專利名稱：渦輪葉片平臺的構(gòu)件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本文所公開的主題涉及渦輪葉片平臺的構(gòu)件，且更特定而言涉及在其上涂覆了熱障涂層(TBC)的渦輪葉片平臺的構(gòu)件。
背景技術(shù)：
燃?xì)廨啓C(jī)作為動カ源已廣泛地用于各種領(lǐng)域中，且包括壓縮機(jī)、燃燒器和渦輪。在燃?xì)廨啓C(jī)中，空氣由壓縮機(jī)壓縮且然后與燃料一起由燃燒器燃燒以產(chǎn)生高能流體，高能流體由渦輪膨脹以獲得動力。因此，高能流體的溫度升高提高了動カ 生產(chǎn)。因此，為了致カ于得到増加的動カ生產(chǎn)，燃?xì)廨啓C(jī)近來被設(shè)計(jì)成以便生成這種具有升高溫度的高能流體。為了提供能承受和耐受高能流體升高的溫度的渦輪構(gòu)件，那些構(gòu)件由耐熱合金制成且涂覆有熱障涂層(TBC)。雖然TBC是完整的，但TBC通過約束進(jìn)入經(jīng)涂覆的構(gòu)件內(nèi)的熱傳導(dǎo)而操作，從而防止損壞且延長構(gòu)件的壽命。但常常為下面這樣的情況=TBC并不保持在這種條件下且實(shí)際上，TBC可劣化和/或在多個位置處從構(gòu)件上脫落。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明的一方面，提供ー種構(gòu)件且其包括第一表面；第二表面，其鄰近第一表面且相對于第一表面橫向地定向，并且具有形成于其中的凹穴，從而限定了沿著凹穴的外圍的肋；以及熱障涂層(TBC)，其分別涂覆到第一表面和在凹穴處涂覆到第二表面，使得肋置于第一表面與第二表面的TBC之間。根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供了一種渦輪葉片平臺且其包括面向氣體路徑的渦輪葉片平臺的第一表面；鄰近渦輪葉片平臺表面的斜面和面向后溝槽腔的渦輪葉片平臺表面中的至少ー個的第二表面，第二表面具有形成于其中的凹穴，從而限定了沿著該凹穴的外圍的肋；以及熱障涂層(TBC)，其分別涂覆到第一表面和在凹穴處涂覆到第二表面，使得肋置于第一表面的TBC與第二表面的TBC之間。根據(jù)本發(fā)明的又一方面，提供了ー種方法且其包括向第一表面涂覆熱障涂層(TBC),在鄰近第一表面且相對于第一表面橫向地定向的第二表面中形成凹穴以限定沿著該凹穴的外圍的肋；以及在凹穴處將TBC涂覆到第二表面，使得肋置于第一表面的TBC與第ニ表面的TBC之間。通過結(jié)合附圖得到的下文的描述，這些和其它優(yōu)點(diǎn)和特點(diǎn)將變得更顯然。


被認(rèn)為是本發(fā)明的主題在說明書結(jié)論部分的權(quán)利要求書中特別地指出且明確地主張。通過結(jié)合附圖得到的下文的詳細(xì)描述，本發(fā)明的前述和其它特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)顯然可見，其中圖I為構(gòu)件的側(cè)視圖；圖2為圖I的構(gòu)件的透視圖3為根據(jù)實(shí)施例的圖I和圖2的構(gòu)件的凹穴的示意圖；圖4為根據(jù)備選實(shí)施例的圖I和圖2的構(gòu)件的凹穴的示意圖；圖5為斜面邊緣硬件接合部的放大示意圖；以及圖6為方法的流程圖。詳細(xì)描述參看附圖以舉例說明 的方式解釋本發(fā)明的實(shí)施例，以及優(yōu)點(diǎn)和特點(diǎn)。部件清單構(gòu)件10第一表面 20第二表面 40膜孔401微通道 402接合區(qū) 45凹穴50肋55多介肋551遠(yuǎn)端邊緣 555TBC60非連續(xù)部段601，602渦輪葉片平臺100表面101斜面102面向后溝槽腔的表面 104后緣200前緣201涂覆操作 500形成凹穴 510涂覆TBC 520測試材料 530
具體實(shí)施例方式由于燃?xì)廨啓C(jī)效率和排放水平的改進(jìn)，燃燒排氣流在徑向上產(chǎn)生基本上更均勻的溫度分布。這轉(zhuǎn)變成渦輪端壁附近的氣體溫度的顯著升高，在此處熱氣體路徑表面與相鄰構(gòu)件表面會合。通過向這些表面涂覆熱障涂層(TBC)來防止由于熱氣體沿著這些表面攝入造成的熱通量而防止了熱通量進(jìn)入到該構(gòu)件內(nèi)，而這隨后防止了金屬溫度升高且造成延長的構(gòu)件壽命。TBC的使用也減少了對主動冷卻的需要。參看圖I至圖5，提供了例如渦輪的渦輪葉片平臺構(gòu)件10 (在下文中被稱作“構(gòu)件10”)，且其包括第一表面20、第二表面40和TBC 60。第二表面40鄰近第一表面20且相對于第一表面20橫向地定向，使得形成于第一表面20與第二表面40會合處的接合區(qū)45為有角度的。更特定而言，接合區(qū)45可為直角或者在一些情況下為尖角或鋭角。第二表面40具有形成于其中的凹穴50，以沿著其外圍限定肋55。TBC60分別涂覆到第一表面20和在凹穴50處涂覆到第二表面40，使得少于100%的第二表面40被覆蓋，且肋55置于第一表面20和第二表面40中的各個的TBC 60之間，且使得第一表面20和第二表面40中的各個的TBC 60的單獨(dú)部分基本上彼此隔離。在第一表面20與第二表面40中的各個的TBC 60的単獨(dú)部分之間的分隔提供熱通量方向控制，否則該熱通量方向控制是不可獲得的。該構(gòu)件10可為渦輪或燃?xì)廨啓C(jī)或蒸汽渦輪的任何構(gòu)件，其中高能流體膨脹以用于動カ產(chǎn)生目的。因此，第一表面20和第二表面40可各自包括面向氣體路徑的表面，具有比較高的溫度的流體沿著該氣體路徑流動。一般而言，在流體溫度超過構(gòu)件10內(nèi)部的溫度時出現(xiàn)這種比較高的流體溫度，使得TBC 60防止來自該流體的熱通 量進(jìn)入構(gòu)件10內(nèi)，且使得能維持構(gòu)件10的內(nèi)部溫度低于預(yù)先限定的水平。作為實(shí)例，構(gòu)件10可為燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)動機(jī)的渦輪葉片平臺100。在此情況下，第一表面20包括面向熱氣體路徑的渦輪葉片平臺100的表面101。另外，第二表面40可包括鄰近渦輪葉片平臺100的表面101安置的斜面102的表面和渦輪葉片平臺100的面向后溝槽腔的表面104中的至少ー個。參看圖3和圖4，從肋55的遠(yuǎn)端邊緣555的平面測量，凹穴50的深度可均勻、變化、漸增地可變或者持續(xù)地可變。即，如圖3所示的那樣，凹穴50的深度D可基本上均勻。相比而言，如圖4所示的那樣，凹穴50的深度D可在靠近第一表面20的前緣200和后緣201中的至少ー個處最大或最深，在此處，流體溫度可預(yù)期最高，且在此處，到構(gòu)件10內(nèi)的熱通量可預(yù)期最大。類似地，凹穴50的深度D可在靠近凹穴50的中心處最淺，在此處，流體溫度可預(yù)期最低，且在此處，到構(gòu)件10內(nèi)的熱通量可預(yù)期最低。根據(jù)實(shí)施例，如圖3所示，第二表面40的TBC 60可形成為單個連續(xù)涂層或者形成為非連續(xù)部段601和602。非連續(xù)部段601、602可全都具有相似厚度或者它們可具有不同厚度以控制空氣流動、間隙大小(參看圖5的配合面間隙G)或者到第二表面40的下面的部分內(nèi)的熱通量。而且，第二表面40可形成為限定主動冷卻部段，諸如微通道402。此微通道402通向第二表面40的TBC 60的背側(cè)，且由此向TBC60提供冷卻流，其可提高絕熱效果O肋55的暴露邊緣或另ー類似構(gòu)件可作為犧牲性環(huán)境條件指示器而可用，由此邊緣可用作調(diào)諧的實(shí)時健康監(jiān)視差異，且校準(zhǔn)與邊緣和配合面間隙G尺寸有夫。此外，如圖5所示的那樣，凹穴50的深度D可超過TBC 60的深度或高度。也就是說，凹穴50可與肋55的遠(yuǎn)端邊緣555的平面齊平或凹陷以形成臺肩邊緣(land edge)。此臺肩邊緣可具有曲率以夾帶、控制或截留經(jīng)由例如配合面間隙G內(nèi)的膜孔401提供的冷卻流。即使無這種冷卻流，仍可提供凹穴50以用于增強(qiáng)流動路徑邊緣耐用性。利用上文所討論的構(gòu)造，第二表面40的TBC 60為下列至少ー種情況與肋55的遠(yuǎn)端邊緣555的平面共面和/或相對于肋55的遠(yuǎn)端邊緣555的平面凹陷。因此，第二表面40的TBC 60與第一表面20的TBC 60隔離并分隔。因此，第一表面20的TBC 60和第二表面40的TBC 60無需由相同材料制成，無需同時形成且無需在接合區(qū)45上形成。因此TBC60并不傾向于在接合區(qū)45處劣化、開裂或脫離并且暴露遠(yuǎn)端邊緣555的材料。可測試遠(yuǎn)端邊緣555的暴露材料的各種相關(guān)關(guān)注因素，諸如構(gòu)件10的溫度分布。這種測試可例如通過遠(yuǎn)端邊緣555的紅外(IR)成像來進(jìn)行。備選地，如圖3所示的那樣，凹穴50的深度D可小于TBC 60的深度，使得第二表面40的TBC 60從肋55的遠(yuǎn)端邊緣555的平面突伸。在此情況下，能額外控制配合面間隙G的尺寸。而且，如圖3所示的那樣，肋55可限定為單個特征或多個肋551。在肋55限定為多個肋551的情況下，多個肋551可被布置成限制熱氣體攝入，以限制不希望的氣體流動方向和/或在配合面間隙G中引導(dǎo)所需氣體流動方向。參看圖6，提供了ー種方法且其包括向第一表 面20涂覆熱障涂層(TBC) 60 (操作500);在鄰近第一表面20且相對于第一表面20橫向地定向的第二表面40中形成凹穴50,以從而限定沿著凹穴50外圍的肋55 (操作510);以及在凹穴50處將TBC 60涂覆到第二表面40，使得肋55置于第一表面20的TBC 60與第二表面40的TBC 60之間(操作520)。根據(jù)實(shí)施例，操作510的形成凹穴50可包括下列中的至少ー個或多個電動加工(EDM)、銑削、澆注、研磨和/或另ー類似エ藝。操作510的形成凹穴50還可包括形成具有基本上均勻深度D的凹穴50或者根據(jù)構(gòu)件10的熱通量特征形成凹穴50。如上文所提到的那樣，在后一種情況下，凹穴50的深度D可為不均勻的，例如在靠近第一表面20的前緣200和后緣201中的至少ー個處具有最大深度D。根據(jù)另外的實(shí)施例，操作520的向第二表面40涂覆TBC 60可包括在過度填充凹穴50之前停止TBC 60涂覆。以此方式，第一表面20和第二表面40的TBC 60可彼此隔離和分隔，且肋55的遠(yuǎn)端邊緣555能暴露而使得例如能測試?yán)?5的材料(操作530)。雖然僅結(jié)合有限數(shù)量的實(shí)施例詳細(xì)描述了本發(fā)明，但應(yīng)易于了解本發(fā)明并不限于這些公開的實(shí)施例。而是，可修改本發(fā)明以合并之前未描述但與本發(fā)明的精神和范圍相符的任意數(shù)量的變型、更改、替代或等效布置。此外，雖然描述了本發(fā)明的多種實(shí)施例，但要了解本發(fā)明的方面可僅包括所描述實(shí)施例中的某些。因此，本發(fā)明不應(yīng)視作受前文的描述限制，而是僅受所附權(quán)利要求的范圍限制。
權(quán)利要求
1.一種構(gòu)件(10),包括 第一表面(20)； 第二表面(40),其鄰近所述第一表面(20)且相對于所述第一表面(20)橫向地定向，并且具有形成于該第二表面中的凹穴(50)，從而限定沿著所述凹穴(50)的外圍的肋(55)；以及 熱障涂層TBC (60)，其分別涂覆到所述第一表面(20)和在所述凹穴(50)處涂覆到所述第二表面(40)，使得所述肋(55)置于所述第一表面(20)的TBC (60)與所述第二表面(40)的TBC(60)之間。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的構(gòu)件(10)，其特征在于，所述第一表面(20)和第二表面(40)各包括面向氣體路徑的表面，具有比較高的溫度的流體沿著所述氣體路徑流動。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的構(gòu)件(10)，其特征在于，所述流體的溫度超過所述構(gòu)件(10)的內(nèi)部溫度。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的構(gòu)件(10)，其特征在于，所述第一表面(20)包括面向氣體路徑的渦輪葉片平臺表面(101)，且所述第二表面(40)包括鄰近所述渦輪葉片平臺表面的斜面(102)表面。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的構(gòu)件(10)，其特征在于，所述第二表面(40)包括面向后溝槽腔的渦輪葉片平臺表面(104)。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的構(gòu)件(10)，其特征在于，所述斜面(102)的TBC(60)形成為單個連續(xù)涂層。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的構(gòu)件(10)，其特征在于，所述斜面(102)的TBC(60)形成為具有非連續(xù)部段￠01)、￠02)，各個非連續(xù)部段具有相似或不同厚度。
8.根據(jù)權(quán)利要求4所述的構(gòu)件(10)，其特征在于，所述第二表面(40)形成為限定靠近所述斜面的TBC的主動冷卻部段。
9.根據(jù)權(quán)利要求4所述的構(gòu)件(10)，其特征在于，所述第二表面(40)形成為限定靠近所述斜面(102)的TBC (60)的微通道(402)。
10.一種渦輪葉片平臺，包括 面向氣體路徑的渦輪葉片平臺的第一表面(20)； 鄰近所述渦輪葉片平臺表面的斜面(102)和面向后溝槽腔的所述渦輪葉片平臺的表面中的至少一個的第二表面(40)，所述第二表面(40)具有形成于其中的凹穴(50)，從而限定了沿著所述凹穴(50)的外圍的肋(55);以及 熱障涂層TBC (60)，其分別涂覆到所述第一表面(20)和在所述凹穴(50)處涂覆到所述第二表面(40)，使得所述肋(55)置于所述第一表面(20)的TBC (60)和所述第二表面(40)的TBC(60)之間。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種渦輪葉片平臺的構(gòu)件。提供了一種構(gòu)件(10)且其包括第一表面(20)；第二表面(40)，其鄰近第一表面(20)且相對于第一表面(20)橫向地定向，并且具有形成于其中的凹穴(50)，從而限定了沿著凹穴(50)外圍的肋(55)；以及熱障涂層(TBC)(60)，其分別涂覆到第一表面(20)和在凹穴(50)處涂覆到第二表面(40)，使得肋(55)置于第一表面(20)的TBC(60)與第二表面(40)的TBC(60)之間。
文檔編號F01D5/18GK102678190SQ201210040480
公開日2012年9月19日 申請日期2012年2月14日 優(yōu)先權(quán)日2011年2月14日
發(fā)明者A·L·吉格利奧, C·A·桑帕約, M·S·洪坎普, S·D·M·阿馬拉爾 申請人:通用電氣公司