專利名稱：改進(jìn)的高溫?fù)鯙R板的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及燃?xì)廨啓C(jī)的燃燒室，更具體地說，本發(fā)明涉及一種燃燒室中所用的整體擋濺板和通過降低燃燒產(chǎn)生的光輻射能引起的溫度而對擋濺板進(jìn)行冷卻的方法。
背景技術(shù)：
在飛機(jī)燃?xì)廨啓C(jī)的壓縮機(jī)部分中，常壓空氣被壓縮到10-25倍的大氣壓，并絕熱加熱到800-1250°F。該加熱壓縮空氣被引入到燃燒室中與燃料進(jìn)行混合。點燃燃料，且燃燒過程將氣體加熱到超過3000°F的非常高的溫度。這些熱氣體經(jīng)過渦輪和排氣系統(tǒng)，在渦輪系統(tǒng)中，使渦輪轉(zhuǎn)動從而抽取能量來驅(qū)動發(fā)動機(jī)的風(fēng)扇和壓縮機(jī)，在排氣系統(tǒng)中，氣體提供推力來推動飛機(jī)前進(jìn)?？赏ㄟ^提高燃燒溫度來提高飛機(jī)發(fā)動機(jī)的工作效率。當(dāng)然，當(dāng)燃燒溫度升高時，必須采取一定的措施來避免對燃燒室造成熱損傷。
用于燃?xì)廨啓C(jī)例如飛機(jī)發(fā)動機(jī)的燃燒室通常由薄壁材料制成。普通燃燒室是由5個單獨的部件構(gòu)成的組件。燃燒室的火焰?zhèn)韧ǔＪ┘佑懈魺嵬繉樱魺嵬繉涌山档蜔崃總鬟f到襯里和頂蓋上的熱傳遞率。燃燒室的結(jié)構(gòu)框架是燃燒室頂蓋。通常為金屬板件的內(nèi)和外罩以及內(nèi)襯和外襯通過螺栓連接到頂蓋的內(nèi)徑和外徑上。內(nèi)襯和外襯通常單獨機(jī)鍛而成并焊接在一起。燃燒室頂蓋由一個雙孔板構(gòu)成，雙孔板由一個模制金屬板件制成。各個渦旋杯形組件釬焊在雙孔板上。該渦旋杯形組件包括帶保持裝置的初級渦旋器、反向轉(zhuǎn)動的次級渦旋器、文丘里管和擋濺板。燃料經(jīng)燃料噴射器或燃料噴嘴噴入。擋濺板象渦旋杯形組件的其它部件一樣由出現(xiàn)在擋濺板下游的燃料/空氣混合物燃燒來進(jìn)行加熱，并通過穿過燃燒室頂蓋上的孔沖射到擋濺板的后表面或上游表面上的冷卻空氣的沖擊來進(jìn)行冷卻。
當(dāng)燃?xì)廨啓C(jī)的溫度繼續(xù)升高時，燃燒溫度就變得很高，甚至最好的超耐熱合金材料也會由于熱侵蝕而使壽命縮短。用于高效高級循環(huán)渦輪機(jī)擋濺板的超耐熱合金更是如此，更易受到熱侵蝕破壞。當(dāng)燃燒溫度升高時，沖擊冷卻和隔熱涂層都不足以提供足夠的冷卻來維持部件的壽命且不受熱侵蝕。人們已進(jìn)行了各種的嘗試來提高抗熱損傷的能力，并已獲得了長足的進(jìn)步。這包括被稱為“噴涂和焙燒”涂層的高溫反射層。這些反射層包括沉積在二氧化硅(SiO2)上的鉑涂料和通過化學(xué)氣相淀積施加的鉑層。這些反射層通過使熱量反射離開擋濺板而起作用，而不是使擋濺板吸收熱量，并通過擋濺板傳導(dǎo)熱量然后使熱量通過對流而離開擋濺板的背側(cè)(或上游側(cè))。的確，熱量被反射回到向下游流入發(fā)動機(jī)渦輪部分中的燃燒氣流中。但是，當(dāng)溫度接近2150°F時，這些“噴涂和焙燒”涂層就變得無效了。
反射層例如多層介質(zhì)可用于提高位于熱氣體流徑內(nèi)的部件的抗熱能力。這種介質(zhì)鏡由多層高指數(shù)和低指數(shù)透明固體物質(zhì)構(gòu)成，其所沉積的厚度可反射大約1/4波長的輻射能。但是，這些介質(zhì)鏡的成本與其所獲得的優(yōu)點相比就否定了將其用于商用發(fā)動機(jī)生產(chǎn)(CEO)中。而我們需要的是一種可用作反射層通過將輻射熱反射回燃燒氣流中以有助于冷卻薄的擋濺板的低成本涂層。該涂層必須足夠的薄，從而基本上不增加部件的重量，而且還減少了擋濺板所吸收的輻射熱，從而使擋濺板可在超過燃燒室預(yù)期壽命的情況下進(jìn)行工作，而不會由于熱侵蝕造成損害而需進(jìn)行更換。

發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明涉及一種施加到燃?xì)廨啓C(jī)燃燒室部分中的擋濺板上的鏡面光反射層。鏡面光反射層施加到擋濺板的關(guān)鍵位置上。采用標(biāo)準(zhǔn)射線跟蹤程序來確定需要本發(fā)明涂層的關(guān)鍵位置。擋濺板部分可接收從相鄰發(fā)動機(jī)部件反射的輻射能。雖然擋濺板可具有復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，但關(guān)鍵位置表示鏡面光反射層是以允許由火焰射到擋濺板上的輻射能可反射回氣體流徑中同時這些能量不會匯聚到其它任何硬件部件上的方式進(jìn)行施加。因此，輻射熱由氣流帶走并進(jìn)入發(fā)動機(jī)的渦輪部分中。因此增大了向后進(jìn)入渦輪的氣體能量，從而使其可做更多的功，因而提高了發(fā)動機(jī)的效率。
由于擋濺板為弧形結(jié)構(gòu)，為一部分雙孔板提供了一些防護(hù)，因此，它只有一部分向外延伸以致于暴露于流徑的氣流中。但是，該部分從燃燒的流徑的氣流接收輻射熱，并制成可將射入的輻射熱能反射回氣體流徑中，而不對這些熱能進(jìn)行吸收和通過傳導(dǎo)或?qū)α骼鋮s來傳遞這些熱能，因此降低了擋濺板的溫度或提高了其溫度承受力，從而允許其暴露在由于發(fā)動機(jī)功率提高而出現(xiàn)的更高的溫度下。
擋濺板包括一個暴露于熱流徑氣體的部分，該部分所具有的形狀使得入射波例如輻射波可沿渦輪噴嘴的方向從擋濺板反射回去，從而入射波反射到朝向噴嘴的渦輪部分的氣體流徑中，而不反射到燃燒室的其它部分上。該部分應(yīng)施加有反射材料。反射波的結(jié)構(gòu)或形狀理想的是從擋濺板射向渦輪噴嘴的一條瞄準(zhǔn)反射線。不應(yīng)對擋濺板不具有可提供這種瞄準(zhǔn)反射路線的形狀的相鄰部分進(jìn)行施加，因為來自擋濺板這些部分的反射將會被引導(dǎo)到燃燒室的其它部分上，從而使燃燒室的這些部分不合乎需要地被加熱，除非射線跟蹤程序可準(zhǔn)確地預(yù)見到將接收這些反射波的部件使其也采用本發(fā)明進(jìn)行施加。
在形成其結(jié)構(gòu)或形狀之后，首先將擋濺板按照現(xiàn)有技術(shù)的方法施加隔熱涂層。通常，隔熱涂層包括第一粘結(jié)涂層，該涂層可提高頂部陶瓷涂層與部件的粘著性。其次，將頂部陶瓷涂層通常是氧化釔穩(wěn)定的氧化鋯以不堵塞形成于擋濺板上的任何冷卻孔的方式施加到擋濺板上。然后，將擋濺板的要接納反射涂層的施加部分拋光到非常精細(xì)(光學(xué)鏡面)的光潔度。提供這種非常精細(xì)的光潔度使得施加隔熱涂層的表面光潔不會沿預(yù)期方向以外的方向散射入射輻射能。甚至擋濺板施加表面的輕微變化都會使一些輻射能射向不希望的方向，例如射到相鄰的燃燒室部件上，而不是射向位于燃燒室下游端的渦輪噴嘴。
然后，將高溫反射薄層施加到用作反射涂層的擋濺板部分上。在拋光過程中，可遮住擋濺板已進(jìn)行了拋光或光滑處理的相鄰部分，從而使反射材料不會被無意中覆蓋。反射薄層材料通過一個足以將反射材料粘結(jié)到隔熱涂層上的程序來進(jìn)行施加。
本發(fā)明的優(yōu)點是燃燒過程產(chǎn)生的輻射能由施加有高溫反射材料的擋濺板部分反射而離開擋濺板，且通常是反射回氣體流徑中。沒有被擋濺板吸收的輻射能被氣體流徑中的流體吸收并被帶回到當(dāng)前在較低溫度下工作的發(fā)動機(jī)部分中。其結(jié)果是擋濺板不會變熱，其可在一個給定的較低設(shè)計溫度下工作。另外，可改變?nèi)紵业慕Y(jié)構(gòu)以允許更高的燃燒室溫度，而不提高擋濺板的工作溫度。由于擋濺板的熱侵蝕速度不快，因此，反射涂層提高了擋濺板的壽命。
本發(fā)明的另一個優(yōu)點是當(dāng)擋濺板反射的輻射能被流體吸收并從發(fā)動機(jī)的燃燒室部分帶到發(fā)動機(jī)的渦輪部分中時，流體流將被加熱到一個較高的溫度。由于流體流中的可用能量增大，因此，溫度的升高轉(zhuǎn)化成提高的發(fā)動機(jī)效率。
本發(fā)明的又一個優(yōu)點是由于發(fā)動機(jī)可在比當(dāng)前經(jīng)受溫度更高的溫度下進(jìn)行工作，因此，本發(fā)明使發(fā)動機(jī)可以更高的效率進(jìn)行工作。
本發(fā)明其它的特征和優(yōu)點可從下面結(jié)合附圖對本發(fā)明優(yōu)選實施例所進(jìn)行的詳細(xì)描述中清楚地得出，附圖反映了本發(fā)明的精神實質(zhì)。

圖1是典型的高涵道比渦扇發(fā)動機(jī)的橫截面圖。
圖2是高涵道比渦扇發(fā)動機(jī)的典型燃燒室的橫截面圖。
圖3是高涵道比渦扇發(fā)動機(jī)的典型燃燒室的燃燒室頂蓋的橫截面圖。
圖4是本發(fā)明的擋濺板的示意圖。
圖5是圖4所示擋濺板的側(cè)視圖。
圖6是具有在拋光陶瓷涂層之前所施加的隔熱涂層的擋濺板的截面圖。
圖7是具有在拋光陶瓷涂層之后但在施加鏡面反射涂層之前所施加的隔熱涂層的擋濺板的截面圖。
圖8是具有在拋光陶瓷涂層之后且在施加鏡面反射涂層之后所施加的隔熱涂層的擋濺板的截面圖。
具體實施方式圖1是典型的高涵道比渦扇發(fā)動機(jī)10的橫截面圖。下面將簡要地對這種發(fā)動機(jī)的工作過程進(jìn)行描述?？諝饨?jīng)風(fēng)扇20進(jìn)入發(fā)動機(jī)10，并流入包括多個壓縮級的壓縮機(jī)區(qū)段30。壓縮空氣進(jìn)入發(fā)動機(jī)的后部。一些空氣進(jìn)入燃燒室40，在圖中只示出了其中一個燃燒室，而一些空氣則用于其它目的，例如，向下流動對部件進(jìn)行冷卻和增大艙壓。在燃燒室40中，壓縮空氣與燃料進(jìn)行混合并點燃。燃燒的熱氣向下游流動到包括多個渦輪級的渦輪區(qū)段50。渦輪區(qū)段抽取能量來通過發(fā)動機(jī)芯軸60驅(qū)動壓縮級30和風(fēng)扇20。越過渦輪區(qū)段50的熱氣流出發(fā)動機(jī)10的排氣部分70，從而產(chǎn)生推力來推動飛機(jī)向前飛行。
圖2示出了圖1所示高涵道比渦扇發(fā)動機(jī)的一種典型燃燒室400。燃燒室400包括頂蓋402、內(nèi)襯404、外襯414、內(nèi)罩406和外罩416。這里所采用的內(nèi)和外是表示部件相對于發(fā)動機(jī)中心線的位置，內(nèi)部件更靠近發(fā)動機(jī)中心線。內(nèi)襯404和內(nèi)罩406通過內(nèi)螺栓連接結(jié)構(gòu)408連接到頂蓋402上，而外襯414和外罩416通過外螺栓連接結(jié)構(gòu)418連接到頂蓋402上。來自壓縮級30的壓縮空氣經(jīng)擴(kuò)散器426進(jìn)入燃燒室400?？諝馀c通過燃料噴嘴420經(jīng)燃料供應(yīng)總管422進(jìn)入的燃料進(jìn)行混合。燃料/空氣混合物通過渦旋器440而形成渦流。燃料/空氣混合物通過點火器424引燃。一旦點火開始燃燒過程時，該過程是自保持的，但如果燃燒熄滅時，有時稱為熄火，可使用點火器424重新啟動燃燒過程。通過位于燃燒室400后部或下游端的內(nèi)固定件438和外固定件448以及位于燃燒室400前部或上游端的螺栓固定件250來將燃燒室保持就位。
圖3是高涵道比渦扇發(fā)動機(jī)10的典型燃燒室400的燃燒室頂蓋402的橫截面圖。燃燒室頂蓋402由連接到擋濺板604上的雙孔板602構(gòu)成。這些板602、604通常通過釬焊進(jìn)行連接，但也可采用其它的方法進(jìn)行連接，包括已知的機(jī)械連接方式。燃料噴嘴420在初級渦旋器606和次級渦旋器608之間延伸，從而將燃料引入到頂蓋402中，且燃料在頂蓋中與空氣進(jìn)行混合。壓縮空氣進(jìn)入形成于燃料噴嘴420與頂蓋內(nèi)罩612和頂蓋外罩614之間的通道620，并流經(jīng)初級渦旋器606、次級渦旋器608和形成于擋濺板604和次級渦旋器608之間的文丘里管610。頂蓋內(nèi)罩612和頂蓋外罩614通過螺栓連接結(jié)構(gòu)616連接到頂蓋和雙孔板602上。
進(jìn)入通道620的冷卻空氣射到雙孔板602和擋濺板604的后背側(cè)并轉(zhuǎn)向流經(jīng)這些結(jié)構(gòu)上的冷卻孔(未示出)。由于燃料/空氣混合物離開頂蓋402時燃燒使這些部件變得非常熱，因此，需要進(jìn)行這種冷卻。如前所述，可通過施加隔熱涂層來提高擋濺板604和雙孔板的溫度承受力，這些隔熱涂層包括覆蓋在基材上的粘結(jié)層和覆蓋在粘結(jié)層上的隔熱陶瓷涂層。
圖4簡要地示出了典型頂蓋402的擋濺板604，圖5是其橫截面圖。擋濺板604設(shè)計成使其至少一部分包括反射表面702和至少一個允許通過壓縮空氣的孔704。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，擋濺板的結(jié)構(gòu)隨著發(fā)動機(jī)結(jié)構(gòu)的不同而不同，甚至在相同的發(fā)動機(jī)結(jié)構(gòu)中隨著燃燒室的不同而不同，其結(jié)構(gòu)取決于擋濺板相對于渦輪噴嘴300的位置、結(jié)構(gòu)和取向，熱的燃燒氣體從燃燒室的上述渦輪噴嘴300噴出。出于說明本發(fā)明新穎結(jié)構(gòu)的目的，對圖4和5所示的擋濺板的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了簡化。但是，如上所述，擋濺板可具有更為復(fù)雜的結(jié)構(gòu)。在不考慮結(jié)構(gòu)的情況下，將反射表面702設(shè)計成使入射到擋濺板604上的輻射能從擋濺板604反射到流出到發(fā)動機(jī)渦輪部分的熱氣流中。當(dāng)熱的燃燒氣體穿過燃燒室時，該輻射能就被它們吸收。最好，所有的輻射能可流向燃燒室的排氣口，熱氣體在排氣口處進(jìn)入渦輪噴嘴。一些反射的輻射能可漫射到相鄰部件上，這是物理上不可避免的事情，但是，所述反射能量基本上集中引導(dǎo)到進(jìn)入該渦輪噴嘴的氣流上。
構(gòu)造擋濺板所用的材料通常是基于鎳、鈷、鐵或其組合物構(gòu)成的超耐熱合金。所有這些超耐熱合金都適合于作為本發(fā)明的基材。而且，擋濺板可采用整體陶瓷材料和纖維增強(qiáng)的陶瓷基質(zhì)復(fù)合材料，這里都共同作為陶瓷材料進(jìn)行描述。這些陶瓷材料明確地包含在本發(fā)明中，它們比擋濺板所用的超耐熱合金具有略高的溫度極限。
燃料/空氣混合物離開燃燒室頂蓋時進(jìn)行燃燒而形成產(chǎn)生熱量(包括輻射熱)的熱氣流。甚至在采取了前述冷卻措施降低了由于熱對流、熱傳導(dǎo)和熱輻射而傳遞到擋濺板上的傳熱量和/或傳熱速率的情況下，擋濺板表面溫度仍會升高到很高的溫度。本發(fā)明除了其它常用的冷卻裝置以外還通過輻射傳遞而有助于減少傳遞到擋濺板上的熱量。
本發(fā)明采用直接施加在現(xiàn)有的用于保護(hù)擋濺板基材的隔熱裝置上的高溫鏡面光反射層。這些鏡面光反射層以很薄涂層的形式且不會對擋濺板上的冷卻孔造成不利影響的方式進(jìn)行施加。如前所述，施加隔熱涂層的普通公知技術(shù)所提供的表面過于粗糙，在這種施加狀態(tài)下不能作為光反射層。當(dāng)本發(fā)明的鏡面光反射層施加到表面光潔度為100微英寸及以上的普通隔熱涂層上時，粗糙表面可使輻射能沿多個不同的方向散射，甚至在將擋濺板的結(jié)構(gòu)設(shè)計成可沿渦輪噴嘴所處的燃燒室排氣管的方向進(jìn)行反射時亦為如此。當(dāng)涂層是多孔涂層，例如在用作觸媒涂層時，輻射能甚至可被重吸收到基材中，從而失去了其作為光反射層的作用。
在本發(fā)明的一個實施例中，采用標(biāo)準(zhǔn)的制造方法來制造擋濺板，但該擋濺板所具有的結(jié)構(gòu)是將其至少一部分設(shè)計成使射到擋濺板604上的輻射能可從擋濺板604沿渦輪噴嘴300的方向進(jìn)行反射。如圖6所示，圖6示出了施加到擋濺板表面上的涂層，擋濺板604由具有高溫性能的基材502構(gòu)成。如上所述，基材502可由多種材料中的任何一種構(gòu)成。這里所用的術(shù)語“材料”也包括復(fù)合材料。但是，如圖6所示，基材是高溫鎳基超級合金。粘結(jié)層512施加在鎳基合金基材上。陶瓷層514覆蓋在粘結(jié)層512上，陶瓷層514的表面515具有粗糙的表面光潔度。對于本發(fā)明，術(shù)語“粗糙表面光潔度”是大于約100微英寸的光潔度。當(dāng)基材由不同的材料構(gòu)成時，例如由陶瓷基質(zhì)復(fù)合材料構(gòu)成時，可省略粘結(jié)層512。
在制造時，施加到擋濺板604上的普通隔熱涂層的表面光潔度過于粗糙，以致于不能用作鏡面光反射層。然后如圖7所示對擋濺板604的下游表面，也就是施加有覆蓋在基材上的隔熱涂層暴露表面通常為陶瓷材料表面例如氧化釔穩(wěn)定的氧化鋯的表面進(jìn)行拋光，該表面構(gòu)成暴露在燃燒熱氣體輻射能下的流體邊界。手工利用細(xì)砂紙來打磨擋濺板，從而如圖7所示使陶瓷層514的表面515的表面光潔度不大于約50-60微英寸，最好是大約為32微英寸和更光滑。需要這種特別光滑的表面來獲得本發(fā)明所需的有效反射性能。必須在用砂紙打磨之后再用金剛石拋光劑進(jìn)行打磨。在生產(chǎn)過程中，可采用公知的拋光技術(shù)例如使用金剛石研磨膏的研磨輪和滾磨來加快拋光進(jìn)程并提高生產(chǎn)率，只要使選定的拋光劑在不損壞涂層的情況下可產(chǎn)生所需的表面光潔度即可。
其次，燃燒襯里施加有非常薄的鏡面反射涂層516，其材料可沿排氣噴嘴的方向反射輻射能，但不直接在相鄰的燃燒室部件處。該方向可通過使用射線跟蹤程序來進(jìn)行確定。如圖8所示，通過一個將材料進(jìn)行沉積從而在517處保持非常光滑的表面光潔度的程序來施加涂層516。所需的表面光潔度至少為32微英寸，且最好大約是10-20微英寸。這種非常細(xì)小的表面光潔度將使其它燃燒室部件上的輻射熱漫射效應(yīng)最小。一種優(yōu)選的用于施加這種非常薄的鏡面光反射涂層的方法是化學(xué)氣相淀積(CVD)處理，其可將涂層淀積成大約為1微米(0.0004”)的厚度。其它可接受的用于將這種薄鏡面涂層淀積成大約1微米厚度的方法包括濺射、液相滲透和物理氣相淀積。這些方法甚至需要一些額外的細(xì)(輕)磨來獲得所需的10-20微英寸的優(yōu)選光滑表面光潔度。但是，并不是所有的用于淀積涂層的方法都能形成符合本發(fā)明的涂層。其它方法例如熱噴涂法不能形成可接受的鏡面反射涂層，因為這些方法淀積的涂層太厚且太粗糙。
優(yōu)選的鏡面反射涂層材料是鉑，但也可使用鈀或包括氧化鉭(Ta2O5)、二氧化硅(SiO2)、二氧化鈦(TiO2)和/或這些材料的組合物的多層介質(zhì)鏡。重要的是用作涂層材料的材料要對入射的輻射熱保持較高的反射性。因此，不能形成氧化皮，因為形成這種氧化皮會破壞作為反射層的涂層的有效性。而且，非常薄的涂層除了價格不昂貴以外還必須對拋光的TBC非常粘著，且由于其較薄，因此不會發(fā)生分層剝落，而分層剝落會對表面光潔度造成不利影響。薄層不會對其所添加到的部件帶來大的重量負(fù)擔(dān)。另外，涂層保持為較薄層可使表面光潔具有較高的反射和光學(xué)性能。
對其它反射燃燒室部件所進(jìn)行的測試表明鏡面反射層可反射大約至少80％的入射輻射能，與具有陶瓷涂層但在大約2300°F的流體流附近不具有鏡面反射層的部件相比，當(dāng)靠近流體流的陶瓷涂層的溫度大約為2300°F時，鏡面反射層可反射足以使部件溫度降低大約100°F的輻射能量。與缺少本發(fā)明所述涂層的大致相同的反射層相比，在高壓區(qū)段測試大約100小時，通過連接到反射層上的熱電偶進(jìn)行測量，這些部件改善了95°F。本領(lǐng)域技術(shù)人員可以認(rèn)識到，在發(fā)動機(jī)的點火溫度升高時，本發(fā)明的優(yōu)點也會隨之得到提高。根據(jù)Plank的黑體輻射定律，當(dāng)高級發(fā)動機(jī)的溫度升高時，所釋放的增大部分的熱量表現(xiàn)為紅外輻射能(IR)。因此，發(fā)動機(jī)點火溫度升高時，高級渦輪發(fā)動機(jī)也會從本發(fā)明中獲得更大的益處，并可能超過所觀測到的改善。
盡管上面已結(jié)合優(yōu)選實施例對本發(fā)明進(jìn)行了描述，但本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，在不脫離本發(fā)明范圍的情況下，還可做出各種的變型且還可有各種的等效結(jié)構(gòu)來代替其部件。另外，在不脫離本發(fā)明根本范圍的情況下，還可做出多種變型使特定的位置或材料適應(yīng)于本發(fā)明所給出的教導(dǎo)。因此，本發(fā)明并不局限于作為實現(xiàn)本發(fā)明的最優(yōu)實施方式而進(jìn)行描述的特定實施例，本發(fā)明還包括落在權(quán)利要求書限定范圍內(nèi)的所有實施方式。
權(quán)利要求
1.一種用于燃?xì)廨啓C(jī)燃燒室的具有鏡面反射面的擋濺板，其包括一暴露于燃燒熱氣流產(chǎn)生的熱中的基材(502)；一鏡面反射涂層(516)，該鏡面反射涂層具有預(yù)定的厚度，并覆蓋在暴露于燃燒氣流產(chǎn)生的輻射熱中的基材表面上，鏡面反射涂層(516)的適用表面粗糙度不超過大約100微英寸，并具有高溫性能，從而鏡面反射材料(516)的表面可使至少80％的入射輻射能離開其表面反射到熱氣體流徑中的氣體中。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的擋濺板，其中，鏡面反射涂層具有50微英寸和更光滑的表面粗糙度。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的擋濺板，其還包括位于基材(502)和鏡面反射涂層(516)之間的陶瓷材料(514)，陶瓷材料(514)構(gòu)成覆蓋在基材(502)上的隔熱層，陶瓷材料(514)的與基材(502)相對并與鏡面反射涂層(516)相鄰的表面(515)的表面粗糙度大約為100微英寸和更光滑。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的擋濺板，其中，陶瓷材料(514)的與基材(502)相對并與鏡面反射涂層(516)相鄰的表面(515)的表面粗糙度大約為32微英寸和更光滑。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的擋濺板，其中，鏡面反射涂層(516)選自由鉑、氧化鉭(TaO2)、二氧化硅(SiO2)、二氧化鈦(Ti2O5)、鈀及其組合物構(gòu)成的材料組。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的擋濺板，其中，所施加的涂層(516)是預(yù)定厚度不超過大約1微米。
7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的擋濺板，其特征在于當(dāng)燃燒流體的溫度大約為2300°F時，溫度性能提高大約100°F。
8.根據(jù)權(quán)利要求3所述的擋濺板，其中，基材(502)是高溫超級合金，其選自由鎳基超耐熱合金、鐵基超耐熱合金、鈷基超耐熱合金及其組合物構(gòu)成的組。
9.一種制造擋濺板的方法，該擋濺板用于燃?xì)廨啓C(jī)的燃燒室并具有鏡面反射面，所述方法包括以下的步驟提供一擋濺板(604)，該擋濺板由布置在燃燒熱氣流附近的基材(502)構(gòu)成；將一陶瓷隔熱涂層施加到基材表面上；對陶瓷涂層(514)的位于基材表面上并與其相對的表面(515)進(jìn)行機(jī)加工，從而獲得大約50微英寸和更光滑的表面光潔度；在陶瓷涂層(514)的表面(515)上施加預(yù)定厚度的鏡面反射涂層(516)，用于施加涂層(516)的方法提供了一個大約為50微英寸和更光滑的涂層表面光潔度(517)，鏡面反射涂層(516)的與陶瓷涂層(514)相對的外表面暴露于發(fā)動機(jī)(10)內(nèi)的燃燒熱氣流中。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其中，機(jī)加工陶瓷涂層(514)的表面(515)的步驟還包括獲得大約32微英寸和更光滑的表面光潔度。
11.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其中，機(jī)加工陶瓷涂層(514)的表面(515)的步驟包括對表面(515)進(jìn)行拋光。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其中，拋光步驟還包括手工拋光。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其中，拋光步驟包括研磨。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其中，機(jī)加工步驟包括滾磨。
15.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其中，將預(yù)定厚度的鏡面反射涂層(516)施加到陶瓷涂層(514)的表面(515)上的步驟包括施加涂層(516)達(dá)到不超過大約1微米的厚度。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其中，施加鏡面反射涂層(516)達(dá)到不超過大約1微米的厚度的步驟包括所施加的涂層(516)選自由鉑、氧化鉭(Ta2O5)、二氧化硅(SiO2)、二氧化鈦(TiO2)、鈀及其組合物構(gòu)成的材料組。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，其中，通過化學(xué)氣相淀積來施加鏡面反射涂層(516)。
18.根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，其中，通過物理氣相淀積來施加鏡面反射涂層(516)。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的方法，其中，通過液相滲透來施加鏡面反射涂層(516)。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的方法，其中，通過濺射來施加鏡面反射涂層(516)。
21.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其還包括拋光鏡面反射涂層(516)，從而獲得一個大約為32微英寸和更光滑的表面光潔度(517)。
全文摘要
用于燃?xì)廨啓C(jī)的燃燒室中的高溫?fù)鯙R板也是一種鏡面光反射器。一薄層高溫反射涂層施加到作為構(gòu)成燃燒熱氣邊界的部件的擋濺板的表面上。部件通常包括一個覆蓋在高溫金屬部件上的隔熱涂層，以允許部件在高溫下工作。必須對隔熱涂層進(jìn)行拋光，以便獲得一個適合于將輻射能反射到氣體流徑中的表面。然后通過一個在不增大表面的粗糙度的情況下就足以將反射層粘結(jié)到拋光表面上的程序來將薄層高溫反射涂層施加到拋光的隔熱涂層上。該表面可將輻射能沿渦輪方向反射回?zé)釟怏w流徑中。被反射的輻射能不會匯聚到其它任何硬件部件上。擋濺板設(shè)計成使輻射能不會射向相鄰部件而僅使部件壁溫度增加。
文檔編號F01D5/28GK1536214SQ200310124050
公開日2004年10月13日 申請日期2003年12月31日 優(yōu)先權(quán)日2002年12月31日
發(fā)明者J·F·阿克爾曼, P·V·阿斯茲曼, B·A·納加拉, C·D·楊, N·B·朱斯蒂斯, J F 阿克爾曼, 朱斯蒂斯, 楊, 納加拉, 阿斯茲曼 申請人:通用電氣公司