[发明专利]CMC部件冷却腔

说明书

一种用于燃气涡轮发动机的部件，包括核心和外壳。核心包括外部表面，外部表面沿着第一端和第二端之间的长度延伸，并且至少部分地限定在外部表面上沿着至少一部分长度从第一端延伸的冷却腔。冷却腔在第一端处流体联接到空气供应源。外壳包括外表面。外壳被定位在核心的外部，并且沿着核心的至少一部分长度从核心的第一端延伸，并且至少部分地限定冷却腔。

技术领域

本发明主题大体涉及涡轮机的复合部件。更具体地，本发明主题涉及用于陶瓷基质复合涡轮转子叶片和涡轮定子轮叶的冷却腔以及用于这种复合部件的冷却腔的制造。

背景技术

燃气涡轮发动机大体包括彼此流动连通布置的风扇和核心。另外，燃气涡轮发动机的核心以串联流动顺序大致包括压缩机区段、燃烧区段、涡轮区段和排气区段。在操作中，空气从风扇提供至压缩机区段的入口，在压缩机区段，一个或多个轴向压缩机逐渐压缩空气，直到其到达燃烧区段。燃料与压缩空气混合并且在燃烧区段内燃烧以提供燃烧气体。燃烧气体从燃烧区段被导向至涡轮区段。通过涡轮区段的燃烧气体流驱动涡轮区段并且然后被导向通过排气区段，例如通向大气。

一般而言，可以通过增加的燃烧气体温度来提高涡轮性能和效率。然而，增加的燃烧温度可能例如通过增加材料损坏的可能性来对燃气涡轮发动机部件产生负面影响。因而，虽然增加的燃烧温度可以有益于涡轮性能，但是燃气涡轮发动机的一些部件可以能需要冷却特征或减少对于燃烧气体的暴露，从而降低增加的温度对部件的负面影响。

典型地，涡轮区段包括一个或多个定子轮叶和转子叶片级，并且每个定子轮叶和转子叶片级包括多个翼型件，例如，在定子轮叶部分中的喷嘴翼型件和在转子叶片部分的叶片翼型件。因为翼型件在燃烧区段的下游并且定位在燃烧气体流内，所以翼型件通常包括用于使相对较热的燃烧气体的影响最小化的一个或多个冷却特征，例如可以在翼型件的表面内和/或上提供冷却的膜孔、冷却孔或槽。例如，可以在整个部件中提供冷却孔隙，其允许来自部件内的冷却流体流被引导到部件的外表面上。此外，翼型件通常包括腔或导管，用于将例如来自压缩机区段的压缩冷空气供应至冷却特征。

一般而言，涡轮性能和效率可以通过增加的燃烧气体温度来提高。非传统的高温材料，例如陶瓷基质复合(CMC)材料，更常用于燃气涡轮发动机内的各种部件。例如，因为CMC材料可以承受相对极端的温度，所以特别感兴趣的是用CMC材料替换燃烧气体的流动路径内的部件。然而，即使CMC部件可以承受比典型部件更极端的温度，CMC部件仍可能需要冷却特征或减少对燃烧气体的暴露，以降低增加的燃烧气体温度的负面影响的可能性，例如材料损坏等。

虽然有许多益处可以通过利用CMC部件来实现，但是CMC材料可能具有缺点。例如，由CMC材料形成的部件可以比由镍合金形成的类似部件具有更低的导热率。CMC部件的降低的导热率可能需要冷却特征和/或用于更靠近翼型件表面来供应压缩冷空气的腔或导管。另外，在CMC部件中可能特别难以形成具有复杂错综的几何形状的冷却特征、腔和/或导管。

这样，具有复杂的冷却几何形状的CMC部件以及制造这种CMC部件的相关方法将是有用的。

发明内容

各方面和优点将部分地在以下描述中阐述，或者可以从描述中显而易见，或者可以通过实践本发明来学习。

在一个方面中，本发明涉及用于燃气涡轮发动机的部件。该部件包括核心和外壳。核心包括沿着第一端和第二端之间的长度延伸的外部表面。此外，核心至少部分地限定在外部表面上沿着核心的至少一部分长度从第一端延伸的冷却腔。冷却腔在第一端处流体联接到空气供应源。应该认识到，冷却腔可以沿着外部表面被定位在任何位置，例如沿着核心的周边的任何位置。在某些实施例中，核心可以限定冷却腔的内表面。

外壳包括外表面。外壳被定位在核心的外部，并且沿着核心的至少一部分长度从核心的第一端延伸。外壳可以联接到核心的外部表面的至少一部分。例如，外壳可以粘附到外部表面的至少一部分。此外，外壳至少部分地限定冷却腔。应该认识到，外壳可以联接到围绕冷却腔的核心。此外，在某些实施例中，外壳可以大体在没有冷却腔的位置处联接到核心的外表面。