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_2

文档序号:8335742阅读:来源:国知局
故障、氧化、裂纹等的区域。在原始涡轮机部件11包括喷嘴的实施方式(如 在图1-2中所示)中,从外壁12上移除的原始部分16可包括前缘18的至少一部分。喷嘴 (或任何相似的涡轮机部件)的前缘18会由于它们所必须承受的较高温度而最受改良影 响。同样,从这种区域上移除该原始部分16会补救(remedy)任何潜在的故障征兆,和/或 利用改良涡轮机部件10来提供新的或改进的局部内部冷却。
[0023] 原始部分16可以任何可容许的方法来移除。例如,原始部分16可根据原始涡轮 机部件11的材料通过经由激光、锯、水流喷射、刀片等进行切割来移除。
[0024] 参照图1和图3-4进行说明,改良涡轮机部件10还包括内部冷却辅助元件20。该 内部冷却辅助元件20被大致成形为通过填充窗口 17而基本上重新封闭该内部腔室14,其 中所述窗口 17是通过移除外壁12的原始部分16造成的在原始涡轮机部件11中形成的。 例如,内部冷却辅助元件20与从外壁12上移除的原始部分16可包括相同的形状。通过包 括相同的(即,共用的)形状,内部冷却辅助元件20可基本填充形成在外壁12中的窗口 17。如在本说明书中所使用的那样,"基本填充"指的是内部冷却辅助元件20的尺寸、形状 和整个轮廓与窗口 17的尺寸、形状和轮廓基本上匹配。由此,在原始部分16从原始涡轮机 部件11的外壁12上负向移除材料的情况下,内部冷却辅助元件20可正向提供作为替换的 材料,使得改良涡轮机部件10的外部轮廓与将外壁12的原始部分16移除之前的原始涡轮 机部件11的外部轮廓基本上类似。
[0025] 如在图3和图4中最佳所示,内部冷却辅助元件20包括可使得来自改良涡轮机部 件10的内部腔室14的空气15循环的一个或多个冷却通道22。通过使得空气15在内部冷 却辅助元件20内部循环,内部冷却辅助元件20 (以及潜在地整个改良涡轮机部件10)的运 转温度可通过金属/合金材料与空气15之间的热力学相互作用而得到更好地调节。
[0026] -个或多个冷却通道22可大体上包括流体地连接至一个或多个冷却孔24的至少 一个内部流体导管23,该一个或多个冷却孔24以面对内部腔室14的方式设置在内部冷却 辅助元件20的内壁26上。通过将一个或多个冷却孔24设置在内部冷却辅助元件20的内 壁26 (S卩,重新封闭该内部腔室14的壁)上,来自内部腔室14的空气15 (例如,用于下游 冷却的压缩机排放空气)可进入一个或多个冷却孔24,用于对内部冷却辅助元件20进行冷 却。
[0027] 内部冷却辅助元件的一个或多个冷却通道22可包括多种构造并且可基于具体的 原始涡轮机部件11和从其外壁12移除的原始部分16的位置。例如,在一些实施方式中, 单个内部流体导管23可流体地连接至两个冷却孔24。在这种实施方式中,空气15可进入 冷却孔24中的一个,流过内部流体导管23,并且随后离开第二冷却孔24。在一些实施方式 中,单个内部流体导管23可流体地连接至诸如多于两个冷却孔的多个冷却孔24。在甚至一 些实施方式中,内部冷却辅助元件20可包括多个冷却流体导管23,多个冷却流体导管23中 的每一个都流体地连接至它们自己的多个冷却孔24 (例如在图3和图4中示例性地所示)。 此外,一个或多个冷却通道22中的每一个均可包括多种路径设计,该多种路径设计中的每 一个均彼此相似或彼此不同。例如,在一些实施方式中,一个或多个冷却通道22中的至少 一个可包括蛇形构造(即,与直线相反,流动路径来回行进)。尽管本说明书中已经公开了 具体的冷却通道设计,但应该了解到的是,这些设计非意图在于是限制性的并且其它设计 (例如,流体导管23和冷却孔24的数量、位置和构造)可附加地或作为选择地进行结合。
[0028] 内部冷却辅助元件20可包括多种材料。例如,在一些实施方式中,内部冷却辅助 元件20可包括如上所讨论的超级合金之类的镍基超级合金、钴基超级合金、或铁基超级合 金。在这些实施方式中的甚至一些中,例如当原始涡轮机部件11包括喷嘴或其它热气路径 涡轮机部件时,内部冷却辅助元件20和原始涡轮机部件11可包括相同的材料(S卩,分享共 用的材料成分。)
[0029] 在一些实施方式中,原始涡轮机部件11可在其外壁12上具有至少一个涂层。该 涂层可包括可适用于处于运转中时的涡轮机部件的任何类型的涂层,例如有利于热性能、 机械性能、或其它性能的那些类型的涂层。例如,在一些实施方式中,例如当原始涡轮机部 件11包括用于涡轮机的热气路径部件时,该涂层可包括热障涂层和/或环境屏蔽涂层。示 例性的但非限制性的涂层包括一个或多个粘合涂层、过渡或中间层、和/或顶部涂层。用于 涂层的非限制性材料包括陶瓷材料以及可选的其它氧化物以降低导热性,所述陶瓷材料的 著名示例是部分地或全部通过氧化纪(YSZ)或诸如氧化镁、氧化铺、氧化钪和/或氧化妈之 类的其它氧化物来稳定的氧化锆。在热障涂层系统中使用的粘合涂层材料包括抗氧化的覆 盖涂层以及抗氧化的扩散涂层,所述抗氧化的覆盖涂层为诸如MCrAlX(其中,M是铁、钴和/ 或镍,并且X是钇、稀土金属、和/或其它反应金属)之类。
[0030] 同样,内部冷却辅助元件20可包括位于其外壁27上的至少一个涂层,例如上文中 相对于原始涡轮机部件11讨论的涂层中的任一个或任意多个。在一些实施方式中,当原始 涡轮机部件11包括涂层时,内部冷却辅助元件20也包括与原始涡轮机部件11上的涂层相 同或不同的涂层。在甚至一些实施方式中,甚至当原始涡轮机部件11不具有涂层时,内部 冷却辅助元件20也可包括至少一个涂层。
[0031] 在将内部冷却辅助元件20放置在窗口 17中之前,一个或多个冷却通道22可存在 于该内部冷却辅助元件20中。例如,在一些实施方式中,在该内部冷却辅助元件20的制造 期间形成一个或多个冷却通道22。在一些实施方式中,在形成该内部冷却辅助元件20之后 但在将它放置在窗口 17中之前,将一个或多个冷却通道22机加工(例如,钻)到该内部冷 却辅助元件20中。在一些实施方式中,可在内部冷却辅助元件20的铸造过程期间形成一 个或多个冷却通道22。甚至在一些实施方式中,该内部冷却辅助元件20可通过诸如选择性 的激光熔化(SLM)、选择性的激光烧结(SLS)、直接金属激光烧结(DMLS)、直接金属激光熔 化(DMLM)等之类的额外的制造来生产。在这种实施方式中,一个或多个冷却通道22可在 整个部件组装时形成在内部冷却辅助元件20内。甚至在一些实施方式中,内部冷却辅助元 件20及其一个或多个冷却通道22可包括例如通过扩散结合或钎接而结合在一起的多个子 组件。
[0032] 内部冷却辅助元件20可由此被连结至外壁12,以便替换从外壁12上移除的原始 部分16,并再次封闭该内部腔室14。连结可通过任何一种或多种适用的技术基于原始涡轮 机部件11和内部冷却辅助元件20的材料而发生。例如,连结可被通过焊接(例如,电子束 焊接、电弧焊接、摩擦焊接等)和/或钎接而得到促进。在一些实施方式中,例如当内部冷 却辅助元件20包括与原始涡轮机部件11相同的金属或合金时,连结可另外包括焊接材料、 钎接材料等。还应该了解到的是,可利用任一种类的加热,例如但不限于感应加热、喷灯、烤 炉或任何其它源以将材料充分地结合在一起。甚至在一些实施方式中,根据材料,可通过摩 擦焊接实现加热,使得加热过程更为局限于表面区域。
[0033] 所获得的改良涡轮机部件10可由此包括基本上整体的部件,其包括原始涡轮机 部件11 (具有从其外壁12移除了的原始部分16)和替代所移除的原始部分16以再次
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