本發(fā)明涉及位于燃氣輪機的燃燒器與渦輪部之間的過渡管道。此外本發(fā)明涉及包括至少一個過渡管道的燃氣輪機和制造過渡管道的方法。

背景技術(shù)：

燃氣渦輪發(fā)動機包括按照流動序列并大體圍繞轉(zhuǎn)動軸線布置的壓氣機、燃燒器和渦輪。在操作期間，壓氣機將壓縮空氣供給至燃燒器并且該壓縮空氣與氣體或液體燃料混合?？諝?燃料混合物接著并燃燒并且燃燒氣體經(jīng)由過渡管道被沿通道引導(dǎo)至渦輪部。燃燒氣體迫使渦輪的轉(zhuǎn)動，這進而經(jīng)由互連的軸驅(qū)動壓氣機。對于具有筒狀燃燒器布置的燃氣渦輪發(fā)動機，該筒狀燃燒器布置是各具有至少一個噴燃器和燃燒室的燃燒器筒的環(huán)形陣列，過渡管道典型地具有與燃燒器室接口的圓形入口和呈環(huán)形段形式的出口。過渡管道出口的環(huán)形陣列形成用于將燃燒氣體沿通道引導(dǎo)至渦輪的環(huán)體(annulus)。

過渡管道由片材金屬壁制造或者可以是具有相對大的表面面積的鑄件。這些大表面招致顯著的熱膨脹和收縮，這會引起壁內(nèi)的應(yīng)力。這些熱應(yīng)力在存在有顯著的熱梯度的情況下增加。另外，從圓形入口過渡至環(huán)形段并且燃燒器與渦輪之間接口的過渡管道的固有幾何結(jié)構(gòu)在經(jīng)受來自燃燒器的熱工作氣體時產(chǎn)生獨特的應(yīng)力狀態(tài)。

過渡管道的服務(wù)壽命部分地由其經(jīng)歷的絕對溫度和橫跨組成部件的溫度分布或梯度確定。為保護組成部件材料免于過熱，傳統(tǒng)上，在熱氣體暴露區(qū)域并且往往是在部件的整個熱側(cè)(在該情況中是過渡管道的內(nèi)表面上)施加熱障涂層(TBC)。在這里流出燃燒器的燃燒氣體流動的溫度分布不均勻并因此TBC的施加和均勻厚度由所經(jīng)歷的最大溫度和材料的熱能力確定。橫跨過渡管道的內(nèi)表面的溫度差可能在700℃的范圍內(nèi)。因為TBC被施加至過渡管道的整個內(nèi)表面，TBC的故障普遍發(fā)生在TBC的邊緣或間斷處。故障通常是TBC材料從過渡管道的表面的脫粘或者是TBC的龜裂。為此原因，對過渡管道的整個內(nèi)表面施加傳統(tǒng)的TBC，過渡管道包括形成為復(fù)雜幾何形狀的入口環(huán)和出口凸緣。

傳統(tǒng)的TBC的施加處于均勻的厚度并且是對過渡管道的整個內(nèi)表面施加，這在降低片材金屬壁材料所經(jīng)歷的溫度上是令人滿意的。然而，仍然存在有橫跨過渡管道的相當(dāng)大的熱梯度并且在服務(wù)經(jīng)歷中發(fā)現(xiàn)歸因于熱應(yīng)力的TBC的脫粘和龜裂。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為解決上面描述的已知過渡管道的問題和為了實現(xiàn)下面描述的優(yōu)點，提供有一種燃氣渦輪發(fā)動機，具有燃燒器、渦輪和過渡管道，過渡管道位于燃燒器與渦輪之間以將來自燃燒器的熱氣體沿通道引導(dǎo)至渦輪，過渡管道具有內(nèi)表面，熱氣體沖擊在內(nèi)表面上引起在內(nèi)表面上的變化的溫度分布，熱障涂層位于內(nèi)表面上并且包括至少第一熱障涂層補片和第二熱障涂層補片，第一熱障涂層補片在內(nèi)表面上并且在第一區(qū)域內(nèi)具有第一預(yù)定厚度，第一區(qū)域經(jīng)受比內(nèi)表面的未涂覆部分高的溫度且由第一預(yù)定溫度的第一等溫線劃界，第二熱障涂層補片在內(nèi)表面上并且在第二區(qū)域內(nèi)具有第二預(yù)定厚度，第二區(qū)域經(jīng)受比內(nèi)表面的未涂覆部分高的溫度且由第二預(yù)定溫度的第二等溫線劃界，其中第二預(yù)定溫度比第一預(yù)定溫度高并且第二預(yù)定厚度比第一預(yù)定厚度厚。

厚度可以是在第一熱障涂層補片和/或第二熱障涂層補片內(nèi)的最小厚度，且最小厚度位于各自的第一等溫線和/或第二等溫線附近。

熱障涂層可以包括過渡部分，過渡部分具有變化的厚度。

熱障涂層包括臺階。臺階可以是厚度上的突然增加或者可以是厚度上的逐漸增加。

過渡管道可以具有凹陷并且熱障涂層的至少一部分位于凹陷內(nèi)。

凹陷可以包括至少一個臺階并且第一熱障涂層補片或第二熱障涂層補片中的至少一個位于臺階上。

凹陷可以至少包括第一臺階和第二臺階并且第一熱障涂層補片位于第一臺階上并且第二熱障涂層補片位于第二臺階上。

凹陷可以包括至少一個平滑輪廓并且第一熱障涂層補片和/或第二熱障涂層補片中的至少一個位于平滑輪廓上。

凹陷可以至少包括第一臺階和第二臺階并且第一熱障涂層補片位于第一臺階上并且第二熱障涂層補片位于第二臺階上。

過渡管道形成部分地由內(nèi)表面限定并且部分地由熱障涂層限定的氣體洗滌表面，且氣體洗滌表面是平滑且無中斷的。

在本發(fā)明的另一方面中，提供有一種制造用于燃氣渦輪發(fā)動機的過渡管道的方法，過渡管道具有內(nèi)表面，熱氣體沖擊在內(nèi)表面上引起在內(nèi)表面上的變化的溫度分布，方法可以包括確定至少第一預(yù)定溫度的第一等溫線和第二預(yù)定溫度的第二等溫線，在內(nèi)表面上并且在第一區(qū)域內(nèi)施加具有第一預(yù)定厚度的第一熱障涂層補片，第一區(qū)域經(jīng)受比內(nèi)表面的未涂覆部分高的溫度且由第一預(yù)定溫度的第一等溫線劃界，在內(nèi)表面上并且在第二區(qū)域內(nèi)施加具有第二預(yù)定厚度的第二熱障涂層補片，第二區(qū)域經(jīng)受比內(nèi)表面的未涂覆部分高的溫度且由第二預(yù)定溫度的第二等溫線劃界，其中第二預(yù)定溫度比第一預(yù)定溫度高并且第二預(yù)定厚度比第一預(yù)定厚度厚。

方法可以包括：在過渡管道中對應(yīng)于第一區(qū)域或第二區(qū)域中的至少一個區(qū)域中形成凹陷，將第一熱障涂層補片或第二熱障涂層補片中的至少一個施加在凹陷中。凹陷可以液壓成形、鑄造、加壓、機加工和蝕刻來形成。

凹陷可以包括至少一個臺階并且第一熱障涂層補片或第二熱障涂層補片中的至少一個位于臺階上。

凹陷可以至少包括第一臺階和第二臺階并且第一熱障涂層補片位于第一臺階上并且第二熱障涂層補片位于第二臺階上。

凹陷可以包括至少一個平滑輪廓并且第一熱障涂層補片和/或第二熱障涂層補片中的至少一個位于平滑輪廓上。

下面是本發(fā)明的優(yōu)點：

a.改善了橫跨組成部件的溫度梯度并因此減小了過渡管道的蠕變變形。

b.借助減小了的應(yīng)力和其他的熱疲勞，延長了過渡管道的壽命。

c.借助較少TBC覆蓋，降低了TBC施加的成本。

d.借助在更易于訪問且覆蓋較少復(fù)雜幾何結(jié)構(gòu)的區(qū)域中施加TBC，簡化了TBC施加處理。

e.降低了在檢查和更換過渡管道方面對發(fā)動機的維護要求。

f.減少了發(fā)動機停機時間，特別是在過渡管道故障時。

g.增加了客戶對于他們的功率要求的發(fā)動機可用性。

附圖說明

通過參照結(jié)合附圖對本發(fā)明的實施例的以下描述，該發(fā)明的上面提到的屬性和其他特征與優(yōu)點及獲得它們的方式將變得更加明顯并且發(fā)明本身將更好地得以理解，其中：

圖1以截面圖示出渦輪發(fā)動機的一部分并且其中結(jié)合有本發(fā)明的過渡管道，

圖2是在渦輪發(fā)動機的過渡管道的相對于燃燒氣體的流動的大體下游方向上觀察的并依照本發(fā)明的立體圖。

圖3是在渦輪發(fā)動機的過渡管道的相對于燃燒氣體的流動的大體上游方向上觀察的且依照本發(fā)明的立體圖，

圖4是在過渡管道的內(nèi)表面上的視圖，示出了表面所經(jīng)歷的溫度的熱等溫線；

圖5是在過渡管道的內(nèi)表面上的視圖，示出了具有不同或變化的厚度的熱障涂層的補片；

圖6是圖5中示出的截面A-A的示意圖，示出了熱障涂層的變化厚度的第一布置；

圖7是圖5中示出的截面A-A的示意圖，示出了熱障涂層的變化厚度的第二布置；

圖8是圖5中示出的截面A-A的示意圖，示出了熱障涂層的變化厚度的第三布置；

圖9是圖5中示出的截面A-A的示意圖，示出了熱障涂層的變化厚度的第四布置；

圖10是圖5中示出的截面A-A的示意圖，示出了熱障涂層的變化厚度的第五布置；

圖11是圖5中示出的截面A-A的示意圖，示出了熱障涂層的變化厚度的第六布置；

圖12是用于將熱障涂層沉積在過渡管道上的設(shè)備的示意性圖示；

圖13是圖5中示出的截面A-A的示意圖，其示出了類似于圖6的熱障涂層的變化厚度的第一布置并且圖示出用于熱障涂層的沉積區(qū)；

圖14是在過渡管道的內(nèi)表面上的視圖，示出了具有不同或變化的厚度的熱障涂層的補片和適于形成熱障涂層的輸送噴嘴的多個路徑；

圖15是在過渡管道的內(nèi)表面上的視圖，示出了噴出冷卻孔的陣列并以虛線示出多個稀釋孔；

圖16是描繪了過渡管道的壁的在圖5中示出的截面B-B的表面溫度的溫度分布。

具體實施方式

圖1以截面圖示出燃氣渦輪發(fā)動機10的示例。燃氣渦輪發(fā)動機10按流動序列包括入口12、壓氣機部14、燃燒器部16和渦輪部18，它們大體布置按流動序列并且大體圍繞縱向或轉(zhuǎn)動軸線20并在縱向或轉(zhuǎn)動軸線20的方向上。燃氣渦輪發(fā)動機10進一步包括可圍繞轉(zhuǎn)動軸線20轉(zhuǎn)動并縱向延伸穿過燃氣渦輪發(fā)動機10的軸22。軸22將渦輪部18驅(qū)動地連接至壓氣機部14。

在燃氣渦輪發(fā)動機10的操作中，通過空氣入口12吸入的空氣24由壓氣機部14壓縮并被輸送至燃燒部或噴燃器部16。噴燃器部16包括噴燃器增壓室26、一個或多個燃燒室28和被固定至各燃燒室28的至少一個噴燃器30。燃燒室28和噴燃器30位于噴燃器增壓室26的內(nèi)側(cè)。穿過壓氣機14的壓縮空氣進入擴散器32并從擴散器32排放到噴燃器增壓室26內(nèi)，從那里空氣的一部分進入噴燃器30并與氣體或液體燃料混合。空氣/燃料混合物接著被燃燒并且來自燃燒的燃燒氣體34或工作氣體經(jīng)由過渡管道17被沿通道引導(dǎo)穿過燃燒室28至渦輪部18。

該示例性燃氣渦輪發(fā)動機10具有筒狀燃燒器部布置16，其由各自具有噴燃器30和燃燒室28的燃燒器筒19的環(huán)形陣列構(gòu)成，過渡管道17具有與燃燒器室28接口的大體圓形入口和呈環(huán)形段形式的出口。過渡管道出口的環(huán)形陣列形成用于將燃燒氣體沿通道引導(dǎo)至渦輪18的環(huán)體。

渦輪部18包括被附接至軸22的多個葉片承載盤36。在本示例中，兩個盤36各承載有渦輪葉片38的環(huán)形陣列。然而，葉片承載盤的數(shù)量可以不同，即僅一個盤或超過兩個的盤。另外，被固定至燃氣渦輪發(fā)動機10的定子42的引導(dǎo)翼片40布置在渦輪葉片38的環(huán)形陣列的級之間。入口引導(dǎo)翼片44設(shè)置在燃燒室28的出口與前列渦輪葉片38之間并使工作氣體的流動轉(zhuǎn)向到渦輪葉片38上。

來自燃燒室28的燃燒氣體進入渦輪部18并驅(qū)動渦輪葉片38，該渦輪葉片38進而使軸22轉(zhuǎn)動。引導(dǎo)翼片40、44用于優(yōu)化燃燒或工作氣體在渦輪葉片30上的角度。

渦輪部18驅(qū)動壓氣機部14。壓氣機部14包括翼片級46與轉(zhuǎn)子葉片級48的軸向系列。轉(zhuǎn)子葉片級48包括支撐葉片的環(huán)形陣列的轉(zhuǎn)子盤。壓氣機部14還包括包圍轉(zhuǎn)子級并支撐翼片級48的殼體50。引導(dǎo)翼片級包括被安裝至殼體50的徑向延伸翼片的環(huán)形陣列。設(shè)置了翼片以使氣體流動在給定發(fā)動機操作點以對于葉片來說的最佳角度來呈現(xiàn)。引導(dǎo)翼片級中的一些具有可變翼片，其中翼片的圍繞它們自己的縱向軸線的角度可以根據(jù)在不同發(fā)動機操作條件下可能發(fā)生的空氣流動特性而針對角度進行調(diào)節(jié)。

殼體50限定了壓氣機14的通路56的徑向外部表面52。通路56的徑向內(nèi)部表面54至少部分地由轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)子鼓53限定，該轉(zhuǎn)子鼓部分地由葉片48的環(huán)形陣列限定。

參照上面的具有將單個的多級壓氣機與單個的一個或多個級渦輪連接的單個軸或繞軸的示例性渦輪發(fā)動機來描述本發(fā)明。然而，應(yīng)該領(lǐng)會的是，本發(fā)明同樣適用于兩個或三個軸的發(fā)動機，并且其可以用于工業(yè)、航空或海洋應(yīng)用。

術(shù)語上游和下游是指通過發(fā)動機的空氣流動和/或工作氣體流動的流動方向，除非另有說明。術(shù)語向前和向后是指通過發(fā)動機的氣體的大體流動。術(shù)語軸向、徑向和周向是參照發(fā)動機的轉(zhuǎn)動軸線20進行的。

參見圖2和圖3是依照本發(fā)明的兩個立體圖，其分別示出了過渡管道17的入口和出口。過渡管道17具有大體圓形入口50和連接至渦輪18的呈環(huán)形段形式的出口52，大體圓形入口50接口并連接至燃燒器筒27的下游端。過渡管道的環(huán)形陣列形成用于將燃燒氣體沿通道引導(dǎo)至渦輪的環(huán)體。過渡管道17具有內(nèi)表面54、55、56、57,分別作為徑向內(nèi)部內(nèi)表面、徑向外部內(nèi)表面和相對的橫向的內(nèi)表面。返回參見圖1，為了清楚也示出了徑向內(nèi)部內(nèi)表面54和徑向外部內(nèi)表面55。

過渡管道17由片材金屬制造，其限定了整體表示為51且具有相對大的表面面積(特別是內(nèi)表面54和55)的壁或多個壁。這些表面招致顯著的熱膨脹和收縮，這在片材金屬中引起內(nèi)部應(yīng)力。這些內(nèi)部應(yīng)力在如下情況下增加，在該情況下在表面上和貫穿過渡管道的壁51存在顯著的熱梯度。另外，從大體圓形入口50過渡至環(huán)形段出口52并且接口在燃燒器與渦輪之間的過渡管道的固有幾何結(jié)構(gòu)在經(jīng)受來自燃燒器的熱工作氣體時引起獨特的應(yīng)力狀態(tài)。在一些燃氣輪機中并且取決于熱負(fù)載，過渡管道17可以包括片材金屬的一個壁(如這里所示的)和外部壁。往往在片材金屬的兩個壁之間供給冷卻空氣以經(jīng)由對流和來自其表面的傳導(dǎo)來冷卻組成部件。本發(fā)明同樣適用于這些雙壁的過渡管道。

圖4是在徑向內(nèi)部內(nèi)表面54上的視圖并且描繪了在渦輪發(fā)動機10的操作期間過渡管道17的表面的溫度的近似熱等高線圖。等高線圖包括一系列的等溫線60至64，各等溫線將相等溫度的點連接并界定了表面的指示出等溫線之間的范圍的表面的區(qū)域65至70。一般地，等溫線60至64的溫度從入口50增加至出口52。因此，區(qū)域65至70所經(jīng)歷的表面溫度從區(qū)域65增加至區(qū)域70。

流出燃燒器16的燃燒氣體流動34的溫度分布不均勻并且這因此招致可能在700℃的范圍內(nèi)的橫跨過渡管道17的顯著溫度差或梯度。此外并且如可以在圖1中看到的，燃燒器16的中心線35入射在徑向內(nèi)部內(nèi)表面54上。因此燃燒氣體34具有沖擊內(nèi)表面54的特定區(qū)域上的趨勢，并且在該示例中表面區(qū)域69和70招致特別高的溫度，并因此招致特別高的溫度梯度引起了過渡管道壁51材料內(nèi)的高熱招致的應(yīng)力和應(yīng)變。燃燒器氣體的該沖擊進一步加劇了貫穿過渡管道17的溫度梯度。

毫無疑問本發(fā)明的一個目的是降低過渡管道的壁的表面的溫度并因此降低壁自身的整體溫度。在熱障涂層的作用下或借助熱障涂層，熱障涂層的存在降低了過渡管道壁的表面的溫度并因此相應(yīng)地降低了壁的溫度。在施加的情況下，熱障涂層的外部表面仍經(jīng)歷著與未涂覆的壁表面相同或幾乎相同的熱氣體溫度。

圖5是與圖4類似的徑向內(nèi)部內(nèi)表面54的視圖。具有第一厚度的整體示出為100的熱障涂層被施加至用線73劃界的第一補片72P。線73是第一補片72P的邊界并且表示第一預(yù)定等溫線值。使線73在等溫線點之間平滑使得TBC補片具有平滑的邊緣或邊界。第一區(qū)域72A內(nèi)的金屬或壁的溫度借助TBC被限制或降低。熱障涂層100具有第二厚度并且被施加至用線75劃界的第二補片74P。線75是第二補片74P的邊界并且表示第二預(yù)定等溫線值。使線75在等溫線點之間平滑使得TBC補片具有平滑的邊緣或邊界。第二區(qū)域70內(nèi)的金屬或壁溫度借助具有第二厚度的TBC而被限制。第二TBC補片74P的厚度或第二TBC補片74P內(nèi)的厚度大于第一TBC補片72P的厚度。借助第二TBC補片74P的較大厚度，給予下層壁51或內(nèi)表面溫度較大的熱保護。以該方式，區(qū)域69和70中的下層壁表面54所經(jīng)歷的溫度被降低，或類似于相鄰的未涂覆區(qū)域的那些表面。因此降低了橫跨表面54的溫度梯度。壁51的內(nèi)表面54在TBC補片74P和72P下層的區(qū)域70和69內(nèi)的絕對溫度被降低并且近似相似。因此在降低溫度梯度時，也減小了過渡管道的壁51中的應(yīng)力和應(yīng)變。

TBC補片72和74的預(yù)定等溫線邊界線73、75的溫度值由若干因素確定，包括橫跨表面的溫度分布、用以保護下層表面54的TBC的性質(zhì)、過渡管道壁材料的溫度能力與熱膨脹特性、以及發(fā)動機操作期間過渡管道的機械應(yīng)力-應(yīng)變特性。

圖6是圖5中示出的截面A-A的示意圖，示出了熱障涂層100的變化厚度72P、74P的第一布置。熱障涂層100上覆在壁51的內(nèi)表面54的一部分上。內(nèi)表面54具有標(biāo)稱表面輪廓，例如其中該熱障涂層100作為改造或翻新而施加。具有第一厚度72T的熱障涂層100被施加至用第一預(yù)定等溫線線73劃界的第一補片72P。具有第二厚度74T的熱障涂層100被施加至用線75劃界的第二補片74P。線75是第二補片74P的邊界并且表示第二預(yù)定等溫線值。第二預(yù)定等溫線值大于第一預(yù)定等溫線線73。

如可以看到的，熱障涂層100的厚度在第一厚度72T與第二厚度74T之間變化。在第一布置的第一變體中，第一熱障涂層補片72P可以在等溫線線73處或附近具有臺階狀厚度并且如虛線76所示。類似地，第二熱障涂層補片74P可以在等溫線線75處或附近具有臺階狀的厚度增加并且如虛線78所示。然而，在第二變體中，在過渡部分80上實現(xiàn)了在內(nèi)表面54與第一等溫線線73處或附近的第一厚度72T之間變化的熱障涂層的厚度。類似地，過渡部分82的厚度在第一厚度72T與第二等溫線線75處或附近的第二厚度74T之間變化。

在熱障涂層100的第一布置的任一變體中，厚度可以說是臺階狀并且這樣的臺階使熱障涂層100的厚度從第一厚度變化至第二厚度。過渡部分80、82可以進一步借助其逐漸的增厚而進一步逐漸地限制下層表面51所經(jīng)歷的溫度。應(yīng)該注意的是，過渡部分80、82設(shè)置在第一和第二等溫線線73、75的冷側(cè)的前方或較冷側(cè)上。注意，第一和第二等溫線線73、75是預(yù)定溫度邊界，在該預(yù)定溫度邊界處實現(xiàn)期望的第一和第二厚度72T、74T。第一和第二等溫線線73、75可以基于使用中過渡管道的表面的熱著色試驗或熱成像來確定。預(yù)定的第一和第二等溫線線73、75可以是發(fā)動機可能是在最大發(fā)動機輸出期間的操作點經(jīng)歷最大熱梯度的所在的部位，但也可能在較低發(fā)動機輸出處。

圖7是圖5中示出的截面A-A的示意圖，示出了熱障涂層100的變化厚度的第二布置。使用了相同的附圖標(biāo)記來表示圖7中的與圖6中相同的元件。熱障涂層100的厚度被指示為第一和第二厚度72T、74T并且各厚度相應(yīng)地發(fā)生在第一和第二預(yù)定等溫線線73、75處或附近。在熱障涂層100的變化厚度的該第二布置中，第一和第二厚度72T、74T之間的部分從等溫線線73逐漸地增加至等溫線線75。相同的過渡部分82被施加至內(nèi)表面54直到第一等溫線73，以在表面54與等溫線73處的熱障涂層73T的所要求的厚度之間平滑地共混。意圖是使熱障涂層100的厚度變化或漸變，以逐漸地增加對壁51的熱保護，壁51與由于燃燒氣體而由表面或在表面上所經(jīng)歷的溫度分布的逐漸增加相關(guān)聯(lián)。因此通過逐漸地增加熱障涂層100的厚度，可以使壁保持更加恒定的溫度，由此使熱應(yīng)力減小或最小化。

圖8是圖5中示出的截面A-A的示意圖，示出了熱障涂層的變化厚度的第三布置。使用了相同的附圖標(biāo)記來表示圖8中的與圖6中相同的元件。對于該第三布置，壁51相對于標(biāo)稱輪廓90形成有凹陷84并且熱障涂層100可以至少部分地位于凹陷84中。凹陷84包括至少第一臺階86。熱障涂層100上覆在內(nèi)表面54至第一預(yù)定等溫線線73處的第一厚度72T的部分，作為在第一區(qū)域72A上的第一補片72P。熱障涂層100進一步上覆在形成第二區(qū)域74A的第二臺階86上并且達第二厚度74T，作為第二補片74P。第一臺階86位于第二預(yù)定等溫線線75處或附近。

凹陷84使在標(biāo)稱輪廓上方的熱障涂層100的厚度最小化并且降低了燃燒氣體34的任何空氣動力學(xué)干擾和隨后的性能損失。

圖9是圖5中示出的截面A-A的示意圖，示出了熱障涂層100的變化厚度的第四布置。視情況，使用了相同的附圖標(biāo)記來表示圖9中的與圖6、圖7和圖8中相同的元件。對于該第四布置，壁51形成有相對于標(biāo)稱輪廓90的凹陷84并且熱障涂層100至少部分地位于凹陷84中。凹陷84至少包括第一臺階86和第二臺階88。熱障涂層100上覆形成了第一區(qū)域72A的第一臺階86并且達第一厚度72T，作為第一補片72P。第一臺階86位于第一預(yù)定等溫線線73處或附近。熱障涂層100進一步上覆在形成了第二區(qū)域74A的第二臺階88上并且達第二厚度74T，作為第二補片74P。第二臺階88位于第二預(yù)定等溫線線75處或附近。

可以在第一和第二厚度72T、74T上施加附加熱障涂層92厚度(在該情況中該厚度至少部分地逐漸增厚)，以增加熱障涂層100的總體厚度。該附加的熱障涂層92厚度處于標(biāo)稱輪廓90上方。可以在如下部位實施該附加熱障涂層92的厚度，在該部位處凹陷84的深度例如受機械完整性或空間約束限制。

圖10是圖5中示出的截面A-A的示意圖并且示出了熱障涂層100的變化厚度的第五布置。視情況，使用了相同的附圖標(biāo)記來表示圖10中的與圖6至圖9中相同的元件。對于該第五布置，壁51再次形成有凹陷84；然而，凹陷84現(xiàn)在具有平滑輪廓98，而不是參照圖8和圖9示出并描述的臺階狀輪廓。凹陷84在輪廓98遇到標(biāo)稱輪廓90部位處具有零的初始深度并且逐漸地加深至第二預(yù)定等溫線線75處的第二預(yù)定深度。熱障涂層100被施加在作為標(biāo)稱輪廓表面90的一部分的第一區(qū)域72A上，以形成達第一預(yù)定厚度72T的第一補片72P。熱障涂層100被施加在作為凹陷84的表面的一部分的第二區(qū)域72A上，以形成達第二預(yù)定厚度74T的第二補片74P。

圖11是圖5中示出的截面A-A的示意圖，示出了熱障涂層100的變化厚度的第六布置。視情況，使用了相同的附圖標(biāo)記來表示圖11中的與圖6至圖10中相同的元件。對于該第六布置，壁51再次形成有凹陷84；然而，凹陷84現(xiàn)在具有平滑輪廓98，而不是參照圖8和圖9示出并描述的臺階狀輪廓。凹陷84在其輪廓98遇到標(biāo)稱輪廓90的位置處具有零的初始深度并且逐漸地加深至在第一預(yù)定等溫線線73處的第一預(yù)定深度。凹陷84可以接著逐漸地加深至第二預(yù)定等溫線線75處的第二預(yù)定深度。第一和第二預(yù)定深度可以對應(yīng)于熱障涂層的第一和第二預(yù)定厚度72T、74T?？蛇x地，在附加熱障涂層92的厚度處于標(biāo)稱輪廓90上方的情況下，凹陷的深度可以減小以實現(xiàn)用于過渡管道壁51的要求的熱保護。

該第六布置的熱障涂層100的變化厚度有助于使其形成定位在輪廓98遇到標(biāo)稱輪廓90的部位與第一預(yù)定等溫線線73之間的過渡部分80。

第三、第六布置可以均形成用于過渡管道的內(nèi)表面的平滑且無中斷的氣體洗滌表面102。因此當(dāng)燃燒氣體34從表面54的未涂覆部分流動到涂覆部分72P時(或反之亦然)，沒有干擾燃燒器氣體流動的凹凸、臺階或凹陷。

另外，即使在熱障涂層100形成為上覆在標(biāo)稱輪廓90上的情況下，熱障涂層100也仍呈現(xiàn)出平滑氣體洗滌表面，平滑氣體洗滌表面使空氣動力學(xué)損失最小化并且使從其上通過的燃燒氣體流動34中的擾動最小化。

本發(fā)明的進一步優(yōu)點在于，顯著地減小熱障涂層100覆蓋的過渡管道的內(nèi)表面的覆蓋量，顯著節(jié)省了制造的材料、時間和成本。此外，還提高了可靠性，因為由熱障涂層100覆蓋的區(qū)域具有相對簡單的表面輪廓或者借助凹陷被保護，而不是覆蓋先前的諸如高度彎曲的壁和難以到達的區(qū)域等的復(fù)雜幾何結(jié)構(gòu)的熱障涂層方案。高度彎曲的壁和難以到達的表面區(qū)域特別是出現(xiàn)在如圖5所示的過渡臂49附近。過渡臂49的內(nèi)表面具有緊密的半徑表面曲線49A。這些高度彎曲的壁和難以到達的區(qū)域可能既易于發(fā)生高的熱應(yīng)力和應(yīng)變又難以制造，包括實現(xiàn)到下層表面的良好粘合、均勻厚度和可訪問性。

過渡部分80、82可以位于熱涂層100周圍的任何位置處，如相對于燃燒氣體34的大體流動的上游、下游和橫向位置。類似地，臺階86、88和逐漸增厚部分(92)可以位于熱障涂層100周圍的任何位置處，如相對于燃燒氣體34的大體流動的上游、下游和橫向位置。

用于熱障涂層的施加的設(shè)備和環(huán)境是非常熟知的并且這里將不詳細描述，除此外，可以使用以下已知方法中的任何一個：電子束物理氣相沉積(EBPVD)、空氣等離子體噴涂(APS)、高速氧燃料(HVOF)、靜電噴涂輔助氣相沉積(ESAVD)和直接氣相沉積(DVD)。盡管如此，參見圖12，熱障涂層施加裝置110包括具有電力供給部件114和輸送噴嘴116的外殼112、和材料料斗118。電子控制器120控制熱障涂層施加裝置110的多個方面，如輸送噴嘴116的位置、熱障涂層材料的供給的速率、和輸送噴嘴116橫跨表面54、55、56、57的速度。

電子控制器120保存有過渡管道17的幾何結(jié)構(gòu)的模型并且可以對輸送噴嘴116可在過渡管道17的表面上的移動量進行編程，以將熱障涂層材料沉積在任何期望的位置。

第一預(yù)定溫度的第一等溫線73和第二預(yù)定溫度的第二等溫線75基于多個方法中的任何一個來確定，所述多個方法包括：過渡管道的溫度分布的熱著色試驗或計算機建模、或者使用中的過渡管道的熱成像定。應(yīng)該注意的是，對于本發(fā)明的該應(yīng)用或其他應(yīng)用，可以確定超過兩個的等溫線。限定了第一和第二區(qū)域72A、74A的第一和第二等溫線73、75的定位取決于包括溫度、溫度梯度、組成部件內(nèi)的應(yīng)力/應(yīng)變、和諸如熱膨脹系數(shù)、強度和疲勞特性等的材料性質(zhì)在內(nèi)的因素中的任何一個或多個。另外，在決定第一和第二等溫線73、75和任何進一步的等溫線的定位時，顧及到由熱障涂層100所給予的熱保護的考量。還需考慮的是熱障涂層100的厚度并且特別是橫跨熱障涂層的厚度的溫度差。因此等溫線73、75的定位不僅借助上面提到的參數(shù)進行選擇而且還結(jié)合熱障涂層補片72T和74T的厚度。

一旦等溫線73、75和熱障涂層補片72T和74T的至少兩個厚度的厚度已選擇成使橫跨過渡管道17的內(nèi)表面的溫度梯度最小化，就將第一和第二等溫線值輸入控制器112并且控制器112內(nèi)的程序接著制定等溫線73、75的坐標(biāo)。還將第一和第二熱障涂層補片72T和74T的所要求的厚度輸入控制器112。因此控制器112制定用于輸送噴嘴所遵循并沉積熱障材料以形成熱障涂層100的路徑?？刂破?12還制定輸送噴嘴116的所要求的速度、材料的沉積的速率和通過的次數(shù)以在熱障涂層100內(nèi)的任何定位處形成所要求的厚度?？刂破鬟€可編程為制定用以形成過渡部分80、82的必要的沉積。

圖13是示意性截面A-A，示出了過渡管道壁51和熱障涂層100的變化厚度的第一布置。該第一布置是示例性實施例，并且用于形成熱障涂層的方法可以同樣適用于這里描述的所有實施例。在箭頭34的方向上，可以將熱障涂層100分成若干區(qū)。區(qū)132是過渡部分80、區(qū)134是恒定厚度TBC補片72P、區(qū)136是過渡部分82并且區(qū)138是恒定厚度TBC補片74P。

在箭頭130的方向上，對于區(qū)132，可以通過減小噴嘴116的速度和增加從料斗118到噴嘴116的TBC材料的給送速率以增加降落在表面51上的TBC材料的量中的任何一個或組合來增加熱障涂層的沉積厚度。在存在有TBC的恒定厚度的TBC補片72A上和區(qū)134中，可以使噴嘴速度和TBC材料的給送速率保持恒定，但可以將其分別增加或者減小，以維持期望的沉積速率和厚度。

取決于TBC100的第一和第二厚度72T、74T的所要求的厚度，可以以兩種方式形成第二TBC補片74P。首先，對于區(qū)136，在箭頭130的方向上，可以通過減小噴嘴116的速度和增加從料斗118到噴嘴116的TBC材料給送速率以增加降落在表面51上的TBC材料的量中的任何一個或組合來增加過渡部分82的沉積厚度。在TBC厚度恒定的TBC補片74A上和區(qū)138中，可以使噴嘴速度和TBC材料的給送速率保持恒定，但可以將其分別增加或者減小，以維持期望的沉積速率和厚度。此外，在該情況中減小噴嘴116的速度和增加從料斗118到噴嘴116的TBC材料的給送速率是與區(qū)134的那些相比的相應(yīng)速率。其次，TBC的第一補片72P可以被延伸并覆蓋第二區(qū)域74A。在該情況中可以通過以與區(qū)132和134相同的方式在延伸的第一補片72P上的兩個或多個層來形成區(qū)136和138，將不再重復(fù)。

圖14是在過渡管道的內(nèi)表面上的視圖，示出了施加至區(qū)域72A、74A并且具有不同或變化的厚度72T、74T的熱障涂層的補片72P、74P。可對輸送噴嘴116的多個路徑編程以形成熱障涂層100。

在一個實施例中，可變熱障涂層100通過橫跨整個熱障涂層補片延伸的第一路徑140形成。成行地沉積TBC，其中各行形成為與在箭頭142的方向上挨著行相鄰。當(dāng)沉積噴嘴116橫穿內(nèi)表面54時，通過更改噴嘴116的速度和更改從料斗118到噴嘴116的TBC材料的給送速率以增加或減小降落在表面51上的TBC材料的量中的任何一個或組合來實現(xiàn)熱障涂層的變化厚度，如上面描述的。

在另一實施例中，在熱障涂層太厚以至于不能沉積在一個層(例如第二TBC補片74P)中的情況下，輸送噴嘴116折返第一路徑140的相關(guān)部分以形成第二(或更多)層并因此形成較厚的TBC補片74P?？蛇x地，在TBC的第一補片72P被延伸并覆蓋第二區(qū)域74A的情況下，輸送噴嘴116的第二路徑144橫穿第二厚度補片74P。該路徑144被示出以橫穿第一路徑140的方式產(chǎn)生了成行的TBC沉積。然而，第二路徑可以在相對于第一路徑140的任何定向上。

在另一實施例中，過渡部分80、82或者熱障涂層10逐漸地改變厚度的部位，將輸送噴嘴116沿著第三路徑146指向。當(dāng)大體在箭頭148的方向上沉積出成行的熱障涂層時，減小輸送噴嘴速度和/或增加從料斗118到噴嘴116的TBC材料的給送速率。

圖15是在過渡管道17的內(nèi)表面54上的視圖，示出了噴出冷卻孔150的陣列并以虛線示出多個稀釋孔152。除了這里所描述的變化厚度的熱障涂層布置中的任一個之外，可以設(shè)置噴出冷卻孔150以在表面54的一部分上提供冷卻流體的膜。噴出冷卻孔150穿透通過過渡管道17的壁51并通過任何熱障涂層100?？勺兒穸鹊臒嵴贤繉?00的施加可以減小噴出冷卻孔150的數(shù)量和/或范圍。當(dāng)設(shè)計熱障涂層100的范圍、定位和厚度時，如果存在噴出冷卻孔150的話，顧及到噴出冷卻孔150的冷卻效果。本質(zhì)上，對于具有噴出冷卻孔150的過渡管道17，等溫線線73、75和確定等溫線線的方法仍然與壁51的表面54的實際溫度有關(guān)。類似地，在過渡管道17包括稀釋孔152的情況下，壁的表面的局部溫度可能受到影響，并且再次等溫線線73、75和確定等溫線線的方法與壁51的表面54的實際溫度有關(guān)。

圖16是描繪了沿著過渡管道17的壁51的在圖5中示出的截面B-B的表面溫度的溫度分布154。分布線156代表沒有熱障涂層的過渡管道的表面54的溫度。分布線158代表在整個內(nèi)表面上施加有的均勻厚度熱障涂層的過渡管道17的表面的溫度。分布線160代表具有依照本發(fā)明并如這里所描述地施加的變化厚度熱障涂層100的過渡管道17的表面的溫度。

對于均勻熱障涂層的情況，其溫度分布線158被示出為與表面54的溫度相比降低均勻的量并且如示出的分布線156與158之間的溫度差164。溫度差164沿著整個溫度分布154圖是恒定的。沿著分布158在最大和最小溫度之間的溫度范圍168與未涂覆表面54的溫度范圍170相同。因此沿著表面54的溫度梯度在具有或沒有均勻熱障涂層的情況下仍然相同。如可以看到的溫度分布160

相比之下，對于變化厚度熱障涂層100，分布線156與160之間的溫度差在區(qū)域161中的零與最大值166之間變化。在區(qū)域162中沒有熱障涂層100。最大溫度差166并不一定發(fā)生在施加了熱障涂層的最厚部分的部位。因此溫度差168以及進而橫跨壁的溫度梯度被大大地降低。因此，變化厚度熱障涂層100顯著地減小了整個過渡管道17的應(yīng)力和應(yīng)變。此外，還降低了表面的峰值最大溫度。

本發(fā)明的另一方面是形成具有如特別參照圖8至圖11所描述的凹陷84的過渡管道17的方法。以與上面所描述的相同的方式，確定第一等溫線73和第二等溫線75的定位。對于涉及在存在有臺階86、88的情況下的圖8和圖9的實施例，使用等溫線等高線或線73、75來表示它們的定位。接著通過加壓或沖壓片材金屬壁以形成凹陷84，來形成一個臺階或多個臺階。類似地，在如圖10和圖11所示使用了平滑輪廓98而不是臺階輪廓的情況下，可以使用液壓成形來產(chǎn)生平滑輪廓98。然而可以采用其他已知技術(shù)，該方法的關(guān)鍵是用以產(chǎn)生用于如上面所描述的相對于標(biāo)稱表面輪廓90的深度的定位的等溫線的定位。

應(yīng)該領(lǐng)會的是，貫穿本發(fā)明的以上描述，描述了熱障涂層的可變厚度、兩個屏障涂層厚度、兩個臺階、兩個最小深度或厚度或補片或區(qū)域；然而，本發(fā)明涵蓋任何數(shù)量的這些參數(shù)并且具有用以實現(xiàn)相同優(yōu)點的觀點。例如，熱障涂層的可變厚度可以包括具有不同厚度的熱障涂層的三個、四個或更多的補片。例如，盡管示例性實施例示出了熱障涂層在相對于燃燒氣體34的大體流動的下游方向上的增加的厚度，但熱障涂層可以在厚度上在下游方向或橫向方向上減小。

在可應(yīng)用和包括本發(fā)明的一些示例中，過渡管道可以由延伸或長形的燃燒器筒19和位于燃燒器筒19與渦輪18之間的單獨的管道構(gòu)成。因此這里所使用的術(shù)語“過渡管道”包括管道自身以及管道和延伸的燃燒器筒。

雖然已針對優(yōu)選實施例詳細圖示并描述了發(fā)明，但發(fā)明不限于這些公開的示例并且本領(lǐng)域技術(shù)人員可以在實踐所要求保護的發(fā)明時導(dǎo)出其他變型。