专利名称：具有内部冷却通道的多部件铸造涡轮机构件及其形成方法
技术领域：
本发明涉及^^ic动^^域，且更^^地，本发明涉及具有在内部形成的冷 却腔的两部##造^^发动,件。
背景技术：
4而言，燃气^^发动 ^^料/空气^^物，以经由热，咯引导到 ^^段的高温气流形式来w热能。更^#地，压缩机将引入的空气压缩达到高 压'所述高压空气被传^，』燃烧室以与燃料^^#^成可燃^^物-所述可燃混 *1^^点燃以形成传形，';^的高压高速气流。所述高压空气冲击形成部分
^^H"组件的衬叶片或糾(bucket)。这样，^^将来自高温高速气流的
热能转化为使^^轴进^^转的M能。
在许多情况下，^HP气^t传iil^每个4H"叶片内部以便l^^显度，尤其是
在转子叶片的翼面部分内。所述^#气#^1传體过与叶片"-^ ^^制的内部
通道。在某些情况下，iM)J^l^^j^^造(lost wax investment casting)法 形M道。在其它情况下，围绕陶t^芯形M道。无论在哪种情况下，通道都 是难以进行制造的、昂贵的且形状受限制的。另外，陶资型芯可以不与生产叶片 所使用的各种^r^jt反应。而且，陶魏芯是易碎的且易于产生移^^破损。 最后，通道内表面可能会包含残余的型芯缺陷、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，那也是很困难的。
发明内容
才娥一方面，本发明提供了一种用于涡轮发动机的多部##^构件。所述多 部##造构件&^:具有包括了限定第一^HP^Jt道段的内部的主体部分的第一 构件段、和具有包括了P艮定第^MPait道段的内部的主体部分的第^I件段。 所述第一构件^^第4件段沿分型线^^以形成^^发动才械件，所ii^一冷 却流通道^^第^H卩^^a道段对准以形成^HP^it道。
才娥另一方面,本发明提供了一种形銷于^^发动机的多部^^it构件的 方法。所述方法包括以下步骤铸it^一构件段、在第一构件段中形成笫一^HP
^it道段、铸it^^件段、以;s^第二^^构件段中形成第^^H^^a道段。 所^法还需要沿分型线#^第一构件段和第4件段以形成^^发动^件，
所述第"^第^^Hi^ua道^t准以形成^Hp^ii道。
应理解本发明提供了一种具有内部#通道的两部件铸造涡轮发动^ 件，所述内部#通道的构造是易于形成的并且可以容易地进行目视检查，且同 时^了与其它^^法相关联的许多缺点。无iH^r，当结合其中相同附图标 ^^旨^现图中的相应部件的附图时，通过阅读以下详细说明，本发明的各个方 面的其它目的、特^ti优点将变得更加显而易见。
图i是包括了根据本发明的一方面构建的、图示为#^叶片形式的两部## it^动机构件的燃气^^发动机的示意图2是图1所示的衬叶片的放大的立体，图； 图3是图1所示的#^片的端部视图；和
图4 ;l示出了图1所示的#^片的两个构件^t^^t前的正3见图。 JH^实施方式
首先参看图l，在附图才朽己10处;kJt标示出才im本发明构建的燃气^^发 动机。燃气渴轮发动机10包括经由轴18可#^ 1接至渴轮14和发电机16 的压缩机12。轴18被图示为单个的#式构件，然而，应理解的是轴18也能 够由多段形成，且每段联接到相邻的发动^J件上。
在4树情况下，发动机10还被示为包括其中来自压缩机12的空气21与燃
料22 '齡以形成可燃';^^的燃烧室20。所述可燃';^Wt泉燃以形^i于驱
动涡轮14的高压高温燃烧产物或气体28。更^^地，高压高温气体28i^Vg 14并且冲击到具有多个4H"叶片的4H^且件35上，其中两个4^叶片被才封己为 40和41。转子组件35将来自高压高温气体28的热能转化为#^ ^能。
当转子叶片40和41联接到衬组件35上时，針叶片40和41联接至可 旋转地安^，J诸如轴18的衬轴上的針盘(未示出)。在一个絲实施例中， 針叶片40和41被安絲转子轴(rotor spool )(未示出)内。在，情况 下，沿圆周方向相邻的转子叶片40和41是同样的，从而使得在下文中将对針 叶片40进##细说明。然而，应理解在典型实施例中，多个转子叶片中的每 个4H"叶片都是类^^I建而成的。
如图2和3中最清楚示出地，#^叶片40包括翼面部分60、平台部分62、 附根部分64和楔形榫66，它们共同被称为M。每个翼面部分60包括第一#麼 70和第二侧壁72。在所示的实施例中，第一侧壁70是凸起的并且限定出翼面部 分60的0侧。相M，第二侧壁72是凹入的并且P艮定出翼面部分60的压力 侧。侧壁70和72共同形成翼面部分60的前缘74和轴向间隔开的后缘76。更具 体地，后缘76与前缘74沿弦向间隔开，并且位于前缘74下游。
如将在下文中更全面描iii4，前缘74i^有用作允许;Hp气体经过^叶 片40的i!X管道的多^Nf 口 77。同*，后缘76包括也用作^Hp气体itX管道 的多个开口78。第一侧壁70和笫二侧壁72在^^位成邻近平台部分62的^f 或叶片根部79到翼面顶端80的范围内向外延伸。如图3中最清晰示出的，翼面 顶端80包括由凹陷承座84限定的开口 82。顶盖85诏！在凹陷承座84内，闭 开口 82。然而，顶盖85可以i^有小开口，诸如在附图标号87所才朽己的、允许 一小部分^P气^^热^liE路(未示出)的小开口。
在所示实施例中，附根部分64从平台部分62沿径向向内延伸至楔形榫66， 且楔形榫66从附根部分64沿径向向内延伸，以便利于将#^叶片40紧固到转 子盘(未示出)上面。平台部分62还包^iii力侧ii^ 111和^7侧ii^ 112 连接在i的上游侧或围缘107和下游侧或围缘109。附根部分64被图示为包括 在上^#壁124和在下;##〗壁126连接在"^的;Ut凹入的侧壁120和;Ut凸起 的侧壁(未示出)。这样，凹入的侧壁120分别相对于上游侧壁124和下游侧壁 126凹陷，从而使得当转子叶片40联接到转子组件35内时斜目邻的转子叶片40 和41之间限定出附才艮空腔128。
如图2和3进一步所示，^H"叶片40 ^i舌分别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被构造用以密^^F艮定在转子组件35内的相应的向前 和向后的折翼腔(未示出)。另夕卜，#^片40包括M,壁124向外延伸 以利于在转子叶片40与#^盘(未示出)之间实现密封的向前的下^l斤翼134。
##本发明的一个方面，4H"叶片40^^动机10的多部##造构件。更具 体地，转子叶片40包括单独进4t^造并沿分型线150 ^^到-^的第一构件段 142和第^件段144。才W""个典型实施例，笫一构件段142和第^件段144 由^#造而成。然而，第一构件段142和第J^j件段144可以由多种材^HH^ 耐热合金(s卯er alloy)釆用多种已公知的成型技术而形成。
#将参考图4，图中示出了转子叶片40的第一构件段142和第1件段
144。如图中所示，第一构件段142包括具有内部162的主体部分160，所述内部 162限定出第一^HP气体通道段164和第^^HP气M道段165。如图中所示， 笫一*气倾道段164包括在典型实施例中分叉絲向流室170的入口段168。 流室170注A^向延伸通过内部162到达第一逆流段172的第一流动段171。从 笫一逆流段172开始，第一^HP沭Jt道段164通向通过内部162纵向向后延伸的 回流段174。回流段174终止于通向出流段178的第1^^:176。出琉段178 传送^HP气^it过前缘74内的开口 77以及翼面顶端80内的开口 87。
以类似于如Jii^斤述的一种方式，第^HP^it道段165包括在典型实施例 中分叉^itX流室190的入口段188。流室190 ;iA^向延伸通过内部162到达 笫一逆流段192的第一流动段191。 4一逆力娥192开始，第^^Mp^it道段 165通向通过内部162纵向向后延伸的回流段194。回流段194终止于通向出流 段198的第J^ia^:196。出^R198传送^^气糾it^缘76内的开口 78以 及翼面顶端80内的开口 82。在这一点上，应理解第一^P力tit道段164和第 ^r^HP^it道段165看上去是相似的，絲于转子叶片40的特辆絲;u^形 状，^"*通道段164、 165所取的特定路径可以不同。
以类似于上述关于第一构件段142的方式，第4件段144包括了具有限定 出第三转^it道段214和笫四^HP^Jt道段215的内部212的主体部分210。 笫^件段144实际上A^—构件段142的镜像。因此，第三^HP^il段214是 笫一^P^it道段164的镜像而同时第四;HP^it道段2i5A^^rJH^^t道段 165的镜像。然而，为了完I^L，第三^HP^it道段214包括在典型实施例中 分叉^it^流室220的入口段218。流室220 5iA^向延伸通过内部212到达第 一逆^^: 222的第一流动段221。从第一逆《濃222开始，第三^Hf^tit道段214 通向通过内部212纵向向后延伸的回流段224。回流段224终止于通向出流段228 的笫4流段226。出流段228传送^HP气^Et过前缘74内的开口 77以及翼面 顶端80内的开口 87。
同样以勤以的方式，第四^Hf^tia道段215包括了在典型实施例中分叉， 入流室240的入口段238。流室240注A^向延伸通过内部212到达第一逆^^: 242的第一流动段241。从第一逆流艮242开始，第四^H^tit道段215通向通 过内部212纵向向后延伸的回流段244。回谅段244终止于通向出流段248的第 Jii^产濃246。出力银248传送^HP气体通it^缘76内的开口 78以及翼面顶端 80内的开口 82。
以这样的配置，通过^^诸:HOp工、；j^制成型等多种技术，在各自相应的
第一构件段142和第^件段144内形成;H^tit道164、 165和214、 215。与 所采用的技术无关，^Hl^tit道段164、 165和214、 215—旦形成，就可以易于 对可能lf^^^H卩效率的不^J!'J'^ii行目牙m查。下一步，第一构件段142和 第4件段144沿分型线150^^在-^w而使得第一;MPait道段164与第三 ^P^it道段214对齐以在^H^叶片40内形成第一^HPi;tit道300。类^^，笫 ^MP力诚道段165与第四^P力tit道段215对齐以在4H^叶片40内形成第二 ^HP^iiii 304。第一构件段142和第4件段144可以通过*焊接、 多种已^^的金属连^^支术而^^在"^。当然，如果^^超耐热^^或不同于 金属的材料来形^H"叶片40，可以采用其它连^^支术。在,情况下，转子叶 片40—旦形成^MI^iJ^^发动机2的转子叶片組件35内。
关于il一点，应理解本发明的各方面降低了制it^并 i^了总^件质 量。另外，通过以多转賴颇件，新的^HP通道形W^殳计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，本发明能够形成极其小的通道，所述极其小的通道可以有利,送冷 却气体到iiiW通道形^U支^l今无法i^，J的转子叶片的若干部分。运载*介 质通过构件的较大部分的更复杂的蛇形形^tt也是可能的。陶0芯模制也具 有不与特定金属产生反应的趋向。本发明避免了这些问题。最终本发明使得能够 对构件部件进行形巨离4子细的目裥^^验以检查il今为止无法探测的空隙或其它 铸造缺陷。即，贿的陶魏芯模制不能够形成具有不同尺寸的通道、或者极其 薄的或拥有其它这样的特征的通道。当^M1陶歸芯模制技术时， 一旦形J^it道， 陶 芯必须被小心^^多除。没有可^^f的或薄的或极其狭窄的通it^多除陶资
型芯而不冒^A破损的危险。如果型芯^c损，^^t片5ma了。
尽管参考本发明图示方面加以说明，应容易^S)lf:可以对本发明作出多种
改变和/或修改而不偏离其保护范围。例如，当第一^Hp^it道和第^^Hp^it
it^t示为类似时，也可以运用多种其它的构造而不缩小本发明的范围。同彬也， 当构件被说明为由45#造时，也可以##发动机的特^用而4捐包^^耐齡 金的其它金属和^Mr属'还应衝醉尽管说明的是#^叶片，也可以通it^发明 形成诸如桨叶、财、铺等树其它发动才械件。最终，构件可以铸iiA做 数目的部件，且不应视作限于所示的两个构件段。4而言，本发明仅旨在被以 下权矛J^^书的范畴限制。
零件列表
10燃气赚发动机
12压缩机
14赚
16发电机
18轴
20燃烧室
21空气
22燃料
28燃烧产物/气体
35转子组件
40转子叶片
41衬叶片
60翼面部分
62平台部分
64附根部分
66楔形榫
70第U壁(60)
72第二侧壁(60)
74前缘
76后缘
77(74)内的开口
78(76)内的开口
79轮叶或叶片才艮部
80翼面顶端
82(80)内的开口
84凹陷承座
85顶盖
87小开口 (85)
107上游侧/围缘(62)
109下游侧/围缘(62)
111压力侧ii^1120侧姊
120凹入的侧壁(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第一构件段
144
150分型线
160主体部分(142)
162内部
164第一转舰道段
165第^HP舰道段
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第一流动段
192第一逆縱
194回緣
196第^1錄
198出錄
210主体部分
212内部
214第三;^P舰道流动段
215第四;H卩^it道段
218入口段
220流室
221第一流动段
222第一逆錄
224回微
226
228出縱
238入口段(215)
240流室
241第一流动段
242第一逆駄
244回錄
246
248出縱
300
3044^诚道
权利要求
1、一种用于涡轮发动机的多部件铸造构件，所述多部件铸造构件包括第一构件段，所述第一构件段具有包括了至少一个冷却流通道段的主体部分；和第二构件段，所述第二构件段具有包括了至少一个冷却通道段的主体部分，所述第二构件段沿分型线与第一构件段接合以形成涡轮发动机构件，且所述第一构件段的至少一个冷却流通道段和所述第二构件段的至少一个冷却流通道段对准以形成冷却流通道。
2、 如权矛虔求l所述的多部^t构件，^##于，所鄉一构件段和 第^j件段^^在^以形成由两部件构成的涡轮发动;W^件。
3、 如WJ要求l所述的多部^^t构件，^#站于，所述第一构件狄 第一針叶片部分，JL^斤鄉^I件^I^4子叶片部分，所絲一转子叶片 部分和所^^#子叶片部分沿，线#^在"-^以形成涡轮转子叶片。
4、 如权矛溪求1所述的多部##造构件，###于，所述第一构件段的 至少一个^卩^it道段包括第一;H^tit道^第Ji^P^it道段。
5、 如权利要求3所述的多部##造构件，其特征在于，所錄4件段的至少一个^HP力^t道段包括第三^H^tia道^^第四^Pj;^ia道段，所i^一冷却^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、 一种形成用于涡轮发动机的多部^t构件的方法，所述方法包拾. 形成第一构件段；在所述第一构件段中产生至少一个^HP^t道段； 形成第4件段；在所述第^i件段中产生至少一个^P^it道段；并且 沿着分型线M所i^一构件段和第^/件段以形成涡轮发动^件，JL^斤述第一构件段的至少一个^^^a道段与所述第4件段的至少一个^HP^it道段M以在^^构件中形成^P^it道。
7、 如权矛]^求6所述的方法，^#絲于，所i^^发动才械件是^^转子叶片。
8、 N5U，j^求6所述的方法，还包^:在所述第一构件段中形成第一^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，其中当沿 着分型线齡第一构件餅笫4件段时，所錄一^#;规道段与第三转流通道^t齐以形成第一^HP^it道，_3^斤^^^*1^^道段与第四^#^^道 段齐对齐在^^构件中形成笫^HP^it道。
9、 械矛]^求6所述的方法，^#絲于，所i^少一个^P^it道段由 所i^一构件段和第^J件段中的相应构件段机加工而成。
10、 ^5U'J要求6所述的方法，^tM于，所i^少一个^HP^t道段模 制到所i^一构件段和第^/件段中的相应构件段内。
11、 如权矛j^求5所述的方法，##姊于，所述^^发动械件由两部件形成。
全文摘要
本发明涉及具有内部冷却通道的多部件铸造涡轮机构件及其形成方法。所述多部件铸造构件包括第一构件段和第二构件段，所述第一构件段具有包括了至少一个冷却流通道段的主体部分，所述第二构件段具有包括了至少一个冷却流通道段的主体部分。所述第一构件段和第二构件段沿着分型线接合在一起以形成涡轮发动机构件，且所述第一构件段的至少一个冷却流通道段与所述第二构件段的至少一个冷却流通道段对准以形成冷却流通道。
文档编号F01D5/18GK101377132SQ200810214279
公开日2009年3月4日 申请日期2008年8月29日 优先权日2007年8月30日
发明者T·穆尔斯 申请人:通用电气公司