专利名称：耐高温结构及涡轮的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及冷却技术，尤其涉及一种耐高温结构及涡轮。
背景技术：
在燃气轮机的主要部件中，涡轮转静子部件长期工作于高温高压的环境中，工作环境温度一般在1300K以上，光靠材料自身的耐高温性能，无法长期承受高温恶劣环境。现行冷却技术中，一般在涡轮部件与高温燃气接触的外环机体部分涂布耐高温陶瓷涂层，利用耐高温涂层来阻隔涡轮外环机体与主燃气通道中高温燃气的接触，降低外环机体温度，增强冷却效果。例如公开号CN1427085A的中国专利申请公布了一种用于结合层的合金组合物作为耐高温涂层，该涂层结构主要有基体、结合层与陶瓷涂层三层组合结构；公开号CN1221067A的中国专利申请公布了一种具有柱状结构的氧化锆研磨层作为耐高温涂层。试验证明，相同条件下，涂有耐高温涂层的部件比不涂有耐高温涂层的部件，热负荷·可以减低一半，温度可以降低100至300°C，有利于保护高温部件，延长使用寿命，提高发动机性能。然而，这些现有的耐高温陶瓷涂层都为整块涂层，涂层面积很大，而其热膨胀系数通常与基体的热膨胀系数有一定的差别，在实际工作时，在热应力的作用下，整块大面积陶瓷涂层容易产生涂层脱落或裂纹问题。
实用新型内容本实用新型的目的是提出一种耐高温结构及涡轮，能够使设置有该耐高温结构的部件承受高温恶劣环境，且耐高温涂层不易脱落或产生裂纹。为实现上述目的，本实用新型提供了一种耐高温结构，包括在部件基体上离散设置的多排的横向凹槽和纵向凹槽，所述横向凹槽与所述纵向凹槽相互交错，在所述横向凹槽和纵向凹槽之间形成所述部件基体上的多个凸台结构，所述凸台结构上布置有贯通所述部件基体的气膜孔，在所述横向凹槽和纵向凹槽中布置有粘合层和耐高温涂层，所述耐高温涂层通过所述粘合层附着在所述部件基体上。进一步的，所述耐高温涂层的表面与所述部件基体的表面形成平滑过渡的平整表面。进一步的，所述粘合层的热膨胀系数介于所述部件基体和耐高温涂层的热膨胀系数之间。进一步的，所述凸台结构包括半岛型凸台结构和/或孤岛型凸台结构。进一步的，所述凸台结构为孤岛型凸台结构。进一步的，所述凸台结构上布置的多个气膜孔的中心线与所述部件基体的表面垂直。进一步的，在所述部件基体上迎着高温气流的方向的前端还设置有中心线倾斜的气膜孔，且所述气膜孔的出气方向与所述高温气流的方向相对。[0013]进一步的，所述横向凹槽和纵向凹槽均导圆角。进一步的，所述横向凹槽和纵向凹槽的排数根据所述部件基体的尺寸确定，所述凸台结构的面积由所述气膜孔的孔径确定。基于上述技术方案，本实用新型在接触到高温气流的部件基体上离散的设置多排且相互交错的凹槽，这些凹槽内布置粘合层和耐高温涂层，耐高温涂层通过粘合层附着在部件基体上。这种凹槽结构可以形成类似于网格状的耐高温涂层，增加了耐高温涂层与部件基体粘合的面积，使得耐高温涂层粘接得更加紧密，另外由于凹槽结构的存在使得耐高温涂层在平行于部件基体表面的方向上不容易发生松动，也使得耐高温涂层更难以脱落。相比于现有的大面积的整体涂层结构，这种凹槽结构可形成相对小块的涂层区域，即便某块涂层区域发生脱落时，其他涂层区域则仍然会比较牢固的粘结在部件基体上，不容易导致整体涂层全部脱落。在凹槽之间所形成的凸台结构上布置得气膜孔可以在气膜孔出口处形成冷却气膜，该冷却气膜与耐高温涂层共同作用可以在涂层结构表面形成较小的温度梯·度，实现较好的部件冷却效果。在另一个实施例中，所述耐高温涂层的表面与所述部件基体的表面形成平滑过渡的平整表面。这种平滑过渡的平整表面可以避免在表面上形成局部高温点，从而实现较好的部件冷却效果。在另一个实施例中，所述粘合层的热膨胀系数介于所述部件基体和耐高温涂层的热膨胀系数之间。这种热膨胀系数的关系可以尽量消除部件基体与耐高温涂层之间的热膨胀程度较大差异所带来的影响。在另一个实施例中，所述凸台结构包括半岛型凸台结构和/或孤岛型凸台结构。优选的，所述凸台结构为孤岛型凸台结构。相比于半岛型凸台结构，孤岛型凸台结构更易于加工，且可减少边缘应力。在另一个实施例中，所述凸台结构上布置的多个气膜孔的中心线与所述部件基体的表面垂直。气膜孔可以形成一定面积的冷却气膜，覆盖凸台结构，与凹槽内的耐高温涂层共同实现部件的耐高温效果。优选的，在所述部件基体上迎着高温气流的方向的前端还设置有中心线倾斜的气膜孔，且所述气膜孔的出气方向与所述高温气流的方向相对。这种设置在迎向高温气流的方向的气膜孔所喷出的冷却气流可以阻碍高温气流所形成高温区域，降低流过部件基体表面的高温气流的温度，实现较好的冷却效果。在另一个实施例中，所述横向凹槽和纵向凹槽均导圆角。凹槽内导圆角，避免凹槽内的尖角应力。为实现上述目的，本实用新型提供了一种涡轮，具有外环机体，所述外环机体上设有前述的耐高温结构，所述耐高温机构中的纵向凹槽延所述外环机体周向离散设置，所述耐高温机构中的横向凹槽延发动机轴线方向离散设置。基于上述技术方案，具有前述耐高温结构的涡轮可以承受高温恶劣环境，而且耐高温涂层不易脱落或产生裂纹。
此处所说明的附图用来提供对本实用新型的进一步理解，构成本申请的一部分，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。在附图中图I为本实用新型耐高温结构的一实施例的凹槽结构与凸台结构的俯视图。图2为图I实施例的三维立体示意图。图3为图I中的A-A截面剖面图。图4为图I中B-B截面剖面图。图5为图2中C-C截面剖面图。图6为本实用新型耐高温结构的另一实施例的凹槽结构与凸台结构的俯视图。图7为图6中D-D截面剖面图。
具体实施方式
下面通过附图和实施例，对本实用新型的技术方案做进一步的详细描述。如图I所示，为本实用新型耐高温结构的一实施例的凹槽结构与凸台结构的俯视图。图I中的耐高温结构用来阻隔高温燃气与部件基体的接触，从图上可以看到，本实施例中的耐高温结构包括在部件基体I上离散设置的多排的横向凹槽3和纵向凹槽2。横向凹槽3和纵向凹槽2均优选导圆角，以避免尖角应力。从图2中的立体图中可以清楚的看到横向凹槽2与纵向凹槽3相互交错，在横向凹槽3和纵向凹槽2之间形成部件基体I上的多个凸台结构4、5，凸台结构4、5上布置有贯通部件基体I的气膜孔6。在将本实施例的耐高温结构应用到涡轮上时，可以将纵向凹槽延涡轮的外环机体周向离散设置，将横向凹槽延发动机轴线方向在涡轮的外环机体上离散设置。参见图3和图5，分别为图I的A-A截面剖面图和图2的C-C截面剖面图。从图3和图5可以看到，在横向凹槽3和纵向凹槽2中布置有粘合层7和耐高温涂层8，耐高温涂层8通过粘合层7附着在部件基体上。为了获得更大的粘接面积，最好在凹槽的底部和内壁均涂布粘合层7，再将耐高温涂层8填入凹槽内，形成多个局部的涂层区域，相比于现有的大块面积整体涂层来说，采用这种由凹槽所形成的相对小块的涂层区域比较难整块脱落，即便某块涂层区域发生脱落时，其他涂层区域则仍然会比较牢固的粘结在部件基体上，不容易导致整体涂层全部脱落。从另一角度讲，这种凹槽结构可以形成类似于网格状的耐高温涂层，增加了耐高温涂层与部件基体粘合的面积，使得耐高温涂层粘接得更加紧密，另外由于凹槽结构的存在使得耐高温涂层在平行于部件基体表面的方向上不容易发生松动，也使得耐高温涂层更难以脱落。在选择粘合层的材料时，优选粘合层的热膨胀系数介于所述部件基体和耐高温涂层的热膨胀系数之间。这种热膨胀系数的关系可以尽量消除部件基体与耐高温涂层之间的热膨胀程度较大差异所带来的影响。从图1-5可以看到，在凹槽之间所形成的凸台结构有两类，一种是孤岛型凸台结构4，另一种是半岛型凸台结构5，对于本实用新型的各种实施例，可能存在既包括孤岛型凸台结构4又包括半岛型凸台结构5的情形，即图I所示的实施例；也可以只包括孤岛型凸台结构4，如图6所示的实施例；或者只包括半岛型凸台结构5 (图中未示出)等。考虑到加工难度以及边缘应力的因素，优选图6和图7所示的只包括孤岛型凸台结构4的耐高温结构。[0038]这些凸台结构的表面以及外部的部件基体表面最好能与耐高温涂层的表面加工形成平滑过渡的平整表面，以避免局部出现高温点。在凸台结构上还布置有气膜孔6，这些气膜孔6可以在气膜孔出口处形成冷却气膜，该冷却气膜与耐高温涂层共同作用可以在涂层结构表面形成较小的温度梯度，实现较好的部件冷却效果。通常来说，这些气膜孔6优选中心线与部件基体I的表面垂直，气膜孔6贯穿部件基体的下表面12和上表面11，冷却气体从下表面12穿过气膜孔6从上表面11喷出，形成一定面积的冷却气膜，覆盖凸台结构，与凹槽内的耐高温涂层共同实现部件的耐高温效果。参见图3，在部件基体I上迎着高温气流的方向的前端还设置有中心线倾斜的气膜孔6’，且该气膜孔6’的出气方向与高温气流的方向相对。这种设置在迎向高温气流的方向的气膜孔所喷出的冷却气流可以阻碍高温气流所形成高温区域，降低流过部件基体表面的高温气流的温度，实现较好的冷却效果。 在设计耐高温结构时，需要考虑横向凹槽和纵向凹槽的排数，这通常与部件基体的尺寸有关，因此可由部件基体的尺寸确定，例如图I和图6实施例中，根据部件基体的形状和尺寸，可选择加工出8个纵向凹槽，3飞个横向凹槽。凹槽之间所形成的凸台结构要靠虑到冷却气膜所覆盖的面积，而一定厚度的冷却气膜的覆盖面积与气膜孔的孔径有关，因此如果气膜孔孔径较小，可能更适合采用较小的凸台结构。从前面所介绍的几个耐高温结构的实施例来看，本实用新型的耐高温结构中的凹槽结构可以形成类似于网格状的耐高温涂层，增加了耐高温涂层与部件基体粘合的面积，使得耐高温涂层粘接得更加紧密，另外由于凹槽结构的存在使得耐高温涂层在平行于部件基体表面的方向上不容易发生松动，也使得耐高温涂层更难以脱落。相比于现有的大面积的整体涂层结构，这种凹槽结构可形成相对小块的涂层区域，即便某块涂层区域发生脱落时，其他涂层区域则仍然会比较牢固的粘结在部件基体上，不容易导致整体涂层全部脱落。在凹槽之间所形成的凸台结构上布置得气膜孔可以在气膜孔出口处形成冷却气膜，该冷却气膜与耐高温涂层共同作用可以在涂层结构表面形成较小的温度梯度，实现较好的部件冷却效果。将上述耐高温机构应用到具有外环机体的涡轮中，将耐高温机构中的纵向凹槽延所述外环机体周向离散设置，所述耐高温机构中的横向凹槽延发动机轴线方向离散设置。从而使得该涡轮可以承受高温恶劣环境，而且耐高温涂层不易脱落或产生裂纹。最后应当说明的是以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非对其限制；尽管参照较佳实施例对本实用新型进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解依然可以对本实用新型的具体实施方式
进行修改或者对部分技术特征进行等同替换；而不脱离本实用新型技术方案的精神，其均应涵盖在本实用新型请求保护的技术方案范围当中。
权利要求1.一种耐高温结构，其特征在于，包括在部件基体上离散设置的多排的横向凹槽和纵向凹槽，所述横向凹槽与所述纵向凹槽相互交错，在所述横向凹槽和纵向凹槽之间形成所述部件基体上的多个凸台结构，所述凸台结构上布置有贯通所述部件基体的气膜孔，在所述横向凹槽和纵向凹槽中布置有粘合层和耐高温涂层，所述耐高温涂层通过所述粘合层附着在所述部件基体上。
2.根据权利要求I所述的耐高温结构，其特征在于，所述耐高温涂层的表面与所述部件基体的表面形成平滑过渡的平整表面。
3.根据权利要求I所述的耐高温结构，其特征在于，所述粘合层的热膨胀系数介于所述部件基体和耐高温涂层的热膨胀系数之间。
4.根据权利要求I所述的耐高温结构，其特征在于，所述凸台结构包括半岛型凸台结构和/或孤岛型凸台结构。
5.根据权利要求4所述的耐高温结构，其特征在于，所述凸台结构为孤岛型凸台结构。
6.根据权利要求I所述的耐高温结构，其特征在于，所述凸台结构上布置的多个气膜孔的中心线与所述部件基体的表面垂直。
7.根据权利要求6所述的耐高温结构，其特征在于，在所述部件基体上迎着高温气流的方向的前端还设置有中心线倾斜的气膜孔，且所述气膜孔的出气方向与所述高温气流的方向相对。
8.根据权利要求I所述的耐高温结构，其特征在于，所述横向凹槽和纵向凹槽均导圆角。
9.根据权利要求I所述的耐高温结构，其特征在于，所述横向凹槽和纵向凹槽的排数根据所述部件基体的尺寸确定，所述凸台结构的面积由所述气膜孔的孔径确定。
10.一种涡轮，具有外环机体，其特征在于，所述外环机体上设有权利要求I、任一所述的耐高温结构，所述耐高温机构中的纵向凹槽延所述外环机体周向离散设置，所述耐高温机构中的横向凹槽延发动机轴线方向离散设置。
专利摘要本实用新型涉及一种耐高温结构及涡轮，耐高温结构包括在部件基体上离散设置的多排的横向凹槽和纵向凹槽，横向凹槽与纵向凹槽相互交错，在横向凹槽和纵向凹槽之间形成部件基体上的多个凸台结构，凸台结构上布置有贯通部件基体的气膜孔，在横向凹槽和纵向凹槽中布置有粘合层和耐高温涂层，耐高温涂层通过粘合层附着在部件基体上。本实用新型的凹槽结构增加了耐高温涂层与部件基体粘合的面积，使得涂层粘接得更加紧密，还使涂层形成相对小块的涂层区域，不容易整体脱落。由于凹槽结构，涂层在平行于部件基体表面的方向上不容易发生松动，气膜孔可形成冷却气膜，该冷却气膜与耐高温涂层在涂层结构表面形成较小的温度梯度，实现较好的部件冷却效果。
文档编号F01D25/12GK202788953SQ20122045949
公开日2013年3月13日 申请日期2012年9月11日 优先权日2012年9月11日
发明者闫怀喜, 顾伟, 王志强, 陈潇, 苏伟, 乔剑 申请人:中航商用航空发动机有限责任公司