用于燃气涡轮机的冷却复合板的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种用于燃气涡轮机的层压板，其包括用于冷却流体的冷却通道。此夕卜，本发明涉及一种制造用于燃气涡轮机的层压板的方法。
【背景技术】
[0002]为了增大燃气涡轮机的功率和效率，在现代燃气涡轮机中的入口温度变得越来越高。出于这个原因，越来越多的涡轮机部件需要某种冷却结构，以达到可接受的寿命。然而，增加例如冷却空气的使用对燃气涡轮机的效率具有负面影响，使得需要更有效的冷却方法。例如，这可以通过使用形成为较小部件的复杂冷却特征来在所述较小部件上实现。然而，对于例如由金属板制成的更大结构，可用的冷却方法比通过精密铸造或机械加工等制成的那些部件有限得多。
[0003]通过由始终特殊材料制造涡轮机部件，已使用于燃气涡轮机部件的预先制造结构适合于在更高的温度环境下使用。这种特殊材料的使用是昂贵的，并且受到可用材料的限制。
[0004]可替代地，已知的是使用彼此间隔开的双层部件，使得冷却流体在部件之间流动。由于复杂的布置和相互之间的对准，这种双部件的设计是昂贵的，并且限制了涡轮机部件的设计和轮廓的灵活性。
[0005]US4168348披露了一种用于燃气涡轮机的燃烧室的穿孔层压材料。该材料包括至少两个穿孔材料的邻接板，所述穿孔非对齐并由形成在邻接板的邻接表面的两个上的一系列通道相互连接。
[0006]US3584972披露了由结合在一起的两个或更多个金属层组成的受控多孔特性的板材，所述层被光刻或以其它方式机械加工以限定穿过层的孔以及层的邻接面之间的通路。板可以用于涡轮机叶片或燃气涡轮机的其他热部件。
【发明内容】
[0007]本发明的一个目的是提供一种用于燃气涡轮机部件的层压板，其中，层压板的制造成本和复杂度降低。
[0008]这个目的可以通过根据独立权利要求的用于燃气涡轮机部件的层压板和制造燃气涡轮机部件的方法来解决。
[0009]根据本发明的第一方面，提供了一种用于燃气涡轮机部件的层压板。层压板包括第一覆盖层、第二覆盖层和第一中间层。第一覆盖层、第二覆盖层和第一中间层彼此叠置地被堆叠在一起，其中第一中间层位于第一覆盖层和第二覆盖层之间。第一中间层包括至少一个第一细长通孔，其中，冷却流体可流动通过第一细长通孔。换句话说，围绕第一细长通孔的第一中间层的材料、第一覆盖层和第二覆盖层形成第一冷却通道，冷却流体可流动通过该第一冷却通道。
[0010]根据本发明的另一方面，提供一种制造用于燃气涡轮机的层压板的方法。根据该方法，至少一个第一细长通孔被形成到第一中间层内。第一覆盖层、第二覆盖层和第一中间层彼此叠置地被堆叠在一起。第一中间层位于第一覆盖层和第二覆盖层之间。冷却流体可流动通过第一细长通孔。第一细长通孔、第一覆盖层和第二覆盖层形成冷却通道，冷却流体可流动通过该冷却通道。
[0011]燃气涡轮机部件可被用于例如建立燃气涡轮机的导向叶片、涡轮叶片或燃烧室。该层压板可形成相应气体涡轮机部件的壁元件或外壳的一部分。该层压板可以是气体涡轮机部件的与燃气涡轮机的热工作气体相接触的一部分。
[0012]第一覆盖层、第二覆盖层和相应的中间层可以由金属材料制成。第一覆盖层、第二覆盖层和第一中间层可包括相同的材料，或者可以相对于彼此具有不同的材料。例如，第一覆盖层、第二覆盖层或第一中间层中的一个可以由金属材料制成，其中其它层由不同材料种类形成，例如玻璃或陶瓷材料或碳纤维，或者反之亦然。
[0013]在一个示例性实施例中，外覆盖层(例如第一覆盖层，其可以暴露于涡轮机的热工作气体)可以相对于第一/第二中间层和内覆盖层(例如暴露于冷却流体的第二覆盖层)由不同的材料制成，以便适合其各自的条件。第一覆盖层可以(在外部)位于气体洗涤(热)的氧化体系内，并且第二覆盖层可以(在内部)位于冷却空气(冷却剂)基本上惰性体系内或另选地在腐蚀体系内。具体而言，第一(例如外)覆盖层包括第一材料，特别是耐氧化材料，并且第一中间层、第二中间层和/或第二(例如内)覆盖层包括第二材料，特别是耐腐蚀材料。这可以提高寿命并降低成本。
[0014]在第一覆盖层和第二覆盖层之间可被插入多个中间层。因此，层压板可以包括多个层，特别是第一覆盖层、第二覆盖层和多个相应的第一和/或第二中间层的堆叠。
[0015]第一中间层包括形成第一冷却通道的细长通孔。细长通孔包括沿相应的第一覆盖层或第二覆盖层的表面引导的延伸方向。具体地，第一覆盖层或第二覆盖层的内表面包括相应的法线，该法线沿到第一中间层的方向引导。具体地，第一细长通孔的延伸方向垂直于各覆盖层的内表面的法线。因此，可以概括为，细长通孔不仅是通过其冷却流体沿平行于相应覆盖层的相应表面的法线的方向流动的通孔，而且第一细长通孔被形成为使得流动通过第一细长通孔的冷却流体沿相应的覆盖层的表面流动，并且因此垂直于相应覆盖层的表面的法线。
[0016]通过本发明的方法，相应的冷却通道由相应细长通孔和相应覆盖层的相应内表面形成。在第一或第二覆盖层内的另外的凹槽或机槽不必形成冷却通道。而且，与形成进入中间层内的具有预定深度的凹槽相比，在中间层内形成细长通孔更容易，因为在制造过程期间，调整这样的凹槽的期望深度很困难。
[0017]特别是，第一覆盖层和第二覆盖层可以无形成冷却通道的任何凹槽。冷却通道仅通过在第一中间层中被加工的第一细长通孔形成。
[0018]因此，由于在各个覆盖层中凹槽不是必需的，各个覆盖层相对于该中间层的调节和对准被简化，因为不必准确地相对于中间层调整各个覆盖层以便形成相应的冷却通道。此外，因为不对准，在覆盖层被堆叠在一起之后，也可以弯曲层压板，所述不对准由于常规双层板的弯曲而出现，所述常规的双层板包括隔开的壁元件。
[0019]根据进一步的示例性实施例，层压板包括第二中间层。第一覆盖层、第二覆盖层、第一中间层和第二中间层彼此叠置地被堆叠在一起，其中第二中间层位于在一侧的第一中间层和在另一侧的第一覆盖层或第二覆盖层之间。第二中间层包括至少一个第二细长通孔，冷却流体可以流动通过该第二细长通孔。第二细长通孔形成第二冷却通道，冷却流体可流动通过该第二冷却通道。
[0020]第二中间层可以相对于第一中间层以这样的方式被对准，即第一冷却通道和第二冷却通道彼此间隔开，并使得第一冷却通道和第二冷却通道彼此隔离，从而使冷却通道中的每个均包括单独的冷却流体入口和出口。
[0021]可替代地，第一冷却通道和第二冷却通道可被联接，例如使得冷却流体可以从一个第一冷却通道流动到另一第二冷却通道。
[0022]在进一步的示例性实施例中，第一细长通孔和第二细长通孔相对于彼此平行。
[0023]根据进一步的示例性实施例，第一细长通孔沿第一方向延伸，并且第二细长通孔沿第二方向延伸，其中，第一方向和第二方向相对于彼此不平行，特别是垂直。因此，冷却通道和另外的冷却通道例如可形成冷却通道矩阵。
[0024]根据进一步的示例性实施例，第一细长通孔和第二细长通孔在重叠区域处彼此重叠，使得冷却流体在第一细长通孔(和相应地第一冷却通道)和第二细长通孔(