CN116263169A - 具有可磨损材料和处理部的发动机部件 - Google Patents

Abstract

本文公开了一种具有可磨损材料和处理部的发动机部件。示例发动机部件包括具有第一厚度并至少限定第一基体表面的基体，该基体沿轴向方向延伸；可磨损材料，该可磨损材料在第一基体表面上，该可磨损材料限定第一可磨损材料表面、第二可磨损材料，第二可磨损材料与第一可磨损材料表面径向间隔开并限定第二厚度；以及处理部，该处理部从第一可磨损材料表面延伸穿过基体的第一厚度的至少一部分。

Description

具有可磨损材料和处理部的发动机部件

技术领域

本公开大体上涉及涡轮发动机，并且更具体地，涉及一种具有可磨损材料和处理部的发动机部件。

背景技术

涡轮发动机是使用最广泛的发电技术之一，通常用于飞行器和发电应用。涡轮发动机通常包括布置成彼此流动连通的风扇和核心。涡轮发动机的核心通常包括，以串联流动方式的压缩机区段、燃烧区段、与压缩机区段位于同一轴上的涡轮区段以及排气区段。通常，壳体或外壳围绕涡轮发动机的核心。类似地，相同或单独的壳体或外壳通常围绕风扇。涡轮发动机是通过具有风扇的涡轮发动机的前部吸入大气并迫使大气通过核心的各区段来工作的。

附图说明

图1是示例燃气涡轮发动机的示意性横截面图，其中可实施本文公开的示例。

图2是另一个示例涡轮发动机的示例高压压缩机区段的示意性横截面图。

图3是根据本公开的教导的具有可磨损材料和处理部的示例混合壳体的局部周向视图。

图4是图3的示例混合壳体的局部侧视图。

图5是根据本公开的教导具有可磨损材料和处理部的另一个示例混合壳体的局部侧视图。

图6是根据本公开的教导的制造具有可磨损材料和处理部的混合发动机部件的示例方法的流程图。

这些附图不是按比率例绘制的。相反，可以在附图中放大层或区域的厚度。虽然图中显示的是具有清晰线条和边界的层和区域，但这些部分或全部的线条和/或边界可能是理想化的。在现实中，边界和/或线条可能是不可察觉的，混合的和/或不规则的。一般来说，在整个附图和随附的书面描述中将使用相同的附图标记来指代相同或相似的部分。如本文所使用的，除非另有说明，术语“高于”是指两个部分相对于地面的关系。如果第二部分至少有一部分在地面和第一部分之间，那么第一部分在第二部分上方。同样，如本文所使用的，当第一部分比第二部分更接近地面时，第一部分在第二部分“下方”。如上所述，第一部分可以在第二部分的上方或下方，其间有以下中的一个或多个：在两者之间有其他部分，在两者之间没有其他部分，第一部分和第二部分接触，或第一部分和第二部分彼此没有直接接触。如本专利中所使用的，说明任何部分(例如，层、膜、区、区域或板)以任何方式位于(例如，定位在、位于、布置在或形成在等)另一个部分上，表示被引用的部分或者与另一部分接触，或者被引用的部分在另一部分的上方，并且一个或多个中间部分位于它们之间。如本文所使用的，连接引用(例如，附接、联接、连接和接合)可以包括元件集合之间的中间构件以及元件之间的相对运动，除非另有说明。因此，连接引用不一定推断两个元件直接连接并且彼此具有固定关系。如本文所使用的，声明任何部分与另一部分“接触”意味着在这两个部分之间没有中间部分。

除非另有明确说明，否则本文使用诸如“第一”、“第二”、“第三”等描述符，而不会赋予或以其他方式指示优先级、物理顺序、列表中的排列和/或任何顺序的任何含义方式，但仅用作标签和/或任意名称来区分元件，以便于理解所公开的示例。在一些示例中，描述符“第一”可以用于指代详细描述中的元件，而在权利要求中可以使用不同的描述符(例如“第二”或“第三”)来指代相同的元件。在这种情况下，应当理解的是，使用这种描述符仅仅是为了不同地识别那些例如以其他方式共享相同名称的元件。

如本文贯穿说明书和权利要求所使用的近似语言被应用于修改任何可能允许变化而不导致与其相关的基本功能发生变化的定量表示。因此，由诸如“大约”、“近似”和“基本上”之类的一个或多个术语修饰的值不限于指定的精确值。在本文使用的一些示例中，术语“基本上”用于描述两个部分之间的关系，该关系在所述关系的三度以内(例如，基本上共线的关系在线性的三度以内，基本上垂直的关系在垂直的三度以内，基本上平行的关系是在平行的三度以内，等等)。如本文所使用的，如果尺寸具有在尺寸的平均测量值的10％以内变化的测量值，则尺寸(例如，厚度、深度等)基本相等。

术语“上游”和“下游”指的是相对于流体流路中的流体流动的相对方向。例如，“上游”指流体从其流动的方向，并且“下游”指流体流向其的方向。本文使用各种术语来描述特征的曲线。通常，附图是参照与特征、力和力矩相关联的运载器的轴向方向、径向方向和周向方向进行注释的。通常，附图用一组轴线进行注释，包括轴向轴线A、径向轴线R和周向轴线C。

在下面的详细描述中，参考了构成其一部分的附图，其中通过说明的方式示出了可以实施的具体示例。对这些示例进行了足够详细的描述，以使本领域技术人员能够实践该主题，并且应当理解，可以使用其他示例。因此，提供以下详细描述以描述示例性实施方式，而不应被视为限制本公开中描述的主题的范围。来自以下描述的不同方面的某些特征可以组合以形成以下讨论的主题的新方面。

具体实施方式

涡轮发动机，在本文中也称为燃气涡轮发动机，是一种使用大气作为运动流体的内燃机。在操作中，大气通过具有风扇的涡轮发动机的前部进入，并被送入压缩机。涡轮发动机的压缩机区段负责以有效的方式向核心的下游区段提供足够量的压缩空气。当大气空气流过压缩机区段时，一个或多个压缩机(例如轴流式压缩机、离心式压缩机等)逐渐压缩空气，直到其到达燃烧区段。

涡轮发动机压缩机通常包括串联流动的连续压缩机级。然而，一些涡轮发动机压缩机包括单个压缩机级。压缩机级包括具有阵列转子叶片的转子轮毂(例如，也称为转子、轮毂等)和具有对应的定子轮叶的定子。如本文所公开，叶片可指代转子叶片和/或定子轮叶。例如，轮毂可以围绕纵向轴线同心地并且沿着纵向轴线同轴地定位。当转子轮毂高速转动时，转子叶片旋转并驱使空气向下游通过各个压缩机级。当空气流过压缩机时，连续的压缩机级进一步压缩空气。因为压缩机在逆压梯度上对气流做功(例如，空气被迫流向高压区域)，所以压缩机容易出现不稳定问题。

如上所述，至少一个壳体通常围绕涡轮发动机的区段。壳体和轮毂之间的区域限定了气流通过涡轮发动机的流动通道。壳体承受各种载荷，诸如热载荷、压力载荷以及机械载荷，这些都会影响尖端间隙。如本文所公开的尖端间隙是指叶片的尖端(例如，诸如压缩机转子叶片、风扇转子叶片等的旋转叶片和/或定子轮叶)和定位在叶片尖端处(例如，外壳、轮毂等)的另一个发动机部件之间的距离。在发动机操作的一段时间后，尖端间隙由于转子增长和壳体增长而变化，例如，通过转子的旋转速度和旋转部件和壳体的热膨胀。在涡轮发动机的操作期间，尖端间隙在相对大的间隙和相对小的间隙之间转变，这会对压缩机的可操作性和稳定性产生负面影响，增加部件效率的瞬态损失，并增加尖端摩擦的趋势。在一些情况下，例如，叶片和发动机部件之间的尖端间隙基本上不存在。在此类示例中，叶片可能摩擦发动机部件，从而损坏发动机部件和/或损坏叶片尖端。在一些情况下，相对较大的尖端间隙会导致尖端泄漏流。如本文所公开的尖端泄漏流是指在与转子叶片相关联的壳体区域中和/或在与定子轮叶相关联的轮毂区域中的气流损失。

由于尖端泄漏流与主流流和其他二次流的相互作用，压缩机的尖端区域(例如，转子叶片尖端区域和/或定子轮叶尖端区域)中的空气流场相对复杂。这些相互作用会导致效率降低并对压缩机稳定性产生负面影响。例如，尖端流泄漏会导致压缩机不稳定，诸如失速和喘振。压缩机失速是由于压缩机内转子叶片的气动失速导致的异常气流情况。压缩机失速导致流过压缩机的空气减慢或停滞。在一些情况下，当空气通过各级压缩机时气流中断会导致压缩机喘振。压缩机喘振是指导致通过压缩机的气流完全中断的失速。压缩机的操作范围可以由压缩机的失速裕度来表征。压缩机的失速裕度定义为压缩机转子叶片的每分钟操作转数(RPM)与压缩机转子叶片在给定高度失速时的RPM之间的差值。失速裕度的决定因素，更一般地，压缩机的气动学性能包含在叶片尖端处的压缩机的区域(例如，尖端区域)。

可以集成对发动机部件(例如，壳体、轮毂等)的几何修改，诸如处理部(例如，壳体处理部等)，以改进通过涡轮发动机的气流质量，同时对效率的影响最小。如本文所公开的处理部是制造到部件的表面(诸如转子壳体(例如，压缩机壳体、风扇壳体等)的内表面和/或轮毂(例如，压缩机轮毂、风扇轮毂等)的外表面)中的凹槽(例如，槽、腔体等)。在一些示例中，在靠近尖端区域的壳体的内表面中制造处理部。在一些示例中，在靠近定子轮叶尖端的轮毂的外表面中制造处理部。该处理部可以减少在尖端区域中气流的阻塞，并且可以允许气流在被重新注入主流动路径之前在处理部中再循环。

可以将处理部集成到压缩机壳体、风扇壳体和/或轮毂中，以提高压缩机的操作范围和稳定性。具体地，处理部可以通过增加失速裕度来增加压缩机的气动学可操作性。然而，处理部并不能管理尖端间隙。当尖端间隙较大时，尖端流泄漏可能会继续。此外，处理部不会防止转子叶片尖端和/或定子轮叶尖端摩擦相应的发动机部件(例如，壳体和/或轮毂)，从而损坏发动机部件和/或叶片。因此，需要一种用于涡轮发动机的新发动机部件。

本文公开的示例使得能够制造具有可磨损材料和处理部的示例混合发动机部件。在本文公开的示例中，混合发动机部件包括具有至少第一表面的基体。在一些示例中，基体是使用压铸制造的。然而，可以使用其他合适的技术，诸如增材制造技术等。在本文公开的示例中，混合发动机部件包括涂覆基体的第一表面的可磨损材料和制造到具有可磨损材料的基体的第一表面中的处理部。

在本文公开的一些示例中，混合发动机部件是壳体，并且可以围绕具有转子轮毂和转子叶片的涡轮发动机的一部分，诸如压缩机区段、风扇区段和/或涡轮区段。在这样的示例中，基体具有与内表面径向间隔开的第二表面。第一表面是基体的内表面，其与基体的第二(例如，外)表面径向向内间隔开。转子叶片可具有前缘和后缘，前缘是叶片的首先遇到迎面而来的气流的上游边缘，后缘是叶片的下游边缘。在一些示例中，可磨损材料在转子叶片的前缘附近较厚。例如，可磨损材料在壳体的区域附近可以较厚，在该区域中与转子叶片的前缘相互作用来帮助最小化前缘附近的尖端间隙。在一些示例中，处理部是在转子叶片的前缘处制造的。在一些示例中，处理部延伸到转子的前缘的上游。

在本文公开的一些示例中，混合发动机部件是轮毂，并且可以被具有定子和定子轮叶的涡轮发动机的一部分(诸如压缩机区段)围绕。在这样的示例中，第一表面是基体的最外表面。在一些这样的示例中，可磨损材料具有恒定的厚度。在某些示例中，可磨损材料厚度可沿着定子轮叶所在的轮毂的区域变化。

在本文公开的示例中，可磨损材料应用于发动机部件的第一表面。在一些示例中，可磨损材料被热喷涂到发动机部件的第一表面上。然而，可以使用任何合适的技术附加地或可选地应用可磨损材料，包括电子束物理气相沉积(EBPVD)等。在一些示例中，可磨损材料由镍-石墨制成。然而，可磨损材料可以是任何合适的可磨损材料，包括钴-镍-铬-铝-钇(CoNiCrAlY)等。在本文公开的示例中，叶片可与可磨损材料摩擦，从而磨蚀可磨损材料涂层。在一些示例中，可磨损材料通过允许叶片尖端与可磨损材料涂层摩擦来帮助最小化或以其他方式减小尖端间隙。在一些示例中，可磨损材料防止在叶片尖端摩擦可磨损材料涂层时损坏叶片尖端。因此，本文公开的混合发动机部件可帮助最小化或以其他方式减小尖端间隙和/或防止损坏叶片尖端。

在本文公开的示例中，处理部被机加工和/或以其他方式制造到可磨损材料和发动机部件中。该处理部可包括一个或多个凹槽，这些凹槽径向凹进可磨损材料和发动机部件中。在一些示例中，制造到可磨损材料中的处理部和基体对准并且共线。在一些示例中，可以在可磨损材料和发动机部件中同时制造处理部。可以使用任何合适的制造处理部的方法，包括减材制造工艺，诸如铣削、钻孔、化学处理等。

本文公开的某些示例通过将混合发动机部件与可磨损部(例如，可磨损涂层)和处理部(例如，处理部、壳体处理部等)集成在一起，提高了涡轮发动机的效率和可操作性。某些示例通过将可磨损材料涂层应用于发动机部件的第一表面来改进发动机部件的第一表面和叶片尖端之间的尖端间隙管理。在一些示例中，可磨损材料减小尖端间隙，从而改进通过涡轮发动机的气流。在一些示例中，如果尖端摩擦发动机部件，可磨损材料保护叶片尖端免受损坏，因为可磨损材料涂层会被磨掉。某些示例通过在具有可磨损材料涂层的发动机部件上制造处理部来改进涡轮发动机的气动学性能。例如，制造处理部可以改进涡轮发动机的失速裕度，从而提供气动学益处。因此，本文公开的某些示例改进了尖端间隙管理并以最小的效率损失延长了失速裕度。

下面公开的示例参照作为壳体(例如，混合壳体)的混合发动机部件进行描述。应当理解的是，本文公开的具有可磨损材料和处理部的混合壳体的示例可以附加地或可选地应用于涡轮发动机的轮毂(例如，混合轮毂)。例如，轮毂可包括涂覆轮毂的第一表面的可磨损材料。可磨损材料可在定子轮叶附近的区域中应用于轮毂的第一(例如，最外)表面。在本文公开的关于混合壳体的可磨损材料的示例可以附加地或可选地应用于轮毂的第一表面。进一步，可以在具有可磨损材料涂层的轮毂的第一表面上机加工处理部。本文公开的关于混合壳体的处理部的示例可以附加地或可选地应用于轮毂的第一表面。类似地，混合壳体的益处和/或优点可以是混合轮毂的益处和/或优点。

结合具有用于压缩机的各个级的可磨损材料和处理部的混合发动机部件(例如，混合壳体)来讨论本文公开的示例。附加地或可选地，如本文所公开的具有可磨损材料和处理部的混合发动机部件可以应用于涡轮发动机的其他区段，包括风扇区段(例如单级风扇、多级风扇、开式转子/无涵道风扇等)和涡轮区段。尽管本文公开的示例是结合涡轮风扇喷气发动机进行讨论的，但应当理解的是，本文公开的示例可以结合涡轮喷气发动机、涡轮螺旋桨喷气发动机、用于发电的燃气涡轮或任何其他合适的应用来实施。进一步，应当理解的是，本文公开的示例可以与具有齿轮结构、具有多于两个轴、包括多个线轴等的涡轮发动机一起实施。

现在参考附图，其中整个附图相同的数字表示相同的元件，图1是示例高旁通涡轮风扇式燃气涡轮发动机110(“涡轮风扇发动机110”)的示意性横截面图。虽然所示示例是高旁通涡轮风扇发动机，但本公开的原理也适用于其他类型的发动机，诸如低旁通涡轮风扇发动机、涡轮喷气发动机、涡轮螺旋桨发动机等。如图1所示，涡轮风扇发动机110限定了延伸穿过其中的纵向或轴向中心线轴线112以供参考。图1还包括参考轴向方向A、径向方向R以及周向方向C的带注释的方向图。一般来说，如本文所用，轴向方向A是大致平行于中心线轴线112延伸的方向，径向方向R是从中心线轴线112正交地向外延伸的方向，而周向方向C是围绕中心线轴线112同心地延伸的方向。

一般来说，涡轮风扇发动机110包括设置在风扇区段116下游的核心涡轮114。核心涡轮114包括限定环形入口120的大致管状外壳体118。外壳体118可由单个壳体或多个壳体形成。外壳体118以串联流动关系包围具有增压器或低压压缩机122(“LP压缩机122”)以及高压压缩机124(“HP压缩机124”)的压缩机区段、燃烧区段126、具有高压涡轮128(“HP涡轮128”)和低压涡轮130(“LP涡轮130”)的涡轮区段以及排气区段132。高压轴或线轴134(“HP轴134”)驱动联接HP涡轮128和HP压缩机124。低压轴或线轴136(“LP轴136”)驱动联接LP涡轮130和LP压缩机122。LP轴136还可以联接到风扇区段116的风扇线轴或风扇轴138。在一些示例中，LP轴136直接联接到风扇轴138(例如，直接驱动配置)。在可选配置中，LP轴136可以经由减速齿轮箱139联接到风扇轴138(例如，间接驱动或齿轮驱动配置)。

如图1所示，风扇区段116包括多个风扇叶片140，这些风扇叶片联接到风扇轴138并从风扇轴138径向向外延伸。环形风扇壳体或机舱142周向包围风扇区段116和/或机舱142的至少一部分。机舱142可由多个周向间隔开的出口导向轮叶144相对于核心涡轮114支撑。此外，机舱142的下游区段146可包围核心涡轮114的外部部分以在其间限定旁通气流通道148。

如图1所示，空气150在涡轮风扇发动机110的操作期间进入其入口部分152。空气150的第一部分154流入旁通气流通道148，而空气150的第二部分156流入LP压缩机122的环形入口120。联接到LP轴136的LP压缩机定子轮叶170和LP压缩机转子叶片172的一个或多个连续级逐渐压缩流过LP压缩机122并到达HP压缩机124的空气150的第二部分156。接着，联接到HP轴134的HP压缩机定子轮叶174和HP压缩机转子叶片176的一个或多个连续级进一步压缩流过HP压缩机124的空气150的第二部分156。这将压缩空气158提供给燃烧区段126，在其中其与燃料混合并燃烧以提供燃烧气体160。

燃烧气体160流过HP涡轮128，其中联接到HP轴134的HP涡轮定子轮叶166和HP涡轮转子叶片168的一个或多个顺序级从其提取动能和/或热能的第一部分。这种能量提取支持HP压缩机124的操作。然后燃烧气体160流过LP涡轮130，其中联接到LP轴136的LP涡轮定子轮叶162和LP涡轮转子叶片164的一个或多个连续级从其提取热能和/或动能的第二部分。这种能量提取导致LP轴136旋转，从而支持LP压缩机122的操作和/或风扇轴138的旋转。然后燃烧气体160通过其排气区段132离开核心涡轮114。具有整流罩组件的涡轮框架161位于HP涡轮128和LP涡轮130之间。涡轮框架161用作支撑结构，将高压轴的后轴承与涡轮壳体连接，并在HP涡轮128和LP涡轮130之间形成气动过渡涵道。整流罩形成高压和低压涡轮之间的流动路径，并且可以使用金属铸件(例如，镍基铸造金属合金等)形成。

与涡轮风扇发动机110一起，核心涡轮114用于相似的目的并暴露于陆用燃气涡轮、涡轮喷气发动机中的相似环境，其中空气150的第一部分154与空气150的第二部分156的比率小于涡轮风扇和无涵道风扇发动机(其中风扇区段116没有机舱142)中的比率。在每个涡轮风扇、涡轮喷气以及无涵道发动机中，减速装置(例如，减速齿轮箱139)可以包含在任何轴和线轴之间。例如，减速齿轮箱139设置在LP轴136和风扇区段116的风扇轴138之间。

如上述关于图1所述，涡轮框架161位于HP涡轮128和LP涡轮130之间，以将高压轴的后轴承与涡轮壳体连接起来，并在高压涡轮128和低压涡轮130之间形成气动过渡涵道。因此，空气流过HP涡轮128和LP涡轮130之间的涡轮框架161。

图2是轴向中心线(例如，中心线轴线112)上方的另一个示例涡轮发动机的示例高压压缩机(例如，HP压缩机)200的示意性横截面图。在一些示例中，涡轮发动机可包括附加的压缩机区段，诸如另一个高压压缩机区段、低压压缩机区段等。如上所述，压缩机的任务是为涡轮发动机的下游区段压缩足够量的大气。因此，HP压缩机200应尽可能高效地操作，以为涡轮发动机的操作提供足够的压缩空气。

图2的HP压缩机200包括示例转子叶片202、示例定子轮叶204、示例HP压缩机壳体206以及示例HP压缩机轮毂(例如，轮毂)207。转子叶片202围绕轮毂207周向间隔开并且转子叶片202朝向HP压缩机壳体206径向向外延伸。在操作中，转子叶片202在周向方向上旋转。图2的示例HP压缩机壳体(例如，壳体)206包括具有外环形基体表面和内环形基体表面(例如，内表面)的环形基体。在所示示例中，内表面是示例第一表面208，其沿轴向方向改变半径，沿轴向方向径向向内倾斜。在附加的或可选的示例中，壳体206可以沿着轴向方向径向向外倾斜和/或可以沿着轴向方向保持恒定的半径。在所示示例中，轮毂207由具有外环形表面(例如，外表面)的环形基体限定。在所示示例中，外表面是示例第一表面209。

示例转子叶片尖端区域210在示例转子叶片尖端212处在壳体206的区域中示出。示例定子轮叶尖端区域211在示例定子轮叶尖端213处在轮毂207的区域中示出。在操作中，壳体206经受影响尖端区域210、211且更具体地，影响尖端间隙的显著载荷。如图2所示，尖端间隙是在转子尖端212与壳体206的第一表面208之间和/或在定子尖端213和轮毂207的第一表面209之间的距离。在操作中，叶片尖端212、213和第一表面208、209之间的间隙可以在相对大的间隙和相对小的间隙之间过渡。例如，较大的间隙可能在轴心线的4％到10％之间。在一些情况下，叶片尖端212、213可能摩擦第一表面208、209。进一步，尖端间隙的变化可能影响通过HP压缩机200的气流，导致不稳定。因此，示例混合发动机部件将有益于HP压缩机200。附加地或可选地，示例混合发动机部件将有益于其他压缩机区段以及涡轮发动机的附加区段，诸如风扇区段和/或涡轮区段。

图3示出了根据本公开的教导形成的示例混合壳体300。图3包括在转子叶片的尖端区域(例如，尖端区域210)处的轴向中心线(例如，中心线轴线112)上方的示例压缩机(例如，HP压缩机200)的局部周向视图。为了简化起见，图3所示的示例未示出示例轮毂(例如，轮毂207)或示例定子轮叶(例如，定子轮叶204)。然而，应当理解的是，所公开的关于混合壳体的示例可以附加地或可选地应用于示例混合轮毂。

混合壳体300包括示例基体302、示例可磨损材料304以及示例处理部306。图3还示出了压缩机转子叶片(例如，转子叶片202)的示例局部视图。在转子叶片202和混合壳体300之间示出了示例尖端间隙308。

图3的示例基体302由球墨铸铁制成。然而，任何合适的材料都可以附加地或可选地用于形成基体302，诸如Kevlar^TM等。基体302沿轴向方向延伸。基体302具有示例第一表面310和示例基体厚度312。基体厚度312由第一表面310和径向向外延伸到基体302的示例性第二表面314之间的距离限定。基体302的第一表面310围绕转子叶片202。在所示示例中，基体302的第一表面310沿轴向方向保持恒定的半径。如上所述，在附加的或可选的示例中，基体302的第一表面310可以沿轴向方向改变半径。

示例可磨损材料304应用于基体302的第一表面310。可磨损材料的厚度(也称为可磨损材料厚度)316由距示例第一可磨损表面318的距离限定，第一可磨损表面318与基体302的第一表面310在相同的位置，并且朝向示例第二可磨损表面320径向延伸。混合壳体300的厚度由基体厚度312和可磨损材料厚度316限定。与基体厚度312相比，可磨损材料厚度316相对较薄。在涡轮发动机的操作期间，可磨损材料厚度316可以改变。例如，转子叶片202的尖端可摩擦可磨损材料304，从而摩擦掉可磨损材料304涂层。在一些示例中，可磨损材料厚度316大约为30-40密耳。然而，可磨损材料厚度316可以是适合于在操作期间承受磨损的任何厚度。在一些示例中，可磨损材料厚度316使得如果摩擦掉可磨损材料304，则混合壳体300的厚度保持相对不变。在一些示例中，可磨损材料厚度316使得如果摩擦掉可磨损材料304，处理部306的深度322保持相对不变。

示例处理部306包括凹进具有可磨损材料304的基体302中的多个凹槽。通过在基体302的可磨损材料304和第一表面310中产生凹槽来制造处理部306。示例处理部306从可磨损材料304的第二耐磨表面320延伸到超过第一表面310的基体302的表面(例如，在第一表面310和外表面314之间)。示例处理部深度322可以是任何合适的深度以实现气动学益处。在一些示例中，处理部深度322与可磨损材料厚度316的比率使得可磨损材料304的磨损不会影响处理部306的气动学益处。

如下所述，混合壳体300的处理部306可以具有任何合适的配置。在图3的示例中，处理部306包括形状为四边形的凹槽。然而，处理部306的形状可包括一个或多个凹槽。进一步，处理部306可以是任何合适的形状，包括周向凹槽、轴向槽、半圆形槽、U形槽、S形等。在一些示例中，处理部306包括基本相似的多个凹槽。然而，在一些示例中，凹槽可以不同。在图3所示的示例中，处理部306沿着混合壳体300的轴向方向延伸。进一步，处理部306包括在径向方向和周向方向上均匀间隔开的凹陷的凹槽。然而，处理部306可以在任何合适的方向上延伸。例如，处理部306可以是环形的并且围绕压缩机的轴线连续延伸(例如，周向凹槽)。

图4是图3的示例混合壳体300沿图3的A-A线截取的侧视图。混合壳体300包括示例基体302、示例可磨损材料304以及示例处理306。图4还示出了图3的示例转子叶片202的侧视图。在操作中，转子叶片202在周向方向上高速旋转。因此，转子叶片202具有示例前缘402(叶片的上游边缘)和示例后缘404(叶片的下游边缘)。如图所示，处理部306在转子叶片202的前缘402操作的混合壳体300的区段处制造。在一些示例中，处理部306可以占据在后缘404处的混合壳体300的部分和/或在前缘402和后缘404之间的混合壳体300的部分。在一些示例中，处理部306在前缘402的上游延伸。在附加的或可选的示例中，处理部306延伸到后缘404的下游。

在图4的示例中，可磨损材料304的厚度316是恒定的。然而，如下面结合图5所示，可磨损材料304的厚度316在一些示例中可以变化。例如，转子叶片202的前缘402可具有压缩机的最高性能导数(derivative)。因此，在一些示例中，当与后缘404相比，可磨损材料304的厚度316在转子叶片202的前缘402附近可以更大。

图5是根据本公开的教导的另一个示例混合壳体500的图示。图5包括示例基体(例如，基体302)、示例可磨损材料(例如，可磨损材料304)、示例处理部(例如，处理部306)和示例转子叶片(例如，转子叶片202)。转子叶片202具有前缘(例如，前缘402)和后缘(例如，后缘404)。示例混合壳体500类似于图3和4的混合壳体300。然而，图5的示例混合壳体500具有可磨损材料304，其在转子叶片202的前缘402操作的混合壳体500的部分附近更厚。如图所示，可磨损材料304的前缘厚度502大于可磨损材料304的后缘厚度504。可磨损材料304在前缘402附近更厚并且朝向混合壳体500的后缘404部分逐渐轴向地改变半径(例如，倾斜、歪斜等)。

图6是代表示例方法600的流程图，该方法600用于制造具有可磨损材料和处理部的混合发动机部件(包括图3-5的混合壳体)。在一些示例中，方法600开始于方框602，其中制造用于混合发动机部件(例如，混合壳体300、500)的示例基体(例如，示例基体302)。混合壳体300、500例如可以包括示例第一表面(例如，第一表面310)和示例第二表面(例如，第二表面314)。基体302可以使用压铸工艺制造。在一些示例中，方法600开始于方框604(例如，在已经提供基体的示例中)。在方框604，将示例可磨损材料(例如，可磨损材料304)应用于基体302的第一表面310。例如，可磨损材料304可以被热喷涂、通过电子束物理气相沉积(EBPVD)喷涂等。然后该方法询问是否在转子叶片202的示例前缘(例如，前缘402)与基体302的第一表面310相互作用的位置添加可磨损材料304的附加层(方框606)。如果方框606的回答是否定的，则该方法移动到方框608。如果方框606的回答是肯定的，则方框604重复以在混合壳体300、500的与转子叶片202的前缘402相互作用的区段处喷涂额外的可磨损材料层304。方框604和606重复直到应用了期望量的可磨损材料304。在附加的或可选的示例中，使用在前缘402处将可磨损材料304喷涂得更厚的智能喷涂。在这样的示例中，可以跳过方框606。在方框608，处理部306被制造到基体302上，从可磨损材料304的示例第二可磨损表面(例如，第二可磨损表面320)朝向超过第一表面310的基体302的第三表面(例如，在基体302的第一表面310和基体302的第二表面314之间)延伸。可以使用任何合适的方法制造处理部306，包括诸如铣削、钻孔等的减法制造工艺和/或诸如化学蚀刻等的其他合适的方法。

尽管上述公开的每个示例混合壳体300、500具有某些特征，但是应当理解的是，示例混合壳体300、500的特定特征没有必要专门用于该示例。附加地或可选地，尽管以上公开的每个示例性可磨损材料304具有某些特征，但是应当理解的是，没有必要将示例可磨损材料304的特定特征专门用于该示例。附加地或可选地，尽管以上公开的每个示例处理部306具有某些特征，但是应当理解的是，示例处理部306的特定特征没有必要专门用于该示例。相反，上述和/或附图中描绘的任何特征可以与任何示例组合，以补充或替代那些示例的任何其他特征。一个示例的特征与另一个示例的特征并不互斥。相反，本公开的范围包含任何特征的任何组合。此外，为混合壳体300、500公开的示例特征可以附加地或可选地应用于另一示例混合发动机部件，诸如混合轮毂等。

“包含”和“包括”(及其所有形式和时态)在本文中用作开放式术语。因此，只要权利要求采用任何形式的“包含”或“包括”(例如，包括、包含、具有等)作为前言或在任何类型的权利要求陈述中，应理解为在不超出相应权利要求或引用的范围的情况下，可以存在附加元素、术语等。如本文所用，当短语“至少”用作例如权利要求的序言中的过渡术语时，它以与术语“包括”和“包含”相同的方式是开放式的。术语“和/或”当以例如A、B和/或C的形式使用时，指的是A、B、C的任何组合或子集，例如(1)仅A，(2)仅B，(3)仅C，(4)A与B，(5)A与C，(6)B与C，和(7)A与B并与C。如本文在描述结构、部件、项目、对象和/或事物的上下文中使用的，短语“A和B中的至少一个”旨在指代包括以下中的任何一个实施方式：(1)至少一个A、(2)至少一个B和(3)至少一个A和至少一个B。类似地，如本文在描述结构、部件、项目、对象和/或事物的上下文中使用的，短语“A或B中的至少一个”旨在指代包括以下中的任何一个的实施方式：(1)至少一个A、(2)至少一个B、或(3)至少一个A和至少一个B。如本文在描述过程、指令、动作、活动和/或步骤的表现或执行的上下文中使用的，短语“A和B中的至少一个”旨在指代包括以下中的任何一个的实施方式：(1)至少一个A、(2)至少一个B和(3)至少一个A和至少一个B。类似地，如本文在描述过程、指令、动作、活动和/或步骤的表现或执行的上下文中使用的，短语“A或B中的至少一个”旨在指代包括以下中的任何一个的实施方式：(1)至少一个A、(2)至少一个B或(3)至少一个A和至少一个B。

如本文所用，单数引用(例如，“一”、“一个”、“第一”、“第二”等)不排除复数。如本文所用，术语“一”或“一个”对象是指该对象中的一个或多个。术语“一”

(或“一个”)、“一个或多个”和“至少一个”在本文中可互换使用。此外，虽然单独

列出，但多个装置、元件或方法动作可由例如相同的实体或对象来实施。附加地，虽然单5独的特征可以包括在不同的示例或权利要求中，但是这些可能被组合，并且包括在不同的

示例或权利要求中并不意味着特征的组合不可行和/或有利。

从上文中可以理解，已经公开了用于具有可磨损材料和处理部的混合发动机部件的示例性方法、设备和制品。在本文公开的示例中，基体在叶片(例如，转子叶片和/或定子轮

叶)附近的区域中具有第一表面。在本文公开的示例中，可磨损材料应用于基体的第一表0面。在本文公开的示例中，处理部应用于具有可磨损材料的发动机部件。部分由于可磨损

材料涂层，本文公开的示例提供改进的尖端间隙管理。本文公开的示例能够部分地由于处理部而改进气动学性能。本文公开的示例通过在尖端间隙最小时使尖端能够摩擦掉可磨损材料来保护叶片尖端免受损坏。因此，本文公开的示例能够改进涡轮发动机的可操作性和效率，实现气动学益处，改进失速裕度，并控制尖端间隙。

5本公开的其他方面由以下条项的主题提供：

示例1包括一种发动机部件，包括：基体，基体具有第一厚度并至少限定第一基体表面，基体沿轴向方向延伸；可磨损材料，可磨损材料在第一基体表面上，可磨损材料限定第一可磨损材料表面、第二可磨损材料表面并限定第二厚度，第二可磨损材料表面与第一

可磨损材料表面径向间隔开；处理部，处理部从第一可磨损材料表面延伸通过基体的第一0厚度的至少一部分。

示例2包括任一项前述条项的发动机部件，其中可磨损材料的第二厚度小于基体的第一厚度。

示例3包括任一项前述条项的发动机部件，其中部件是壳体，部件围绕转子叶片，转子叶片中的一些具有前缘和后缘。

5示例4包括任一项前述条项的发动机部件，其中可磨损材料在部件的转子叶片的前缘

操作所在的区段处具有第一厚度，以及在部件的转子叶片的后缘操作所在的一部分具有第二厚度，第一厚度大于第二厚度，可磨损材料的厚度沿着轴向方向从第一厚度向第二厚度变化。

示例5包括任一项前述条项的发动机部件，其中可磨损材料是热喷涂可磨损材料。

示例6包括任一项前述条项的发动机部件，其中可磨损材料包括镍-石墨或钴-镍-铬-铝-钇(CoNiCrAlY)中的至少一种。

示例7包括任一项前述条项的发动机部件，其中基体在涡轮发动机的风扇区段、涡轮发动机的压缩机区段或涡轮发动机的涡轮区段中的至少一个的一部分内。

示例8包括任一项前述条项的发动机部件，其中处理部包括制造在可磨损材料和基体中的凹槽。

示例9包括任一项前述条项的发动机部件，其中可磨损材料的处理部与基体的处理部共线。

示例10包括一种燃气涡轮发动机，包括：转子叶片的阵列，叶片的阵列中的一些具有前缘和后缘；定子轮叶的阵列；以及发动机部件，发动机部件包括基体，基体具有至少第一表面和基体厚度，所诉基体沿轴向方向延伸；可磨损材料，可磨损材料在基体的第一表面上，可磨损材料的厚度由从第一可磨损表面朝向第二可磨损表面延伸的距离限定；以及处理部。

示例11包括任一项前述条项的燃气涡轮发动机，其中发动机部件具有由基体厚度和可磨损材料的厚度所限定的厚度。

示例12包括任一项前述条项的燃气涡轮发动机，其中发动机部件具有在应用了可磨损材料后对应于发动机部件的第一厚度和在可磨损材料磨损后对应于发动机部件的第二厚度，并且其中可磨损材料具有厚度，使得发动机部件的第一厚度和发动机部件的第二厚度基本上相等。

示例13包括任一项前述条项的燃气涡轮发动机，其中可磨损材料通过热喷涂技术或电子束物理气相沉积技术中的至少一种应用于第一表面。

示例14包括任一项前述条项的燃气涡轮发动机，其中处理部具有在可磨损材料磨损前对应于发动机部件的第一深度和在可磨损材料磨损后对应于发动机部件的第二深度，并且其中可磨损材料具有厚度，使得第一处理部深度和第二处理部深度基本上相等。

示例15包括任一项前述条项的燃气涡轮发动机，其中发动机部件是轮毂，并且其中第一表面是轮毂的外表面，轮毂的第一表面由定子轮叶的阵列围绕。

示例16包括任一项前述条项的燃气涡轮发动机，其中发动机部件是壳体，并且其中第一表面是内表面，壳体的第一表面围绕转子叶片的阵列。

示例17包括任一项前述条项的燃气涡轮发动机，其中可磨损材料在发动机部件的转子叶片的前缘操作所在的区段处具有第一厚度，以及在发动机部件的转子叶片的后缘操作所在的一部分处具有第二厚度，第一厚度大于第二厚度，可磨损材料的厚度从第一厚度向第二厚度倾斜。

示例18包括任一项前述条项的燃气涡轮发动机，其中处理部包括径向制造在可磨损材料和基体的第一表面中的多个凹槽。

示例19包括任一项前述条项的燃气涡轮发动机，其中可磨损材料的处理部与基体的处理部共线。

示例20包括任一项前述条项的燃气涡轮发动机，其中可磨损材料和处理部应用于涡轮发动机的风扇区段、涡轮发动机的前级压缩机或涡轮发动机的后级压缩机中的至少一个。

示例21一种发动机部件，包括：基体部；可磨损部；以及处理部。

尽管本文已经公开了某些示例方法、设备和制品，但本专利的覆盖范围不限于此。相反，本专利涵盖了完全落入本专利权利要求范围内的所有方法、设备以及制品。

所附的权利要求通过引用并入本详细说明中，每个权利要求作为本公开的单独实施例独立存在。

Claims (10)

1.一种发动机部件，其特征在于，包括：

基体，所述基体具有第一厚度并至少限定第一基体表面，所述基体沿着轴向方向延伸；

可磨损材料，所述可磨损材料在所述第一基体表面上，所述可磨损材料限定第一可磨损材料表面、第二可磨损材料表面并限定第二厚度，所述第二可磨损材料表面与所述第一可磨损材料表面径向间隔开；以及

处理部，所述处理部从所述第一可磨损材料表面延伸通过所述基体的所述第一厚度的至少一部分。

2.根据权利要求1所述的发动机部件，其特征在于，所述可磨损材料的所述第二厚度小于所述基体的第一厚度。

3.根据权利要求1所述的发动机部件，其特征在于，所述发动机部件包括壳体，所述发动机部件围绕转子叶片，所述转子叶片中的一些具有前缘和后缘。

4.根据权利要求3所述的发动机部件，其特征在于，所述可磨损材料在所述发动机部件的转子叶片的前缘操作所在的区段处具有第一厚度，以及在所述发动机部件的所述转子叶片的后缘操作所在的一部分处具有第二厚度，所述第一厚度大于所述第二厚度，所述可磨损材料的厚度沿着所述轴向方向从所述第一厚度向所述第二厚度变化。

5.根据权利要求1所述的发动机部件，其特征在于，所述可磨损材料包括镍-石墨或钴-镍-铬-铝-钇(CoNiCrAlY)中的至少一种，并且其中所述可磨损材料是热喷涂可磨损材料。

6.根据权利要求1所述的发动机部件，其特征在于，所述基体在涡轮发动机的风扇区段、所述涡轮发动机的压缩机区段或所述涡轮发动机的涡轮区段中的至少一个的一部分内。

7.根据权利要求1所述的发动机部件，其特征在于，所述处理部包括制造在所述可磨损材料和所述基体中的凹槽。

8.根据权利要求7所述的发动机部件，其特征在于，所述可磨损材料的处理部与所述基体的处理部共线。

9.一种燃气涡轮发动机，其特征在于，包括：

转子叶片的阵列，所述转子叶片的阵列中的一些具有前缘和后缘；

定子轮叶的阵列；以及

发动机部件，所述发动机部件包括：

基体，所述基体具有至少第一表面和基体厚度；

可磨损材料，所述可磨损材料在所述基体的所述第一表面上，所述可磨损材料的厚度由从第一可磨损表面朝向第二可磨损表面延伸的距离限定；以及

处理部，所述处理部从所述第一可磨损材料表面延伸通过所述基体厚度的至少一部分。

10.根据权利要求9所述的燃气涡轮发动机，其特征在于，所述发动机部件具有由所述基体厚度和所述可磨损材料的厚度所限定的厚度。

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