CN116927953A - 具有形状记忆合金颗粒的表面 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种易于形成沉积物的部件，如燃气涡轮发动机中烃系统的部件。该部件包括具有其上易于形成沉积物的表面的基底。在基底表面上形成形状记忆合金涂层。该形状记忆合金涂层为形成于表面上的多个颗粒，该多个颗粒中的每个颗粒由形状记忆合金形成。

Description

具有形状记忆合金颗粒的表面
技术领域
本发明涉及易形成沉积物的表面，特别是飞机燃气涡轮发动机中与烃流体接触的表面。
背景技术
燃气涡轮发动机具有接触烃流体，如燃料和润滑油的表面。当在高温下暴露于烃流体时，含碳沉积物(也称为焦炭)可能会在这些表面上形成，导致碳附着于这些表面上，并在这些表面上形成沉积物。
发明内容
本发明涉及易于形成沉积物的部件，所述部件包括基底和多个颗粒，所述基底具有其上易于形成沉积物的表面，所述多个颗粒形成于所述基底的表面上，所述多个颗粒由形状记忆合金形成。
在所述部件中，优选地，所述形状记忆合金为镍钛合金、钴镍铝合金、镍铁镓合金、铁锰镓合金或钴镍镓合金中的一种。
在所述部件中，优选地，所述多个颗粒中的每个颗粒均具有宽度，该宽度为1μm至100μm。
在所述部件中，优选地，所述多个颗粒中的颗粒不规则地排列在表面上。
在所述部件中，优选地，所述多个颗粒中的颗粒以有序阵列形式排列在表面上。
在所述部件中，优选地，所述多个颗粒中的每个颗粒为不规则形状。
在所述部件中，优选地，所述多个颗粒中的每个颗粒均具有形状，该形状是半球形、锥形、金字塔形或长方体形中的一种。
在所述部件中，优选地，所述多个颗粒中的每个颗粒具有：(i)在表面处的宽度，(ii)从表面凸出的高度，以及(iii)高度和宽度的纵横比，该纵横比为20:1或更小。
在所述部件中，优选地，所述基底为金属，所述多个颗粒中的每个颗粒均冶金结合到所述表面上。
在所述部件中，优选地，所述基底由金属合金形成，该金属合金选自铁基合金、镍基合金和铬基合金。
在所述部件中，优选地，所述表面具有多个凹槽，所述多个颗粒中的每个颗粒位于所述多个凹槽的每个凹槽中。
在所述部件中，优选地，所述形状记忆合金具有转变温度范围，所述表面暴露于经过转变温度范围的热循环。
在所述部件中，优选地，所述沉积物为焦炭、灰、硬尘、凝结垢和沉淀垢中的至少一种。
在所述部件中，优选地，所述表面与烃流体接触。
在所述部件中，优选地，所述表面暴露在超过300华氏度的温度下。
在所述部件中，优选地，所述表面暴露在600华氏度至800华氏度的温度下。
在所述部件中，优选地，所述多个颗粒中的各个颗粒在表面上彼此间隔开。
在所述部件中，优选地，所述多个颗粒中的每个颗粒均具有颗粒直径。该多个颗粒中的各个颗粒以如下距离彼此间隔开：距离为颗粒直径的10％或更大。
在所述部件中，优选地，所述多个颗粒中的各个颗粒以如下距离彼此间隔开：距离为颗粒的直径或更小。
在所述部件中，优选地，所述表面具有面积，所述多个颗粒在所述表面上具有表面密度，所述表面密度是该表面的面积的20％至95％。
在所述部件中，优选地，所述表面密度为该表面的面积的74％或更少。
本发明还涉及一种燃气涡轮发动机，其具有烃系统的部件。所述部件包括流体通道、基底和多个颗粒，其中烃流体流过该流体通道。所述基底具有面向流体通道的表面以被烃流体润湿。所述多个颗粒形成于所述基底的表面上。所述多个颗粒由形状记忆合金形成。
在所述燃气涡轮发动机中，优选地，所述形状记忆合金为镍钛合金、钴镍铝合金、镍铁镓合金、铁锰镓合金或钴镍镓合金中的一种。
在所述燃气涡轮发动机中，优选地，所述多个颗粒中的每个颗粒均具有宽度，该宽度为1μm至100μm。
在所述燃气涡轮发动机中，优选地，所述多个颗粒中的颗粒不规则地排列在表面上。
在所述燃气涡轮发动机中，优选地，所述多个颗粒中的颗粒以有序阵列形式排列在表面上。
在所述燃气涡轮发动机中，优选地，所述多个颗粒中的每个颗粒均为不规则形状。
在所述燃气涡轮发动机中，优选地，所述多个颗粒中的每个颗粒均具有形状，该形状为半球形、锥形、金字塔形或长方体形中的一种。
在所述燃气涡轮发动机中，优选地，所述多个颗粒中的每个颗粒均具有：(i)在表面处的宽度，(ii)从表面凸出的高度，以及(iii)高度和宽度的纵横比，该纵横比为20:1或更小。
在所述燃气涡轮发动机中，优选地，所述基底为金属，所述多个颗粒中的每个颗粒均冶金结合到所述表面上。
在所述燃气涡轮发动机中，优选地，所述基底由金属合金形成，所述金属合金选自铁基合金、镍基合金和铬基合金。
在所述燃气涡轮发动机中，优选地，所述表面具有多个凹槽。所述多个颗粒中的每个颗粒位于所述多个凹槽的每个凹槽中。
在所述燃气涡轮发动机中，优选地，所述形状记忆合金具有转变温度范围，所述表面暴露于经过转变温度范围的热循环。
在所述燃气涡轮发动机中，优选地，所述表面暴露在超过300华氏度的温度下。
在所述燃气涡轮发动机中，优选地，所述表面暴露在600华氏度至800华氏度的温度下。
在所述燃气涡轮发动机中，优选地，所述烃流体为燃料，所述部件为燃料管和燃料喷嘴中的至少一种。
在所述燃气涡轮发动机中，优选地，所述烃流体为油，所述部件为油管。
在所述燃气涡轮发动机中，优选地，所述多个颗粒中的各个颗粒在表面上彼此间隔开。
在所述燃气涡轮发动机中，优选地，所述多个颗粒中的每个颗粒均具有颗粒直径，多个颗粒中的各个颗粒以如下距离彼此间隔开：距离为颗粒直径的10％或更大。
在所述燃气涡轮发动机中，优选地，所述多个颗粒中的各个颗粒以如下距离彼此间隔开：距离为颗粒的直径或更小。
在所述燃气涡轮发动机中，优选地，所述表面具有面积，所述多个颗粒在所述表面上具有表面密度，所述表面密度是所述表面的面积的20％至95％。
在所述燃气涡轮发动机中，优选地，所述表面密度是所述表面的面积的74％或更小。
附图说明
本发明的特征和优点将从以下对各种示例性实施方式的描述中明显地体现出来，如附图所示，其中，相同的附图标记通常表示相同的、功能相似的和/或结构相似的元件。
图1是具有燃气涡轮发动机的飞机的示意图。
图2是沿图1中的线2-2截取的图1所示飞机的燃气涡轮发动机的示意性剖视图。
图3显示了图2所示的燃气涡轮发动机中的部件的表面，包括根据本发明实施方式的形状记忆合金(SMA)涂层。
图4是沿图3中的线4-4截取的图3所示具有SMA涂层的部件的剖视图。
图5A和图5B是沿图3中的线4-4截取的示意性剖视图，说明了图4所示SMA涂层中SMA颗粒的运动。
图6显示了具有SMA涂层的部件的表面，该SMA涂层具有交替分布(alternatedistribution)的SMA颗粒。
图7A显示了具有SMA涂层的部件的表面，该SMA涂层具有交替几何形状(alternategeometry)的SMA颗粒。图7B是沿图7A中的线7B-7B截取的图7A所示具有SMA涂层的部件的剖视图。
图8A显示了具有SMA涂层的部件的表面，该SMA涂层具有交替几何形状的SMA颗粒。图8B是沿图8A中的线8B-8B截取的图8A所示具有SMA涂层的部件的剖视图。图8C显示了具有SMA涂层的部件的表面，该SMA涂层具有交替几何形状的SMA颗粒。图8D显示了具有SMA涂层的部件的表面，该SMA涂层具有交替几何形状的SMA颗粒。
图9A显示了具有SMA涂层的部件的表面，该SMA涂层具有交替几何形状的SMA颗粒。图9B是沿图9A中的线9B-9B截取的图9A所示具有SMA涂层的部件的剖视图。图9C显示了具有SMA涂层的部件的表面，该SMA涂层具有交替几何形状的SMA颗粒。
图10显示了包含SMA涂层的另一实施例的部件。
具体实施方式
本发明的特征、优点和实施方式通过考虑下列详细说明、附图和权利要求而被阐明或显而易见。此外，以下的详细说明是示范性的，旨在提供进一步的解释，而不限制所要求保护的公开范围。
以下将详细讨论各种实施方式。在讨论具体实施方式时，这样做只是为了说明目的。相关领域的技术人员应认识到，在不背离本公开的精神和范围的情况下，可以使用其他部件和结构。
术语“上游”和“下游”是指流体通道中相对于流体流动的方向。例如，“上游”是指流体由此流出的方向，“下游”是指流体向其流动的方向。
除非另有规定，术语“耦合”、“固定”、“附接”、“连接”等是指直接耦合、固定、附接或连接，以及通过一个或多个中间部件或特征间接耦合、固定、附接或连接。
除非上下文另有明确规定，单数形式“一种(a或an)”和“该(the)”包括其复数形式。
在本说明书和权利要求书中使用的近似语言，被用于修饰任何可允许发生变化的数量表示，而不会导致与之相关的基本功能发生变化。相应地，由一个或多个术语(如“大约”、“近似”和“基本上”)修饰的值不应局限于指定的精确值。至少在某些情况下，近似语言可能与测量该值的仪器的精度，或者构造或制造部件和/或系统的方法或机器的精度有关。例如，近似语言可以指在单个值、值的范围和/或定义值范围的端点中的1％、2％、4％、10％、15％或20％的余量范围内。
在此，以及在整个说明书和权利要求书中，范围限制被组合和互换。除非上下文或语言另有说明，这些范围已被说明，并且包括其中包含的所有子范围。例如，文中公开的所有范围都包含端点，并且，当存在多个范围时，每个范围的端点可以彼此独立组合。
如前所述，在高温下，燃气涡轮发动机的表面暴露于烃流体(如燃料和润滑油)中时，在该表面上可能发生焦炭沉积。在这样的表面上，焦炭可以堆积相当的厚度，限制甚至阻塞这类通道中的流体流动。在其他情况下，大块的焦炭会从这些表面脱落，造成堵塞，甚至损坏下游部件。在某些部件中，这些沉积物可以通过定期维护去除，如清洁或更换部件。然而，这种维护可能是昂贵和耗时的，而且可能存在一些不可能进行维护的部件。本文讨论的实施方式采用形状记忆合金(SMA)颗粒的涂层(SMA涂层)，通过在沉积物形成时将其分解，避免沉积物的积累，从而可以通过流经表面的自然流体流动去除沉积物。这在本文中称为自清洁效果。
本文讨论的SMA涂层特别适用于发动机，如飞机上使用的燃气涡轮发动机。图1是可实施各种优选实施方式的飞行器10的透视图。飞行器10包含机身12，附接到机身12上的机翼14，以及尾翼16。飞行器10还包括推进系统，该推进系统产生在飞行、滑行操作等期间推动飞机10所需的推进力。图1所示的飞行器10的推进系统包括一对发动机100。在该实施方式中，每个发动机100通过翼下配置中的挂架18连接到机翼14中的一个。虽然在图1的翼下配置中显示发动机100与机翼14连接，但在其他实施方式中，发动机100可以具有替代配置并与飞行器10的其他部分耦合。例如，发动机100可以额外或可选地具有与飞行器10的其他部件(例如，尾翼16和机身12)耦合的一个或多个方面。
如下面参照图2进一步说明地，图1所示的发动机100是燃气涡轮发动机，每个发动机都能够选择性地为飞行器10产生推进力。推进力的量可以至少部分地基于经由燃料系统150提供给燃气涡轮发动机100的燃料体积来控制(见图2)。在此讨论的实施方式中的航空涡轮燃料是具有所需碳数的可燃烃液体燃料，比如煤油型燃料。燃料储存在燃料系统150的燃料箱151中。如图1所示，燃料箱151的至少一部分位于每个机翼14中，并且燃料箱151的一部分位于机翼14之间的机身12中。然而，燃料箱151可以位于机身12或机翼14中的其他合适位置。燃料箱151也可以完全位于机身12或机翼14内。燃料箱151还可以是分离的多个燃料箱，而不是单个的单一整体，例如，分别位于相应的机翼14内的两个燃料箱。
虽然图1中所示的飞行器10是飞机，但本文所述实施方式也适用于其他飞行器10，包括，例如，直升机和无人驾驶飞行器(UAV)。此外，尽管在此没有描述，但在其他实施方式中，所述燃气涡轮发动机可以是任何其他合适类型的燃气涡轮发动机，如结合到发电系统的工业燃气涡轮发动机、航海燃气涡轮发动机等。
图2是图1所示飞行器10的推进系统中使用的发动机100之一的截面图。图2的截面图沿图1中的线2-2截取。对于图2所示的实施方式，发动机100是高旁通涡扇发动机。发动机100在这里也可以称为涡扇发动机100。涡扇发动机100具有轴向A(与纵向中心线101平行，如图2所示)、径向R和周向。周向(未在图2中示出)沿绕轴向A旋转的方向延伸。涡扇发动机100包括风扇部分102和设置在风扇部分102下游的涡轮机104。
图2所示的涡轮机104包括限定入口108的管状外壳106(也称为壳体或罩)。在该实施方式中，入口108是环形的。外壳106封装发动机核心，该发动机核心包括以串联流动关系设置的压缩机部分，燃烧部分114，涡轮部分，以及喷射式排气喷嘴部分120，该压缩机部分包括增压器或低压(LP)压缩机110和高压(HP)压缩机112，该涡轮部分包括高压(HP)涡轮116和低压(LP)涡轮118。压缩机部分、燃烧部分114和涡轮部分一起至少部分地限定了从入口108延伸到喷射式排气喷嘴120的核心空气流道121。涡扇发动机还包括一个或多个驱动轴。更具体地说，涡扇发动机包括高压(HP)轴或转子122(其将HP涡轮116驱动连接到HP压缩机112)，以及低压(LP)轴或转子124(其将LP涡轮118驱动连接到LP压缩机110)。
图2所示的风扇部分102包括具有多个耦合到盘130上的风扇叶片128的风扇126。风扇叶片128和盘130一起通过LP轴124围绕纵向中心线(轴)101旋转。如图2所示，LP压缩机110也可以由LP轴124直接驱动。盘130由可旋转的前轮毂132覆盖，该前轮毂132具有空气动力学轮廓以促进气流通过多个风扇叶片128。此外，环形风扇外壳或外罩134周向围绕风扇126和/或涡轮机104的至少一部分。罩134相对于涡轮机104由多个周向间隔开的出口导向叶片136支撑。罩134的下游部分138延伸到涡轮机104的外部上方，以在其间限定旁路气流通道140。
涡扇发动机100可与燃料系统150一起操作，并从燃料系统150接收燃料流。燃料系统150包括燃料输送组件153，该燃料输送组件153将燃料流从燃料箱151提供到涡扇发动机100，更具体地说，提供到多个燃料喷嘴162，该多个燃料喷嘴162将燃料喷入燃烧部分114的燃烧器160的燃烧室164中(见图3，下面将进一步讨论)。燃料系统150的部件，更具体地说，燃料箱151，是向燃料喷嘴162提供燃料的燃料源的一个例子，下文将更详细地讨论。燃料输送组件153包括管子、管道、导管等，用于将燃料系统150的各个部件流体连接到发动机100上。燃料箱151被配置为存储烃燃料，该烃燃料由燃料箱151供应至燃料输送组件153。燃料输送组件153被配置为在燃料箱151和发动机100之间运送烃燃料，从而提供烃燃料从燃料箱151到发动机100的流动路径(流体路径)。
燃料系统150包括至少一个与燃料输送组件153流体连接的燃料泵，以引导燃料通过燃料输送组件153流向发动机100。一个这样的泵是主燃料泵155。主燃料泵155是高压泵，其是在燃料箱151和发动机100之间的燃料输送组件153中压力上升的主要来源。主燃料泵155可配置为将燃料输送组件153中的压力增加到高于燃烧器160的燃烧室164内的压力。
燃料系统150还包括与燃料输送组件153进行流体连通的燃料计量单元158。可以使用任何合适的燃料计量单位158，包括例如，计量阀。燃料计量单元157位于主燃料泵155的下游和燃料歧管159的上游，燃料歧管159被配置为将燃料分配到燃料喷嘴162。燃料系统150被配置为向燃料计量单元157提供燃料，燃料计量单元157被配置为从燃料箱151接收燃料。燃料计量单元158还被配置为以期望方式向发动机100提供燃料流。更具体地说，燃料计量单元158被配置为测量燃料，并且以例如期望的流速向发动机100的燃料歧管169提供所需的燃料体积。燃料歧管169流体连接到燃料喷嘴162，并将接收到的燃料分配(提供)到多个燃料喷嘴162，其中燃料被喷入燃烧室164并燃烧。通过调节燃料计量单元158，改变提供给燃烧室164的燃料的体积，从而改变发动机100产生的推进力的值，以推进飞行器10。
涡扇发动机100还包括各种辅助系统，以协助涡扇发动机100和/或一包括涡扇发动机100的飞行器的运行。例如，涡扇发动机100可包括主润滑系统172、压缩机冷却空气(CCA)系统174、主动热间隙控制(ATCC)系统176和发电机润滑系统178，它们中的每一个在图2中示意性地被描述。主润滑系统172被配置为向例如压缩机部分、涡轮部分、HP转子122和LP轴124中的各种轴承和齿轮啮合提供润滑剂。由主润滑系统172提供的润滑剂可以增加这些部件的使用寿命，并且可以通过使用一个或多个热交换器从这些部件中除去一定量的热量。压缩机冷却空气(CCA)系统174将来自HP压缩机112或LP压缩机110中的一个或两者的空气提供给HP涡轮116或LP涡轮118中的一个或两者。主动热间隙控制(ATCC)系统176用于当壳体温度在飞行任务期间发生变化时，使涡轮叶片尖端与壳体壁之间的间隙最小化。发电机润滑系统178为电子发电机(未显示)提供润滑，以及为电子发电机提供冷却/散热。电子发电机可以为例如用于涡扇发动机100的启动电动机和/或用于涡扇发动机100和/或包括涡扇发动机100的飞行器的各种其他电子部件提供电力。用于发动机100的润滑系统(例如，主润滑系统172和发电机润滑系统178)可使用烃流体(如油)进行润滑，其中油循环通过清油管线的内表面。
当然，本文所讨论的涡扇发动机100仅作为示例提供。在其他实施方式中，任何其他合适的发动机可与本发明的各个方面一起使用。例如，在其他实施方式中，所述发动机可以是任何其他合适的燃气涡轮发动机，如涡轴发动机、涡轮螺旋桨发动机、涡轮喷气发动机、无管道单风扇发动机等。可理解地是，通过这种方式，在其他实施方式中，燃气涡轮发动机可具有其他合适的配置，例如其他合适数量或设置的轴、压缩机、涡轮机、风扇等。此外，虽然涡扇发动机100显示为直接驱动的固定间距涡扇发动机100，但在其他实施方式中，燃气涡轮发动机可以是齿轮式燃气涡轮发动机(即，包括在风扇126和驱动风扇的轴例如LP轴124之间的齿轮箱)，也可以是可变间距的燃气涡轮发动机(即，包括具有多个可绕其各自俯仰轴(pitch axes)旋转的风扇叶片128的风扇126)等。此外，在替代实施方式中，本公开的各方面可以结合到任何其他类型的发动机，如往复式发动机中，或以其他方式与之一起使用。此外，在其他示例性实施方式中，示例性涡扇发动机100可以包括或可操作地连接到任何其他合适的附件系统。此外或可选地，示例性涡扇发动机100可不包括或不可操作地连接到上述讨论的附件系统172、174、176和178中的一个或多个。
图3显示了包括多个形状记忆合金(SMA)颗粒222的部件200的表面212，图4是沿图3中的线4-4截取的部件200的截面图。发动机100的各种不同部件在高温下接触烃流体(如燃料和油)。图3所示的部件200是与烃流体接触的这些部件中的一个，并且部件200可以是，例如，燃料输送组件153的燃料管(例如管子或管道)、燃料喷嘴162、旋流器、主润滑系统172和发电机润滑系统178的油管，和/或被配置为与烃流体接触的任何其他部件，无论该部件是在发动机100中，还是在另一系统中。部件200包括被配置为与烃流体接触的表面212。表面212形成于部件200的基底210上。部件200可包括，例如，烃流体流经其的流体通道202，基底210可为安全壳壁(a containment wall)。在这种情况下，表面212可以是部件200面向流体通道202的表面，因此，表面212可以是被流体通道202中的烃流体润湿或接触的润湿表面或接触表面。
上述飞行器应用中使用的典型材料包括不锈钢、耐腐蚀的镍和铬合金以及高强度的镍基合金。基底210可由选自铁基合金、镍基合金和铬基合金的金属合金形成。在燃气涡轮发动机中，部件200，特别是表面212可能暴露在高温下。这种高温可包括，例如超过300华氏度的温度，也可包括600华氏度到800华氏度的温度。当与烃流体接触时，使用例如上述金属的这些部件200的暴露表面(表面212)在这些温度下可能容易积累大量的焦炭。在发动机100的运行期间，部件200经历温度循环(在此也称为热循环)，从室温(例如，启动前或冷却后的条件)到运行温度，然后，停机后甚至达到更高的温度(例如，回热加热)。
在上述讨论的热循环期间，将SMA颗粒222的涂层施加到部件200的表面212上，以分解任何沉积物，如焦炭沉积物(见图5A)。将SMA颗粒222以层形式冶金结合到基底210上，更具体地，结合到基底210的表面212上，形成离散颗粒的不连续层。该不连续层在本文中被称作SMA涂层220。所述SMA涂层220包括多个离散的SMA颗粒222。在图3和图4所示的实施方式中，SMA颗粒222为半球形颗粒，它们排列在表面212上，各个SMA颗粒222之间的距离为d。SMA颗粒222可以是通常被认为属于“形状记忆合金”类别的多种材料中的任何一种。在本文讨论的应用中，形状记忆合金优选为高温形状记忆合金。例如，一种合适的高温形状记忆合金是商标名为的镍钛合金。其他合适的形状记忆合金包括，例如，钴镍铝合金、镍铁镓合金、铁锰镓合金和钴镍镓合金。与/>一样，这些形状记忆合金的成分可以调整为具有从室温(例如，20摄氏度)到100摄氏度的转变温度。使用的形状记忆合金优选具有适用于上述热循环的转变温度范围，使得表面212被配置为暴露于经过所选形状记忆合金的转变温度范围的热循环中。
图5A和图5B说明了SMA颗粒222的热行为。图5A为部件200在炭化条件下的初始状态。在该实施例方式中为焦炭的沉积物层(焦炭层230)在表面212和SMA颗粒222上形成)。形状记忆合金可以随着温度的变化(升高或降低)而发生相变。例如，可以在奥氏体相和马氏体相之间变化。通过该相变，SMA颗粒222将膨胀或收缩，由该相变导致的热膨胀系数远大于焦炭层230。因此，在表面212的温度升高或降低期间，SMA颗粒222将膨胀或收缩，使得SMA颗粒在焦炭层230中引起失效应变。图5A可说明形成焦炭层230的高温回热条件。当部件200冷却下来时，SMA颗粒222可能例如因相变而膨胀。
图5B显示了在温度变化之后，更具体地，在形状记忆合金发生相变后，SMA颗粒222和焦炭层230的状态。图5B中，SMA颗粒222的初始尺寸(图5A中的尺寸)表示为长虚线，焦炭层230的初始位置(图5A中的位置)表示为短虚线。当SMA颗粒222膨胀时，焦炭层230的变化程度或范围与SMA颗粒222不同。SMA颗粒222在焦炭层230中产生应变，该应变大到足以在焦炭层230中分层，破裂和形成裂缝232。因此，焦炭层230破裂并且可以在部件200的后续操作期间被流经表面212的烃流体除去。在一个具体实施方式中，由于热循环过程中，在焦炭层230和SMA颗粒222的界面处产生的剪切力，导致焦炭层230通过分层而脱落。由于这种热循环在每个任务循环中都可能频繁发生，因此SMA颗粒222的膨胀/收缩阻止了厚焦炭层230的形成。本文将热循环期间由相变诱发应变的这种自驱动称为SMA颗粒222的自清洁效应。这种自清洁效应发生在常规操作条件下，不需要外部能源。此外，自清洁效应是自驱动和外部激活，不需要使用例如传感器或其他反馈装置。此外，如上所述，流体流动会去除沉积物。这种自清洁效应在原地实现，无需停机维护。
再参考图3和图4，当SMA颗粒222处于初始状态的温度时，SMA颗粒222以距离d(最接近距离)彼此间隔开。为具有上述参考图5A和图5B所讨论的效果，如上所述，SMA颗粒222的最接近距离(距离d)应该足以允许焦炭层230中的应变。在一些实施方式中，SMA颗粒222在上述热循环期间可以经受10％的应变。每个SMA颗粒222可以具有宽度w，该宽度w在本实施方式中是SMA颗粒222的直径，因此，SMA颗粒222的最接近距离(距离d)可以是颗粒直径(宽度w)的10％或更大。如果SMA颗粒222设置地间隔太远，那么SMA颗粒222可能无法充分破坏焦炭层230，以避免焦炭层230的积累。在一些实施方式中，SMA颗粒222的最接近距离(距离d)可以是颗粒直径或更小。在一些实施方式中，每个SMA颗粒222的直径可以从1微米到100微米。在其他实施方式中，每个SMA颗粒222的直径可以从1微米到10微米，并且，在另外的实施方式中，每个SMA颗粒222的直径可以从20微米到70微米。每个SMA颗粒222具有高度h。高度h为从表面212到SMA颗粒222最上部的距离。
在一些实施方式中，SMA颗粒222可以在表面212处具有SMA颗粒222的高度h与宽度w的纵横比，该纵横比可以为20:1或更小。优选地，该纵横比为1:2或更大。在SMA颗粒222的不连续层会对经过SMA涂层220的流体(例如烃流体)的流动产生不利的阻流影响的一些应用中，该纵横比可以优化为2:1或更小。
SMA颗粒222可以不规则地排列在表面212上，但SMA颗粒222也可以有序图案形式排列(有序排列)在表面212上。在图3所示的实施方式中，SMA颗粒222排列成行和列。图6显示了有序排列的另一个示例。在这种布置中，一个SMA颗粒222位于四个SMA颗粒222之间的间隙位置，这四个SMA颗粒222对齐排列成行和列。可以采用其他合适的布置，包括例如六角密排(hexagonal packing)。无论在表面212上是以图案间隔或是不规则间隔，SMA涂层220都可以具有SMA颗粒222的表面密度。在一些实施方式中，表面212上的SMA颗粒222的密度可以为表面212的面积的20％至95％。在其他实施方式中，表面212上的SMA颗粒222的密度可为表面212的面积的20％至74％。
图7A和图7B显示根据另一个实施方式的SMA涂层240。在上述实施方式中，SMA颗粒222是半球形的。然而，SMA颗粒222可以具有其他合适的形状。图7A显示了包括多个SMA颗粒242的部件200的表面212，图7B是沿图7A中的线7B-7B截取的部件200的截面图。所述SMA涂层240和所述SMA颗粒242与前文所述SMA涂层220和所述SMA颗粒222相同，但本实施方式中的SMA颗粒242具有不规则形状。虽然不规则形状的SMA颗粒242的宽度w可以在SMA颗粒242和基底210之间的界面处截取，但是不规则形状的SMA颗粒242的宽度w和高度h(尺寸)可以分别由它们的中值或平均厚度和高度来表征。
图8A和图8B显示根据另一实施方式的包括多个SMA颗粒252的SMA涂层250。图8A显示了包括多个SMA颗粒252的部件200的表面212，图8B是沿图8A中线8B-8B截取的部件200的截面图。所述SMA涂层250和所述SMA颗粒252与前文所述SMA涂层220和所述SMA颗粒222相同，但本实施方式中的SMA颗粒252具有锥形形状。图8C显示根据另一实施方式的包括多个SMA颗粒254的部件200的表面212，图8D显示根据又一实施方式的包括多个SMA颗粒256的部件200的表面212。如图8C和图8D所示的SMA颗粒254、256具有呈金字塔形状，但在其他方面与图8A和图8B中所示的SMA颗粒252相同。金字塔形状可以具有有任何合适的底面，包括如图8C所示的具有三角形底面的那些，和如图8D所示的矩形底面。
图9A和图9B显示根据另一实施方式的包括多个SMA颗粒262的SMA涂层260。图9A显示包括多个SMA颗粒262的部件200的表面212，图9B是沿图9A中的线9B-9B截取的部件200的截面图。所述SMA涂层260和所述SMA颗粒262与前文所述的SMA涂层220和SMA颗粒222相同，但本实施方式中的SMA颗粒262具有长方体形，更具体地说，在本实施方式中，为立方体。图9C显示根据另一实施方式的包括多个SMA颗粒264的部件200的表面212。图9C中所示的SMA颗粒264是具有矩形底面的长方体，但在其他方面与图9A和图9B中所示的SMA颗粒262相同。
图10显示了根据另一实施方式的部件204。本实施方式的部件204与前文所述的部件200相似，更具体地显示了环形部件，例如燃料输送组件153的管。部件204还包括基底270的表面272，该表面272面向烃流体流经其的流体通道202。基底270的表面272与前文所述的基底210的表面212相似。部件204还包括包含多个SMA颗粒282的SMA涂层280。图10所示的SMA颗粒282与前文参照图9A和图9B所述的SMA颗粒262相似，但可以使用前文所述的任何SMA颗粒。在本实施方式中，所述表面272包括多个凹槽(或凹坑)274，并且在本实施方式中，相应的SMA颗粒282位于每个凹槽274中。
此处所述的部件200、204，更具体地说，表面212、272其上可能容易形成沉积物。上述实施方式使用焦炭作为沉积物的例子，该焦炭通过SMA颗粒222、242、252、254、256、262、264、282的自清洁效应去除。SMA颗粒222、242、252、254、256、262、264、282的使用不限于这些沉积物，SMA颗粒222、242、252、254、256、262、264、282可以在任何经受热循环和存在沉积物堆积可能的表面上形成。这些其他沉积物可以包括，例如，氧化物，如锈、灰、硬尘、固体、从气体或液体中冷凝或沉淀的水垢、或它们的任何组合。此处所述的实施方式采用包含SMA颗粒222、242、252、254、256、262、264、282的SMA涂层220、240、250、260、280，以在沉积物形成时，通过破坏沉积物来避免此类沉积物堆积，使得沉积物可以被流经表面的自然流体去除。SMA颗粒222、242、252、254、256、262、264、282在其附着的部件200、204正常操作下改变形状，导致沉积物破裂。
本公开的其他方面由以下条款的主题提供。
一种易于形成沉积物的部件，所述部件包括基底和多个颗粒，所述基底具有其上易于形成沉积物的表面，所述多个颗粒形成于所述基底的表面上，所述多个颗粒由形状记忆合金形成。
根据上述条款的部件，其中所述形状记忆合金为镍钛合金、钴镍铝合金、镍铁镓合金、铁锰镓合金或钴镍镓合金中的一种。
根据上述任意条款的部件，其中所述多个颗粒中的每个颗粒均具有宽度，该宽度为1μm至100μm。
根据上述任意条款的部件，其中所述多个颗粒中的颗粒不规则地排列在表面上。
根据上述任意条款的部件，其中所述多个颗粒中的颗粒以有序阵列形式排列在表面上。
根据上述任意条款的部件，其中所述多个颗粒中的每个颗粒均为不规则形状。
根据上述任意条款的部件，其中所述多个颗粒中的每个颗粒均具有形状，该形状是半球形、锥形、金字塔形或长方体形中的一种。
根据上述任意条款的部件，其中所述多个颗粒中的每个颗粒具有：(i)在表面处的宽度，(ii)从表面凸出的高度，以及(iii)高度和宽度的纵横比，该纵横比为20:1或更小。
根据上述任意条款的部件，其中所述基底为金属，所述多个颗粒中的每个颗粒均冶金结合到所述表面上。
根据上述任意条款的部件，其中所述基底由金属合金形成，该金属合金选自铁基合金、镍基合金和铬基合金。
根据上述任意条款的部件，其中所述表面具有多个凹槽，所述多个颗粒中的每个颗粒位于所述多个凹槽的每个凹槽中。
根据上述任意条款的部件，其中所述形状记忆合金具有转变温度范围，所述表面暴露于经过转变温度范围的热循环。
根据上述任意条款的部件，其中所述沉积物为焦炭、灰、硬尘、凝结垢和沉淀垢中的至少一种。
根据上述任意条款的部件，其中所述表面与烃流体接触。
根据上述任意条款的部件，其中所述表面暴露在超过300华氏度的温度下。
根据上述任意条款的部件，其中所述表面暴露在600华氏度至800华氏度的温度下。
根据上述任意条款的部件，其中所述多个颗粒中的各个颗粒在表面上彼此间隔开。
根据上述任意条款的部件，其中所述多个颗粒中的每个颗粒均具有颗粒直径。该多个颗粒中的各个颗粒以如下距离彼此间隔开：所述距离为颗粒直径的10％或更大。
根据上述任意条款的部件，其中所述多个颗粒中的各个颗粒以如下距离彼此间隔开：所述距离为颗粒的直径或更小。
根据上述任意条款的部件，其中所述表面具有面积，所述多个颗粒在所述表面上具有表面密度，所述表面密度是该表面的面积的20％至95％。
根据上述任意条款的部件，其中所述表面密度为该表面的面积的74％或更少。
一种燃气涡轮发动机，其具有烃系统的部件。所述部件包括流体通道、基底和多个颗粒，其中烃流体流过该流体通道。所述基底具有面向流体通道的表面以被烃流体润湿。所述多个颗粒形成于所述基底的表面上。所述多个颗粒由形状记忆合金形成。
根据前述条款的燃气涡轮发动机，其中所述形状记忆合金为镍钛合金、钴镍铝合金、镍铁镓合金、铁锰镓合金或钴镍镓合金中的一种。
根据前述条款的燃气涡轮发动机，其中所述多个颗粒中的每个颗粒均具有宽度，该宽度为1μm至100μm。
根据前述条款的燃气涡轮发动机，其中所述多个颗粒中的颗粒不规则地排列在表面上。
根据前述条款的燃气涡轮发动机，其中所述多个颗粒中的颗粒以有序阵列形式排列在表面上。
根据前述条款的燃气涡轮发动机，其中所述多个颗粒中的每个颗粒均为不规则形状。
根据前述条款的燃气涡轮发动机，其中所述多个颗粒中的每个颗粒均具有形状，该形状为半球形、锥形、金字塔形或长方体形中的一种。
根据前述条款的燃气涡轮发动机，其中所述多个颗粒中的每个颗粒均具有：(i)在表面处的宽度，(ii)从表面凸出的高度，以及(iii)高度和宽度的纵横比，该纵横比为20:1或更小。
根据前述条款的燃气涡轮发动机，其中所述基底为金属，所述多个颗粒中的每个颗粒均冶金结合到所述表面上。
根据前述条款的燃气涡轮发动机，其中所述基底由金属合金形成，所述金属合金选自铁基合金、镍基合金和铬基合金。
根据前述条款的燃气涡轮发动机，其中所述表面具有多个凹槽。所述多个颗粒中的每个颗粒位于所述多个凹槽的每个凹槽中。
根据前述条款的燃气涡轮发动机，其中所述形状记忆合金具有转变温度范围，所述表面暴露于经过转变温度范围的热循环。
根据前述条款的燃气涡轮发动机，其中所述表面暴露在超过300华氏度的温度下。
根据前述条款的燃气涡轮发动机，其中所述表面暴露在600华氏度至800华氏度的温度下。
根据前述条款的燃气涡轮发动机，其中所述烃流体为燃料，所述部件为燃料管和燃料喷嘴中的至少一种。
根据前述条款的燃气涡轮发动机，其中所述烃流体为油，所述部件为油管。
根据前述条款的燃气涡轮发动机，其中所述多个颗粒中的各个颗粒在表面上彼此间隔开。
根据前述条款的燃气涡轮发动机，其中所述多个颗粒中的每个颗粒均具有颗粒直径，多个颗粒中的各个颗粒以如下距离彼此间隔开：距离为颗粒直径的10％或更大。
根据前述条款的燃气涡轮发动机，其中所述多个颗粒中的各个颗粒以如下距离彼此间隔开：距离为颗粒的直径或更小。
根据前述条款的燃气涡轮发动机，其中所述表面具有面积，所述多个颗粒在所述表面上具有表面密度，所述表面密度是所述表面的面积的20％至95％。
根据前述条款的燃气涡轮发动机，其中所述表面密度是所述表面的面积的74％或更小。
尽管上述描述针对优选实施方式，但其他变化和改进对于本领域技术人员来说是显而易见的，并且可以在不背离本公开的精神或范围的情况下进行。此外，即使没有明确说明，在一个实施方式中描述的特征也可与其他实施方式结合使用。

Claims (10)

1.一种燃气涡轮发动机，其具有烃系统的部件，所述部件包括：
流体通道，烃流体流过所述流体通道；
基底，所述基底的表面面向流体通道以被烃流体润湿；和
形成于所述基底的表面上的形状记忆合金涂层，所述形状记忆合金涂层为形成于所述表面上的多个颗粒，所述多个颗粒中的每个颗粒由形状记忆合金形成。
2.根据权利要求1所述的燃气涡轮发动机，其特征在于，所述形状记忆合金是镍钛合金、钴镍铝合金、镍铁镓合金、铁锰镓合金或钴镍镓合金中的一种。
3.根据权利要求1所述的燃气涡轮发动机，其特征在于，所述多个颗粒中的每个颗粒均为不规则形状。
4.根据权利要求1所述的燃气涡轮发动机，其特征在于，所述基底由金属合金形成，所述金属合金选自铁基合金、镍基合金和铬基合金。
5.根据权利要求1所述的燃气涡轮发动机，其特征在于，所述烃流体为燃料，所述部件为燃料管和燃料喷嘴中的至少一个。
6.根据权利要求1所述的燃气涡轮发动机，其特征在于，所述烃流体为油，所述部件为油管。
7.根据权利要求1所述的燃气涡轮发动机，其特征在于，所述多个颗粒中的每个颗粒均具有颗粒直径，所述多个颗粒中的各个颗粒以如下距离彼此间隔开：所述距离为所述颗粒直径的10％以上，且为所述颗粒直径以下。
8.根据权利要求1所述的燃气涡轮发动机，其特征在于，所述多个颗粒中的各个颗粒在表面上彼此间隔开，所述表面具有面积，所述多个颗粒在所述表面上具有表面密度，所述表面密度是所述表面的面积的20％至95％。
9.易于形成沉积物的部件，所述部件包括：
基底，所述基底具有其上易于形成沉积物的表面；和
形成于所述基底的表面上的形状记忆合金涂层，所述形状记忆合金涂层为形成于所述表面上的多个颗粒，所述多个颗粒中的每个颗粒由形状记忆合金形成。
10.根据权利要求9所述的部件，其特征在于，所述形状记忆合金是镍钛合金、钴镍铝合金、镍铁镓合金、铁锰镓合金或钴镍镓合金中的一种。
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