[发明专利]具有内部冷却通道的混合部件

说明书

提供了一种部件(30)，该部件(30)由多个层压板(10、32)一者堆叠在另一者上而形成，从而限定具有前缘(18)和后缘(20)的堆叠式层压板结构(25)。所述多个层压板(10、32)中的每个层压板由陶瓷基复合体材料(11)形成。另外，在堆叠式层压板结构(25)的内部(21)内限定有多个内部冷却通道(22)，并且所述多个内部冷却通道(22)在前缘(18)与后缘(20)之间纵向地延伸。金属支承结构件(36)布置成延伸穿过层压板中的第一开口(28)并且延伸穿过堆叠式层压板结构。

技术领域

本发明涉及高温部件并且涉及用于形成高温部件的过程。更具体地，本发明的各方面涉及具有形成在其中的一个或更多个内部冷却通道的混合(陶瓷基复合体(CMC)和金属)部件。

背景技术

燃气轮机包括壳体或气缸，用于容置压缩机部分、燃烧室部分和涡轮部分。供给的空气在压缩机部分中被压缩并且被导引到燃烧室部分中。经压缩的空气进入燃烧室入口并且与燃料混合。然后，空气/燃料混合物燃烧以产生高温高压的气体。然后，该工作气体行进通过燃烧室过渡部并且进入到涡轮机的涡轮部分中。

通常，涡轮部分包括成排的导向叶片，所述导向叶片将工作气体导引至涡轮叶片的翼型件部分。工作气体行进通过涡轮部分，进而使涡轮叶片旋转，从而使转子转动。转子也附接至压缩机部分，从而使压缩机转动并且还使发电机转动以发电。燃气轮机的高效率是通过将流动通过燃烧室部分的气体加热到可行的高的温度来实现的。然而，热气体在流过涡轮机时可能使该热气体经过的各种金属涡轮部件劣化，所述金属涡轮部件比如为燃烧室、过渡管道、导向叶片、环部段以及涡轮叶片。

为此，已经研发了保护涡轮部件免受极端温度的策略，比如研发和选用适于承受这些极端温度的高温材料，以及对在操作期间保持部件充分冷却的冷却策略。现有技术的具有附加保护涂层的高温合金通常用于燃气轮机的热气体路径部件。然而，考虑到在高温合金的领域方面的实质的和长期的发展，进一步提高高温合金的耐温性能是极其困难的。

此外，已经研制了耐温性高达1200℃且在局部非关键区域中具有更高的潜在耐高温性的陶瓷基复合体(CMC)材料。更进一步，尽管存在不同的工程上的挑战、比如环境保护，但是已经研制了具有更高耐温性的其他CMC材料。在任何情况下，CMC材料可以包括陶瓷或陶瓷基材料，陶瓷或陶瓷基材料中的任一种具有多个增强纤维。通常，纤维可以具有预定的取向，以为CMC材料提供额外的机械强度。然而，已经发现的是，由于除了其他因素之外也难以在典型的复杂形状的许多涡轮部件中在部件的边缘处对纤维进行定向，因此由CMC材料形成涡轮部件可能存在挑战。为此，已经研制了由堆叠式CMC层压板所形成的部件。堆叠式CMC层压板包括由具有呈预期取向的纤维的CMC材料所形成的多个层压板。通过包括各自具有期望的纤维取向和形状的多个平的层压板，部件的总体构成和形状可以通过增加的选项进行更好的控制。然而，尽管氧化物CMC材料和非氧化物CMC材料可以经受高温，但是由于外部表面暴露于大致比1200℃还热的气体路径燃烧气体，因此氧化物CMC材料和非氧化物CMC材料在没有进行冷却的情况下仅能够在燃烧环境中经受高温持续有限的时间段。因此，对于全部地或基本上由CMC材料形成的部件进一步需要改进的冷却策略。

发明内容

本发明人已经研发了用于在混合(CMC/金属)堆叠式层压板结构内提供封闭的内部冷却通道的系统和过程，该混合(CMC/金属)堆叠式层压板结构包括一者堆叠在另一者上的多个层压板。如下面将阐述的，混合结构包括围绕金属支承结构件堆叠的多个CMC层压板以及在CMC部分中的嵌入式内部冷却通道。一方面，嵌入式内部冷却通道解决了对于为混合部件提供附加和大幅冷却的需要。另外，嵌入式内部冷却通道减小或消除了混合部件的金属-陶瓷界面处的泄漏。如果仅在堆叠式层压板中的选定的堆叠式层压板中切割通道并且高压冷却流体(其具有比部件的外部部分的压力更高的压力)流入到冷却通道中，则这种泄漏将出现。

根据一方面，提供了一种燃气轮机部件，该燃气轮机部件包括：