CN111140286A - 具有多个壁和内部热屏障涂层的涡轮翼型件 - Google Patents

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马修·特洛伊·哈夫纳
加里·迈克尔·伊策尔
斯里坎特·钱德拉杜·科蒂林加姆
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Abstract

本发明题为“具有多个壁和内部热屏障涂层的涡轮翼型件”。本发明公开了一种翼型件(100)，该翼型件具有用于改善冷却并延长寿命的包括多个间隔开的壁(122)的壁结构(120)。翼型件(100)和壁通过增材制造制成。翼型件(100)包括：外部壁(126)、中间壁(128)和内部壁(130)，该外部壁、该中间壁和该内部壁与相邻的壁由多个有支架的构件(140)分开；限定在外部壁(126)与中间壁(128)之间的多个外冷却室(154)，室(154)由外分隔件(156)分隔；限定在中间壁(128)与内部壁(130)之间的多个中间冷却室(154)，室(154)由中间分隔件(156)分隔；在外部壁(126)和中间壁(128)中的每一者上的热屏障涂层(166)；穿过中间壁(128)的第一多个冲击开口(186)；穿过内部壁(130)的第二多个冲击开口(186)；以及穿过外部壁(126)的多个冷却通道(174)。

Description

具有多个壁和内部热屏障涂层的涡轮翼型件
背景技术
技术领域
本公开整体涉及部件的冷却，并且更具体地，涉及具有多个壁和热屏障涂层的热气体路径部件，该热气体路径部件通过增材制造制成并且包括内部热屏障涂层(TBC)层。
相关领域
暴露于高温下工作流体的热气体路径部件广泛用于工业机器中。例如，燃气涡轮系统包括具有多个级的涡轮，该涡轮具有从支承转子盘向外延伸的叶片。每个叶片包括暴露于热燃烧气体流的翼型件。必须冷却翼型件以承受由燃烧气体所产生的高温。冷却不足可能导致翼型件上失去应力并氧化，并且可能导致疲劳和/或损坏。因此，翼型件为大体中空的，具有通向多个冷却孔等的一个或多个内部冷却流回路。冷却空气通过冷却孔排出以向翼型件的外表面提供膜冷却。可以类似的方式冷却其他类型的热气体路径部件和其他类型的涡轮部件。
尽管许多模型和模拟可在给定的部件在现场投入操作之前运行，但部件或其任何区域可以达到的准确温度可由于特定于部件的热位置和冷位置而极大地变化。具体地讲，部件可能具有可受到过热不利影响的依赖于温度的特性。因此，许多热气体路径部件可经过冷以补偿可能会在部件上产生的局部热点。然而，此类过度的过冷可能会对总体工业机器的输出和效率产生负面影响。
尽管存在冷却通道，但是许多部件也依赖于施加到其外表面的热屏障涂层(TBC)以保护部件。如果在热气体路径部件的TBC中发生称为散裂的断裂、开裂或耗损，则散裂处的部件的局部温度可能会升高到有害温度。例如，散裂可使热气体路径部件的外部壁暴露于高温流体，导致外部表面氧化，从而缩短热气体路径部件的寿命。解决TBC散裂的一种方法是在TBC下方的冷却孔中提供插塞。当发生散裂时，通常通过暴露于足以熔融插塞的热量来移除插塞，冷却孔打开并且冷却介质可从流体耦接到冷却孔的内部冷却回路流动。插塞可以为多孔的以有助于其移除。此方法减少了过冷。然而，插塞的形成是复杂的，需要对材料进行精确机加工和/或精确热处理或化学处理来形成插塞。
发明内容
本公开的第一方面提供了一种涡轮翼型件，该翼型件具有壁结构，该壁结构包括：多个间隔开的壁，该多个间隔开的壁包括外部壁、中间壁和内部壁，其中多个间隔开的壁中的每个间隔开的壁与相邻的间隔开的壁由多个有支架的构件分开；限定在外部壁与中间壁之间的多个外冷却室；在外部壁与中间壁之间的外分隔件，该外分隔件将多个外冷却室中的每个外冷却室彼此轴向分开；限定在中间壁与内部壁之间的多个中间冷却室；在中间壁与内部壁之间的中间分隔件，该中间分隔件将多个中间冷却室中的每个中间冷却室彼此轴向分开；设置在外部壁的外部面上的第一热屏障涂层(TBC)，第一TBC具有被构造成暴露于具有高温的工作流体的外部表面；设置在中间壁的外面上的第二TBC，第二TBC具有被构造成暴露于具有高温的工作流体的外表面，其中多个有支架的构件中的每个有支架的构件的外表面不包括第二TBC，并且其中外分隔件的外表面不包括第二TBC；穿过内部壁的第一多个冲击开口，第一多个冲击开口为冷却剂提供从涡轮翼型件的中央室到多个中间冷却室中的至少一个中间冷却室的通路；穿过中间壁的第二多个冲击开口，第二多个冲击开口为冷却剂提供从多个中间冷却室中的至少一个中间冷却室到多个外冷却室中的至少一个外冷却室的通路；以及穿过外部壁的多个冷却通道，多个冷却通道为冷却剂提供从多个外冷却室中的至少一个外冷却室到第一TBC的外部表面的通路。
本公开的第二方面提供了一种热气体路径(HGP)部件，HGP部件具有壁结构，该壁结构包括：多个间隔开的壁，该多个间隔开的壁包括外部壁、中间壁和内部壁，其中多个间隔开的壁中的每个间隔开的壁与相邻的间隔开的壁由多个有支架的构件分开；限定在外部壁与中间壁之间的多个外冷却室；在外部壁与中间壁之间的外分隔件，该外分隔件将多个外冷却室中的每个外冷却室彼此轴向分开；限定在中间壁与内部壁之间的多个中间冷却室；在中间壁与内部壁之间的中间分隔件，该中间分隔件将多个中间冷却室中的每个中间冷却室彼此轴向分开；设置在外部壁的外部面上的第一热屏障涂层(TBC)，第一TBC具有被构造成暴露于具有高温的工作流体的外部表面；设置在中间壁的外面上的第二TBC，第二TBC具有被构造成暴露于具有高温的工作流体的外表面，其中多个有支架的构件中的每个有支架的构件的外表面不包括第二TBC，并且其中外分隔件的外表面不包括第二TBC；穿过内部壁的第一多个冲击开口，第一多个冲击开口为冷却剂提供从涡轮翼型件的中央室到多个中间冷却室中的至少一个中间冷却室的通路；穿过中间壁的第二多个冲击开口，第二多个冲击开口为冷却剂提供从多个中间冷却室中的至少一个中间冷却室到多个外冷却室中的至少一个外冷却室的通路；设置在外部壁的外部面上的多个突部，其中多个突部中的每个突部的外表面不包括第一TBC；以及穿过外部壁的多个冷却通道，多个冷却通道中的每个冷却通道被设置成穿过多个突部中的一个突部，并且其中多个冷却通道为冷却剂提供从多个外冷却室中的至少一个外冷却室到第一TBC的外部表面的通路。
本公开的第三方面提供了一种制造涡轮翼型件的方法，该方法包括：以增材方式制造涡轮翼型件蒙皮，涡轮翼型件蒙皮包括：外部壁；以及穿过外部壁的多个冷却通道；将第一热屏障涂层(TBC)施加在涡轮翼型件蒙皮的外部壁的外部面上，第一TBC具有被构造成暴露于具有高温的工作流体的外部表面；以增材方式制造涡轮翼型件芯，涡轮翼型件芯包括：多个间隔开的壁，该多个间隔开的壁包括内部壁和中间壁，该内部壁包括穿过内部壁的第一多个冲击开口，该中间壁具有穿过内部壁的第二多个冲击开口，其中多个间隔开的壁中的每个间隔开的壁与相邻的间隔开的壁由多个有支架的构件分开；限定在内部壁与中间壁之间的多个中间冷却室；在中间壁与内部壁之间的中间分隔件，该中间分隔件将多个中间冷却室中的每个中间冷却室彼此轴向分开；定位在涡轮翼型件芯的最外面上的第二多个有支架的构件；以及定位在涡轮翼型件芯的最外面上的外分隔件；将第二TBC施加在涡轮翼型件芯的最外面上，第二TBC具有被构造成暴露于具有高温的工作流体的外表面，其中第二多个有支架的构件中的每个有支架的构件的外表面不包括第二TBC，并且其中外分隔件的外表面不包括第二TBC；以及组装涡轮翼型件蒙皮和涡轮翼型件芯以形成涡轮翼型件壁结构，使得涡轮翼型件芯被涡轮翼型件蒙皮围绕，其中：涡轮翼型件蒙皮与涡轮翼型件芯由第二多个有支架的构件分开，多个外冷却室限定在涡轮翼型件蒙皮与涡轮翼型件芯之间，外分隔件将多个外冷却室中的每个外冷却室彼此轴向分开；多个冷却通道为冷却剂提供从多个外冷却室中的至少一个外冷却室到第一TBC的外部表面的通路；第一多个冲击开口为冷却剂提供从涡轮翼型件的中央室到多个中间冷却室中的至少一个中间冷却室的通路；并且第二多个冲击开口为冷却剂提供从多个中间冷却室中的至少一个中间冷却室到多个外冷却室中的至少一个外冷却室的通路。
本公开的示例性方面被设计成解决本文描述的问题和/或未讨论的其他问题。
附图说明
从结合描绘本公开的各种实施方案的附图的对本公开的各个方面的以下具体实施方式，将更容易理解本公开的这些和其他特征，在附图中：
图1为燃气涡轮系统形式的具有热气体路径部件的例示性工业机器的示意图。
图2为涡轮翼型件形式的已知热气体路径部件的透视图。
图3为根据本公开的实施方案的涡轮翼型件形式的热气体路径部件的透视图。
图4为根据本公开的实施方案的具有多个壁的涡轮翼型件的壁结构的一部分的剖视图。
图5至图10为根据本公开的实施方案的涡轮翼型件的壁结构的多个壁之间的有支架的构件的多种几何形状的剖视图。
图11为根据本公开的实施方案的具有多个壁的涡轮翼型件的壁结构的一部分的剖视图，其中包括在涡轮翼型件的外部壁上方的TBC散裂。
图12为根据本公开的实施方案的具有多个壁的涡轮翼型件的壁结构的一部分的剖视图，其中包括在翼型件的外部壁中的散裂导致的开口。
图13为根据本公开的实施方案的增材制造工艺的框图，其中包括存储代表涡轮翼型件形式的热气体路径部件的代码的非暂态计算机可读存储介质。
应当注意，本公开的附图未按比例绘制。附图旨在仅描绘本公开的典型方面，并且因此不应当被视为限制本公开的范围。在附图中，类似的编号表示附图之间的类似的元件。
具体实施方式
作为初始事项，为了清楚地描述当前公开，当引用和描述工业机器(诸如燃气涡轮系统)内的相关机器部件时，将有必要选择某些术语。在这样做时，如果可能的话，通用的行业术语将以与其接受含义一致的方式进行使用和采用。除非另有说明，否则应当对此类术语给出与本申请的上下文和所附权利要求书的范围一致的广义解释。本领域的普通技术人员将了解，通常可以使用若干不同或重叠术语来引用特定部件。在本文中可描述为单个零件的物体可以包括多个部件并且在另一个上下文中被引用为由多个部件组成。可替代地，本文中可描述为包括多个部件的物体可在别处称为单个部分。
此外，本文中可能会定期使用若干描述性术语，并且在本节开始时定义这些术语应当证明是有帮助的。除非另有说明，否则这些术语以及其定义如下。术语“径向”是指垂直于轴线的移动或位置。在诸如此类的情况下，如果第一部件比第二部件靠近轴线驻留，则本文将说明第一部件是第二部件的“径向向内”或“内侧”。另一方面，如果第一部件比第二部件远离轴线驻留，则本文可以说明第一部件是第二部件的“径向向外”或“外侧”。应当理解，此类术语可以相对于涡轮的中心轴线应用。术语“外”或“外部”是指朝向部件的暴露于高温下工作流体的表面的方向。术语“内”或“内部”是指背离部件的暴露于高温下工作流体的表面的方向。
如上所述，本公开提供了具有多个壁的涡轮翼型件形式的热气体路径(HGP)部件。涡轮翼型件或单独的壁及其结构可通过增材制造形成。涡轮翼型件的壁可间隔开以在这些壁之间形成室。室可各自由在壁之间延伸的分隔件轴向分隔成多个冷却室。涡轮翼型件的外部壁可包括多个冷却通道，该多个冷却通道允许从冷却室中的至少一个冷却室到涡轮翼型件的外部表面的冷却流体流。外部壁以及其他壁中的一些或全部也可包括在其外表面上的热屏障涂层(TBC)。翼型件的除外部壁之外的壁可各自包括多个冲击开口，以允许冷却流体在涡轮翼型件的中央室与冷却室中的至少一个冷却室之间流动。
当热屏障涂层(TBC)中的散裂使多壁翼型件的外部壁暴露于高温环境时，壁的结构允许冷却流体流从涡轮翼型件的中央室穿过冷却室穿过到外部壁的内部面，从而减慢暴露的外部壁的氧化。在贯穿外部壁的氧化使翼型件的其他壁中的至少一个壁暴露于高温环境之后，冷却室和冲击开口可允许冷却流体流在暴露的外部壁中的开口上方形成狭缝膜。在氧化已形成贯穿外部壁的开口的情况下，暴露的另一个壁的外面上的第二TBC可以防止或减慢该另一个壁的溶蚀。在形成散裂之前，冷却室和冲击开口允许冷却流体流接触外部壁的内部面以将该壁冷却。如本文所讨论的涡轮翼型件壁及其结构可在其中在TBC中形成散裂的情况下延长翼型件的寿命。
现在参考附图，其中类似的数字在若干视图中指代类似的元件，图1示出了燃气涡轮系统2形式的例示性工业机器的示意图。虽然将相对于燃气涡轮系统2来描述本公开，但应当强调，本公开的教导内容适用于任何具有需要冷却的热气体路径部件的工业机器。燃气涡轮系统2可包括压缩机4。压缩机4压缩进入的空气流8，并且将压缩的空气流8传送至燃烧器10。燃烧器10将压缩的空气流8与加压的燃料流12混合并点燃混合物，从而产生燃烧气体流16。尽管仅示出了单个燃烧器10，但燃气涡轮系统2可包括任何数量的燃烧器10。燃烧气体流16继而被传送至涡轮18。燃烧气体流16驱动涡轮18以产生机械功。涡轮18中产生的机械功经由轴20驱动压缩机4并驱动外部负载24诸如发电机等。
燃气涡轮系统2可以使用天然气、液体燃料、各种类型的合成气和/或其他类型的燃料以及它们的共混物。燃气涡轮系统2可以例如是由纽约州斯克内克塔迪市的通用电气公司(General Electric Company,Schenectady,N.Y.)提供的多种不同燃气涡轮发动机中的任何一种。燃气涡轮系统2可具有不同的配置并且可使用其他类型的部件。本公开的教导内容可适用于使用热气体路径的其他类型的燃气涡轮系统和/或工业机器。本文也可将多个燃气涡轮系统、或多种类型的涡轮和/或多种类型的发电设备一起使用。
图2示出了具有涡轮翼型件32的热气体路径(HGP)部件30的一个示例，该HGP部件可用于涡轮18的热气体路径(HGP)(图1)等中。虽然将相对于涡轮翼型件32并且更具体地相对于其壁结构34来描述本公开，但应当强调，本公开的教导内容适用于需要冷却的任何热气体路径(HGP)部件。一般来讲，HGP部件30可包括翼型件32、柄部分36、以及设置在翼型件32与柄部分36之间的平台40。翼型件32大体上从平台40径向向外延伸并且包括前缘42和后缘44。翼型件32还可包括限定压力侧48的凹表面和限定吸力侧46的相反的凸表面。平台40可为大致水平的和平面的。柄部分36可从平台40径向向下延伸，使得平台40大体上限定翼型件32与柄部分36之间的接合部。柄部分36可包括柄腔52。柄部分36还可包括根部结构56和一个或多个天使翼54，诸如燕尾件等。根部结构56可被构造成用其他结构将HGP部件30固定到轴20(图1)。任何数量的HGP部件30可围绕轴20周向布置(图1)。本文也可使用其他部件和/或构型。
涡轮翼型件32可包括从中延伸穿过以使来自压缩机4(图1)或来自另一来源的冷却介质62诸如空气流动的一个或多个冷却回路60。本文中也可使用蒸汽和其他类型的冷却介质62。冷却回路60和冷却介质62可以任何顺序、方向或路线至少循环穿过翼型件32、柄部分36和平台40的多个部分。可在本文中以任何取向使用许多不同类型的冷却回路和冷却介质。冷却回路60可通向多个冷却通路66或其他类型的冷却通道，以用于围绕翼型件32或其他部位进行膜冷却。可以使用其他类型的冷却方法。本文也可使用其他部件和/或构型。
图3和图4示出了如本文可描述的涡轮翼型件100(在下文中为翼型件100)形式的HGP部件的示例。图3为翼型件100的透视图，并且图4为翼型件100的壁结构120的一部分的剖视图。虽然图4中示出了翼型件100的一部分，但是应当理解，壁结构120及其结构可沿着翼型件100的周边的一部分或全部延伸。
如本文所述的壁结构120及其结构不限于翼型件100。如上所述，尽管在本文中相对于翼型件100进行了描述，但本公开的结构可为下列各项的一部分：叶片；导叶；或任何类型的风冷部件，包括柄、平台或任何类型的热气体路径部件。本文可使用其他类型的HGP部件和其他构型。本公开的结构也可适用于喷嘴(例如，定子喷嘴、喷嘴侧壁等)、护罩、热屏蔽罩和/或燃烧部件。
与上述类似，翼型件100可包括前缘108和后缘110。同样，翼型件100可包括压力侧112和吸力侧114。工作流体116可沿着翼型件100的暴露的热屏障涂层(TBC)166从前缘流动到后缘。工作流体116可具有高温。如本文所用，“高温”取决于工业机器的形式，例如对于燃气涡轮系统2，高温可为大于100摄氏度(℃)的任何温度。
如图3和图4所示，根据本公开的实施方案，翼型件100可包括壁结构120。如图4最佳所示，壁结构120包括多个间隔开的壁122。如将在本文进一步详细讨论的，多个间隔开的壁122可通过流经翼型件100的冷却介质124来改善壁结构120和/或翼型件100的冷却。翼型件100的壁结构120可包括外部壁126、中间壁128和内部壁130。每个间隔开的壁122可具有大约0.02英寸至大约0.15英寸的厚度。两个或更多个间隔开的壁122可形成为具有相同和/或不同的厚度。在图4的示例中，外部壁126具有的厚度T1可基本上等于中间壁128的厚度T2和/或内部壁130的厚度T3。尽管示出了三个壁，但是应当理解，壁结构120可包括任何期望数量的间隔开的壁122(例如，两个壁、五个壁、十个壁、二十个壁等)，例如具有多于一个的中间壁128。在具有两个壁的实施方案中，应当理解，本公开中描述的中间壁128和内部壁130(以及每一者的相应的特征部和结构)是指与外部壁126不同的同一个壁。
壁结构120可包括多个有支架的构件140，多个有支架的构件将每个间隔开的壁122与相邻的间隔开的壁分开。每个有支架的构件140可由导热材料如一种或多种金属形成。在操作期间，有支架的构件140可将热量传导通过壁结构120并有助于引导冷却介质124流经壁结构120。如图4所示，有支架的构件140a可以从内部壁130的外部面142延伸到中间壁128的内部面144。有支架的构件140b可从中间壁128的外部面146延伸到外部壁126的内部面148。有支架的构件140可例如基于采用翼型件100的特定涡轮机的特性和/或采用涡轮机的流动路径而将间隔开的壁122分开任何距离。例如，有支架的构件140可将每个间隔开的壁122分开等于在间隔开的壁中的一个或多个间隔开的壁内形成的冲击开口的直径(在本文后面讨论)的大约一半至5倍的距离。以此距离形成间隔开的壁122可以减少在操作期间可能在壁结构120的壁122之间变得停滞的冷却介质124的量。
暂时转向图5至图10，示出了一个或多个有支架的构件140的各种几何轮廓的剖视图。有支架的构件140可具有任何期望的横截面几何形状，以在操作期间传导热量并引导冷却介质124流经壁结构120。还可例如基于可采用翼型件100的特定涡轮机的特性和/或采用涡轮机的流动路径来选择横截面几何形状。例如，如图5和图6所示，有支架的构件140可具有圆形或椭圆形横截面几何形状。如图7和图8所示，有支架的构件140可具有正方形或矩形横截面几何形状。如图9所示，有支架的构件140可具有带弯曲边的多边形例如正方形横截面几何形状。如图10所示，有支架的构件140可具有曲线和/或复合(即，跑道或8字形)横截面几何形状。尽管在图5至图10中示出为具有特定几何形状和取向，但是应当理解，有支架的构件可以具有任何期望的横截面几何形状和/或取向。另外，有支架的构件可根据需要在壁之间渐缩或在横截面积上具有其他变化。尽管在图4中示出了有支架的构件140的特定布局和数量，但是应当理解，在不超出本公开的范围的情况下，任何期望数量和/或布局的有支架的构件都可以用于分开间隔开的壁122。另外，应当理解，任何数量的有支架的构件140可具有相同和/或不同的横截面几何形状。
回到图3和图4，壁结构120的多个间隔开的壁122可允许在翼型件100的壁结构120内形成多个室152。如本文将讨论的，多个室152可在操作期间改善壁结构120和/或翼型件100的冷却。如图4所示，间隔开的壁122之间的空间150可限定室152。例如，外部壁126与中间壁128之间的第一空间150a可限定第一室152a。中间壁128与内部壁130之间的第二空间150b可限定第二室152b。如上所述，壁结构120中可包括任何数量的间隔开的壁122，并且因此，壁结构120中可包括任何数量的室152，这些室由它们之间的空间150限定。
壁结构120还可包括至少一个分隔件156，该分隔件将一组间隔开的壁122之间的每个室152轴向分开为若干冷却室154。与有支架的构件140相比，一个或多个分隔件156可延伸到图4的页面之内和之外。如将在本文中进一步讨论的，在壁结构120的外部壁126中形成有散裂导致的开口(例如，图12的散裂导致的开口210)的情况下，分隔件156可防止冷却介质124重新进入翼型件100并防止工作流体116进入该翼型件。如图4所示，第一组分隔件156a可将第一室152a轴向分开为多个第一冷却室154a。第一组分隔件156a中的每个分隔件156可从中间壁128的外部面146延伸到外部壁126的内部面148。同样如图4所示，第二组分隔件156b可将第二室152b轴向分开为多个第二冷却室154b。第二组分隔件156b中的每个分隔件156可从内部壁130的外部面142延伸到中间壁128的内部面144。
每个分隔件156可基本上沿着翼型件100的整个径向长度L(图3)延伸。例如，对于翼型件100的整个径向长度L，每个分隔件156可延伸到图4的页面之内和之外。在另一个非限制性示例中，每个分隔件156可沿着翼型件100的径向长度L的不同部分延伸。如图4进一步所示，相邻的第一分隔件156a和第二分隔件156b(例如，第一相邻的组158(在左侧虚线椭圆形中))可基本上彼此对齐。另选地，相邻的第一分隔件156a和第二分隔件156b(例如第二相邻的组160(在右侧虚线椭圆形中))可彼此不对齐。尽管在图4的示例中示出了四个分隔件156，但是应当理解，沿着翼型件100的壁结构120的压力侧112和/或吸力侧114可包括任何期望数量的分隔件。
如上所述，翼型件100可包括设置在壁结构120上以暴露于工作流体116的TBC166。在部件暴露于高温工作流体116期间，TBC 166可保护翼型件100。例如，TBC 166的外部表面170可以被构造成能承受暴露于工作流体116。如图4所示，TBC 166可设置在翼型件100的壁结构120的外部壁126的外部面168上。另外，第二TBC 136可设置在中间壁128的外部面146上，如图4所示。应当理解，第三TBC 136b(以虚线表示)也可以与第二TBC136类似的方式设置在内部壁130的外部面142上。TBC 166、第二TBC 136和第三TBC 136b可具有相同的组成或可以具有彼此不同的组成。
TBC 166、136可包括任何现在已知或未来开发的材料，这些材料被构造成保护壁结构120中所包括的间隔开的壁122的外部面168、146、142免受热损害(例如，蠕变、热疲劳、开裂和/或氧化)。TBC 166、136可包括例如陶瓷毯、氧化锆、氧化钇稳定的氧化锆、贵金属铝化物(诸如铂铝化物)、MCrAlY合金(其中M可以为钴、镍或钴-镍合金并且Y为钇或其他稀土元素)和/或任何其他现在已知或未来开发的TBC材料。
TBC 166、136可包括一种或多种材料组成的一个或多个层。例如，TBC166、136可包括在热屏障层下面的粘结涂层。在未示出的另一个非限制性示例中，TBC 166、136可包括粘结涂层；定位在粘结涂层上的中间层；以及定位在中间层上的外层或绝缘层。在TBC 166、136包括粘结涂层(未示出)的示例中，该粘结涂层可包括：包含扩散铝化物的富铝材料；MCrAlY，其中M为铁、钴或镍并且Y为钇或其他稀土元素；或任何其他合适的粘结涂层材料。在TBC包括中间层的示例中，该中间层可包括氧化钇稳定的氧化锆或任何其他TBC中间层材料。在TBC 166、136包括外层或绝缘层的示例中，绝缘层可包括超低导热率陶瓷材料，该超低导热率陶瓷材料包括例如锆或铪基氧化物晶格结构(ZrO2或HfO2)和包含下列一种或多种的氧化物稳定剂化合物(有时称为氧化物“掺杂剂”)：氧化镱(Yb2O3)、氧化钇/三氧化二钇(Y2O3)、氧化铪(HfO2)、氧化镧(La2O3)、氧化钽(Ta2O5)和氧化锆(ZrO2)，或任何其他所需的TBC绝缘材料。
TBC 166、136可通过沉积和/或任何其他现在已知或未来开发的用于在表面上形成TBC的方法而形成于外部面168、146、142上。在翼型件100已经完成之后，TBC 166可形成于外部壁126的外部面168上。在外部壁126和中间壁128组合之前，第二TBC 136可形成于中间壁128的外部面146上。在另一个非限制性示例中，在于外部壁126内形成冷却通道174之前，TBC166可形成于外部面168上。相似地，在另一个非限制性示例中，在于中间壁128内形成冲击开口186和/或倒角190之前，第二TBC 136可形成于外部面146上。
如图4最佳所示并且如本文将更详细地讨论的，壁结构120的间隔开的壁122可各自在其中包括多个开口，以引导冷却介质124从翼型件100的中央室172流经壁结构120而流到TBC 166的外部表面170。例如，在操作期间，冷却介质124可被引导为沿着路径A、B和/或C从中央室172流动。冷却介质124可在暴露于高温工作流体116期间冷却翼型件100。例如，流经壁结构120的冷却介质124可吸收来自翼型件100的壁结构120、TBC 166、136和/或其他部分的热量。
首先转向外部壁126，其中可包括多个冷却通道174。冷却通道174可允许冷却介质124离开壁结构120以在TBC 166暴露于高温工作流体116时对其进行冷却。例如，冷却介质124可沿着路径C从多个第一冷却室154a中的一个或多个流向TBC 166的外部表面170。冷却通道174可具有例如基于特定涡轮机的特性和/或采用涡轮机的流动路径而选择的任何尺寸、形状或构型。本文可使用任何数量的冷却通道174。冷却通道174可以正交或非正交的方式延伸到外部壁126的外部面168和/或TBC 166的外部表面170。
如图3和图4所示，外部壁126可以可选地包括设置在外部壁126的外部面168上的多个突部178或凸起特征部。突部178可为外部壁126的多个部分提供附加的厚度。突部178的存在可允许冷却通道174的长度增加，并因此可改善从中通过的冷却介质124的流动。一个或多个冷却通道174可延伸穿过突部178而到达其最外表面180。在各种实施方案中，在图4所示的设置中，每个突部178可具有大约0.1英寸至1.5英寸的宽度W和大约0.04英寸至大约0.15英寸的高度H。尽管在图3和图4的示例中示出了特定数量的一个或多个突部178，但是应当理解，在外部壁126的外部面168上可包括任何数量的突部。如图4进一步所示，在外部壁126包括设置在其上的突部178的示例中，TBC 166的厚度可以小于或等于突部178的高度。例如，如图3和图4所示，突部178的最外表面180可以保持不包括TBC 166。尽管在图3中将表面180示为具有正方形几何形状，但是应理解，表面180可以具有任何所需的形状，例如圆形、菱形、矩形、卵形等。
接着转向间隔开的壁122的中间壁128和内部壁130，每个壁可包括多个冲击开口186。冲击开口186可以引导冷却介质124从翼型件100的中央室172进入并穿过壁结构120的冷却室154的流动。例如，如图4所示，中间壁128可包括形成于其中的第一多个冲击开口186a。在操作期间，冷却介质124可以被引导为沿着路径A从中央室172流经第二多个冲击开口186b而进入多个第二冷却室154b中的一个或多个冷却室。内部壁130可包括形成于其中的第二多个冲击开口186b。在操作期间，冷却介质124也可以被引导为沿着路径B从多个第二冷却室154b中的一个或多个冷却室流经第一多个冲击开口186a，然后流到多个第一冷却室154a中的一个或多个冷却室。如图4所示，沿着路径B流动的冷却介质124可接触内部面148，从而从该内部面吸收热量并冷却外部壁126。
冲击开口186可具有例如基于可采用翼型件100的特定涡轮机的特性和/或采用涡轮机的流动路径而选择的任何尺寸、形状或构型。例如，每个冲击开口186可具有大约0.012英寸至大约0.10英寸的直径，并且可彼此隔开相当于大约3至大约12个开口的直径。如上所述，在一个示例中，相对于有支架的构件140，每个间隔开的壁122可以被分开大约为冲击开口直径的一半至5倍的距离，这可以减少离开冲击开口的冷却介质124的量，该冷却介质在操作期间可能停滞在冷却室中。本文可使用任何数量的冲击开口186。冲击开口186可以正交或非正交的方式分别延伸到内部壁130和/或中间壁128的外部面142、146。第一多个冲击开口186a相对于相邻的一组冲击开口(例如，第二多个冲击开口186b)的位置可以基于穿过壁结构120的冷却介质124的期望流量而变化。例如，可调节冲击开口在相邻的间隔开的壁122中的相对位置，以改变在壁结构120内的冷却介质124的流型、湍流等。如图4的示例所示，第一多个冲击开口186a可以不与第二多个冲击开口186b对齐。在相邻的间隔开的壁122中形成不对齐的冲击开口可例如沿着更长的或非线性的路径引导冷却介质124，更长的或非线性的路径可允许冷却介质从壁结构120吸收更多的热量。尽管未示出，但是在另一个非限制性示例中，第一多个冲击开口186a中的一些或全部开口可与第二多个冲击开口186b基本上对齐。
如图4进一步所示，中间壁128和/或内部壁130可以可选地包括在冲击开口186与壁面之间的接合部192处的扩散段部分或倒角190(以下称为一个或多个倒角190)。例如，中间壁128可包括在冲击开口186a的侧壁196与中间壁的外部面146之间的接合部192处的倒角190。倒角190可引导冷却介质124在室152a、152b与中央室172之间更自由地流动。例如，在壁结构120的使壁和其中的冲击开口186(例如，如图12所示的中间壁128和暴露的冲击开口220)暴露的部分中发生破裂的情况下，相对于气体路径流动方向(例如，工作流体116)，在一个或多个暴露的冲击开口的下游侧上的倒角可迫使冷却介质124沿着壁结构120的暴露的壁的暴露的面流动，而不是吹散该面。倒角可以例如改善冷却介质124的流动。尽管示出了两个倒角190，但是应当理解，中间壁128和/或内部壁130可包括任何数量、尺寸、形状和/或构型的倒角190。倒角190可例如分别在中间壁128和内部壁130中的冲击开口186a、186b的形成期间形成。例如，在以增材方式制造壁结构120的情况下，倒角190可通过在增材制造工艺期间不将材料沉积和烧结在倒角的期望位置处来形成。在另一个非限制性示例中，在TBC散裂的情况下，倒角190可在壁结构120暴露于工作流体116期间形成。例如，尽管未示出，但是中间壁128和/或内部壁130可以形成为在接合部192处包含材料，该材料被构造成在暴露于冷却介质124和/或工作流体116期间分解以形成倒角190。例如，该材料可以被设计成由于暴露于冷却介质124和工作流体116中的一者或两者而物理地分解(例如，熔融)。该材料可在立即暴露时或在连续暴露一段时间后分解。另外，该材料可被构造成部分地或完全地分解。在暴露于工作流体116期间形成倒角190的示例中，倒角190可以与冲击开口186一起形成，并且随后在增材制造工艺期间被填充具有热特性的材料，该材料被设计成分解并使倒角暴露在预定温度(例如大约980摄氏度(℃)至大约1150℃)下。例如，用于填充倒角的材料可具有比用于形成中间壁128和/或内部壁130的其余部分的材料低的熔点。该材料可包括例如本领域已知的镍基、钴基或铬基合金。
另外，第二TBC 136可设置在中间壁128的外部面146上，如图4所示。应当理解，第三TBC 136b(以虚线表示)也可类似地设置在内部壁130的外部面142上。分隔件156或有支架的构件140接触外部面146的外部面146上的位置可以保持不包括第二TBC 136。冲击开口186和倒角190也可保持不包括第二TBC 136。在接合部192处包含被构造成在暴露于冷却介质124和/或工作流体116期间分解以形成倒角190(如上所述)的材料的实施方案中，接合部192保持不包括第二TBC 136。
与常规翼型件设计相比，本文讨论的壁结构120的结构可允许改善的翼型件100的全部或部分的冷却。如图4所示，在操作期间，冷却介质124可沿着路径A、B和C行进，以冷却在其外部面上定位有TBC 166的外部壁126和/或在其外部面上定位有TBC 136的中间壁128。壁结构120的多个间隔开的壁122可增加壁的表面积并增加与沿着路径A、B和C流经室152的冷却介质124接触的表面积。壁结构120的结构还可允许减小每个间隔开的壁122的厚度，同时保持壁的结构完整性。减小壁122的厚度并增加壁结构120的与冷却介质124接触的表面积可减小整个壁结构120上的温度梯度并且增加冷却介质124能够从翼型件100吸收的热量。分开壁结构120的间隔开的壁122的有支架的构件140还可有助于将热量传导穿过壁结构120，并引导冷却介质124穿过壁结构120的所需流动。
在操作中，壁结构120的结构和由此提供的改善的冷却可延长上面包括TBC(例如，TBC 166)的翼型件(例如，翼型件100)的寿命。例如，如将在本文中关于图11进一步讨论的，在TBC 166中出现散裂而使外部壁的一部分暴露的情况下，壁结构120的结构可减轻壁的外部壁126的氧化。此外，第二TBC 136可减轻中间壁128或内部壁130的由外部壁126中的开口所暴露的部分的氧化和其他损坏。另外，如将在本文中关于图12进一步讨论的，在长时间的操作之后，壁结构120的结构可能包括一个或多个散裂和/或散裂导致的开口。壁结构120可通过将冷却介质124重新引导流经作为冷却狭缝膜214的散裂导致的开口(图12)来应对散裂和/或散裂导致的开口的最终形成。重新引导的冷却介质124还可接触工作流体116，以防止工作流体116通过一个或多个散裂导致的开口进入翼型件100和/或减少通过一个或多个散裂导致的开口进入该翼型件的该工作流体的量。
图11示出了翼型件100的壁结构120的一部分的剖视图，该部分包括TBC 166中的散裂200。散裂200可包括TBC 166中的任何改变，从而为工作流体116形成先前不存在的通向外部壁126的外部面168的热路径。例如，散裂200可包括TBC 166中的断裂或开裂或位移，从而形成通向外部壁126的外部面168的热路径。当出现散裂200时，翼型件100的外部壁126的外部面168的部分202(图3)暴露于工作流体116的高温和其他极端环境，其中在散裂200出现之前，外部面168的部分202受到TBC 166保护。在操作期间出现散裂200之后，沿着路径A、B和C流经壁结构120的冷却介质124继续接触壁结构120的间隔开的壁122中的每个间隔开的壁，包括外部壁126的内部面148。如上所述，具有多个间隔开的壁122的壁结构120可允许壁的厚度减小并且增加冷却介质124可接触的表面积。冷却介质124可因此接触间隔开的壁122中的每个间隔开的壁并从其吸收热量，并且降低壁结构120(包括暴露于工作流体116的部分202下方的部分)的温度。另外，接触外部壁126的内部面148的冷却流体可基本上冷却从薄外部壁一直到直接暴露于工作流体116的外部面168的整个厚度T1。
接下来转向图12，示出了在外部壁126中包括散裂导致开口210a、210b的翼型件100的一部分的剖视图。TBC 166中的散裂(诸如图11所示散裂200)可致使散裂导致的开口210a或210b出现在壁结构120的外部壁126中。例如，如图11所示，外部面168的部分202在暴露于高温工作流体116期间可能最终氧化，从而形成散裂导致的开口210a或210b。当在操作期间出现散裂导致的开口210a、210b时，冷却介质124通常在垂直于TBC 166的外部表面170的方向上通过这些开口离开翼型件100。相比之下，如图12所示，壁结构120的结构可允许冷却狭缝膜214形成在由散裂导致的开口210所暴露的表面(例如，外部壁126和中间壁128的多个部分)上方。因此，壁结构120的结构可延长具有TBC(诸如TBC 166、136)的翼型件的寿命。例如，冷却狭缝膜214可保护壁结构120的暴露的部分免受工作流体116的高温的影响，并减轻暴露的壁的氧化。同样如图12所示，由于设置在外部面146上的第二TBC 136，中间壁128的由外部壁126中的散裂导致的开口210a、210b所暴露的部分可以得到附加保护而免于与工作流体116接触。
如图12所示，壁结构120可被构造成响应于散裂导致的开口210a、210b而形成自适应冷却流216和218。自适应冷却流216和218可彼此接触以形成冷却狭缝膜214。如图12所示，在其中包括冲击开口186a的中间壁128暴露时，增加的出口面积导致整个壁结构120上的压力梯度改变，这继而将第一自适应冷却流216在一个或多个散裂导致的开口处抽吸到冲击开口186a的暴露的部分220。例如，多个间隔开的壁122在散裂导致的开口210处的表面区域可将冷却介质124的增加的背侧流从中央室172引向冲击开口186a的暴露的部分220，从而形成第一自适应冷却流216。第一自适应冷却流216可在垂直于中间壁128的外部面146的方向上离开中间壁128的冲击开口186a的暴露的部分。同样如图12所示，响应于散裂导致的开口210，第二自适应冷却流218可在散裂导致的开口处离开与冲击开口186a的暴露的部分220相邻的冲击开口186a的上游部分222。类似于在散裂导致的开口之前的冷却介质124的流动，第二自适应冷却流218可行进穿过第一室152a并接触外部壁126的内部面148。因此，冷却流体流可在平行于外部壁126的内部面148的方向上在散裂导致的开口210a、210b处离开室。如图12进一步所示，第二自适应冷却流218可在散裂导致的开口中接触第一自适应冷却流216，从而在平行于内部面148的方向上引导第一自适应冷却流216。接触第一自适应冷却流216的第二自适应冷却流218可在壁结构120的由散裂导致的开口210所暴露的部分上方形成冷却狭缝膜214。第二自适应冷却流218和/或第一自适应冷却流216也可以在一个或多个散裂导致的开口210处接触工作流体116，从而将工作流体引导背离暴露的中间壁128，并防止工作流体通过一个或多个散裂导致的开口210进入翼型件100和/或减少通过一个或多个散裂导致的开口进入该翼型件的工作流体的量。
尽管在壁结构120的特定部分中示出，但是应当理解，散裂导致的开口210可以出现在壁结构120内的任何位置，并且仍然可以通过本文公开的壁结构120的结构减少。另外，尽管狭缝导致的开口210被示出为仅延伸穿过壁结构120的外部壁126，但是应当理解，散裂导致的开口210可进一步延伸穿过中间壁128和/或内部壁130，并且可类似地由壁结构120的结构减少。
如图12中进一步所示，分隔件156可防止工作流体116通过壁结构120的由散裂导致的开口210所暴露的部分进入翼型件100和/或防止冷却介质124通过该壁结构的由散裂导致的开口所暴露的部分重新进入该翼型件。例如，分隔件156可以形成压力差，以阻止工作流体116进入和/或冷却介质124重新进入第一室和/或第二室152的下游部分226。分隔件156还可阻止冷却介质124的从上游散裂导致的开口210a离开的部分在相邻的下游散裂导致的开口210b和/或一个或多个冷却通道174处重新进入第一室和/或第二室152。
参照图13，根据本公开的实施方案，可以增材方式制造翼型件100形式的HGP部件及其壁结构120，使得壁结构120的各个结构形成为一体式的部件。增材制造还允许容易地形成本文所述的许多结构，即，无需非常复杂的机加工。如本文所用，增材制造(AM)可包括通过对材料进行连续分层而不是移除材料(在常规工艺的情况下是移除材料)来生产物件的任何工艺。增材制造可形成复杂的几何形状，而无需使用任何种类的工具、模具或夹具，并且很少浪费或不浪费材料。并非由实心塑料或金属坯体(其中许多被切削掉并被抛弃)对部件进行机加工，增材制造中使用的仅有材料是使零件成形所需的材料。增材制造工艺可包括但不限于：3D打印、快速成型(RP)、直接数字制造(DDM)、粘结剂喷射、选择性激光熔融(SLM)和直接金属激光熔融(DMLM)。
为了示出增材制造工艺的示例，图13示出了用于生成物件302(例如，外部壁126)的例示性计算机化增材制造系统300的示意图/框图。在该示例中，系统300被布置用于DMLM。应当理解，本公开的一般教导内容同样适用于其他形式的增材制造。AM系统300通常包括计算机化增材制造(AM)控制系统304和AM打印机306。如将描述的，AM系统300执行包括一组计算机可执行指令的代码320，该一组计算机可执行指令定义壁结构120(图4)的包括其结构(例如，外部壁126；间隔开的壁128、130；有支架的构件140a、140b；冲击开口186a、186b等)的部分，以使用AM打印机306物理地生成部件。每个AM工艺可使用呈例如细粒粉末、液体(例如聚合物)、片等形式的不同原材料，该原材料的原液可以保持在AM打印机306的室310中。在本发明的情况下，翼型件100(图3和图4)可由金属粉末或类似材料制成。如图所示，涂敷器312可形成原材料314的薄层，其作为空白画布铺展开，将根据该空白画布形成最终物件的每个连续切片。在其他情况下，涂敷器312可将下一层直接施加或打印到如代码320所定义的前一层上，例如在材料为聚合物或使用金属粘结剂喷射工艺的情况下。在所示的示例中，激光或电子束316如代码320所定义的那样为每个切片熔融颗粒，但是在采用快凝液态塑料/聚合物的情况下这可能不是必需的。AM打印机306的各种零件可移动以适应每个新层的添加，例如，每个层之后，构建平台318可降低，并且/或者室310和/或涂敷器312可升高。
AM控制系统304被示为在计算机330上被实现为计算机程序代码。在这种程度上，计算机330被示出包括存储器332、处理器334、输入/输出(I/O)接口336以及总线338。此外，计算机330被示出与外部I/O设备340和存储系统342通信。通常，处理器334在代表本文所述的翼型件100(图3和图4)的部件的来自代码320的指令下执行存储在存储器332和/或存储系统342中的计算机程序代码，诸如AM控制系统304。当执行计算机程序代码时，处理器334可向/从存储器332、存储系统342、I/O设备340和/或AM打印机306读取和/或写入数据。总线338提供计算机330中的每个部件之间的通信链路，并且I/O设备340可包括使用户能够与计算机330交互的任何设备(例如，键盘、指向设备、显示器等)。计算机330仅表示硬件和软件的各种可能组合。例如，处理器334可包括单个处理单元或者跨越一个或多个位置(例如，客户端和服务器上)的一个或多个处理单元分布。类似地，存储器332和/或存储系统342可驻留在一个或多个物理位置。存储器332和/或存储系统342可包括各种类型的非暂态计算机可读存储介质的任何组合，包括磁介质、光介质、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)等。计算机330可包括任何类型的计算设备，诸如网络服务器、台式计算机、膝上型计算机、手持设备、移动电话、寻呼机、个人数字助理等。
增材制造工艺以存储代表翼型件100(图3和图4)的部件的代码320的非暂态计算机可读存储介质(例如，存储器332、存储系统342等)开始。如所指出的，代码320包括定义物件302的一组计算机可执行指令，该一组计算机可执行指令可用于在系统300执行代码时物理地生成物件。例如，代码320可包括翼型件100(图3和图4)的部件的精确定义的3D模型，并且可由各种各样的熟知计算机辅助设计(CAD)软件系统(诸如
Figure BDA0002257521170000181
Figure BDA0002257521170000182
DesignCAD 3D Max等)中的任何一种生成。就这一点而言，代码320可采用任何现在已知或未来开发的文件格式。例如，代码320可为3D系统的立体平版印刷CAD程序创建的标准曲面细分语言(STL)，或作为美国机械工程师协会(ASME)标准的增材制造文件(AMF)，后者是被设计为允许任何CAD软件描述将在任何AM打印机上制造的任何三维物件的形状和组成的基于可扩展标记语言(XML)的格式。代码320可根据需要在不同格式之间转化、转换成一组数据信号，并且作为一组数据信号传输、接收并转换为代码、被存储等。代码320可为对系统300的输入，并且可来自零件设计师、知识产权(IP)提供商、设计公司、系统300的操作者或拥有者或来自其他来源。在任何情况下，AM控制系统304执行代码320，将翼型件100(图3和图4)分成在连续的液体、粉末、片或其他材料层中使用AM打印机306组装的一系列薄片。在DMLM示例中，将每一层都熔融成由代码320定义的精确几何形状并融合到前一层。
除外部壁126之外的间隔开的壁122的外部面146和/或142上包括第二TBC 136的实施方案可被增材制造为单独部件，并且随后被组装而形成壁结构120。例如，内部壁130和中间壁128一起可被增材制造为相对于外部壁126(例如，翼型件蒙皮)的单独部件(例如，翼型件芯)。在施加第二TBC 136之后，内部壁130和中间壁128可组装到外部壁126。壁结构120的组装可通过冶金方式(例如，硬钎焊或焊接)或机械方式(例如，摩擦配合或紧固件)或它们的任何组合来实现。
在增材制造之后，翼型件100(图3和图4)的部件可暴露于任何种类的修整工艺，例如，少量机加工、密封、抛光、组装到另一零件等。就本公开而言，TBC 166、136可施加到壁结构120的间隔开的壁122的外部面168、146、142中的一些或全部。TBC 166、136可使用任何现在已知或未来开发的涂覆技术来施加，并且可以任何数量的层施加。第二TBC 136可以存在于或不存在于有支架的构件140和/或分隔件156的横向侧壁上。在一些实施方案中，第二TBC 136可不存在于有支架的构件140的外表面和/或内表面上，以有利于热量通过壁结构120传导。相似地，第二TBC 136可不存在于分隔件156的外表面和/或内表面上。如上所述，TBC 166、136可以选择性地施加到外部面168、146、142有支架的构件140和分隔件156上，以使多个部分不包括TBC 166、136。另选地，可在施加后选择性地移除TBC 166、136，或者可通过选择性施加和选择性移除步骤的组合来形成TBC 166、136。
在操作中，如图11所示，在于外部壁126上方的TBC 166中出现散裂200之后，壁结构120的结构允许冷却介质124从中通过，从而延长了壁结构和翼型件的寿命。同样在操作中，如图12所示，在于外部壁126上方的TBC 166中出现一个或多个散裂导致的开口210之后，壁结构120的结构允许在壁结构120的由散裂导致的开口所暴露的部分的上方由冷却介质124形成冷却狭缝膜214。
根据本公开的实施方案的翼型件100提供了壁结构120，该壁结构响应于散裂200而冷却翼型件100并延长其寿命。壁结构120的结构可以显著减少标称冷却流量。对翼型件100使用增材制造允许翼型件100的壁结构120被形成为包括多层、多壁、多种材料(例如，就扩散段部分或倒角190而言)和/或多冷却室的结构。
本文使用的术语仅用于描述特定实施方案的目的并且不旨在限制本公开。如本文所用，单数形式“一个”、“一种”和“该”旨在也包括复数形式，除非上下文另有明确地说明。将进一步理解，当在说明书中使用时，术语“包括”和/或“包含”指定存在陈述特征、整数、步骤、操作、元件和/或部件，但是不排除存在或添加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、部件和/或它们的组。“可选的”或“可选地”意指随后描述的事件或情况可能发生或可能不发生，并且该描述包括事件发生的实例和事件不发生的实例。
如在整个说明书和权利要求书中使用的，近似语言可以用于修改可以允许变化的任何定量表示，而不会导致与其相关的基本功能的改变。因此，由一个或多个术语(诸如“约”、“大约”和“基本上”)修饰的值不限于指定的精确值。在至少一些情况下，近似语言可以对应于用于测量值的仪器的精度。在此以及在整个说明书和权利要求书中，范围限制可以组合和/或互换，此类范围被识别并包括其中包含的所有子范围，除非上下文或语言另有指示。应用于范围的特定值的“约”适用于两个值，除非另外依赖于测量值的仪器的精度，否则可以指示一个或多个值的+/-10％。
以下权利要求书中的所有装置或步骤加功能元件的对应结构、材料、动作和等同物旨在包括用于结合具体要求保护的其他要求保护的元件执行功能的任何结构、材料或动作。已经出于说明和描述的目的给出了对本公开的描述，但其并不旨在穷举或将本公开限制于所公开的形式。在不脱离本公开的范围和实质的情况下，许多修改和变化对于本领域普通技术人员将是显而易见的。选择和描述了实施方案以便最好地解释本公开的原理和实际应用，并且使得本领域的其他技术人员能够理解具有适合于预期的特定用途的各种修改的本公开的各种实施方案。

Claims (10)

1.一种涡轮翼型件(100)，所述涡轮翼型件(100)具有壁结构(120)，所述壁结构包括：
多个间隔开的壁(122)，所述多个间隔开的壁包括外部壁(126)、中间壁(128)和内部壁(130)，其中所述多个间隔开的壁(122)中的每个间隔开的壁与相邻的间隔开的壁(122)由多个有支架的构件(140)分开；
限定在所述外部壁(126)与所述中间壁(128)之间的多个外冷却室(154)；
在所述外部壁(126)与所述中间壁(128)之间的外分隔件(156)，所述外分隔件将所述多个外冷却室(154)中的每个外冷却室彼此轴向分开；
限定在所述中间壁(128)与所述内部壁(130)之间的多个中间冷却室(154)；
在所述中间壁(128)与所述内部壁(130)之间的中间分隔件(156)，所述中间分隔件将所述多个中间冷却室(154)中的每个中间冷却室彼此轴向分开；
设置在所述外部壁(126)的外部面(168)上的第一热屏障涂层(TBC)(166)，所述第一TBC(166)具有被构造成暴露于具有高温的工作流体(116)的外部表面(170)；
设置在所述中间壁(128)的外面上的第二TBC(136)，所述第二TBC(136)具有被构造成暴露于具有所述高温的所述工作流体(116)的外表面，其中所述多个有支架的构件(140)中的每个有支架的构件(140)的外表面不包括所述第二TBC(136)，并且其中所述外分隔件(156)的外表面不包括所述第二TBC(136)；
穿过所述内部壁(130)的第一多个冲击开口(186)，所述第一多个冲击开口(186)为冷却剂提供从所述涡轮翼型件(100)的中央室(172)到所述多个中间冷却室(154)中的至少一个中间冷却室的通路；
穿过所述中间壁(128)的第二多个冲击开口(186)，所述第二多个冲击开口(186)为所述冷却剂提供从所述多个中间冷却室(154)中的至少一个中间冷却室到所述多个外冷却室(154)中的至少一个外冷却室的通路；和
穿过所述外部壁(126)的多个冷却通道(174)，所述多个冷却通道(174)为所述冷却剂提供从所述多个外冷却室(154)中的至少一个外冷却室到所述第一TBC(166)的所述外部表面(170)的通路。
2.根据权利要求1所述的涡轮翼型件(100)，其中所述外分隔件(156)沿着所述中间壁(128)的径向长度从所述中间壁(146)的外部面延伸到所述外部壁(148)的内部面。
3.根据权利要求1所述的涡轮翼型件(100)，其中所述中间分隔件(156)沿着所述中间壁(128)的径向长度从所述内部壁(142)的外部面延伸到所述中间壁(144)的内部面。
4.根据权利要求1所述的涡轮翼型件(100)，其中所述外分隔件(156)和所述中间分隔件(156)沿着所述中间壁(128)的同一径向长度对齐。
5.根据权利要求1所述的涡轮翼型件(100)，还包括设置在所述外部壁(126)的所述外部面(168)上的多个突部(178)，
其中所述多个冷却通道(174)中的每个冷却通道被设置成穿过所述多个突部(178)中的一个突部(178)，并且
其中所述多个突部(178)中的每个突部(178)的外表面(180)不包括所述第一TBC(166)。
6.根据权利要求1所述的涡轮翼型件(100)，其中所述外部壁(126)的厚度基本上等于所述中间壁(128)和所述内部壁(130)中的至少一者的厚度。
7.根据权利要求6所述的涡轮翼型件(100)，其中所述外部壁(126)的厚度为大约0.02英寸至大约0.15英寸。
8.根据权利要求1所述的涡轮翼型件(100)，其中所述中间壁(128)在所述中间壁(128)的外面与所述第二多个冲击开口(186)中的冲击开口(186)的侧壁(196)之间的接合部(192)处包括倒角(190)。
9.根据权利要求1所述的涡轮翼型件(100)，其中所述第一多个冲击开口(186)中的所述冲击开口(186)不与所述第二多个冲击开口(186)对齐。
10.根据权利要求1所述的涡轮翼型件(100)，其中所述多个有支架的构件(140)中的每个有支架的构件(140)的横截面几何形状选自由以下项组成的组：圆形、椭圆形、8字形、正方形、具有弯曲边的正方形以及矩形几何形状。
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CN115013076A (zh) * 2022-08-10 2022-09-06 中国航发四川燃气涡轮研究院 一种花洒状涡轮叶片冷却单元及涡轮叶片
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