具有內部冷卻通道的多部件鑄造渦輪機構件及其形成方法

專利名稱：具有內部冷卻通道的多部件鑄造渦輪機構件及其形成方法
技術領域：
本發明涉及^^ic動^^域，且更^^地，本發明涉及具有在內部形成的冷 卻腔的兩部##造^^發動,件。
背景技術：
4而言，燃氣^^發動 ^^料/空氣^^物，以經由熱，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
熱能轉化為使^^軸進^^轉的M能。
在許多情況下，^HP氣^t傳iil^每個4H"葉片內部以便l^^顯度，尤其是
在轉子葉片的翼面部分內。所述^#氣#^1傳體過與葉片"-^ ^^制的內部
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生移^^破損。 最后，通道內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。

發明內容
才娥一方面，本發明提供了一種用于渦輪發動機的多部##^構件。所述多 部##造構件&^:具有包括了限定第一^HP^Jt道段的內部的主體部分的第一 構件段、和具有包括了P艮定第^MPait道段的內部的主體部分的第^I件段。 所述第一構件^^第4件段沿分型線^^以形成^^發動才械件，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,本發明提供了一種形銷于^^發動機的多部^^it構件的 方法。所述方法包括以下步驟鑄it^一構件段、在第一構件段中形成笫一^HP
^it道段、鑄it^^件段、以;s^第二^^構件段中形成第^^H^^a道段。 所^法還需要沿分型線#^第一構件段和第4件段以形成^^發動^件，
所述第"^第^^Hi^ua道^t準以形成^Hp^ii道。
應理解本發明提供了一種具有內部#通道的兩部件鑄造渦輪發動^ 件，所述內部#通道的構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^^法相關聯的許多缺點。無iH^r，當結合其中相同附圖標 ^^旨^現圖中的相應部件的附圖時，通過閱讀以下詳細說明，本發明的各個方 面的其它目的、特^ti優點將變得更加顯而易見。


圖i是包括了根據本發明的一方面構建的、圖示為#^葉片形式的兩部## it^動機構件的燃氣^^發動機的示意圖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本發明構建的燃氣^^發 動機。燃氣渴輪發動機10包括經由軸18可#^ 1接至渴輪14和發電機16 的壓縮機12。軸18被圖示為單個的#式構件，然而，應理解的是軸18也能 夠由多段形成，且每段聯接到相鄰的發動^J件上。
在4樹情況下，發動機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
動渦輪14的高壓高溫燃燒產物或氣體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。轉子組件35將來自高壓高溫氣體28的熱能轉化為#^ ^能。
當轉子葉片40和41聯接到襯組件35上時，針葉片40和41聯接至可 旋轉地安^，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被安絲轉子軸(rotor spool )(未示出)內。在，情況 下，沿圓周方向相鄰的轉子葉片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和第二側壁72。在所示的實施例中，第一側壁70是凸起的并且限定出翼面部 分60的0側。相M，第二側壁72是凹入的并且P艮定出翼面部分60的壓力 側。側壁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。第一側壁70和笫二側壁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，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沿徑向向內延伸至楔形榫66， 且楔形榫66從附根部分64沿徑向向內延伸，以便利于將#^葉片40緊固到轉 子盤(未示出)上面。平臺部分62還包^iii力側ii^ 111和^7側ii^ 112 連接在i的上游側或圍緣107和下游側或圍緣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凹入的側壁120和;Ut凸起 的側壁(未示出)。這樣，凹入的側壁120分別相對于上游側壁124和下游側壁 126凹陷，從而使得當轉子葉片40聯接到轉子組件35內時斜目鄰的轉子葉片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被構造用以密^^F艮定在轉子組件35內的相應的向前 和向后的折翼腔(未示出)。另夕卜，#^片40包括M,壁124向外延伸 以利于在轉子葉片40與#^盤(未示出)之間實現密封的向前的下^l斤翼134。
##本發明的一個方面，4H"葉片40^^動機10的多部##造構件。更具 體地，轉子葉片40包括單獨進4t^造并沿分型線150 ^^到-^的第一構件段 142和第^件段144。才W""個典型實施例，笫一構件段142和第^件段144 由^#造而成。然而，第一構件段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而形成。
#將參考圖4，圖中示出了轉子葉片40的第一構件段142和第1件段
144。如圖中所示，第一構件段142包括具有內部162的主體部分160，所述內部 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內的開口 77以及翼面頂端80內的開口 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通向通過內部162縱向向后延伸的回流段194。回流段194終止于通向出流 段198的第J^ia^:196。出^R198傳送^^氣糾it^緣76內的開口 78以 及翼面頂端80內的開口 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。
以類似于上述關于第一構件段142的方式，第4件段144包括了具有限定 出第三轉^it道段214和笫四^HP^Jt道段215的內部212的主體部分210。 笫^件段144實際上A^—構件段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 通向通過內部212縱向向后延伸的回流段224。回流段224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內的開口 77以及翼面 頂端80內的開口 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^產濃246。出力銀248傳送^HP氣體通it^緣76內的開口 78以及翼面頂端 80內的開口 82。
以這樣的配置，通過^^諸:HOp工、；j^制成型等多種技術，在各自相應的
第一構件段142和第^件段144內形成;H^tit道164、 165和214、 215。與 所采用的技術無關，^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查。下一步，第一構件段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內形成第二 ^HP^iiii 304。第一構件段142和第4件段144可以通過*焊接、 多種已^^的金屬連^^支術而^^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。在,情況下，轉子葉 片40—旦形成^MI^iJ^^發動機2的轉子葉片組件35內。
關于il一點，應理解本發明的各方面降低了制it^并 i^了總^件質 量。另外，通過以多轉賴頗件，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。》b^卜，本發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的轉子葉片的若干部分。運載*介 質通過構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 有不與特定金屬產生反應的趨向。本發明避免了這些問題。最終本發明使得能夠 對構件部件進行形巨離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。
盡管參考本發明圖示方面加以說明，應容易^S)lf:可以對本發明作出多種
改變和/或修改而不偏離其保護范圍。例如，當第一^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造而不縮小本發明的范圍。同彬也， 當構件被說明為由45#造時，也可以##發動機的特^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^發明 形成諸如槳葉、財、鋪等樹其它發動才械件。最終，構件可以鑄iiA做 數目的部件，且不應視作限于所示的兩個構件段。4而言，本發明僅旨在被以 下權矛J^^書的范疇限制。
零件列表
10燃氣賺發動機
12壓縮機
14賺
16發電機
18軸
20燃燒室
21空氣
22燃料
28燃燒產物/氣體
35轉子組件
40轉子葉片
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第二側壁(60)
74前緣
76后緣
77(74)內的開口
78(76)內的開口
79輪葉或葉片才艮部
80翼面頂端
82(80)內的開口
84凹陷承座
85頂蓋
87小開口 (85)
107上游側/圍緣(62)
109下游側/圍緣(62)
111壓力側ii^1120側姊
120凹入的側壁(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第一構件段
144
150分型線
160主體部分(142)
162內部
164第一轉艦道段
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
權利要求
1、一種用于渦輪發動機的多部件鑄造構件，所述多部件鑄造構件包括第一構件段，所述第一構件段具有包括了至少一個冷卻流通道段的主體部分；和第二構件段，所述第二構件段具有包括了至少一個冷卻通道段的主體部分，所述第二構件段沿分型線與第一構件段接合以形成渦輪發動機構件，且所述第一構件段的至少一個冷卻流通道段和所述第二構件段的至少一個冷卻流通道段對準以形成冷卻流通道。
2、 如權矛虔求l所述的多部^t構件，^##于，所鄉一構件段和 第^j件段^^在^以形成由兩部件構成的渦輪發動;W^件。
3、 如WJ要求l所述的多部^^t構件，^#站于，所述第一構件狄 第一針葉片部分，JL^斤鄉^I件^I^4子葉片部分，所絲一轉子葉片 部分和所^^#子葉片部分沿，線#^在"-^以形成渦輪轉子葉片。
4、 如權矛溪求1所述的多部##造構件，###于，所述第一構件段的 至少一個^卩^it道段包括第一;H^tit道^第Ji^P^it道段。
5、 如權利要求3所述的多部##造構件，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動機的多部^t構件的方法，所述方法包拾. 形成第一構件段；在所述第一構件段中產生至少一個^HP^t道段； 形成第4件段；在所述第^i件段中產生至少一個^P^it道段；并且 沿著分型線M所i^一構件段和第^/件段以形成渦輪發動^件，JL^斤述第一構件段的至少一個^^^a道段與所述第4件段的至少一個^HP^it道段M以在^^構件中形成^P^it道。
7、 如權矛]^求6所述的方法，^#絲于，所i^^發動才械件是^^轉子葉片。
8、 N5U，j^求6所述的方法，還包^:在所述第一構件段中形成第一^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 著分型線齡第一構件餅笫4件段時，所錄一^#;規道段與第三轉流通道^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^一構件段和第^J件段中的相應構件段機加工而成。
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^一構件段和第^/件段中的相應構件段內。
11、 如權矛j^求5所述的方法，##姊于，所述^^發動械件由兩部件形成。
全文摘要
本發明涉及具有內部冷卻通道的多部件鑄造渦輪機構件及其形成方法。所述多部件鑄造構件包括第一構件段和第二構件段，所述第一構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。所述第一構件段和第二構件段沿著分型線接合在一起以形成渦輪發動機構件，且所述第一構件段的至少一個冷卻流通道段與所述第二構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 優先權日2007年8月30日
發明者T·穆爾斯 申請人:通用電氣公司