带有内部冷却辅助元件的改良涡轮机部件和用于其的方法
【专利说明】带有内部冷却辅助元件的改良涡轮机部件和用于其的方法
【背景技术】
[0001] 本说明书中公开的主题涉及涡轮机部件，并且更为具体地涉及带有内部冷却辅助 元件的改良涡轮机部件。
[0002] 在诸如航空发动机或重型燃气轮机之类的燃气涡轮发动机中，例如，空气被吸入 到发动机的前部中，由轴装的旋转型压缩机进行压缩，并与燃料混合。使该混合物燃烧，并 且使热的排出气体通过安装在轴上的涡轮机。气体的流动使该涡轮机转动，这使轴转动并 且驱动压缩机和风扇。对于飞机而言，热的排出气体可从发动机的后部进一步流动，从而向 前驱动它和飞机。
[0003] 在燃气涡轮发动机的运转期间，燃烧气体的温度可超过3, 000 °F，其显著高于与 这些气体相接触的发动机的金属部件的熔化温度。这些发动机在高于该金属部件熔化温度 的气体温度下的运转可部分依赖于通过多种方法将冷却空气供给至金属部件的外表面。这 些发动机的特别易于受到高温影响并由此在冷却方面需要特别注意的金属部件是形成燃 烧室的金属部件和设置在该燃烧室之后、设置在所谓的"热气路径"中的部件。例如，运转 温度可通过利用结合到诸如动叶（bucket)之类的一些发动机部件中的诸如冷却孔之类的 通道来部分地调节。
[0004] 诸如可沉淀硬化的镍基超级合金或钴基超级合金之类的超级合金可用于涡轮机 部件以有助于承受较高的运转温度。然而，并不是所有的涡轮机部件均被原始设计成带有 冷却孔，因此，在运转温度持续升高时，可利用另外的冷却特征。
[0005] 因此，替代的带有内部冷却辅助元件的改良涡轮机部件及用于利用内部冷却辅助 元件来对涡轮机部件进行改良的方法在本领域中会是受欢迎的。
【发明内容】
[0006] 在一种实施方式中，公开了一种改良涡轮机部件。该改良涡轮机部件包括：原始涡 轮机部件，该原始涡轮机部件包括封闭有内部腔室的外壁，其中，该外壁具有从该外壁上移 除的原始部分以使该内部腔室暴露出来；和连结至该外壁的内部冷却辅助元件，该内部冷 却辅助元件替代从外壁上移除的原始部分并重新封闭该内部腔室。该内部冷却辅助元件包 括一个或多个冷却通道，这一个或多个冷却通道使空气从所述内部腔室通过该内部冷却辅 助元件的至少一部分循环。
[0007] 在另一实施方式中，公开了一种用于对涡轮机部件进行改良的方法。该涡轮机部 件包括封闭有内部腔室的外壁。该方法包括：将原始部分从该外壁上移除以使内部腔室暴 露出来；以及将内部冷却辅助元件连结至外壁以便替代从该外壁上移除的原始部分并重新 封闭该内部腔室。该内部冷却辅助元件包括一个或多个冷却通道，这一个或多个冷却腔室 使得空气从所述内部腔室通过该内部冷却辅助元件的至少一部分循环。
[0008] 鉴于结合附图进行的下列详细说明，由本说明书中所讨论的实施方式提供的这些 和附加的特征将得到更为充分的理解。
【附图说明】
[0009] 附图中所阐述的实施方式在本质上是说明性的且是示例性的且并不意欲限制由 权利要求所限定的本发明。对说明性实施方式进行的下列详细描述可在结合下列附图进行 阅读时得到理解，其中，相似的结构以相似的附图标记指代，并且附图中：
[0010] 图1是根据本说明书中所示或所述的一个或多个实施方式的具有内部冷却辅助 元件的改良涡轮机部件的透视图；
[0011] 图2是根据本说明书中所示或所述的一个或多个实施方式的移除了其外壁的原 始部分的原始涡轮机部件的分解视图；
[0012] 图3是根据本说明书中所示或所述的一个或多个实施方式的内部冷却辅助元件 的侧视图；
[0013] 图4是根据本说明书中所示或所述的一个或多个实施方式的图3的内部冷却辅助 元件的后视图；
[0014] 图5是根据本说明书中所示或所述的一个或多个实施方式的用于对涡轮机部件 进行改良的方法。
【具体实施方式】
[0015] 下面将描述本发明的一个或多个【具体实施方式】。在试图提供对于这些实施方式作 出的简明描述的过程中，可能在说明书中没有对实际实施方案的所有特征进行描述。应该 了解的是，在任一这种实际实施方案的研发过程中，如在任一工程或设计方案中，必须作出 多种为实施方案所特有的决定以实现研发者的具体目的，例如服从与系统相关并与商业相 关的约束条件，这在实施方案之间可能是不同的。此外，应该了解的是，这种研发努力可能 是复杂而耗时的，尽管如此，它对于受益于本公开的本领域技术人员而言会是一种设计、加 工、和制造的常规任务。
[0016] 当介绍本发明的多种实施方式的元件时，冠词"一"、"一种"、"该"和"所述"意欲 意指存在元件中的一种或多种。术语"包括"、"包含"和"具有"意图在于是包括性的并且 意指可能存在除所列元件之外的附加元件。
[0017] 本公开主要应用于在以相对高的温度为特征的环境内运转的涡轮机部件。这种涡 轮机部件的显著示例包括诸如工业或航空燃气涡轮发动机之类的涡轮机的高压和低压涡 轮机动叶（轮叶）、喷嘴（翼片）、护罩、和其它热气路径部件。
[0018] 现在参照图1进行说明，示出了示例性的改良涡轮机部件10,该改良涡轮机部件 10包括原始涡轮机部件11和内部冷却辅助元件20。如在本说明书中所使用的那样，"原始 涡轮机部件"指的是通过添加该内部冷却辅助元件而改良的涡轮机部件的主体。"原始"仅 指的是涡轮机部件在本说明书中所讨论的改良之前的相对状态，并且无需必然限定新制成 的部件。例如，"原始涡轮机部件"可指的是经历了若干小时的运转并且为改良（例如，维修 或维护）做好准备的涡轮机喷嘴（如所示）。
[0019] 原始涡轮机部件11可包括在升高的温度下运转的多种涡轮机部件。例如，在一些 实施方式（例如图1-2中所示的实施方式）中，原始涡轮机部件11可包括喷嘴。然而，在 其它实施方式中，原始涡轮机部件可包括诸如动叶、护罩等之类的任何其它涡轮机部件。
[0020] 仍旧参照图1和图2进行说明，改良涡轮机部件10 (和原始涡轮机部件11)主要 包括封闭有内部腔室14的外壁12。外壁12可完全封闭该内部腔室14,或者可以仅仅是全 部组合以封闭该内部腔室14的多个物理边界中的一个。内部腔室14自身可包括可用于在 涡轮机的运转期间对一个或多个部件进行冷却的空气。例如，内部腔室14可包括可用于对 热气路径涡轮机部件进行下游冷却的压缩机排放空气。
[0021] 原始涡轮机部件11可包括诸如一种或多种超级合金之类的多种材料。在一些实 施方式中，原始涡轮机部件11可包括镍基超级合金、钴基超级合金、或铁基超级合金。例 如，原始涡轮机部件11可包括诸如Ren6N4、Ren6N5、Ren6108、GTD- 1丨1?、GTD_222?、 GTD- 444?、IN-738和MarM247之类的镍基超级合金或诸如FSX-414之类的钴基超级合 金。原始涡轮机部件11可被形成为等轴定向凝固的（DS)或单晶的（SX)铸件，以承受它例 如在燃气涡轮发动机内遭受到的高温和高应力。
[0022] 如在图2中最佳所示，移除了原始涡轮机部件11的外壁12的原始部分16。该原 始部分16可包括外壁12的任何部分和任何位置，它的移除使内部腔室14暴露出来（使 得替代的内部冷却辅助元件20将形成用于内部腔室14的边界，如将在本说明书中变得明 白的那样）。例如，在一些实施方式中，原始部分16可包括改良（例如，维修）所针对的区 域，例如呈现出