專利名稱：合成高溫部件及其制造方法
技術領域：
本發明涉及一種例如翼面件的渦輪組裝部件。本發明尤其涉及一種具有合成結構的渦輪組件。更特別的是，本發明涉及用于渦輪組件的例如翼面件的部件，其具有抗氧化的合成結構。
背景技術：
例如航空渦輪、陸上渦輪、航海渦輪和類似物的渦輪組件通常包括又已知為超合金的材料形成的部件。超合金在渦輪操作期間經常遇到的高溫、高應力和高壓下顯示出所需的化學和物理性能。鎳(Ni)、鐵(Fe)和鈷(Co)基超合金在這種應用中特別需要。例如，在現代噴氣發動機中的例如翼面件的渦輪部件可達到高達1150℃的溫度，該溫度是大約大多數Ni基超合金的熔化溫度的85％。
在高操作溫度下，用來形成該渦輪組件的超合金很容易受到例如蠕變、氧化和熔化作用的損壞。將通常由耐火材料形成的熱阻擋涂層施加在部件表面上通過降低金屬表面的溫度來提高超合金在高溫下的性能。盡管這種涂層提供保護措施，它們經常破碎、裂紋和剝落。
與材料熔點和抗氧化性相關的問題由于現有技術的渦輪設計加劇，該現有技術需要更高的操作溫度以便提高渦輪的效率。在先進的設計概念中，希望部件的表面溫度超過現有技術超合金的熔點。因此，所需要的是一種例如翼面件的渦輪部件，它具有改進的高溫性能，該性能與例如熔點和抗氧化性的這些參數相關。由于與顯示有充分高溫性能材料相關的成本經常很高，另一需要是該部件成本低廉。
發明內容
本發明提供滿足這些需要的實施例。第一實施例是使用在氣體渦輪組件的熱氣體路徑中的部件。該部件包括一柱件，該柱件提供部件的機械支承并包括冷卻流體輸送系統、頂端和底端；一連接到該柱件上的間隔結構，該間隔結構包括多個相互之間間隔開的間隔元件，該間隔元件具有靠近該柱件的第一端和與該第一端相對的第二端；
一共形地圍繞該柱件和該間隔結構的外殼，該外殼包括頂端和底端，其中該間隔結構將該柱件和該外殼分開，其中該多個間隔元件布置成該間隔元件的第二端靠近外殼的內表面，以便在該柱件和該外殼之間形成多個增壓室，該增壓室與該冷卻流體輸送系統流體連通，該外殼包括至少一種由包括Rh，Pd和Pt金屬的組中選出的金屬；以及一連接該柱件底端和該外殼底端的底部。
第二實施例是用于位于氣體渦輪組件的熱氣體路徑中的部件的金屬外殼。該外殼包括獨立式片材，該片材包括至少一種由包括Rh，Pd和Pt金屬的組中選出的金屬；其中該片材具有適于共形地圍繞該部件支承結構的形狀。
第三實施例是用于制造使用在氣體渦輪組件的熱氣體路徑中的部件的方法。該方法包括設置一柱件，該柱件提供部件的機械支承并包括冷卻流體輸送系統、頂端和底端；將一間隔結構連接到該柱件上，該間隔結構包括多個相互之間間隔開的間隔元件，該間隔元件具有靠近該柱件的第一端和與該第一端相對的第二端；設置一共形地圍繞該柱件和該間隔結構的外殼，該外殼包括頂端和底端，其中該間隔結構將該柱件和該外殼分開，其中該多個間隔元件布置成該間隔元件的第二端靠近外殼的內表面，以便在該柱件和該外殼之間形成多個增壓室，該增壓室與該冷卻流體輸送系統流體連通，該外殼包括至少一種由包括Rh，Pd和Pt金屬的組中選出的金屬；設置一用于該部件的底部；以及將該柱件底端和該外殼底端連接到該底部。
當參考附圖閱讀以下詳細說明時，本發明的這些和其他特征、方面和優點將更好地得以理解，附圖中相同特征在所有附圖中表示相同的部件，其中圖1是現有技術翼面件截面的示意圖示；圖2是本發明翼面件截面的示意圖示；圖3是圖2所示翼面件的放大細節；以及圖4是本發明翼面件的可選擇實施例的示意圖示。
部件列表渦輪葉片(部件)200翼面件202底部204入口206翼面件的內部222柱件208間隔結構210外殼212冷卻流體輸送系統218結構元件214增壓室216底部內件205底部外件207保持件350抗氧化涂層224熱阻擋涂層(226)(位于柱件上)擴散阻擋層228冷卻孔230熱阻擋涂層232(位于翼面件上)具體實施方式
在以下說明中，理解到例如“頂部”、“底部”、“向外”、“向內”和類似物的術語是方便用語，并不含有限制含意。
例如Rh，Pd和Pt的貴重金屬及其合金對于熱阻擋涂層(此后也稱作TBC)具有高熔化溫度、出色的抗氧化性、高溫度強度和好的粘接性能。由于它們非常質密并且成本高，所以制造整個例如翼面件的渦輪部件是不實用的。本發明通過提供一種具有合成結構的渦輪部件來克服這些和其他的問題。該合成結構包括至少一種提供機械支承的柱件、連接到該柱件上的間隔結構和包括至少一種貴重金屬或其合金的的外殼。該外殼與該間隔結構接觸并共形地圍繞該柱件。
總體參考各附圖并特別參考圖1，理解到此說明出于描述本發明示例性實施例的目的并不打算將本發明限制其中。圖1是適于使用在渦輪組件中的現有技術渦輪葉片100的截面圖示。渦輪葉片100包括在渦輪組件中延伸進入熱氣體路徑的翼面件102和用于將渦輪葉片100連接到渦輪盤(未示出)以及渦輪組件其他部分上的底部104。翼面件102由包括鎳、鐵和鈷基超合金的壁106形成。壁106還包括布置在壁106的外表面上以便保護壁106和翼面件102不被氧化的熱阻擋涂層108。為了在渦輪組件操作期間冷卻翼面件102，底部104設置有冷卻介質通過其中并進入翼面件112內部的入口110。該冷卻介質接著通過壁106內的孔114以便冷卻壁106的外表面。
在該渦輪組件操作期間，熱阻擋涂層108由于暴露在渦輪組件的熱氣體路徑內的熱氣體而逐漸腐蝕或剝落。因此，壁106暴露于熱氣體中并過早地腐蝕。因此渦輪葉片100必須更換或整修。
本發明的部件的截面圖示表示在圖2中。圖2所示的部件是渦輪葉片200。在本發明的多個實施例作為渦輪葉片進行描述的同時，本發明所要求保護的部件不局限于此。渦輪組件暴露于渦輪組件內熱氣體路徑的其他部件同樣認為在本發明的范圍內。這些部件包括燃燒器、翼片和類似物，但不局限于此。如圖2所示，渦輪葉片200包括延伸到該渦輪組件的熱氣體路徑的翼面件202和將翼面件202連接到該渦輪組件其他部分上的底部204。底部204包括超合金并在某些實施例中包括鎳基超合金、鈷基超合金和鐵基超合金及其組合。底部204包括至少一輸送冷卻介質到翼面件202的入口206。該冷卻介質可通過該至少一入口206進入翼面件202的內部222。
翼面件202包括至少一為翼面件202提供機械支承的柱件208、連接到柱件208外表面上的間隔結構210和連接到間隔結構210并共形地圍繞柱件208和間隔結構210的外殼212。柱件208包括用于提供冷卻介質到柱件208內表面的冷卻流體輸送系統218。間隔結構210包括多個相互之間呈間隔關系的間隔元件214。多個間隔元件214的每個元件的第一端接觸柱件208的外表面并且多個間隔元件214的每個元件的第二端接觸外殼212的內表面，因此分開柱件208和外殼212。多個間隔元件124在柱件208和外殼212之間形成多個增壓室216。增壓室216與冷卻流體輸送系統218流體連通，因此使得冷卻劑供應到外殼212的內表面以便冷卻外殼212。
除了用作將渦輪葉片200連接到該渦輪組件其他部分上的連連接部之外，底部204將柱件208的底端連接到外殼212的底端上。如這里所使用的“連接”意味著將作用在一部分上的負載傳遞到另一部分上的地方連接，并且進行連接是通過機械連接部、金屬工藝性連接部及其組合來實現的。在某些實施例中，通過將外殼212布置在至少一底部內件205和至少一底部外件207之間來將外殼212連接到底部204上。在其他實施例中，通過將外殼212連接在底部204和柱件208之間來將外殼212連接到底部204上。任何用于形成將外殼212連接到底部204的金屬工藝性連接部的方法可使用在這些可選擇實施例的任何情況中。適合的方法包括例如焊接、銅焊或擴散結合。在有些實施例中，任何這些連接方法可同樣用于將柱件208連接到底部204上。在某些實施例中，用于柱件208和底部204的材料的選擇造成難以形成適合的金屬工藝性連接部。例如，在底部204包括超合金以及柱件208包括鈮硅化物基合成物情況下，獲得適合的金屬工藝性連接部經常很困難。在這種實施例中，如圖4所示的實例，柱件308通過任何多個適合的機械連接方案連接到底部304上，其中底部304成形為物理上將柱件308鎖定就位；適合的機械連接方案包括例如燕尾榫接合和干涉配合。
除了連接在底部304之外，在有些實施例中，外殼312通過保持件350(圖4)連接在柱件308上。保持件350提供將外殼312連接到柱件308上的第二連接部以便提供外殼312的加強的機械支承。在該實例中，翼面件實施例表示在圖4中，保持件350位于翼面件300的與底部304的相對端上并通過任何多種包括例如焊接、銅焊和擴散結合的適合技術金屬工藝性地連接在外殼312上。在有些實施例中，金屬工藝性連接部同樣形成在保持件350和柱件308之間。在有些實施例中，保持件350包括至少一種鉑、鈀和銠。
柱件208(圖2)提供翼面件202的機械支承，并在有些實施例中，包括至少一種陶瓷、超合金、金屬硅化物基的合成物以及鈦鋁化物。其中柱件208由陶瓷形成，該陶瓷包括整體陶瓷(例如氮化硅)和陶瓷母體合成物(此后稱作CMC)。在有些實施例中，柱件208包括嵌置在碳化硅母體中的例如碳化硅纖維和顆粒的碳化硅。在其他實施例中，柱件208包括至少一種鎳基超合金、鈷基超合金、鐵基超合金及其組合。在某些實施例中，該超合金包括定向固化的超合金，例如定向固化的共晶合金。在其他實施例中，該超合金包括單晶體。在又一實施例中，柱件208包括金屬硅化物基合成物，該合成物包括至少一種鉬基硅化物、鈮基硅化物及其組合。柱件208具有大約0.5mm～大約5mm范圍內的厚度，例如大約0.5mm～大約3.0mm的厚度。
柱件208的冷卻流體分配系統218將冷卻劑通過柱件208輸送到增壓室216以便為外殼212提供冷卻。適合的冷卻流體包括例如空氣、氮氣、氬氣和類似物的氣體，但不局限于此。在一實施例中，冷卻流體輸送系統218包括多個從柱件208的內表面通過柱件208延伸到柱件208外表面和增壓室216的冷卻孔(圖2和3所示)。在此實施例中，冷卻劑從位于部件(圖2中為翼面件200)的內部222的通道流過柱件208到增壓室216。另外，冷卻流體輸送系統218可包括多個從柱件208的頂端延伸到底端的凹槽，冷卻劑通過該凹槽。
如圖3所示，在有些實施例中，柱件208還包括布置在柱件208上的抗氧化涂層224。在某些實施例中，氧化涂層224具有大約5～50微米之間的厚度并包括至少一種鉑鎳鋁化物、鎳鋁化物和McrAlY合金，其中M是至少一種鎳、鐵和鈷。在有些實施例中，柱件208還包括布置在柱件208外表面上的熱阻擋涂層226。在有些實施例中，熱阻擋涂層226具有從0.005mm～0.2mm范圍內的厚度并包括氧化釔穩定的氧化鋯。
間隔結構210將柱件208和外殼212分開并包括多個間隔元件214。間隔結構210通常通過例如整體鑄造將間隔結構與柱件208整體形成來連接到柱件208上。另外，間隔結構210分開形成并通過至少一種包括電子束焊接的焊接、銅焊、擴散結合和類似物連接其上。適合用于間隔間隔210的可選擇的材料包括所述用于柱件208的材料相同的材料，即至少一種CMC、超合金、金屬硅化物和鈦鋁化物。為了調整外殼212和柱件208的膨脹系數的不匹配，在有些實施例中，間隔元件214包括材料組分梯度，該梯度從靠近柱件208的間隔元件214的第一端延伸到靠近外殼212的第二端。在有些實施例中，間隔結構210還包括布置在外殼212和間隔結構210之間的間隔元件214的第二端處的擴散阻擋層228。在特定實施例中，擴散阻擋層228具有從大約5微米到大約50微米范圍內的厚度，并且在某些實施例中包括釕。
間隔元件214相互之間呈間隔的關系并在有些實施例中包括至少一種右棱鏡和右圓柱體。該間隔關系在外殼212和柱件208之間形成增壓室216，冷卻劑從中通過。另外，間隔元件214可采用錐形、截頂錐形或類似物的形式。間隔元件214具有從大約0.2mm到大約3mm范圍內的高度，并可以是相同高度或不同高度。適合用于間隔元件214的可選擇的材料包括與所述用于柱件208的材料相同的材料，即至少一種CMC、超合金、金屬硅化物和鈦鋁化物。
外殼212由包括至少一種貴重金屬的材料形成，該貴重金屬從包括Rh，Pd和Pt金屬的組中選出。在一實施例中，外殼212包括至少80％原子量的貴重金屬。在另一實施例中，外殼212包括共形地圍繞柱件208和間隔結構的整體件，因此形成例如翼面件202的外表面。在有些實施例中，外殼212具有從大約0.1mm到大約0.5mm范圍內的厚度。在特定實施例中，外殼212具有從大約0.1mm到大約0.3mm范圍內的厚度。
在本發明的有些實施例中，外殼212還包括多個從外殼212的內表面通過外殼212的外表面的冷卻孔230。多個冷卻孔230與增壓室216流體連通并使得冷卻流體從增壓室216通過外殼212到外表面。在有些實施例中，冷卻孔230具有從大約0.1mm到0.75mm范圍內的直徑。冷卻孔230可具有相同或不同的直徑。例如，在一實施例中，多個冷卻孔230包括第一組具有第一值直徑的冷卻孔和第二組具有第二值直徑的冷卻孔。這種布置使得針對任何給定位置的冷卻流體量設計成滿足操作需要，這種需要經常在例如渦輪翼面件的部件上從一位置到另一位置有所變化。另外，可通過其他技術獲得類似的效果，例如改變孔的間隔以便針對熱控制需要將孔集中在特定位置上。
在一實施例中，外殼212包括一共形地圍繞柱件208和間隔結構210的整體件，因此形成翼面件202的外表面，并且將外殼212的一端和外殼212的內表面連接的焊接連接部形成圍繞柱件208的閉合件。在某些實施例中，外殼212通過至少一種金屬工藝性連接部連接在間隔結構210上，該金屬工藝性連接部例如是焊接，但不局限于此，該焊接包括電子束焊接、銅焊和擴散結合。
部件200還包括布置在外殼212上的熱阻擋涂層232。熱阻擋涂層232包括氧化釔穩定的氧化鋯和任何類似的材料并在特定實施例中，具有柱形微結構。在有些實施例中，熱阻擋涂層232具有從0.1mm到0.5mm范圍內的厚度，并在特定實施例中，該厚度在從大約0.1mm到大約0.3mm范圍內。熱阻擋涂層232可通過任何多種適合的方法施加在外殼212上，該方法是例如物理氣相沉積(PVD)、等離子噴涂、高速氧火焰噴涂或類似方法，但不局限于此。熱阻擋涂層232的蒸發冷卻可通過多個外殼212內的冷卻孔230來提供。帶有蒸發冷卻的熱阻擋涂層232的翼面件202可在比完全由超合金形成的翼面件的更高的溫度下使用。
本發明的渦輪葉片200和其他渦輪部件的實施例比只由超合金形成的類似部件具有更高的溫度性能以及更大的抗氧化性。本發明部件的改善的溫度性能和抗氧化性轉換成維護需要減少、重量減輕以及渦輪部件和渦輪組件的壽命更長。
本發明的另一實施例是位于氣體渦輪組件的熱氣體路徑內的部件200的金屬外殼212。外殼212包括獨立式片材，該片材包括至少一種由包括Rh，Pd和Pt金屬的組中選出的金屬。該片材具有適于共形地圍繞部件200的支承結構210的形狀。術語“自由獨立式”意味著在連接到用于本發明的其他實施例的所述的部件上之前，該片材不通過分開的結構支承，例如涂層由基體支承。在有些實施例中，該片材包括金屬整體件。對于所述部件200實施例的外殼212設定的成分、厚度、形狀和其他參數的適合選擇同樣適于外殼212的實施例。
本發明的另一實施例是制造所述本發明部件200的方法。所提供的元件的金屬工藝性連接通過任何適合的方法實現，該方法是例如焊接、銅焊和擴散結合。當選擇擴散結合將外殼212連接到底部204上時，該結合必須在適合的溫度和壓力下完成以便在外殼212和底部204之間實現擴散結合。另外，一系列離散的開口可形成在外殼212內以便使得底部材料通過外殼212內的開口從外殼212的一側固態擴散到相對側，以便在由外殼212分開的底部材料的部分之間產生牢固的結合。
這里在描述多個實施例的同時，將從說明書中理解到通過本領域技術人員可在此處進行元件、變型、等同物和改進的多種組合，并始終在所附權利要求限定的本發明的范圍內。例如，除了渦輪葉片之外的渦輪組件部件例如燃燒器、扇葉、過渡件和類似物認為是在本發明的范圍內。另外，使用在其他具有熱氣體路徑(例如鼓風爐、鍋爐和類似物)的結構中的部件認為是在本發明的范圍內。因此，對于本領域的技術人員可進行多種變型、改型以及選擇而不偏離本發明的精神和范圍。
權利要求
1.一種是使用在氣體渦輪組件的熱氣體路徑中的部件(200)，該部件(200)包括一柱件(208)，所述柱件(208)提供所述部件(200)的機械支承并包括冷卻流體輸送系統(218)、頂端和底端；一連接到所述柱件(208)上的間隔結構(208)，所述間隔結構(208)包括多個相互之間間隔開的間隔元件(214)，所述間隔元件(214)具有靠近所述柱件(208)的第一端和與所述第一端相對的第二端；一共形地圍繞所述柱件(208)和所述間隔結構(208)的外殼(212)，所述外殼(212)包括頂端和底端，其中所述間隔結構(208)將所述柱件(208)和所述外殼(212)分開，其中所述多個間隔元件(214)布置成所述間隔元件(214)的所述第二端靠近所述外殼(212)的內表面，以便在所述柱件(208)和所述外殼(212)之間形成多個增壓室(216)，所述增壓室(216)與所述冷卻流體輸送系統(218)流體連通，所述外殼(212)包括至少一種由包括Rh，Pd和Pt金屬的組中選出的金屬；以及一連接所述柱件(208)的所述底端和所述外殼(212)的所述底端的底部(204)。
2.如權利要求1所述的部件(200)，其特征在于，其還包括布置在所述外殼(212)上的熱阻擋涂層(232)。
3.如權利要求2所述的部件(200)，其特征在于，所述熱阻擋涂層(232)包括氧化釔穩定的氧化鋯。
4.如權利要求3所述的部件(200)，其特征在于，所述熱阻擋涂層(232)包括柱形微結構。
5.如權利要求1所述的部件(200)，其特征在于，所述柱件(208)包括至少一種陶瓷、超合金、硅化物基(204)合成物和鈦鋁化物。
6.如權利要求5所述的部件(200)，其特征在于，所述合成物包括至少一種鉬基(204)硅化物、鈮基(204)硅化物及其組合。
7.如權利要求5所述的部件(200)，其特征在于，所述陶瓷包括陶瓷母體合成物。
8.如權利要求5所述的部件(200)，其特征在于，所述超合金包括鎳基(204)超合金。
9.如權利要求8所述的部件(200)，其特征在于，所述鎳基(204)超合金包括定向固化的合金。
10.如權利要求8所述的部件(200)，其特征在于，所述鎳基(204)超合金包括單晶體。
11.如權利要求1所述的部件(200)，其特征在于，所述柱件(208)具有大約0.5mm～大約5mm范圍內的厚度。
12.如權利要求11所述的部件(200)，其特征在于，所述柱件(208)具有大約0.5mm～大約3mm范圍的厚度。
13.如權利要求1所述的部件(200)，其特征在于，所述冷卻流體輸送系統(218)包括多個冷卻孔(230)。
14.如權利要求1所述的部件(200)，其特征在于，所述冷卻流體輸送系統(218)包括多個從所述柱件(208)的所述頂部延伸到所述底部的凹槽。
15.如權利要求1所述的部件(200)，其特征在于，其還包括布置在所述柱件(208)上的抗氧化涂層(224)。
16.如權利要求15所述的部件(200)，其特征在于，所述抗氧化涂層(224)包括至少一種鉑鎳鋁化物、鎳鋁化物、和McrAlY材料，其中M是至少一種Ni、Fe和Co。
17.如權利要求1所述的部件(200)，其特征在于，所述柱件(208)還包括一面對所述外殼(212)的外表面，并且其中熱阻擋涂層(226)布置在所述柱件(208)的所述外表面上。
18.如權利要求1所述的部件(200)，其特征在于，所述間隔結構(208)與所述柱件(208)整體形成。
19.如權利要求1所述的部件(200)，其特征在于，所述間隔元件(214)具有大約0.2mm～大約3mm范圍內的高度。
20.如權利要求19所述的部件(200)，其特征在于，所述間隔元件(214)具有大致相同的高度。
21.如權利要求1所述的部件(200)，其特征在于，所述間隔結構(208)包括至少一種陶瓷、超合金、硅化物基(204)合成物和鈦鋁化物。
22.如權利要求21所述的部件(200)，其特征在于，所述超合金是鎳基(204)超合金。
23.如權利要求22所述的部件(200)，其特征在于，所述鎳基(204)超合金包括定向固化的合金。
24.如權利要求22所述的部件(200)，其特征在于，所述鎳基(204)超合金包括單晶體。
25.如權利要求1所述的部件(200)，其特征在于，所述間隔元件(214)包括一材料組分梯度，所述梯度從靠近所述柱件(208)的所述第一端延伸到靠近所述外殼(212)的所述第二端。
26.如權利要求1所述的部件(200)，其特征在于，所述間隔結構(208)還包括一布置在所述間隔元件(214)的所述第二端上的擴散阻擋層(228)。
27.如權利要求26所述的部件(200)，其特征在于，所述擴散阻擋層(228)包括釕。
28.如權利要求1所述的部件(200)，其特征在于，所述外殼(212)包括所述金屬的整體件。
29.如權利要求1所述的部件(200)，其特征在于，所述外殼(212)包括至少大約80％原子百分數的所述金屬。
30.如權利要求1所述的部件(200)，其特征在于，所述外殼(212)具有大約0.1mm～大約0.5mm范圍內的厚度。
31.如權利要求30所述的部件(200)，其特征在于，所述外殼(212)具有大約0.1mm～大約0.3mm范圍內的厚度。
32.如權利要求1所述的部件(200)，其特征在于，所述外殼(212)還包括多個與所述增壓室(216)流體連通的冷卻孔(230)。
33.如權利要求1所述的部件(200)，其特征在于，所述外殼(212)還包括將所述外殼(212)的第一端連接到所述外殼(212)的所述內表面上以便圍繞所述柱件(208)形成封閉件的焊接連接部。
34.如權利要求1所述的部件(200)，其特征在于，所述外殼(212)還包括至少一將所述外殼(212)連接到所述間隔結構(208)上的金屬工藝性連接部。
35.如權利要求1所述的部件(200)，其特征在于，所述部件(200)包括渦輪翼面件(202)。
36.如權利要求35所述的部件(200)，其特征在于，所述底部(204)包括所述翼面件(202)的平臺。
37.如權利要求1所述的部件(200)，其特征在于，所述底部(204)包括超合金。
38.如權利要求37所述的部件(200)，其特征在于，所述超合金包括鎳基(204)超合金。
39.如權利要求1所述的部件(200)，其特征在于，其還包括將所述柱件(208)連接到所述底部(204)上的機械連接部。
40.如權利要求1所述的部件(200)，其特征在于，其還包括至少一種將所述柱件(208)連接到所述底部(204)上的焊接連接部、銅焊連接部和擴散結合連接部。
41.如權利要求1所述的部件(200)，其特征在于，其還包括布置在所述外殼(202)和所述柱件(208)之間的保持件，其中所述保持件通過至少一種焊接連接部、銅焊連接部和擴散結合連接部連接到所述外殼(202)上。
42.一種用于氣體渦輪組件的熱氣體路徑中的渦輪葉片(200)，所述渦輪葉片(200)包括一柱件(208)，所述柱件(208)提供所述部件(200)的機械支承并包括多個冷卻孔(230)；一與所述柱件(208)整體形成的間隔結構(208)，所述間隔結構(208)包括多個相互之間間隔開的間隔元件(214)，所述間隔元件(214)具有靠近所述柱件(208)的第一端和與該第一端相對的第二端；一包括內和外表面的外殼(212)，所述外殼(212)共形地圍繞所述柱件(208)和所述間隔結構(208)，其中所述間隔結構(208)將所述柱件(208)和所述外殼(212)分開，其中所述多個間隔元件(214)布置成所述間隔元件(214)的所述第二端靠近所述外殼(212)的內表面，以便在所述柱件(208)和所述外殼(212)之間形成多個增壓室(216)，所述增壓室(216)與所述柱件(208)的所述冷卻孔(230)流體連通，所述外殼(212)包括至少80％原子百分數的金屬，該金屬由包括Rh，Pd，Pt及其混合物的金屬的組中選出，所述外殼(212)還包括多個與所述增壓室(216)流體連通的冷卻孔(230)；一連接所述柱件(208)和所述外殼(212)的底部(204)；以及一包括布置在所述外殼(212)的所述外表面上并包括氧化釔穩定的氧化鋯的熱阻擋涂層(232)。
43.一種用于制造使用在氣體渦輪組件的熱氣體路徑中的部件(200)的方法，所述方法包括設置一柱件(208)，所述柱件(208)提供所述部件(200)的機械支承并包括冷卻流體輸送系統(218)、頂端和底端；將一間隔結構(208)連接到所述柱件(208)上，所述間隔結構(208)包括多個相互之間間隔開的間隔元件(214)，所述間隔元件(214)具有靠近所述柱件(208)的第一端和與該第一端相對的第二端；設置一共形地圍繞所述柱件(208)和所述間隔結構(208)的外殼(212)，所述外殼(212)包括頂端和底端，其中所述間隔結構(208)將所述柱件(208)和所述外殼(212)分開，其中所述多個間隔元件(214)布置成所述間隔元件(214)的所述第二端靠近所述外殼(212)的內表面，以便在所述柱件(208)和所述外殼(212)之間形成多個增壓室(216)，所述增壓室(216)與所述冷卻流體輸送系統(218)流體連通，所述外殼(212)包括至少一種由包括Rh，Pd和Pt金屬的組中選出的金屬；以及設置一用于所述部件(200)的底部(204)；以及將所述柱件(208)的所述底端和所述外殼(212)的所述底端連接到所述底部(204)上。
44.如權利要求43所述的方法，其特征在于，其還包括在所述外殼(212)上布置熱阻擋涂層(232)。
45.如權利要求44所述的方法，其特征在于，所述熱阻擋涂層(232)包括氧化釔穩定的氧化鋯。
46.如權利要求43所述的方法，其特征在于，設置所述柱件(208)包括設置至少一種陶瓷、超合金、硅化物基(204)合成物和鈦鋁化物。
47.如權利要求43所述的方法，其特征在于，設置所述柱件(208)包括設置具有大約0.5mm～大約5mm范圍內的厚度的柱件(208)。
48.如權利要求43所述的方法，其特征在于，所述柱件(208)的所述冷卻流體輸送系統(218)包括多個冷卻孔(230)和多個從所述柱件(208)的所述頂端延伸到所述底端的凹槽的至少之一。
49.如權利要求43所述的方法，其特征在于，其還包括在所述柱件(208)上布置抗氧化涂層(224)。
50.如權利要求43所述的方法，其特征在于，其還包括在所述柱件(208)的外表面上布置熱阻擋涂層(226)，其中所述外表面面向所述外殼(212)。
51.如權利要求43所述的方法，其特征在于，連接所述間隔結構(208)包括將所述間隔結構(208)與所述柱件(208)整體形成。
52.如權利要求43所述的方法，其特征在于，所述間隔元件(214)具有大約0.2mm～大約3mm范圍內的高度。
53.如權利要求43所述的方法，其特征在于，所述間隔結構(208)包括至少一種陶瓷、超合金、硅化物基(204)合成物和鈦鋁化物。
54.如權利要求43所述的方法，其特征在于，其還包括在所述間隔元件(214)的所述第二端布置擴散阻擋層(228)。
55.如權利要求43所述的方法，其特征在于，所述外殼(212)包括至少80％原子百分數的所述金屬。
56.如權利要求43所述的方法，其特征在于，所述外殼(212)具有大約0.1mm～大約0.5mm范圍內的厚度。
57.如權利要求43所述的方法，其特征在于，所述外殼(212)還包括多個與所述增壓室(216)流體連通的冷卻孔(230)。
58.如權利要求43所述的方法，其特征在于，其還包括將所述外殼(212)的第一端連接到所述外殼(212)的所述內表面上以便圍繞所述柱件(208)形成封閉件。
59.如權利要求43所述的方法，其特征在于，其還包括形成至少一將所述外殼(212)連接到所述間隔結構(208)上的金屬工藝性連接部。
60.如權利要求59所述的方法，其特征在于，形成包括至少一種焊接、銅焊和擴散結合。
61.如權利要求43所述的方法，其特征在于，連接包括至少一種焊接、銅焊和擴散結合。
62.一種用于制造使用在氣體渦輪組件的熱氣體路徑中的渦輪葉片(200)的方法，所述方法包括設置一柱件(208)，所述柱件(208)提供所述部件(200)的機械支承并包括多個冷卻孔(230)；將一間隔結構(208)連接到所述柱件(208)上，所述間隔結構(208)包括多個相互之間間隔開的間隔元件(214)，所述間隔元件(214)具有靠近所述柱件(208)的第一端和與該第一端相對的第二端；設置一共形地圍繞所述柱件(208)和所述間隔結構(208)的外殼(212)，所述外殼(212)包括內和外表面，其中所述間隔結構(208)將所述柱件(208)和所述外殼(212)分開，其中所述多個間隔元件(214)布置成所述間隔元件(214)的所述第二端靠近所述外殼(212)的內表面，以便在所述柱件(208)和所述外殼(212)之間形成多個增壓室(216)，所述增壓室(216)與所述柱件(208)的所述冷卻孔(230)流體連通，所述外殼(212)包括至少80％原子百分數的金屬，該金屬由包括Rh，Pd，Pt及其混合物的金屬的組中選出，所述外殼(212)還包括多個與所述增壓室(216)流體連通的冷卻孔(230)；設置一用于所述渦輪葉片(200)的底部(204)；將所述柱件(208)的所述底端和所述外殼(212)的所述底端連接到所述底部(204)上；以及在所述外殼(212)的所述外表面上布置一熱阻擋涂層(232)。
全文摘要
提供一種使用在氣體渦輪組件的熱氣體路徑中的部件，一種用于這種部件的金屬外殼以及一種制造這種部件的方法，該部件包括柱件，柱件提供部件的機械支承并包括冷卻流體輸送系統、頂端和底端；連接到該柱件上的間隔結構，其包括多個相互之間間隔開的間隔元件，間隔元件具有靠近柱件的第一端和與該第一端相對的第二端；共形地圍繞柱件和間隔結構的外殼，其包括頂端和底端，其中間隔結構將柱件和外殼分開，多個間隔元件布置成間隔元件的第二端靠近外殼的內表面，以便在柱件和外殼之間形成多個增壓室，增壓室與冷卻流體輸送系統流體連通，外殼包括至少一種由包括Rh，Pd和Pt金屬的組中選出的金屬；以及連接柱件的底端和外殼的底端的底部。
文檔編號F01D5/18GK1445437SQ0312065
公開日2003年10月1日 申請日期2003年3月18日 優先權日2002年3月18日
發明者J·-C·趙, L·姜, M·R·杰克遜, R·達羅利爾, R·E·沙夫里克 申請人:通用電氣公司