具有安装的冷却硬件的动力喷嘴修理的制作方法

本公开大体上涉及一种燃气涡轮，并且更具体而言，涉及一种用于处理或修理燃气涡轮构件的方法。

背景技术：

燃气涡轮大体上包括压缩机区段、燃烧区段和涡轮区段。压缩机区段逐渐地增大进入燃气涡轮的工作流体的压力，并且将该压缩工作流体供应至燃烧区段。压缩工作流体和燃料(例如，天然气)在燃烧区段内混合并且在燃烧室中焚烧以生成高压和高温燃烧气体。燃烧气体从燃烧区段流动到涡轮区段中，其中它们膨胀以产生功。例如，燃烧气体在涡轮区段中的膨胀可使例如连接于发电机的轴旋转以产生电。燃烧气体接着经由排气区段离开燃气涡轮。

涡轮区段包括多个涡轮喷嘴，其将燃烧气体流引导到多个涡轮转子叶片上。涡轮叶片进而从燃烧气体抽取动能。这些喷嘴大体上在极其高的温度环境中操作。就此而言，喷嘴可由能够耐受高温排放气体的镍基超级合金或其它适合的材料构成。此外，喷嘴可包括一个或更多个芯部插头或其它冷却硬件，其大体上由不锈钢或另一类似的材料构成。

在一些情况下，喷嘴可在操作期间产生裂纹和/或其它表面间断，其可需要经由例如焊接定期修理。典型地，芯部插头或其它冷却硬件必须在修理之前除去(例如，通过磨掉焊缝)以防止对其的损坏。此外，芯部插头或其它冷却硬件必须接着在修理之后重新安装(例如，通过焊接)在喷嘴中。这是费时且昂贵的过程。

技术实现要素：

本发明的方面和优点在下面在以下描述中阐述，或者可从描述为明显的，或者可通过本发明的实践学习。

用于处理涡轮喷嘴或其它燃气涡轮构件的区域的方法在本文中公开，该方法包括将区域在第一温度下加热，将区域在第二温度下焊接，以及将区域在第三温度下退火。第三温度(即，退火温度)低于第一温度(即，加热温度)和第二温度(即，焊接温度)。在该方面，本文中公开的本方法容许芯部插头和/或其它冷却硬件在处理期间保持安装。就此而言，减少了处理成本和时间。

在一个方面中，本公开涉及一种用于处理燃气涡轮构件的区域的方法。该方法包括将区域加热至第一温度。位于区域中的一个或更多个表面间断焊接成使得区域的至少一部分加热至第二温度。区域在第三温度下退火。第二温度相对大于第一温度，并且第一温度相对大于第三温度。

在又一个方面中，本公开涉及一种用于处理涡轮喷嘴的区域的方法。该方法包括将涡轮喷嘴从燃气涡轮发动机除去。区域加热至第一温度。位于区域中的一个或更多个表面间断焊接成使得区域的至少一部分在第二温度下加热。区域在第三温度下退火。第二温度相对大于第一温度，并且第一温度相对大于第三温度。

技术方案1.一种用于处理燃气涡轮构件的区域的方法，所述方法包括：

将所述区域在第一温度下加热；

焊接位于所述区域中的一个或更多个表面间断，其中所述区域的至少一部分在第二温度下加热；

将所述区域在第三温度下退火；

其中所述第二温度大于所述第一温度，并且所述第一温度大于所述第三温度。

技术方案2.根据技术方案1所述的方法，其特征在于，所述燃气涡轮构件为涡轮喷嘴。

技术方案3.根据技术方案2所述的方法，其特征在于，所述涡轮喷嘴由镍基超级合金形成。

技术方案4.根据技术方案2所述的方法，其特征在于，所述区域在所述涡轮喷嘴的翼型件上。

技术方案5.根据技术方案2所述的方法，其特征在于，所述区域在所述涡轮喷嘴的内带或外带上。

技术方案6.根据技术方案2所述的方法，其特征在于，至少一个芯部插头在加热、焊接和退火步骤期间保持安装在所述翼型件中。

技术方案7.根据技术方案1所述的方法，其特征在于，所述加热步骤和所述退火步骤包括相同的持续时间。

技术方案8.根据技术方案1所述的方法，其特征在于，所述退火步骤包括比所述加热步骤长的持续时间。

技术方案9.根据技术方案1所述的方法，其特征在于，所述第一温度比所述第三温度高至少一百华氏度。

技术方案10.根据技术方案1所述的方法，其特征在于，所述第一温度比所述第三温度高至少一百五十华氏度。

技术方案11.一种用于处理涡轮喷嘴的区域的方法，所述方法包括：

将所述涡轮喷嘴从燃气涡轮发动机除去；

将所述区域在第一温度下加热；

焊接位于所述区域中的一个或更多个表面间断，其中所述区域的至少一部分在第二温度下加热；

将所述区域在第三温度下退火；

其中所述第二温度大于所述第一温度，并且所述第一温度大于所述第三温度。

技术方案12.根据技术方案11所述的方法，其特征在于，所述涡轮喷嘴由镍基超级合金形成。

技术方案13.根据技术方案11所述的方法，其特征在于，所述区域在所述涡轮喷嘴的翼型件上。

技术方案14.根据技术方案11所述的方法，其特征在于，所述区域在所述涡轮喷嘴的内带或外带上。

技术方案15.根据技术方案11所述的方法，其特征在于，至少一个芯部插头在所述加热、焊接和退火步骤期间保持安装在所述翼型件中。

技术方案16.根据技术方案11所述的方法，其特征在于，所述加热步骤和所述退火步骤包括相同的持续时间。

技术方案17.根据技术方案11所述的方法，其特征在于，所述退火步骤包括比所述加热步骤长的持续时间。

技术方案18.根据技术方案11所述的方法，其特征在于，所述第一温度比所述第三温度大至少一百华氏度。

技术方案19.根据技术方案11所述的方法，其特征在于，所述第一温度比所述第三温度大至少一百五十华氏度。

技术方案20.根据技术方案11所述的方法，其特征在于，所述涡轮喷嘴包括四个芯部插头，并且所有四个芯部插头在所述加热、焊接和退火步骤期间保持在所述涡轮喷嘴中。

本领域技术人员将在说明书的审阅之后更好地认识到此类实施例以及其它实施例的特征和方面。

附图说明

包括针对本领域技术人员的其最佳模式的本发明的完整且开放的公开在包括参照附图的说明书的其余部分中更具体地阐述，在该附图中：

图1为如可并入本文中公开的各种实施例的示例性燃气涡轮的示意图；

图2为如可并入在本文中公开的各种实施例中的燃气涡轮的示例性涡轮区段的截面侧视图；

图3为如可并入本文中公开的一个或更多个实施例的示例性涡轮喷嘴的透视侧视图；

图4为大体上关于图3中的线4-4截取的示例性涡轮喷嘴的截面视图，示出了定位在翼型件中的多个芯部插头；并且

图5为示出根据本文中公开的实施例的一种处理燃气涡轮构件的方法的流程图。

部件列表

10燃气涡轮

12压缩机区段

14入口

16压缩机

18燃烧区段

20燃烧器

22涡轮区段

24涡轮

26转子轴

28轴向中心线

30涡轮级

30(a)第一涡轮级

30(b)第二涡轮级

30(c)第三涡轮级

32(a)涡轮喷嘴

32(b)涡轮喷嘴

32(c)涡轮喷嘴

34(a)涡轮转子叶片

34(b)涡轮转子叶片

34(c)涡轮转子叶片

36壳/壳体

38压缩空气

40燃烧气体流

100涡轮喷嘴

102内带

104外带

106翼型件

108内带气体侧

110内带后侧

112外带气体侧

114外带后侧

116内带的前壁

118内带的后壁

120内带的第一侧壁

122内带的第二侧壁

124外带的前壁

126外带的后壁

128外带的第一侧壁

130外带的第二侧壁

132前缘

134后缘

136压力侧壁

138吸入侧壁

140前芯部插头

142后芯部插头

144冷却孔口

146裂纹

148区域

200方法

202除去涡轮喷嘴

204加热修理区域

206焊接表面间断

208将修理区域退火。

具体实施方式

现在将详细参照本发明的本实施例，其一个或更多个实例在附图中示出。详细描述使用了数字和字母标号来表示附图中的特征。附图和描述中相似或类似的标号用于表示本发明的相似或类似的部分。

如本文中使用的，用语"第一"、"第二"和"第三"可以可互换地使用，以将一个构件与另一个区分开，并且不旨在表示独立构件的位置或重要性。用语"上游"和"下游"是指相对于流体通道中的流体流的相对方向。例如，"上游"是指流体流自的方向，而"下游"是指流体流至的流动方向。用语“径向地”是指大致垂直于特定构件的轴向中心线的相对方向，而用语“轴向地”是指大致平行于和/或同轴地对准于特定构件的轴向中心线的相对方向。

本文中使用的用语出于仅描述特定实施例的目的，并且不旨在限制本发明。如本文中使用的，单数形式"一"、"一个"和"该"旨在也包括复数形式，除非上下文另外清楚地指出。还将理解的是，用语"包括(comprises)"和/或"包含(comprising)"在用于本说明书中时表示叙述的特征、整数、步骤、操作、元件和/或构件的存在，但并未排除存在或添加一个或更多个其它特征、整数、步骤、操作、元件、构件和/或它们的组。

各个实例经由阐释本发明提供，而不限制本发明。实际上，对本领域技术人员而言将显而易见的是，可在本发明中作出改型和变型，而不脱离其范围或精神。例如，示为或描述为一个实施例的部分的特征可用于另一个实施例上以产生又一个实施例。因此，意图是，本发明覆盖归入所附权利要求和它们的等同物的范围内的此类改型和变型。

尽管本发明的示例性实施例将出于图示目的大体上在用于陆基发电燃气涡轮的涡轮喷嘴的背景下描述，但本领域技术人员将容易认识到，本发明的实施例可应用于任何型式或类型的燃气涡轮，并且不限于陆基发电燃气涡轮，除非权利要求中具体叙述。

现在参照附图，图1示出了如可并入本文中公开的各种实施例的示例性燃气涡轮10的示意图。如所示，燃气涡轮10大体上包括压缩机区段12，其具有设置在轴向压缩机16的上游端部处的入口14。燃气涡轮10还包括燃烧区段18，其具有定位在压缩机16下游的一个或更多个燃烧器20。燃气涡轮10还包括涡轮区段22，其具有设置在燃烧区段18下游的涡轮24(例如，膨胀涡轮)。轴26沿着燃气涡轮10的轴向中心线28轴向地延伸穿过压缩机16和涡轮24。

图2提供了如可并入本文中公开的各种实施例的示例性涡轮24的截面侧视图。如图2中所示，涡轮24可包括多个涡轮级30。例如，涡轮24可包括三个涡轮级30，其包括第一级30(a)、第二级30(b)和第三级30(c)。涡轮级30的总数可多于或少于三个，并且本发明的实施例不应当限于三个涡轮级，除非在权利要求中另外叙述。

如图2中所示，各个级30(a-c)包括按串流顺序的对应的一排涡轮喷嘴32(a)、32(b)和32(c)以及沿着轴26(图1)轴向地间隔的对应的一排涡轮转子叶片34(a)、34(b)和34(c)。壳体或壳36沿周向包绕涡轮喷嘴32(a-c)和涡轮转子叶片34(a-c)的各个级30(a-c)。涡轮喷嘴32(a-c)在燃气涡轮10的操作期间保持关于涡轮转子叶片34(a-c)静止。

在操作中，如图1和2中所示，来自压缩机16的压缩空气38提供至燃烧器20，其中其与燃料(例如，天然气)混合并且焚烧以提供从燃烧器20流动到涡轮24中的热燃烧气体流40。压缩空气38的至少一部分可用作冷却介质，用于冷却涡轮34的各种构件，如涡轮喷嘴32(a-c)和涡轮转子叶片32(a-c)。

图3提供了如可并入到如图2中所示的涡轮24中且如可并入本公开的各种实施例的示例性涡轮喷嘴100的透视图。涡轮喷嘴100可与涡轮喷嘴32(a-c)中的任一个对应，或者代替其安装。在特定实施例中，涡轮喷嘴100与第二级30(b)的涡轮喷嘴32(b)对应，第二级30(b)的涡轮喷嘴32(b)还可在行业中被称为二级喷嘴或s2n。

如图3中所示，涡轮喷嘴100包括内带102和与内带102沿径向间隔开的外带104。一对翼型件106在翼展上从内带102延伸至外带104。在该方面，图3中示出的涡轮喷嘴100在行业中被称为成对物。然而，涡轮喷嘴100可具有仅一个翼型件106(例如，单件物)、三个翼型件106(例如，三件物)，或更多个翼型件106。内带102包括气体侧108和从气体侧108沿径向向内定向的后侧110。类似地，外带104包括气体侧112和从气体侧112沿径向向外定向的后侧114。如图2和3中所示，外带104的气体侧112和内带102的气体侧108分别限定了用于在高速下从燃烧器20流动穿过涡轮24的热燃烧气体流40的内径向流动边界和外径向流动边界。

如图4和5中所示，内带102包括前壁116和定位在前壁116下游的后壁118。内带102还包括周向相对的侧壁120,122。类似地，外带104包括前壁124和定位在前壁124下游的后壁126。外带104包括周向相对的侧壁128,130。内带102和外带104优选由能够耐受燃烧气体40的镍基超级合金或另一适合的材料构成。

图4和5示出了翼型件106的特征。各个翼型件106包括前缘132，其设置成分别邻近内带102和外带104的前壁116,124。各个翼型件106还包括后缘134，其设置成分别邻近内带102和外带104的后壁118,126。此外，各个翼型件106包括压力侧壁136和相对的吸入侧壁138，它们在前缘132和后缘134之间延伸。在一些实施例中，翼型件106可包括一个或更多个冷却孔口144。翼型件106优选由能够耐受燃烧气体40的镍基超级合金或另一适合的材料构成。

如图4中所示，各个翼型件106可包括前芯部插头140和后芯部插头142。前芯部插头140和后芯部插头142容许冷却空气(例如，来自压缩机区段18的压缩空气38)流动穿过翼型件106。在该方面，成对涡轮喷嘴(如图4中示出的涡轮喷嘴100)可包括用于总共四个芯部插头的两个前芯部插头140和两个后芯部插头142。尽管如此，涡轮喷嘴100和/或其中的翼型件106可包括更多或更少的芯部插头，如必要或期望的。此外，翼型件106还可包括其它冷却硬件(未示出)。前芯部插头140、后芯部插头142和任何其它冷却硬件可由不锈钢或另一适合的材料构成。

图5示出了根据本文中公开的实施例的用于处理燃气涡轮构件的区域148(图3)的方法(200)的一个实施例。根据方法(200)的处理可包括修理和/或升级。在该方面，区域148可为修理区域和/或升级区域。方法(200)在修理二级涡轮喷嘴或s2n中的一个或更多个裂纹和/或表面间断146(图3)的背景下描述。就此而言，涡轮喷嘴100在步骤(202)中从燃气涡轮10除去。然而，方法(200)可在能够经由焊接修理的任何涡轮喷嘴(例如，一级或s1n、三级或s3n等)或燃气涡轮10的任何其它构件上使用。就此而言，方法(200)的实施例不应当限于燃气涡轮10的特定构件，除非在权利要求中另外叙述。

在步骤(204)中，区域148加热至第一温度。在一些实施例中，第一温度可在1500华氏度至2300华氏度之间。在其它实施例中，第一温度可在2000华氏度至2200华氏度之间。区域148可根据步骤(204)加热达小于一小时、至少一小时、至少两小时、至少三小时或更长。

区域148可为涡轮喷嘴100或其它燃气涡轮构件的任何区域，其具有利用方法(200)修理的其中的一个或更多个裂纹和/或表面间断146。在涡轮喷嘴100的背景下，一个或更多个裂纹和/或表面间断146可定位在内带102、另一带104和/或翼型件106上。例如，图3示出了内带102上的裂纹/间断146和翼型件106上的另一裂纹/间断146。在该方面，区域148可为内带102、另一带104和/或翼型件106的一部分，如图3中所示。作为备选，区域148可为整个内带102、整个外带104、整个翼型件106，或整个涡轮喷嘴100。就此而言，涡轮喷嘴100的一部分或整个涡轮喷嘴100可根据步骤(204)在第一温度下加热。

在步骤(206)中，焊接区域148中的一个或更多个表面间断146。可使用任何适合类型的焊接(例如，钨电极惰性气体保护焊、电子束焊接、激光焊接等)。在该方面，区域148的至少一部分在相对高于第一温度的第二温度下加热。在备选实施例中，可硬钎焊一个或更多个表面间断146。

区域148在步骤(208)中在第三温度下退火。第一温度和第二温度相对高于第三温度。在一些实施例中，第三温度可在1500华氏度至2100华氏度之间。在其它实施例中。第三温度可在1800华氏度至2000华氏度之间。在该方面，第一温度可在一些实施例中比第三温度大至少一百华氏度。在其它实施例中，第一温度可比第三温度大至少一百五十华氏度。区域148可根据步骤(208)退火达小于一小时、至少一小时、至少两小时、至少三小时或更长。在该方面。区域148可根据步骤(208)退火达更长、更短，或与区域148根据步骤(204)加热相同的量的时间。

由于第三温度相对低于第一温度和第二温度，故前芯部插头140或后芯部插头142中的至少一个可在步骤(204)、(206)和(208)期间保持安装在翼型件106中。然而，作为优选，前芯部插头140或后芯部插头142中的每一个在步骤(204)、(206)和(208)期间保持安装在翼型件106中。在图3和4中公开的涡轮喷嘴100的情况下，两个前芯部插头140和两个后芯部插头142优选在步骤(204)、(206)和(208)期间保持安装在翼型件106中。这减少了处理(例如，修理或升级)时间和成本。

方法(200)还可包括其它步骤。例如，方法(200)可包括将涡轮喷嘴100重新安装在燃气涡轮10中。此外，方法(200)可包括各种检查步骤。

该书面的描述使用实例以公开本发明(包括最佳模式)，并且还使本领域技术人员能够实践本发明(包括制造和使用任何装置或系统并且执行任何并入的方法)。本发明的可专利范围由权利要求限定，并且可包括本领域技术人员想到的其它实例。如果这些其它实例包括不与权利要求的字面语言不同的结构元件，或者如果这些其它实例包括与权利要求的字面语言无显著差别的等同结构元件，则这些其它实例意图在权利要求的范围内。