用于在渦輪發(fā)動機(jī)部件中形成冷卻通道的模板的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及使用模板經(jīng)由放電加工在渦輪發(fā)動機(jī)部件中形成冷卻通道。
【背景技術(shù)】
[0002]在渦輪機(jī)比如渦輪發(fā)動機(jī)中，空氣在壓縮機(jī)部分被加壓，然后與燃料混合并在燃燒部分中燃燒，以產(chǎn)生熱的燃燒氣體。熱的燃燒氣體在發(fā)動機(jī)的渦輪部分內(nèi)膨脹，能量在發(fā)動機(jī)內(nèi)被提取，以提供用于產(chǎn)生電能的輸出功率。
[0003]直接暴露于熱的燃燒氣體的、燃燒部分和渦輪部分內(nèi)的部件比如旋轉(zhuǎn)和靜止翼型件即葉片和輪葉以及流動路徑限定部件例如護(hù)罩、平臺、環(huán)段、襯套、過渡管道等可以設(shè)置有內(nèi)部冷卻回路，其通過部件引導(dǎo)冷卻流體，比如壓縮機(jī)排出的空氣。這些類型的部件還可以包括延伸通過其中外壁的薄膜冷卻通道，用于將冷卻空氣排出到部件的外部，以形成薄層薄膜冷卻空氣，這保護(hù)部件不受熱的燃燒氣體的影響。
[0004]隨著時間的推移，暴露于熱的燃燒氣體的部件的外壁可能惡化，這可能會使形成于其中的薄膜冷卻通道變形，從而減少或破壞薄膜冷卻通道的功能。此外，薄膜冷卻通道可能會被由熱的燃燒氣體收集和攜帶的碎肩堵塞或阻塞。在這種情況下，可能有必要在部件的壁中重新形成冷卻通道。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]根據(jù)本發(fā)明的第一方面，提供了一種在用于渦輪發(fā)動機(jī)的部件中形成多個冷卻通道的系統(tǒng)。所述系統(tǒng)包括:電極支架；多個電極，其從所述電極支架延伸并且在結(jié)構(gòu)上由該電極支架支撐；以及模板。所述模板具有限定電極進(jìn)入表面的第一表面、與所述第一表面相對并且限定部件配合表面的第二表面、以及預(yù)先形成在所述模板中并且從所述第一表面延伸到所述第二表面的多個電極通道。所述模板的第二表面具有對應(yīng)于所述部件的外表面的形狀，使得所述模板能夠被緊密地定位成靠著所述部件的外表面。在電火花加工操作期間，所述電極被同時插入通過所述模板中預(yù)先形成的電極通道并且進(jìn)入所述部件，同時將電流供給到所述電極，以從所述部件除去材料，從而在其中形成所述冷卻通道。
[0006]根據(jù)本發(fā)明的第二方面，提供了一種在用于渦輪發(fā)動機(jī)的部件中同時形成多個冷卻通道的方法。將非導(dǎo)電/非傳導(dǎo)模板置于向上靠著所述部件的外表面，使得所述模板的部件配合表面裝配成緊密地靠著該外表面。將多個電極插入通過形成在所述模板中的相應(yīng)預(yù)先形成的電極通道。執(zhí)行電火花加工操作，以在所述部件中同時形成多個冷卻通道，并且包括將所述多個電極插入所述部件，同時將電流供給到所述電極，以便從所述部件除去材料，以同時形成所述冷卻通道。
[0007]根據(jù)本發(fā)明的第三個方面，提供了一種在用于渦輪發(fā)動機(jī)的部件中同時形成多個冷卻通道的可重復(fù)使用的模板。所述模板包括:第一表面，其限定電極進(jìn)入表面；第二表面，其與所述第一表面相對并且限定部件配合表面；以及多個電極通道，其預(yù)先形成在所述模板中并且從所述第一表面延伸到所述第二表面。所述模板的第二表面具有對應(yīng)于所述部件的外表面的形狀，使得所述模板能夠被緊密地定位成靠著所述部件的外表面。在電火花加工操作期間，多個電極被同時插入通過所述模板中預(yù)先形成的電極通道并且進(jìn)入所述部件，同時將電流供給到所述電極，以從所述部件除去材料，從而在其中形成所述冷卻通道。
【附圖說明】
[0008]雖然本說明書結(jié)尾的權(quán)利要求特別指出并清楚地要求保護(hù)本發(fā)明，但可以認(rèn)為的是，根據(jù)下面的描述并結(jié)合所附附圖，本發(fā)明將得到更好地理解，附圖中相同的附圖標(biāo)記表示相同的元件，其中:
[0009]圖1是根據(jù)本發(fā)明的用于在部件中形成多個冷卻通道的系統(tǒng)的示意圖；
[0010]圖2是可以用于圖1系統(tǒng)的示例性模板的俯視圖，示出了模板的形狀以及穿過模板形成的多個預(yù)先形成的電極通道；
[0011]圖3是根據(jù)本發(fā)明的、定位在使冷卻通道形成在其中的部件的表面上的、圖2的模板的透視圖；以及
[0012]圖4是示出了可以在圖1的系統(tǒng)中使用以便在部件中形成多個冷卻通道的另一示例性模板的透視圖。
【具體實(shí)施方式】
[0013]在優(yōu)選實(shí)施例的以下詳細(xì)說明書中，參照形成其一部分的附圖，并且其中示出的可以實(shí)踐本發(fā)明的具體優(yōu)選實(shí)施例僅是示意性的而非限制性的。應(yīng)該理解的是，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的情況下，可以利用其他實(shí)施例，并且可以進(jìn)行改變。
[0014]在使用一段時間之后，隨著這些部件中的冷卻通道可能因隨時間而帶來的磨損會變形(包括被堵塞或阻塞)，可能有必要在渦輪發(fā)動機(jī)部件比如翼型件即旋轉(zhuǎn)葉片或靜止輪葉或者流動路徑限定部件例如護(hù)罩、平臺、環(huán)段、襯套、過渡管道等中重新形成冷卻通道。
[0015]參照圖1，示意性地示出了系統(tǒng)10，用于在渦輪發(fā)動機(jī)中使用的部件12中形成多個冷卻通道Cp。系統(tǒng)10包括電極支架14、從電極支架14延伸并由其在結(jié)構(gòu)上支撐的多個電極16、以及模板18。在所示實(shí)施例中，電極16的長度1^與電極16的直徑D亦比為至少約10比1，如圖1所示。
[0016]模板18包括限定電極進(jìn)入表面的第一表面20、與第一表面20相對且限定部件配合表面的第二表面22、以及多個電極通道24。模板18優(yōu)選地由非傳導(dǎo)材料比如聚合物形成，或者通過使用任何適合的涂覆方法涂覆有非傳導(dǎo)(non-conductive)材料。因此，電火花加工(EDM)操作期間提供給電極16的電流不穿過模板18傳輸，該EDM操作用于在部件12中形成冷卻通道Cp，如下面將要描述。此外，模板18優(yōu)選地由形狀保持材料形成，使得模板18在EDM操作期間不變形，并且使得模板18可以在后續(xù)的EDM操作中重復(fù)使用，以在與部件12類似的其他部件中形成冷卻通道。
[0017]如圖1所示，模板18的厚度1\優(yōu)選地處于從約3.5毫米至約6毫米的范圍內(nèi)，最優(yōu)選的實(shí)施例是約4.0毫米。通過使模板18具有足夠的結(jié)構(gòu)剛度以在EDM操作過程中大致保留冷卻通道Cp的大小、形狀、及方向角度來設(shè)置模板18的這種厚度Ττ，以有助于電極16的對準(zhǔn)。
[0018]如圖1所示，模板18的第二表面22具有對應(yīng)于部件12的外表面26的形狀，使得模板18能夠被緊密地定位成靠著部件12的外表面26。需要指出的是，盡管圖1所示的模板18的第二表面22和部件12的外表面26通常是平表面，但是這些表面22、26可以具有任何形狀，這取決于其中形成有冷卻通道Cp的部件12的類型。例如，對本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來說顯而易見的是，如果部件12是翼型件的吸入側(cè)，則部件12的外表面26可以由具有在翼型件的徑向內(nèi)端和外端之間延伸的前緣和后緣的大致凸形壁限定。作為另一示例，對本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來說顯而易見的是，如果部件12是翼型件的壓力側(cè)，則部件12的外表面26可以由具有在翼型件的徑向內(nèi)端和外端之間延伸的前緣和后緣的大致凹形壁限定。作為另一示例，對本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來說顯而易見的是，如果部件12是流動路徑限定部件比如護(hù)罩、平臺、環(huán)段、襯套、過渡管道等，則部件12的外表面26將由部件12的相應(yīng)外壁部分限定，以及圖3所示的例子，其中部件12包括與用于發(fā)動機(jī)渦輪部分的非旋轉(zhuǎn)翼型件30相關(guān)的內(nèi)護(hù)罩28。
[0019]根據(jù)本發(fā)明的一個方面，電極通道24預(yù)先形成在模板18中，也就是說電極通道24在下面將要描述的模板18用于EDM操作之前形成在模板18中，并且從模板18的第一表面20延伸到模板18的第二表面22。雖然圖1所示的示例性電極通道24相對于模板18的第一和第二表面20、22以約90°的角度延伸，但是電極通道24可以以任何合適的角度延伸穿過模板18，這取決于要在部件12中形成的冷卻通道Cp的角度。
[0020]下面參照圖1-3，對通過使用EDM操作在用于渦輪發(fā)動機(jī)的部件12中同時形成多個冷卻通道Cp (在本文中還被稱為替代冷卻通道Cp)的方法進(jìn)行說明。
[0021]模板18比如上述的模板18被置于向上靠著部件12的外表面26，使得模板18的第二表面22即部件配合表面裝配成緊密地靠著部件12的外表面26，參見圖1。根據(jù)本發(fā)明的一方面，模板18被置于向上靠著部件12的外表面26，使得延伸穿過模板18的電極通道24與部件12中的原始冷卻孔0CH(參見圖3)的初始位置L對準(zhǔn)，其中，至少一些原始冷卻孔Oqi已經(jīng)因磨損而變形，需要被重新形成。以這種方式將模板18置于緊密地向上靠著部件12的外表面26確保替代冷卻通道Cp在原始冷卻孔Oai的初始位置I 成在部件12中，并且基本上防止模板18在EDM操作過程中被無意地移動。
[0022]如圖3所示，模板18的第二表面22優(yōu)選地配置成覆蓋使用中的部件12的整個外表面，圖3中所示的該部件12包括如上所述的內(nèi)護(hù)罩28。此外，模板18優(yōu)選地包括用于將要形成在部件12的整個表面中的每個冷卻通道Cp的相應(yīng)電極通道24，使得模板18不需要在EDM操作期間被重新定位。
[0023]如上所述，根據(jù)本發(fā)明形成的替代冷卻通道Cp可以形成在多個部件12比如翼型件或流動路徑限定部件中的任何一個中。由于這些不同類型部件12的外表面26彼此不同，所以根據(jù)要被使用的部件12的類型，例如，根據(jù)部件12的外表面26的形狀，從一組模板18中選擇適當(dāng)?shù)哪０?8用于給定的EDM操作。此外，由于設(shè)置在同一類型的不同發(fā)動機(jī)中的類似部件中的冷卻通道配置和形狀往往在各發(fā)動機(jī)之間一致，所以