專利名稱：用于翼型件冷卻孔的偏移沉孔的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本申請和作為結(jié)果的專利大體涉及燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)，并且更特別地講，涉及偏移沉孔，其用于翼型件冷卻孔以便用作涂料收集器，同時(shí)確保冷卻空氣流可穿過其中。
背景技術(shù)：
渦輪動葉和靜葉的翼型件通?？删哂性谄渲械亩鄠€(gè)冷卻孔，以便向翼型件的外表面等提供冷卻空氣流。由于渦輪翼型件通常在其中操作的惡劣的溫度和條件，經(jīng)常在制造(翼型件和相關(guān)的構(gòu)件)后向翼型件和相關(guān)的構(gòu)件應(yīng)用保護(hù)性的涂料?？赡芤阎煌愋偷谋Ｗo(hù)性涂料。這些保護(hù)性的涂料通常被噴灑在翼型件和相關(guān)的構(gòu)件上。盡管如此，與應(yīng)用這種保護(hù)性的涂料有關(guān)的一個(gè)問題是，噴灑物可堵塞一個(gè)或多個(gè)冷卻孔。為了避免該情況，在噴灑涂料的應(yīng)用期間，可使用不同類型的罩等來覆蓋冷卻孔。盡管如此，應(yīng)用和移除這些罩可能會很困難并且耗費(fèi)時(shí)間。其它已知的實(shí)踐包括至少在冷卻孔的開口周圍使用沉孔，以便作為“涂料收集器”，即噴灑物可在沉孔內(nèi)積聚，但為冷卻空氣留出穿過冷卻孔開口的主要通道。盡管這些涂料收集器可能是有效的，但因?yàn)橐硇图谋谧兊迷絹碓奖?，典型的沉孔設(shè)計(jì)可能會侵入到鑄造型腔中。因此存在對其中帶有冷卻孔的改進(jìn)的翼型件設(shè)計(jì)的期望。優(yōu)選地，該翼型件設(shè)計(jì)可提供冷卻孔，其可隨著越來越薄的翼型件的壁來適應(yīng)保護(hù)性的噴灑涂層的應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容
本申請和作為結(jié)果的專利因此提供了用于使用在渦輪中的翼型件。該翼型件可包括壁、內(nèi)冷卻室以及延伸穿過壁到達(dá)冷卻室的冷卻孔。冷卻孔可在其中包括偏移沉孔。本申請和作為結(jié)果的專利還提供了制造用于和渦輪一起使用的翼型件的方法。該方法可包括以下步驟在翼型件的壁中定位與內(nèi)冷卻室連通的冷卻孔，為冷卻孔提供計(jì)量孔(metering hole)和偏移沉孔,將涂料噴灑到翼型件上,在偏移沉孔內(nèi)積聚一定量的涂料以及保持計(jì)量孔不被涂料阻塞。本申請和作為結(jié)果的專利還提供了一種渦輪構(gòu)件。該渦輪構(gòu)件可包括具有外表面的壁，內(nèi)部空腔以及從外表面到內(nèi)部空腔延伸穿過壁的多個(gè)冷卻孔。各個(gè)冷卻孔可包括延伸離開外表面的計(jì)量孔和偏移沉孔。在審閱隨后的詳細(xì)描述之后，當(dāng)連同若干附圖和所附的權(quán)利要求考慮時(shí)，本申請和作為結(jié)果的專利的這些和其它的特征以及改進(jìn)對本領(lǐng)域內(nèi)普通技術(shù)人員來說將變得顯而易見。


圖1是具有壓縮機(jī)、燃燒器和渦輪的燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)的示意圖。圖2是具有從中延伸穿過的冷卻孔的翼型件的側(cè)視圖。圖3是圖2的冷卻孔的正視平面圖。
圖4是具有多個(gè)冷卻孔的翼型件的俯視截面圖。圖5是如可在本文中描述的具有偏移沉孔的冷卻孔的側(cè)視圖。圖6是圖5的翼型件的截面圖。圖7是如可在本文中描述的冷卻孔的備選實(shí)施例的截面圖。圖8是如可在本文中描述的冷卻孔的側(cè)視截面圖。圖9是如可在本文中描述的冷卻孔的備選實(shí)施例的側(cè)視圖。圖10是如可在本文中描述的冷卻孔的備選實(shí)施例的側(cè)視圖。圖11是具有如在本文中所描述的延伸穿過平臺的冷卻孔的葉片的側(cè)視圖。部件列表
10燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)
15壓縮機(jī)
20空氣流
25燃燒器
30燃料流
35燃燒氣體流
40渦輪
45軸
50負(fù)載
55翼型件
60外壁
65冷卻孔
70計(jì)量孔
75沉孔
100翼型件
105壁
110外表面
120冷卻室
130冷卻孔
140計(jì)量孔
145圓形形狀
150偏移沉孔
155圓形形狀
160冷卻孔
170計(jì)量孔
180偏移沉孔
200涂料收集器
210噴灑涂料
220冷卻流
230后側(cè) 240 前側(cè) 250 冷卻孔 260 計(jì)量孔 270 圓形形狀 280 偏移沉孔 290 橢圓形狀 300 橢圓形狀 310 冷卻孔 320 計(jì)量孔 330 圓形形狀 340 偏移沉孔 350 擴(kuò)展橢圓形狀 360 梨形 400 葉片 410 翼型件 420 平臺 430 冷卻孔 440 外表面 450 柄部腔 460 內(nèi)冷卻通道。
具體實(shí)施例方式現(xiàn)在參考附圖，其中貫穿若干附圖，相同的數(shù)字指代相同的元件，圖1示出了如在本文中可使用的燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)10的示意圖。燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)10可包括壓縮機(jī)15。壓縮機(jī)15壓縮進(jìn)入的空氣流20。壓縮機(jī)15將壓縮的空氣流20輸送到燃燒器25。燃燒器25將壓縮的空氣流20與加壓的燃料流30混合，并且點(diǎn)燃混合物以便產(chǎn)生燃燒氣體流35。盡管只示出了單個(gè)燃燒器25，但燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)10可包括任意數(shù)量的燃燒器25。燃燒氣體流35又被輸送到渦輪40。燃燒氣體流35驅(qū)動渦輪40以便產(chǎn)生機(jī)械功。在渦輪40中產(chǎn)生的機(jī)械功經(jīng)由軸45驅(qū)動壓縮機(jī)15，以及外部負(fù)載50，諸如發(fā)電機(jī)等。燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)10可使用天然氣、不同類型的合成氣和/或其它類型的燃料。燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)10可為由紐約州斯卡奈塔第(Schenectady)的通用電氣公司提供的許多不同的燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)中的任何一種，包括但不限于諸如7系列或者9系列的重載燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)的那些燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)等。燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)10可具有不同的構(gòu)造，并且可使用其它類型的構(gòu)件。在本文中還可使用其它類型的燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)。多個(gè)燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)、其它類型的渦輪以及其它類型的發(fā)電設(shè)備也可在本文中一起使用。圖2和圖3示出了可與上面描述的渦輪40等一起使用的翼型件55的一部分。翼型件55包括外壁60。外壁60包括延伸穿過它的一個(gè)或多個(gè)冷卻孔65。可使用任何數(shù)量的冷卻孔65。冷卻孔65可具有延伸穿過其的計(jì)量孔70。計(jì)量孔70可大小設(shè)置為用于穿過其的期望的空氣流量。冷卻孔65還可包括在其外壁60附近的沉孔75。如在圖3中所示，沉孔75以同心或同軸的方式基本上包圍主通道(main shaft)70。如上所述，沉孔75可充當(dāng)涂料收集器，以便允許任何噴灑涂料在其中積聚，同時(shí)允許冷卻孔65的計(jì)量孔70保持敞開，以用于使足夠量的冷卻空氣從其中穿過。冷卻孔65可通過鉆、EDM(放電加工)以及相似類型的制造技術(shù)生產(chǎn)。其它的構(gòu)件和其它的構(gòu)造可在本文中使用。圖4示出了如可在本文中描述的翼型件100的一部分。翼型件100可包括具有外表面110的壁105。翼型件100還可包括一個(gè)或多個(gè)內(nèi)冷卻室120。內(nèi)冷卻室120可與來自壓縮機(jī)15或其它源的空氣流20連通。翼型件100還可在其中包括多個(gè)冷卻孔130。冷卻孔130可從壁105的外表面110延伸到內(nèi)冷卻室120等中的一個(gè)。翼型件100可為任何類型的渦輪構(gòu)件，諸如葉片或噴嘴。其它的構(gòu)件和其它的構(gòu)造可在本文中使用。圖5和圖6示出了如可在本文中使用的冷卻孔130的示例。如圖所示，各個(gè)冷卻孔130包括計(jì)量孔140。計(jì)量孔140可大小設(shè)置為用于穿過其的期望的空氣流。各個(gè)冷卻孔130還可在其中具有偏移沉孔150。偏移沉孔150可具有相對于外表面110的偏移位置，使得計(jì)量孔140的一側(cè)延伸到(或者接近)外表面110。偏移沉孔150可具有與上面所描述的標(biāo)準(zhǔn)沉孔75同樣的大小，但朝向冷卻室120的有效深度可能會更小以便防止穿透。計(jì)量孔140可具有基本圓形形狀145。同樣地，偏移沉孔150可具有基本圓形形狀155。冷卻孔130的計(jì)量孔140和偏移沉孔150可通過鉆、EDM(放電加工)以及相似類型的制造技術(shù)生產(chǎn)。其它的構(gòu)件和其它的構(gòu)造可在本文中使用。圖7示出了冷卻孔160的備選實(shí)施例。在該示例中，冷卻孔160包括計(jì)量孔170和偏移沉孔180。在該例中，偏移沉孔180不是完全如圖6中出的那樣朝外表面110偏移。這樣，主通道(main shaft) 170沒有一直持續(xù)到外表面110。其它的長度、角度以及其它類型的偏移可在本文中使用。如在圖8中所示，在本文中描述的冷卻孔130、160等因此可使用偏移沉孔150、180作為涂料收集器200，以便在其中收集一定量的噴灑涂料210，同時(shí)保持計(jì)量孔140、170暢通，以便冷卻流220從中穿過。因此偏移沉孔150、180可在冷卻孔130、160的后側(cè)230的附近收集噴灑涂料210，而不從冷卻孔130、160的前側(cè)240移除材料。前側(cè)240同樣地起作用來防護(hù)冷卻孔130、160以免被噴灑涂料210堵塞。偏移沉孔150、180還允許冷卻孔130、160與具有更薄的壁105的翼型件100 —起使用。在降低壁的溫度、熱應(yīng)變以及翼型件的拉力負(fù)載方面，使用更薄的壁105可能會是有利的。在本文中可使用其它的深度。使用偏移沉孔可允許壁105做得更薄一薄了大約等于所應(yīng)用的涂料厚度的量。壁105因此可具有大約O. 03英寸(大約O. 762毫米)的最小深度。假設(shè)如此，在本文中描述的翼型件100可促進(jìn)更高的效率、更長的零件壽命，以及更輕、更便宜的零件。冷卻孔130、160還防止穿透，同時(shí)保持孔的遮蔽和計(jì)量長度。圖9示出了如可在本文中使用的冷卻孔250的另一個(gè)示例。如圖所示，冷卻孔250包括計(jì)量孔260。計(jì)量孔260可大小設(shè)置為用于穿過其的期望的空氣流。計(jì)量孔260可具有基本圓形形狀270。各個(gè)冷卻孔250可在其中具有偏移沉孔280。偏移沉孔280可具有基本橢圓形狀290，使得冷卻孔250的在外表面110附近的總體形狀也可具有基本橢圓形狀300。其它的大小、形狀以及構(gòu)造也可在本文中使用。圖10示出了如可在本文中使用的冷卻孔310的另一個(gè)示例。如圖所示，冷卻孔310包括計(jì)量孔320。計(jì)量孔320可大小設(shè)置為用于穿過其的期望的空氣流。計(jì)量孔320可具有基本圓形形狀330。冷卻孔310還可在其中具有偏移沉孔340。偏移沉孔340可具有基本擴(kuò)展橢圓形狀350，使得整個(gè)冷卻孔310可在外表面110附近具有基本梨形360。其它的大小、形狀以及構(gòu)造也可在本文中使用。除了本文所描述的翼型件，冷卻孔可用在任何類型的經(jīng)涂覆的渦輪構(gòu)件上。例如，冷卻孔可用在圍罩、噴嘴側(cè)壁、葉片平臺等上。例如，圖11示出了葉片400。葉片400可包括從平臺420延伸的翼型件410。一個(gè)或多個(gè)冷卻孔430因此可從平臺420的外表面440延伸到位于相鄰的葉片之間的內(nèi)部的柄部腔450。一個(gè)或多個(gè)另外的冷卻孔430可從平臺420的外表面440延伸到內(nèi)冷卻通道460。其它的位置和其它的構(gòu)造可在本文中使用。應(yīng)顯而易見的是，前述內(nèi)容只涉及本申請和作為結(jié)果的專利的某些實(shí)施例。在不背離所附的權(quán)利要求和其等效物所限定的本發(fā)明的總的精神和范圍的情況下，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員可在此做出許多改變和修改。
權(quán)利要求
1.一種用于在渦輪(40)中使用的翼型件(100)，包括壁(105);內(nèi)冷卻室(120);以及延伸穿過所述壁(105)到達(dá)所述冷卻室(120)的冷卻孔(130)；其中，所述冷卻孔(130)包括偏移沉孔(150)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的翼型件(100)，其特征在于，所述壁(105)包括外表面 (110)，并且其中，所述冷卻孔(130)從所述外表面(110)延伸到所述內(nèi)冷卻室(120)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的翼型件(100)，其特征在于，所述偏移沉孔(150)延伸離開所述外表面(110)。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的翼型件(100)，其特征在于，所述冷卻孔(130)包括與所述偏移沉孔(150)連通的計(jì)量孔(140)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的翼型件(100)，其特征在于，所述計(jì)量孔(140)延伸到所述外表面(110) O
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的翼型件(100)，其特征在于，所述計(jì)量孔(140)延伸到接近于所述外表面(110)。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的翼型件(100)，其特征在于，所述偏移沉孔(150)在其中包括一定量的噴灑涂料(210)，同時(shí)所述計(jì)量孔(140)保持不被阻塞。
8.根據(jù)權(quán)利要求4所述的翼型件(100)，其特征在于，針對從中穿過的冷卻流(220)來設(shè)置所述計(jì)量孔(140)的大小。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的翼型件(100)，其特征在于，所述偏移沉孔(150)在其中包括用于一定量的噴灑涂料(210)的涂料收集器(200)。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的翼型件(100)，其特征在于，所述冷卻孔(140)包括沿著所述壁(105)的前側(cè)(240)和后側(cè)(230)，并且其中，所述偏移沉孔(150)位于所述后側(cè)(230) 附近。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的翼型件(100)，其特征在于，所述內(nèi)冷卻室(120)與冷卻流 (220)連通。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的翼型件(100)，其特征在于，還在其中包括多個(gè)冷卻孔 (130)。
13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的翼型件(100)，其特征在于，所述壁(105)包括低到大約O.03英寸(大約O. 762毫米)的深度。
14.根據(jù)權(quán)利要求1所述的翼型件(100)，其特征在于，所述偏移沉孔(150)包括圓形形狀(155)、橢圓形狀(300)或者擴(kuò)展橢圓形狀(350)。
15.一種制造用于與渦輪(40) —起使用的翼型件(100)的方法，包括在所述翼型件(100)的壁(105)中定位與內(nèi)冷卻室(120)連通的冷卻孔(130)；為所述冷卻孔(130)提供計(jì)量孔(140)和偏移沉孔(150)；將涂料(210)噴灑到所述翼型件(100)上；在所述偏移沉孔(150)內(nèi)積聚一定量的所述涂料(210);以及保持所述計(jì)量孔(140)不被所述涂料(210)阻塞。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于翼型件冷卻孔的偏移沉孔。本申請因此提供了用于使用在渦輪(40)中的翼型件(100)。該翼型件(100)可包括壁(105)、內(nèi)冷卻室(120)以及延伸穿過壁(105)到達(dá)冷卻室(120)的冷卻孔(130)。冷卻孔(130)可在其中包括偏移沉孔(150)。
文檔編號F01D5/18GK103016067SQ20121036816
公開日2013年4月3日 申請日期2012年9月27日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月27日
發(fā)明者B.T.博耶 申請人:通用電氣公司