹槽中的每个凹槽包括内曲形凹槽。