專利名稱：具有內(nèi)部冷卻通道的多部件鑄造渦輪機構(gòu)件及其形成方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及^^ic動^^域，且更^^地，本發(fā)明涉及具有在內(nèi)部形成的冷 卻腔的兩部##造^^發(fā)動,件。
背景技術(shù)：
4而言，燃氣^^發(fā)動 ^^料/空氣^^物，以經(jīng)由熱，咯引導到 ^^段的高溫氣流形式來w熱能。更^#地，壓縮機將引入的空氣壓縮達到高 壓'所述高壓空氣被傳^，』燃燒室以與燃料^^#^成可燃^^物-所述可燃混 *1^^點燃以形成傳形，';^的高壓高速氣流。所述高壓空氣沖擊形成部分
^^H"組件的襯葉片或糾(bucket)。這樣，^^將來自高溫高速氣流的
熱能轉(zhuǎn)化為使^^軸進^^轉(zhuǎn)的M能。
在許多情況下，^HP氣^t傳iil^每個4H"葉片內(nèi)部以便l^^顯度，尤其是
在轉(zhuǎn)子葉片的翼面部分內(nèi)。所述^#氣#^1傳體過與葉片"-^ ^^制的內(nèi)部
通道。在某些情況下，iM)J^l^^j^^造(lost wax investment casting)法 形M道。在其它情況下，圍繞陶t^芯形M道。無論在哪種情況下，通道都 是難以進行制造的、昂貴的且形狀受限制的。另外，陶資型芯可以不與生產(chǎn)葉片 所使用的各種^r^jt反應。而且，陶魏芯是易碎的且易于產(chǎn)生移^^破損。 最后，通道內(nèi)表面可能會包含殘余的型芯缺陷、不佳的晶粒取向或毛刺 (finning)。上述制it^T';^吏得即便有可能目^m^t道，那也是很困難的。

發(fā)明內(nèi)容
才娥一方面，本發(fā)明提供了一種用于渦輪發(fā)動機的多部##^構(gòu)件。所述多 部##造構(gòu)件&^:具有包括了限定第一^HP^Jt道段的內(nèi)部的主體部分的第一 構(gòu)件段、和具有包括了P艮定第^MPait道段的內(nèi)部的主體部分的第^I件段。 所述第一構(gòu)件^^第4件段沿分型線^^以形成^^發(fā)動才械件，所ii^一冷 卻流通道^^第^H卩^^a道段對準以形成^HP^it道。
才娥另一方面,本發(fā)明提供了一種形銷于^^發(fā)動機的多部^^it構(gòu)件的 方法。所述方法包括以下步驟鑄it^一構(gòu)件段、在第一構(gòu)件段中形成笫一^HP
^it道段、鑄it^^件段、以;s^第二^^構(gòu)件段中形成第^^H^^a道段。 所^法還需要沿分型線#^第一構(gòu)件段和第4件段以形成^^發(fā)動^件，
所述第"^第^^Hi^ua道^t準以形成^Hp^ii道。
應理解本發(fā)明提供了一種具有內(nèi)部#通道的兩部件鑄造渦輪發(fā)動^ 件，所述內(nèi)部#通道的構(gòu)造是易于形成的并且可以容易地進行目視檢查，且同 時^了與其它^^法相關(guān)聯(lián)的許多缺點。無iH^r，當結(jié)合其中相同附圖標 ^^旨^現(xiàn)圖中的相應部件的附圖時，通過閱讀以下詳細說明，本發(fā)明的各個方 面的其它目的、特^ti優(yōu)點將變得更加顯而易見。


圖i是包括了根據(jù)本發(fā)明的一方面構(gòu)建的、圖示為#^葉片形式的兩部## it^動機構(gòu)件的燃氣^^發(fā)動機的示意圖2是圖1所示的襯葉片的放大的立體，圖； 圖3是圖1所示的#^片的端部視圖；和
圖4 ;l示出了圖1所示的#^片的兩個構(gòu)件^t^^t前的正3見圖。 JH^實施方式
首先參看圖l，在附圖才朽己10處;kJt標示出才im本發(fā)明構(gòu)建的燃氣^^發(fā) 動機。燃氣渴輪發(fā)動機10包括經(jīng)由軸18可#^ 1接至渴輪14和發(fā)電機16 的壓縮機12。軸18被圖示為單個的#式構(gòu)件，然而，應理解的是軸18也能 夠由多段形成，且每段聯(lián)接到相鄰的發(fā)動^J件上。
在4樹情況下，發(fā)動機10還被示為包括其中來自壓縮機12的空氣21與燃
料22 '齡以形成可燃';^^的燃燒室20。所述可燃';^Wt泉燃以形^i于驅(qū)
動渦輪14的高壓高溫燃燒產(chǎn)物或氣體28。更^^地，高壓高溫氣體28i^Vg 14并且沖擊到具有多個4H"葉片的4H^且件35上，其中兩個4^葉片被才封己為 40和41。轉(zhuǎn)子組件35將來自高壓高溫氣體28的熱能轉(zhuǎn)化為#^ ^能。
當轉(zhuǎn)子葉片40和41聯(lián)接到襯組件35上時，針葉片40和41聯(lián)接至可 旋轉(zhuǎn)地安^，J諸如軸18的襯軸上的針盤(未示出)。在一個絲實施例中， 針葉片40和41被安絲轉(zhuǎn)子軸(rotor spool )(未示出)內(nèi)。在，情況 下，沿圓周方向相鄰的轉(zhuǎn)子葉片40和41是同樣的，從而使得在下文中將對針 葉片40進##細說明。然而，應理解在典型實施例中，多個轉(zhuǎn)子葉片中的每 個4H"葉片都是類^^I建而成的。
如圖2和3中最清楚示出地，#^葉片40包括翼面部分60、平臺部分62、 附根部分64和楔形榫66，它們共同被稱為M。每個翼面部分60包括第一#麼 70和第二側(cè)壁72。在所示的實施例中，第一側(cè)壁70是凸起的并且限定出翼面部 分60的0側(cè)。相M，第二側(cè)壁72是凹入的并且P艮定出翼面部分60的壓力 側(cè)。側(cè)壁70和72共同形成翼面部分60的前緣74和軸向間隔開的后緣76。更具 體地，后緣76與前緣74沿弦向間隔開，并且位于前緣74下游。
如將在下文中更全面描iii4，前緣74i^有用作允許;Hp氣體經(jīng)過^葉 片40的i!X管道的多^Nf 口 77。同*，后緣76包括也用作^Hp氣體itX管道 的多個開口78。第一側(cè)壁70和笫二側(cè)壁72在^^位成鄰近平臺部分62的^f 或葉片根部79到翼面頂端80的范圍內(nèi)向外延伸。如圖3中最清晰示出的，翼面 頂端80包括由凹陷承座84限定的開口 82。頂蓋85詔！在凹陷承座84內(nèi)，閉 開口 82。然而，頂蓋85可以i^有小開口，諸如在附圖標號87所才朽己的、允許 一小部分^P氣^^熱^liE路(未示出)的小開口。
在所示實施例中，附根部分64從平臺部分62沿徑向向內(nèi)延伸至楔形榫66， 且楔形榫66從附根部分64沿徑向向內(nèi)延伸，以便利于將#^葉片40緊固到轉(zhuǎn) 子盤(未示出)上面。平臺部分62還包^iii力側(cè)ii^ 111和^7側(cè)ii^ 112 連接在i的上游側(cè)或圍緣107和下游側(cè)或圍緣109。附根部分64被圖示為包括 在上^#壁124和在下;##〗壁126連接在"^的;Ut凹入的側(cè)壁120和;Ut凸起 的側(cè)壁(未示出)。這樣，凹入的側(cè)壁120分別相對于上游側(cè)壁124和下游側(cè)壁 126凹陷，從而使得當轉(zhuǎn)子葉片40聯(lián)接到轉(zhuǎn)子組件35內(nèi)時斜目鄰的轉(zhuǎn)子葉片40 和41之間限定出附才艮空腔128。
如圖2和3進一步所示，^H"葉片40 ^i舌分別M^H^壁124和下^!l壁 126向夕卜延伸出的向前的折翼(angel wing) 130和向后的折翼132。向前的折 翼130和向后的折翼132被構(gòu)造用以密^^F艮定在轉(zhuǎn)子組件35內(nèi)的相應的向前 和向后的折翼腔(未示出)。另夕卜，#^片40包括M,壁124向外延伸 以利于在轉(zhuǎn)子葉片40與#^盤(未示出)之間實現(xiàn)密封的向前的下^l斤翼134。
##本發(fā)明的一個方面，4H"葉片40^^動機10的多部##造構(gòu)件。更具 體地，轉(zhuǎn)子葉片40包括單獨進4t^造并沿分型線150 ^^到-^的第一構(gòu)件段 142和第^件段144。才W""個典型實施例，笫一構(gòu)件段142和第^件段144 由^#造而成。然而，第一構(gòu)件段142和第J^j件段144可以由多種材^HH^ 耐熱合金(s卯er alloy)釆用多種已公知的成型技術(shù)而形成。
#將參考圖4，圖中示出了轉(zhuǎn)子葉片40的第一構(gòu)件段142和第1件段
144。如圖中所示，第一構(gòu)件段142包括具有內(nèi)部162的主體部分160，所述內(nèi)部 162限定出第一^HP氣體通道段164和第^^HP氣M道段165。如圖中所示， 笫一*氣傾道段164包括在典型實施例中分叉絲向流室170的入口段168。 流室170注A^向延伸通過內(nèi)部162到達第一逆流段172的第一流動段171。從 笫一逆流段172開始，第一^HP沭Jt道段164通向通過內(nèi)部162縱向向后延伸的 回流段174。回流段174終止于通向出流段178的第1^^:176。出琉段178 傳送^HP氣^it過前緣74內(nèi)的開口 77以及翼面頂端80內(nèi)的開口 87。
以類似于如Jii^斤述的一種方式，第^HP^it道段165包括在典型實施例 中分叉^itX流室190的入口段188。流室190 ;iA^向延伸通過內(nèi)部162到達 笫一逆流段192的第一流動段191。 4一逆力娥192開始，第^^Mp^it道段 165通向通過內(nèi)部162縱向向后延伸的回流段194?；亓鞫?94終止于通向出流 段198的第J^ia^:196。出^R198傳送^^氣糾it^緣76內(nèi)的開口 78以 及翼面頂端80內(nèi)的開口 82。在這一點上，應理解第一^P力tit道段164和第 ^r^HP^it道段165看上去是相似的，絲于轉(zhuǎn)子葉片40的特輛絲;u^形 狀，^"*通道段164、 165所取的特定路徑可以不同。
以類似于上述關(guān)于第一構(gòu)件段142的方式，第4件段144包括了具有限定 出第三轉(zhuǎn)^it道段214和笫四^HP^Jt道段215的內(nèi)部212的主體部分210。 笫^件段144實際上A^—構(gòu)件段142的鏡像。因此，第三^HP^il段214是 笫一^P^it道段164的鏡像而同時第四;HP^it道段2i5A^^rJH^^t道段 165的鏡像。然而，為了完I^L，第三^HP^it道段214包括在典型實施例中 分叉^it^流室220的入口段218。流室220 5iA^向延伸通過內(nèi)部212到達第 一逆^^: 222的第一流動段221。從第一逆《濃222開始，第三^Hf^tit道段214 通向通過內(nèi)部212縱向向后延伸的回流段224?；亓鞫?24終止于通向出流段228 的笫4流段226。出流段228傳送^HP氣^Et過前緣74內(nèi)的開口 77以及翼面 頂端80內(nèi)的開口 87。
同樣以勤以的方式，第四^Hf^tia道段215包括了在典型實施例中分叉， 入流室240的入口段238。流室240注A^向延伸通過內(nèi)部212到達第一逆^^: 242的第一流動段241。從第一逆流艮242開始，第四^H^tit道段215通向通 過內(nèi)部212縱向向后延伸的回流段244。回諒段244終止于通向出流段248的第 Jii^產(chǎn)濃246。出力銀248傳送^HP氣體通it^緣76內(nèi)的開口 78以及翼面頂端 80內(nèi)的開口 82。
以這樣的配置，通過^^諸:HOp工、；j^制成型等多種技術(shù)，在各自相應的
第一構(gòu)件段142和第^件段144內(nèi)形成;H^tit道164、 165和214、 215。與 所采用的技術(shù)無關(guān)，^Hl^tit道段164、 165和214、 215—旦形成，就可以易于 對可能lf^^^H卩效率的不^J!'J'^ii行目牙m(xù)查。下一步，第一構(gòu)件段142和 第4件段144沿分型線150^^在-^w而使得第一;MPait道段164與第三 ^P^it道段214對齊以在^H^葉片40內(nèi)形成第一^HPi;tit道300。類^^，笫 ^MP力誠道段165與第四^P力tit道段215對齊以在4H^葉片40內(nèi)形成第二 ^HP^iiii 304。第一構(gòu)件段142和第4件段144可以通過*焊接、 多種已^^的金屬連^^支術(shù)而^^在"^。當然，如果^^超耐熱^^或不同于 金屬的材料來形^H"葉片40，可以采用其它連^^支術(shù)。在,情況下，轉(zhuǎn)子葉 片40—旦形成^MI^iJ^^發(fā)動機2的轉(zhuǎn)子葉片組件35內(nèi)。
關(guān)于il一點，應理解本發(fā)明的各方面降低了制it^并 i^了總^件質(zhì) 量。另外，通過以多轉(zhuǎn)賴頗件，新的^HP通道形W^殳計5IL^是可能的。 即m^可以制成^H卩通道，其包括厚的部分、薄的部分、或甚至于厚薄交替的部 分?！穊^卜，本發(fā)明能夠形成極其小的通道，所述極其小的通道可以有利,送冷 卻氣體到iiiW通道形^U支^l今無法i^，J的轉(zhuǎn)子葉片的若干部分。運載*介 質(zhì)通過構(gòu)件的較大部分的更復雜的蛇形形^tt也是可能的。陶0芯模制也具 有不與特定金屬產(chǎn)生反應的趨向。本發(fā)明避免了這些問題。最終本發(fā)明使得能夠 對構(gòu)件部件進行形巨離4子細的目裥^^驗以檢查il今為止無法探測的空隙或其它 鑄造缺陷。即，賄的陶魏芯模制不能夠形成具有不同尺寸的通道、或者極其 薄的或擁有其它這樣的特征的通道。當^M1陶歸芯模制技術(shù)時， 一旦形J^it道， 陶 芯必須被小心^^多除。沒有可^^f的或薄的或極其狹窄的通it^多除陶資
型芯而不冒^A破損的危險。如果型芯^c損，^^t片5ma了。
盡管參考本發(fā)明圖示方面加以說明，應容易^S)lf:可以對本發(fā)明作出多種
改變和/或修改而不偏離其保護范圍。例如，當?shù)谝籢Hp^it道和第^^Hp^it
it^t示為類似時，也可以運用多種其它的構(gòu)造而不縮小本發(fā)明的范圍。同彬也， 當構(gòu)件被說明為由45#造時，也可以##發(fā)動機的特^用而4捐包^^耐齡 金的其它金屬和^Mr屬'還應衝醉盡管說明的是#^葉片，也可以通it^發(fā)明 形成諸如槳葉、財、鋪等樹其它發(fā)動才械件。最終，構(gòu)件可以鑄iiA做 數(shù)目的部件，且不應視作限于所示的兩個構(gòu)件段。4而言，本發(fā)明僅旨在被以 下權(quán)矛J^^書的范疇限制。
零件列表
10燃氣賺發(fā)動機
12壓縮機
14賺
16發(fā)電機
18軸
20燃燒室
21空氣
22燃料
28燃燒產(chǎn)物/氣體
35轉(zhuǎn)子組件
40轉(zhuǎn)子葉片
41襯葉片
60翼面部分
62平臺部分
64附根部分
66楔形榫
70第U壁(60)
72第二側(cè)壁(60)
74前緣
76后緣
77(74)內(nèi)的開口
78(76)內(nèi)的開口
79輪葉或葉片才艮部
80翼面頂端
82(80)內(nèi)的開口
84凹陷承座
85頂蓋
87小開口 (85)
107上游側(cè)/圍緣(62)
109下游側(cè)/圍緣(62)
111壓力側(cè)ii^1120側(cè)姊
120凹入的側(cè)壁(64 )
124上糊壁(64 )
126下賴壁(64)
128附根空腔
130向前的折翼
132向后的4斤翼
134向前的下，翼
142第一構(gòu)件段
144
150分型線
160主體部分(142)
162內(nèi)部
164第一轉(zhuǎn)艦道段
165第^HP艦道段
168入口段(164)
170流室(164)
172第一逆雜
174回錄
176
178出縱
188入口段(165)
190流室
191第一流動段
192第一逆縱
194回緣
196第^1錄
198出錄
210主體部分
212內(nèi)部
214第三;^P艦道流動段
215第四;H卩^it道段
218入口段
220流室
221第一流動段
222第一逆錄
224回微
226
228出縱
238入口段(215)
240流室
241第一流動段
242第一逆駄
244回錄
246
248出縱
300
3044^誠道
權(quán)利要求
1、一種用于渦輪發(fā)動機的多部件鑄造構(gòu)件，所述多部件鑄造構(gòu)件包括第一構(gòu)件段，所述第一構(gòu)件段具有包括了至少一個冷卻流通道段的主體部分；和第二構(gòu)件段，所述第二構(gòu)件段具有包括了至少一個冷卻通道段的主體部分，所述第二構(gòu)件段沿分型線與第一構(gòu)件段接合以形成渦輪發(fā)動機構(gòu)件，且所述第一構(gòu)件段的至少一個冷卻流通道段和所述第二構(gòu)件段的至少一個冷卻流通道段對準以形成冷卻流通道。
2、 如權(quán)矛虔求l所述的多部^t構(gòu)件，^##于，所鄉(xiāng)一構(gòu)件段和 第^j件段^^在^以形成由兩部件構(gòu)成的渦輪發(fā)動;W^件。
3、 如WJ要求l所述的多部^^t構(gòu)件，^#站于，所述第一構(gòu)件狄 第一針葉片部分，JL^斤鄉(xiāng)^I件^I^4子葉片部分，所絲一轉(zhuǎn)子葉片 部分和所^^#子葉片部分沿，線#^在"-^以形成渦輪轉(zhuǎn)子葉片。
4、 如權(quán)矛溪求1所述的多部##造構(gòu)件，###于，所述第一構(gòu)件段的 至少一個^卩^it道段包括第一;H^tit道^第Ji^P^it道段。
5、 如權(quán)利要求3所述的多部##造構(gòu)件，其特征在于，所錄4件段的至少一個^HP力^t道段包括第三^H^tia道^^第四^Pj;^ia道段，所i^一冷卻^ii道^第三^P^it道段^^在-^以形成第一^Ml^M道，JL^斤ii^二 ^P^it道^第四^P^it道段^^在""^以形成第^HPiiM道。
6、 一種形成用于渦輪發(fā)動機的多部^t構(gòu)件的方法，所述方法包拾. 形成第一構(gòu)件段；在所述第一構(gòu)件段中產(chǎn)生至少一個^HP^t道段； 形成第4件段；在所述第^i件段中產(chǎn)生至少一個^P^it道段；并且 沿著分型線M所i^一構(gòu)件段和第^/件段以形成渦輪發(fā)動^件，JL^斤述第一構(gòu)件段的至少一個^^^a道段與所述第4件段的至少一個^HP^it道段M以在^^構(gòu)件中形成^P^it道。
7、 如權(quán)矛]^求6所述的方法，^#絲于，所i^^發(fā)動才械件是^^轉(zhuǎn)子葉片。
8、 N5U，j^求6所述的方法，還包^:在所述第一構(gòu)件段中形成第一^P^t道段和第-^JH^;M道段；以及 在所^4件段中形成第三^P^it道段和第四^HP;^t道段，其中當沿 著分型線齡第一構(gòu)件餅笫4件段時，所錄一^#;規(guī)道段與第三轉(zhuǎn)流通道^t齊以形成第一^HP^it道，_3^斤^^^*1^^道段與第四^#^^道 段齊對齊在^^構(gòu)件中形成笫^HP^it道。
9、 械矛]^求6所述的方法，^#絲于，所i^少一個^P^it道段由 所i^一構(gòu)件段和第^J件段中的相應構(gòu)件段機加工而成。
10、 ^5U'J要求6所述的方法，^tM于，所i^少一個^HP^t道段模 制到所i^一構(gòu)件段和第^/件段中的相應構(gòu)件段內(nèi)。
11、 如權(quán)矛j^求5所述的方法，##姊于，所述^^發(fā)動械件由兩部件形成。
全文摘要
本發(fā)明涉及具有內(nèi)部冷卻通道的多部件鑄造渦輪機構(gòu)件及其形成方法。所述多部件鑄造構(gòu)件包括第一構(gòu)件段和第二構(gòu)件段，所述第一構(gòu)件段具有包括了至少一個冷卻流通道段的主體部分，所述第二構(gòu)件段具有包括了至少一個冷卻流通道段的主體部分。所述第一構(gòu)件段和第二構(gòu)件段沿著分型線接合在一起以形成渦輪發(fā)動機構(gòu)件，且所述第一構(gòu)件段的至少一個冷卻流通道段與所述第二構(gòu)件段的至少一個冷卻流通道段對準以形成冷卻流通道。
文檔編號F01D5/18GK101377132SQ200810214279
公開日2009年3月4日 申請日期2008年8月29日 優(yōu)先權(quán)日2007年8月30日
發(fā)明者T·穆爾斯 申請人:通用電氣公司