具有过渡管道的燃气涡轮发动机和相应的制造过渡管道的方法

摘要

燃气涡轮发动机(10)具有燃烧器(16)、涡轮(18)和过渡管道(17)，过渡管道(17)位于燃烧器(16)与涡轮(18)之间以将来自燃烧器(16)的热气体(34)沿通道引导至涡轮(18)。过渡管道(17)具有内表面(54，55，56，57)，热气体(34)冲击在内表面上引起在内表面(54，55，56，57)上的变化的温度分布。热障涂层(100)位于内表面(54，55，56，57)上且包括至少第一热障涂层补片(72P)和第二热障涂层补片(74P)。第一热障涂层补片(72P)在内表面(54，55，56，57)上并且在经受比内表面(54，55，56，57)的未涂覆部分高的温度且由第一预定温度的第一等温线(73)划界的第一区域(72A)内具有第一预定厚度(72T)。第二热障涂层补片(74P)在内表面(54，55，56，57)上并且在经受比内表面(54，55，56，57)的未涂覆部分高的温度且由第二预定温度的第二等温线(75)划界的第二区域(74A)内具有第二预定厚度(74T)。第二预定温度比第一预定温度高且第二预定厚度(74T)比第一预定厚度(72T)厚。还提供了相应的制造过渡管道的方法。

说明书

技术领域

本发明涉及位于燃气轮机的燃烧器与涡轮部之间的过渡管道。此外本发明涉及包括至少一个过渡管道的燃气轮机和制造过渡管道的方法。

背景技术

燃气涡轮发动机包括按照流动序列并大体围绕转动轴线布置的压气机、燃烧器和涡轮。在操作期间，压气机将压缩空气供给至燃烧器并且该压缩空气与气体或液体燃料混合。空气/燃料混合物接着并燃烧并且燃烧气体经由过渡管道被沿通道引导至涡轮部。燃烧气体迫使涡轮的转动，这进而经由互连的轴驱动压气机。对于具有筒状燃烧器布置的燃气涡轮发动机，该筒状燃烧器布置是各具有至少一个喷燃器和燃烧室的燃烧器筒的环形阵列，过渡管道典型地具有与燃烧器室接口的圆形入口和呈环形段形式的出口。过渡管道出口的环形阵列形成用于将燃烧气体沿通道引导至涡轮的环体(annulus)。

过渡管道由片材金属壁制造或者可以是具有相对大的表面面积的铸件。这些大表面招致显著的热膨胀和收缩，这会引起壁内的应力。这些热应力在存在有显著的热梯度的情况下增加。另外，从圆形入口过渡至环形段并且燃烧器与涡轮之间接口的过渡管道的固有几何结构在经受来自燃烧器的热工作气体时产生独特的应力状态。

过渡管道的服务寿命部分地由其经历的绝对温度和横跨组成部件的温度分布或梯度确定。为保护组成部件材料免于过热，传统上，在热气体暴露区域并且往往是在部件的整个热侧(在该情况中是过渡管道的内表面上)施加热障涂层(TBC)。在这里流出燃烧器的燃烧气体流动的温度分布不均匀并因此TBC的施加和均匀厚度由所经历的最大温度和材料的热能力确定。横跨过渡管道的内表面的温度差可能在700℃的范围内。因为TBC被施加至过渡管道的整个内表面，TBC的故障普遍发生在TBC的边缘或间断处。故障通常是TBC材料从过渡管道的表面的脱粘或者是TBC的龟裂。为此原因，对过渡管道的整个内表面施加传统的TBC，过渡管道包括形成为复杂几何形状的入口环和出口凸缘。

传统的TBC的施加处于均匀的厚度并且是对过渡管道的整个内表面施加，这在降低片材金属壁材料所经历的温度上是令人满意的。然而，仍然存在有横跨过渡管道的相当大的热梯度并且在服务经历中发现归因于热应力的TBC的脱粘和龟裂。

发明内容

为解决上面描述的已知过渡管道的问题和为了实现下面描述的优点，提供有一种燃气涡轮发动机，具有燃烧器、涡轮和过渡管道，过渡管道位于燃烧器与涡轮之间以将来自燃烧器的热气体沿通道引导至涡轮，过渡管道具有内表面，热气体冲击在内表面上引起在内表面上的变化的温度分布，热障涂层位于内表面上并且包括至少第一热障涂层补片和第二热障涂层补片，第一热障涂层补片在内表面上并且在第一区域内具有第一预定厚度，第一区域经受比内表面的未涂覆部分高的温度且由第一预定温度的第一等温线划界，第二热障涂层补片在内表面上并且在第二区域内具有第二预定厚度，第二区域经受比内表面的未涂覆部分高的温度且由第二预定温度的第二等温线划界，其中第二预定温度比第一预定温度高并且第二预定厚度比第一预定厚度厚。

厚度可以是在第一热障涂层补片和/或第二热障涂层补片内的最小厚度，且最小厚度位于各自的第一等温线和/或第二等温线附近。

热障涂层可以包括过渡部分，过渡部分具有变化的厚度。

热障涂层包括台阶。台阶可以是厚度上的突然增加或者可以是厚度上的逐渐增加。

过渡管道可以具有凹陷并且热障涂层的至少一部分位于凹陷内。

凹陷可以包括至少一个台阶并且第一热障涂层补片或第二热障涂层补片中的至少一个位于台阶上。

凹陷可以至少包括第一台阶和第二台阶并且第一热障涂层补片位于第一台阶上并且第二热障涂层补片位于第二台阶上。

凹陷可以包括至少一个平滑轮廓并且第一热障涂层补片和/或第二热障涂层补片中的至少一个位于平滑轮廓上。

凹陷可以至少包括第一台阶和第二台阶并且第一热障涂层补片位于第一台阶上并且第二热障涂层补片位于第二台阶上。

过渡管道形成部分地由内表面限定并且部分地由热障涂层限定的气体洗涤表面，且气体洗涤表面是平滑且无中断的。

在本发明的另一方面中，提供有一种制造用于燃气涡轮发动机的过渡管道的方法，过渡管道具有内表面，热气体冲击在内表面上引起在内表面上的变化的温度分布，方法可以包括确定至少第一预定温度的第一等温线和第二预定温度的第二等温线，在内表面上并且在第一区域内施加具有第一预定厚度的第一热障涂层补片，第一区域经受比内表面的未涂覆部分高的温度且由第一预定温度的第一等温线划界，在内表面上并且在第二区域内施加具有第二预定厚度的第二热障涂层补片，第二区域经受比内表面的未涂覆部分高的温度且由第二预定温度的第二等温线划界，其中第二预定温度比第一预定温度高并且第二预定厚度比第一预定厚度厚。

方法可以包括：在过渡管道中对应于第一区域或第二区域中的至少一个区域中形成凹陷，将第一热障涂层补片或第二热障涂层补片中的至少一个施加在凹陷中。凹陷可以液压成形、铸造、加压、机加工和蚀刻来形成。

凹陷可以包括至少一个台阶并且第一热障涂层补片或第二热障涂层补片中的至少一个位于台阶上。

凹陷可以至少包括第一台阶和第二台阶并且第一热障涂层补片位于第一台阶上并且第二热障涂层补片位于第二台阶上。

凹陷可以包括至少一个平滑轮廓并且第一热障涂层补片和/或第二热障涂层补片中的至少一个位于平滑轮廓上。

下面是本发明的优点：

a.改善了横跨组成部件的温度梯度并因此减小了过渡管道的蠕变变形。

b.借助减小了的应力和其他的热疲劳，延长了过渡管道的寿命。

c.借助较少TBC覆盖，降低了TBC施加的成本。

d.借助在更易于访问且覆盖较少复杂几何结构的区域中施加TBC，简化了TBC施加处理。

e.降低了在检查和更换过渡管道方面对发动机的维护要求。

f.减少了发动机停机时间，特别是在过渡管道故障时。

g.增加了客户对于他们的功率要求的发动机可用性。

附图说明

通过参照结合附图对本发明的实施例的以下描述，该发明的上面提到的属性和其他特征与优点及获得它们的方式将变得更加明显并且发明本身将更好地得以理解，其中：

图1以截面图示出涡轮发动机的一部分并且其中结合有本发明的过渡管道，

图2是在涡轮发动机的过渡管道的相对于燃烧气体的流动的大体下游方向上观察的并依照本发明的立体图。

图3是在涡轮发动机的过渡管道的相对于燃烧气体的流动的大体上游方向上观察的且依照本发明的立体图，

图4是在过渡管道的内表面上的视图，示出了表面所经历的温度的热等温线；

图5是在过渡管道的内表面上的视图，示出了具有不同或变化的厚度的热障涂层的补片；

图6是图5中示出的截面A-A的示意图，示出了热障涂层的变化厚度的第一布置；

图7是图5中示出的截面A-A的示意图，示出了热障涂层的变化厚度的第二布置；

图8是图5中示出的截面A-A的示意图，示出了热障涂层的变化厚度的第三布置；

图9是图5中示出的截面A-A的示意图，示出了热障涂层的变化厚度的第四布置；

图10是图5中示出的截面A-A的示意图，示出了热障涂层的变化厚度的第五布置；

图11是图5中示出的截面A-A的示意图，示出了热障涂层的变化厚度的第六布置；

图12是用于将热障涂层沉积在过渡管道上的设备的示意性图示；

图13是图5中示出的截面A-A的示意图，其示出了类似于图6的热障涂层的变化厚度的第一布置并且图示出用于热障涂层的沉积区；

图14是在过渡管道的内表面上的视图，示出了具有不同或变化的厚度的热障涂层的补片和适于形成热障涂层的输送喷嘴的多个路径；

图15是在过渡管道的内表面上的视图，示出了喷出冷却孔的阵列并以虚线示出多个稀释孔；

图16是描绘了过渡管道的壁的在图5中示出的截面B-B的表面温度的温度分布。

具体实施方式

图1以截面图示出燃气涡轮发动机10的示例。燃气涡轮发动机10按流动序列包括入口12、压气机部14、燃烧器部16和涡轮部18，它们大体布置按流动序列并且大体围绕纵向或转动轴线20并在纵向或转动轴线20的方向上。燃气涡轮发动机10进一步包括可围绕转动轴线20转动并纵向延伸穿过燃气涡轮发动机10的轴22。轴22将涡轮部18驱动地连接至压气机部14。

在燃气涡轮发动机10的操作中，通过空气入口12吸入的空气24由压气机部14压缩并被输送至燃烧部或喷燃器部16。喷燃器部16包括喷燃器增压室26、一个或多个燃烧室28和被固定至各燃烧室28的至少一个喷燃器30。燃烧室28和喷燃器30位于喷燃器增压室26的内侧。穿过压气机14的压缩空气进入扩散器32并从扩散器32排放到喷燃器增压室26内，从那里空气的一部分进入喷燃器30并与气体或液体燃料混合。空气/燃料混合物接着被燃烧并且来自燃烧的燃烧气体34或工作气体经由过渡管道17被沿通道引导穿过燃烧室28至涡轮部18。

该示例性燃气涡轮发动机10具有筒状燃烧器部布置16，其由各自具有喷燃器30和燃烧室28的燃烧器筒19的环形阵列构成，过渡管道17具有与燃烧器室28接口的大体圆形入口和呈环形段形式的出口。过渡管道出口的环形阵列形成用于将燃烧气体沿通道引导至涡轮18的环体。

涡轮部18包括被附接至轴22的多个叶片承载盘36。在本示例中，两个盘36各承载有涡轮叶片38的环形阵列。然而，叶片承载盘的数量可以不同，即仅一个盘或超过两个的盘。另外，被固定至燃气涡轮发动机10的定子42的引导翼片40布置在涡轮叶片38的环形阵列的级之间。入口引导翼片44设置在燃烧室28的出口与前列涡轮叶片38之间并使工作气体的流动转向到涡轮叶片38上。

来自燃烧室28的燃烧气体进入涡轮部18并驱动涡轮叶片38，该涡轮叶片38进而使轴22转动。引导翼片40、44用于优化燃烧或工作气体在涡轮叶片30上的角度。

涡轮部18驱动压气机部14。压气机部14包括翼片级46与转子叶片级48的轴向系列。转子叶片级48包括支撑叶片的环形阵列的转子盘。压气机部14还包括包围转子级并支撑翼片级48的壳体50。引导翼片级包括被安装至壳体50的径向延伸翼片的环形阵列。设置了翼片以使气体流动在给定发动机操作点以对于叶片来说的最佳角度来呈现。引导翼片级中的一些具有可变翼片，其中翼片的围绕它们自己的纵向轴线的角度可以根据在不同发动机操作条件下可能发生的空气流动特性而针对角度进行调节。

壳体50限定了压气机14的通路56的径向外部表面52。通路56的径向内部表面54至少部分地由转子的转子鼓53限定，该转子鼓部分地由叶片48的环形阵列限定。

参照上面的具有将单个的多级压气机与单个的一个或多个级涡轮连接的单个轴或绕轴的示例性涡轮发动机来描述本发明。然而，应该领会的是，本发明同样适用于两个或三个轴的发动机，并且其可以用于工业、航空或海洋应用。

术语上游和下游是指通过发动机的空气流动和/或工作气体流动的流动方向，除非另有说明。术语向前和向后是指通过发动机的气体的大体流动。术语轴向、径向和周向是参照发动机的转动轴线20进行的。

参见图2和图3是依照本发明的两个立体图，其分别示出了过渡管道17的入口和出口。过渡管道17具有大体圆形入口50和连接至涡轮18的呈环形段形式的出口52，大体圆形入口50接口并连接至燃烧器筒27的下游端。过渡管道的环形阵列形成用于将燃烧气体沿通道引导至涡轮的环体。过渡管道17具有内表面54、55、56、57,分别作为径向内部内表面、径向外部内表面和相对的横向的内表面。返回参见图1，为了清楚也示出了径向内部内表面54和径向外部内表面55。

过渡管道17由片材金属制造，其限定了整体表示为51且具有相对大的表面面积(特别是内表面54和55)的壁或多个壁。这些表面招致显著的热膨胀和收缩，这在片材金属中引起内部应力。这些内部应力在如下情况下增加，在该情况下在表面上和贯穿过渡管道的壁51存在显著的热梯度。另外，从大体圆形入口50过渡至环形段出口52并且接口在燃烧器与涡轮之间的过渡管道的固有几何结构在经受来自燃烧器的热工作气体时引起独特的应力状态。在一些燃气轮机中并且取决于热负载，过渡管道17可以包括片材金属的一个壁(如这里所示的)和外部壁。往往在片材金属的两个壁之间供给冷却空气以经由对流和来自其表面的传导来冷却组成部件。本发明同样适用于这些双壁的过渡管道。

图4是在径向内部内表面54上的视图并且描绘了在涡轮发动机10的操作期间过渡管道17的表面的温度的近似热等高线图。等高线图包括一系列的等温线60至64，各等温线将相等温度的点连接并界定了表面的指示出等温线之间的范围的表面的区域65至70。一般地，等温线60至64的温度从入口50增加至出口52。因此，区域65至70所经历的表面温度从区域65增加至区域70。

流出燃烧器16的燃烧气体流动34的温度分布不均匀并且这因此招致可能在700℃的范围内的横跨过渡管道17的显著温度差或梯度。此外并且如可以在图1中看到的，燃烧器16的中心线35入射在径向内部内表面54上。因此燃烧气体34具有冲击内表面54的特定区域上的趋势，并且在该示例中表面区域69和70招致特别高的温度，并因此招致特别高的温度梯度引起了过渡管道壁51材料内的高热招致的应力和应变。燃烧器气体的该冲击进一步加剧了贯穿过渡管道17的温度梯度。

毫无疑问本发明的一个目的是降低过渡管道的壁的表面的温度并因此降低壁自身的整体温度。在热障涂层的作用下或借助热障涂层，热障涂层的存在降低了过渡管道壁的表面的温度并因此相应地降低了壁的温度。在施加的情况下，热障涂层的外部表面仍经历着与未涂覆的壁表面相同或几乎相同的热气体温度。

图5是与图4类似的径向内部内表面54的视图。具有第一厚度的整体示出为100的热障涂层被施加至用线73划界的第一补片72P。线73是第一补片72P的边界并且表示第一预定等温线值。使线73在等温线点之间平滑使得TBC补片具有平滑的边缘或边界。第一区域72A内的金属或壁的温度借助TBC被限制或降低。热障涂层100具有第二厚度并且被施加至用线75划界的第二补片74P。线75是第二补片74P的边界并且表示第二预定等温线值。使线75在等温线点之间平滑使得TBC补片具有平滑的边缘或边界。第二区域70内的金属或壁温度借助具有第二厚度的TBC而被限制。第二TBC补片74P的厚度或第二TBC补片74P内的厚度大于第一TBC补片72P的厚度。借助第二TBC补片74P的较大厚度，给予下层壁51或内表面温度较大的热保护。以该方式，区域69和70中的下层壁表面54所经历的温度被降低，或类似于相邻的未涂覆区域的那些表面。因此降低了横跨表面54的温度梯度。壁51的内表面54在TBC补片74P和72P下层的区域70和69内的绝对温度被降低并且近似相似。因此在降低温度梯度时，也减小了过渡管道的壁51中的应力和应变。

TBC补片72和74的预定等温线边界线73、75的温度值由若干因素确定，包括横跨表面的温度分布、用以保护下层表面54的TBC的性质、过渡管道壁材料的温度能力与热膨胀特性、以及发动机操作期间过渡管道的机械应力-应变特性。

图6是图5中示出的截面A-A的示意图，示出了热障涂层100的变化厚度72P、74P的第一布置。热障涂层100上覆在壁51的内表面54的一部分上。内表面54具有标称表面轮廓，例如其中该热障涂层100作为改造或翻新而施加。具有第一厚度72T的热障涂层100被施加至用第一预定等温线线73划界的第一补片72P。具有第二厚度74T的热障涂层100被施加至用线75划界的第二补片74P。线75是第二补片74P的边界并且表示第二预定等温线值。第二预定等温线值大于第一预定等温线线73。

如可以看到的，热障涂层100的厚度在第一厚度72T与第二厚度74T之间变化。在第一布置的第一变体中，第一热障涂层补片72P可以在等温线线73处或附近具有台阶状厚度并且如虚线76所示。类似地，第二热障涂层补片74P可以在等温线线75处或附近具有台阶状的厚度增加并且如虚线78所示。然而，在第二变体中，在过渡部分80上实现了在内表面54与第一等温线线73处或附近的第一厚度72T之间变化的热障涂层的厚度。类似地，过渡部分82的厚度在第一厚度72T与第二等温线线75处或附近的第二厚度74T之间变化。

在热障涂层100的第一布置的任一变体中，厚度可以说是台阶状并且这样的台阶使热障涂层100的厚度从第一厚度变化至第二厚度。过渡部分80、82可以进一步借助其逐渐的增厚而进一步逐渐地限制下层表面51所经历的温度。应该注意的是，过渡部分80、82设置在第一和第二等温线线73、75的冷侧的前方或较冷侧上。注意，第一和第二等温线线73、75是预定温度边界，在该预定温度边界处实现期望的第一和第二厚度72T、74T。第一和第二等温线线73、75可以基于使用中过渡管道的表面的热着色试验或热成像来确定。预定的第一和第二等温线线73、75可以是发动机可能是在最大发动机输出期间的操作点经历最大热梯度的所在的部位，但也可能在较低发动机输出处。

图7是图5中示出的截面A-A的示意图，示出了热障涂层100的变化厚度的第二布置。使用了相同的附图标记来表示图7中的与图6中相同的元件。热障涂层100的厚度被指示为第一和第二厚度72T、74T并且各厚度相应地发生在第一和第二预定等温线线73、75处或附近。在热障涂层100的变化厚度的该第二布置中，第一和第二厚度72T、74T之间的部分从等温线线73逐渐地增加至等温线线75。相同的过渡部分82被施加至内表面54直到第一等温线73，以在表面54与等温线73处的热障涂层73T的所要求的厚度之间平滑地共混。意图是使热障涂层100的厚度变化或渐变，以逐渐地增加对壁51的热保护，壁51与由于燃烧气体而由表面或在表面上所经历的温度分布的逐渐增加相关联。因此通过逐渐地增加热障涂层100的厚度，可以使壁保持更加恒定的温度，由此使热应力减小或最小化。

图8是图5中示出的截面A-A的示意图，示出了热障涂层的变化厚度的第三布置。使用了相同的附图标记来表示图8中的与图6中相同的元件。对于该第三布置，壁51相对于标称轮廓90形成有凹陷84并且热障涂层100可以至少部分地位于凹陷84中。凹陷84包括至少第一台阶86。热障涂层100上覆在内表面54至第一预定等温线线73处的第一厚度72T的部分，作为在第一区域72A上的第一补片72P。热障涂层100进一步上覆在形成第二区域74A的第二台阶86上并且达第二厚度74T，作为第二补片74P。第一台阶86位于第二预定等温线线75处或附近。

凹陷84使在标称轮廓上方的热障涂层100的厚度最小化并且降低了燃烧气体34的任何空气动力学干扰和随后的性能损失。

图9是图5中示出的截面A-A的示意图，示出了热障涂层100的变化厚度的第四布置。视情况，使用了相同的附图标记来表示图9中的与图6、图7和图8中相同的元件。对于该第四布置，壁51形成有相对于标称轮廓90的凹陷84并且热障涂层100至少部分地位于凹陷84中。凹陷84至少包括第一台阶86和第二台阶88。热障涂层100上覆形成了第一区域72A的第一台阶86并且达第一厚度72T，作为第一补片72P。第一台阶86位于第一预定等温线线73处或附近。热障涂层100进一步上覆在形成了第二区域74A的第二台阶88上并且达第二厚度74T，作为第二补片74P。第二台阶88位于第二预定等温线线75处或附近。

可以在第一和第二厚度72T、74T上施加附加热障涂层92厚度(在该情况中该厚度至少部分地逐渐增厚)，以增加热障涂层100的总体厚度。该附加的热障涂层92厚度处于标称轮廓90上方。可以在如下部位实施该附加热障涂层92的厚度，在该部位处凹陷84的深度例如受机械完整性或空间约束限制。

图10是图5中示出的截面A-A的示意图并且示出了热障涂层100的变化厚度的第五布置。视情况，使用了相同的附图标记来表示图10中的与图6至图9中相同的元件。对于该第五布置，壁51再次形成有凹陷84；然而，凹陷84现在具有平滑轮廓98，而不是参照图8和图9示出并描述的台阶状轮廓。凹陷84在轮廓98遇到标称轮廓90部位处具有零的初始深度并且逐渐地加深至第二预定等温线线75处的第二预定深度。热障涂层100被施加在作为标称轮廓表面90的一部分的第一区域72A上，以形成达第一预定厚度72T的第一补片72P。热障涂层100被施加在作为凹陷84的表面的一部分的第二区域72A上，以形成达第二预定厚度74T的第二补片74P。

图11是图5中示出的截面A-A的示意图，示出了热障涂层100的变化厚度的第六布置。视情况，使用了相同的附图标记来表示图11中的与图6至图10中相同的元件。对于该第六布置，壁51再次形成有凹陷84；然而，凹陷84现在具有平滑轮廓98，而不是参照图8和图9示出并描述的台阶状轮廓。凹陷84在其轮廓98遇到标称轮廓90的位置处具有零的初始深度并且逐渐地加深至在第一预定等温线线73处的第一预定深度。凹陷84可以接着逐渐地加深至第二预定等温线线75处的第二预定深度。第一和第二预定深度可以对应于热障涂层的第一和第二预定厚度72T、74T。可选地，在附加热障涂层92的厚度处于标称轮廓90上方的情况下，凹陷的深度可以减小以实现用于过渡管道壁51的要求的热保护。

该第六布置的热障涂层100的变化厚度有助于使其形成定位在轮廓98遇到标称轮廓90的部位与第一预定等温线线73之间的过渡部分80。

第三、第六布置可以均形成用于过渡管道的内表面的平滑且无中断的气体洗涤表面102。因此当燃烧气体34从表面54的未涂覆部分流动到涂覆部分72P时(或反之亦然)，没有干扰燃烧器气体流动的凹凸、台阶或凹陷。

另外，即使在热障涂层100形成为上覆在标称轮廓90上的情况下，热障涂层100也仍呈现出平滑气体洗涤表面，平滑气体洗涤表面使空气动力学损失最小化并且使从其上通过的燃烧气体流动34中的扰动最小化。

本发明的进一步优点在于，显著地减小热障涂层100覆盖的过渡管道的内表面的覆盖量，显著节省了制造的材料、时间和成本。此外，还提高了可靠性，因为由热障涂层100覆盖的区域具有相对简单的表面轮廓或者借助凹陷被保护，而不是覆盖先前的诸如高度弯曲的壁和难以到达的区域等的复杂几何结构的热障涂层方案。高度弯曲的壁和难以到达的表面区域特别是出现在如图5所示的过渡臂49附近。过渡臂49的内表面具有紧密的半径表面曲线49A。这些高度弯曲的壁和难以到达的区域可能既易于发生高的热应力和应变又难以制造，包括实现到下层表面的良好粘合、均匀厚度和可访问性。

过渡部分80、82可以位于热涂层100周围的任何位置处，如相对于燃烧气体34的大体流动的上游、下游和横向位置。类似地，台阶86、88和逐渐增厚部分(92)可以位于热障涂层100周围的任何位置处，如相对于燃烧气体34的大体流动的上游、下游和横向位置。

用于热障涂层的施加的设备和环境是非常熟知的并且这里将不详细描述，除此外，可以使用以下已知方法中的任何一个：电子束物理气相沉积(EBPVD)、空气等离子体喷涂(APS)、高速氧燃料(HVOF)、静电喷涂辅助气相沉积(ESAVD)和直接气相沉积(DVD)。尽管如此，参见图12，热障涂层施加装置110包括具有电力供给部件114和输送喷嘴116的外壳112、和材料料斗118。电子控制器120控制热障涂层施加装置110的多个方面，如输送喷嘴116的位置、热障涂层材料的供给的速率、和输送喷嘴116横跨表面54、55、56、57的速度。

电子控制器120保存有过渡管道17的几何结构的模型并且可以对输送喷嘴116可在过渡管道17的表面上的移动量进行编程，以将热障涂层材料沉积在任何期望的位置。

第一预定温度的第一等温线73和第二预定温度的第二等温线75基于多个方法中的任何一个来确定，所述多个方法包括：过渡管道的温度分布的热着色试验或计算机建模、或者使用中的过渡管道的热成像定。应该注意的是，对于本发明的该应用或其他应用，可以确定超过两个的等温线。限定了第一和第二区域72A、74A的第一和第二等温线73、75的定位取决于包括温度、温度梯度、组成部件内的应力/应变、和诸如热膨胀系数、强度和疲劳特性等的材料性质在内的因素中的任何一个或多个。另外，在决定第一和第二等温线73、75和任何进一步的等温线的定位时，顾及到由热障涂层100所给予的热保护的考量。还需考虑的是热障涂层100的厚度并且特别是横跨热障涂层的厚度的温度差。因此等温线73、75的定位不仅借助上面提到的参数进行选择而且还结合热障涂层补片72T和74T的厚度。

一旦等温线73、75和热障涂层补片72T和74T的至少两个厚度的厚度已选择成使横跨过渡管道17的内表面的温度梯度最小化，就将第一和第二等温线值输入控制器112并且控制器112内的程序接着制定等温线73、75的坐标。还将第一和第二热障涂层补片72T和74T的所要求的厚度输入控制器112。因此控制器112制定用于输送喷嘴所遵循并沉积热障材料以形成热障涂层100的路径。控制器112还制定输送喷嘴116的所要求的速度、材料的沉积的速率和通过的次数以在热障涂层100内的任何定位处形成所要求的厚度。控制器还可编程为制定用以形成过渡部分80、82的必要的沉积。

图13是示意性截面A-A，示出了过渡管道壁51和热障涂层100的变化厚度的第一布置。该第一布置是示例性实施例，并且用于形成热障涂层的方法可以同样适用于这里描述的所有实施例。在箭头34的方向上，可以将热障涂层100分成若干区。区132是过渡部分80、区134是恒定厚度TBC补片72P、区136是过渡部分82并且区138是恒定厚度TBC补片74P。

在箭头130的方向上，对于区132，可以通过减小喷嘴116的速度和增加从料斗118到喷嘴116的TBC材料的给送速率以增加降落在表面51上的TBC材料的量中的任何一个或组合来增加热障涂层的沉积厚度。在存在有TBC的恒定厚度的TBC补片72A上和区134中，可以使喷嘴速度和TBC材料的给送速率保持恒定，但可以将其分别增加或者减小，以维持期望的沉积速率和厚度。

取决于TBC100的第一和第二厚度72T、74T的所要求的厚度，可以以两种方式形成第二TBC补片74P。首先，对于区136，在箭头130的方向上，可以通过减小喷嘴116的速度和增加从料斗118到喷嘴116的TBC材料给送速率以增加降落在表面51上的TBC材料的量中的任何一个或组合来增加过渡部分82的沉积厚度。在TBC厚度恒定的TBC补片74A上和区138中，可以使喷嘴速度和TBC材料的给送速率保持恒定，但可以将其分别增加或者减小，以维持期望的沉积速率和厚度。此外，在该情况中减小喷嘴116的速度和增加从料斗118到喷嘴116的TBC材料的给送速率是与区134的那些相比的相应速率。其次，TBC的第一补片72P可以被延伸并覆盖第二区域74A。在该情况中可以通过以与区132和134相同的方式在延伸的第一补片72P上的两个或多个层来形成区136和138，将不再重复。

图14是在过渡管道的内表面上的视图，示出了施加至区域72A、74A并且具有不同或变化的厚度72T、74T的热障涂层的补片72P、74P。可对输送喷嘴116的多个路径编程以形成热障涂层100。

在一个实施例中，可变热障涂层100通过横跨整个热障涂层补片延伸的第一路径140形成。成行地沉积TBC，其中各行形成为与在箭头142的方向上挨着行相邻。当沉积喷嘴116横穿内表面54时，通过更改喷嘴116的速度和更改从料斗118到喷嘴116的TBC材料的给送速率以增加或减小降落在表面51上的TBC材料的量中的任何一个或组合来实现热障涂层的变化厚度，如上面描述的。

在另一实施例中，在热障涂层太厚以至于不能沉积在一个层(例如第二TBC补片74P)中的情况下，输送喷嘴116折返第一路径140的相关部分以形成第二(或更多)层并因此形成较厚的TBC补片74P。可选地，在TBC的第一补片72P被延伸并覆盖第二区域74A的情况下，输送喷嘴116的第二路径144横穿第二厚度补片74P。该路径144被示出以横穿第一路径140的方式产生了成行的TBC沉积。然而，第二路径可以在相对于第一路径140的任何定向上。

在另一实施例中，过渡部分80、82或者热障涂层10逐渐地改变厚度的部位，将输送喷嘴116沿着第三路径146指向。当大体在箭头148的方向上沉积出成行的热障涂层时，减小输送喷嘴速度和/或增加从料斗118到喷嘴116的TBC材料的给送速率。

图15是在过渡管道17的内表面54上的视图，示出了喷出冷却孔150的阵列并以虚线示出多个稀释孔152。除了这里所描述的变化厚度的热障涂层布置中的任一个之外，可以设置喷出冷却孔150以在表面54的一部分上提供冷却流体的膜。喷出冷却孔150穿透通过过渡管道17的壁51并通过任何热障涂层100。可变厚度的热障涂层100的施加可以减小喷出冷却孔150的数量和/或范围。当设计热障涂层100的范围、定位和厚度时，如果存在喷出冷却孔150的话，顾及到喷出冷却孔150的冷却效果。本质上，对于具有喷出冷却孔150的过渡管道17，等温线线73、75和确定等温线线的方法仍然与壁51的表面54的实际温度有关。类似地，在过渡管道17包括稀释孔152的情况下，壁的表面的局部温度可能受到影响，并且再次等温线线73、75和确定等温线线的方法与壁51的表面54的实际温度有关。

图16是描绘了沿着过渡管道17的壁51的在图5中示出的截面B-B的表面温度的温度分布154。分布线156代表没有热障涂层的过渡管道的表面54的温度。分布线158代表在整个内表面上施加有的均匀厚度热障涂层的过渡管道17的表面的温度。分布线160代表具有依照本发明并如这里所描述地施加的变化厚度热障涂层100的过渡管道17的表面的温度。

对于均匀热障涂层的情况，其温度分布线158被示出为与表面54的温度相比降低均匀的量并且如示出的分布线156与158之间的温度差164。温度差164沿着整个温度分布154图是恒定的。沿着分布158在最大和最小温度之间的温度范围168与未涂覆表面54的温度范围170相同。因此沿着表面54的温度梯度在具有或没有均匀热障涂层的情况下仍然相同。如可以看到的温度分布160

相比之下，对于变化厚度热障涂层100，分布线156与160之间的温度差在区域161中的零与最大值166之间变化。在区域162中没有热障涂层100。最大温度差166并不一定发生在施加了热障涂层的最厚部分的部位。因此温度差168以及进而横跨壁的温度梯度被大大地降低。因此，变化厚度热障涂层100显著地减小了整个过渡管道17的应力和应变。此外，还降低了表面的峰值最大温度。

本发明的另一方面是形成具有如特别参照图8至图11所描述的凹陷84的过渡管道17的方法。以与上面所描述的相同的方式，确定第一等温线73和第二等温线75的定位。对于涉及在存在有台阶86、88的情况下的图8和图9的实施例，使用等温线等高线或线73、75来表示它们的定位。接着通过加压或冲压片材金属壁以形成凹陷84，来形成一个台阶或多个台阶。类似地，在如图10和图11所示使用了平滑轮廓98而不是台阶轮廓的情况下，可以使用液压成形来产生平滑轮廓98。然而可以采用其他已知技术，该方法的关键是用以产生用于如上面所描述的相对于标称表面轮廓90的深度的定位的等温线的定位。

应该领会的是，贯穿本发明的以上描述，描述了热障涂层的可变厚度、两个屏障涂层厚度、两个台阶、两个最小深度或厚度或补片或区域；然而，本发明涵盖任何数量的这些参数并且具有用以实现相同优点的观点。例如，热障涂层的可变厚度可以包括具有不同厚度的热障涂层的三个、四个或更多的补片。例如，尽管示例性实施例示出了热障涂层在相对于燃烧气体34的大体流动的下游方向上的增加的厚度，但热障涂层可以在厚度上在下游方向或横向方向上减小。

在可应用和包括本发明的一些示例中，过渡管道可以由延伸或长形的燃烧器筒19和位于燃烧器筒19与涡轮18之间的单独的管道构成。因此这里所使用的术语“过渡管道”包括管道自身以及管道和延伸的燃烧器筒。

虽然已针对优选实施例详细图示并描述了发明，但发明不限于这些公开的示例并且本领域技术人员可以在实践所要求保护的发明时导出其他变型。