专利名称：用于燃气涡轮机组件的涡轮机护罩和形成该护罩的方法
技术领域：
本发明涉及燃气涡轮机护罩，且更具体地涉及多金属材料的燃气 涡轮机护罩，其具有应用到护罩内径(即热气路侧)上的第二金属材料 和形成护罩余下部分的第一金属材料。选择第二金属来提供相对于第 一金属材料的高温性能。还公开了用于形成该护罩的方法。
背景技术：
典型地在燃气涡轮发动机中，多个固定的护罩分段被组装成周向 地围绕轴流式发动机轴线且径向向外地围绕旋转叶片部件如涡轮叶 片，以限定叶片之上的径向外部流路界限的一部分。另外，护罩分段
和/或发动机机架之间。固定的护罩将燃烧气体限制在气体流路中，以 便最高效率地利用燃烧气体来转动燃气涡轮机。此流路的工作温度可
高于50(TC。包括限定着内径的表面的护罩暴露在热气流路中。
现行惯例是由单一的金属材料来制造整个护罩，例如有高温能力 的超级合金或有高温能力的不锈钢。尽管通常认为这是最实用的且较 简单的解决方案，但因为整个护罩均由有高温能力的材料形成，所以 使用该材料不具成本效率。其它的解决方案包括在护罩的表面上涂敷 热障层，这也给护罩增添了显著的成本。更复杂的设计包括增加护罩 的冷却。然而，冷却护罩直接且负面地影响了涡轮机效率。还有其它 所提出的解决方案包括使用彼此机械地附连的两片式护罩。然而，如 人们将预想的那样，使用两片会在降低成本的同时降低涡轮机效率， 因为护罩将使用更多的冷却空气并增加部件的数量。
因此，本领域保持有对护罩改进的需求，该护罩将具有成本效率、 提供最高的涡轮机效率并且能与当前设计容易地结合。
发明内容
文中公开的是用于燃气涡轮机的护罩组件和用于制造该护罩组 件的方法。在一个实施例中，燃气涡轮^L包括护罩，该护罩包括多个 互连的护罩分段，其中，各护罩分段均包括弧状基部，该弧状基部由 第一金属材料形成，并由具有轴向构件的环形部件和一对直立肋构成 且具有凸缘，其中，该弧状基部还包括结合到该弧状基部的第一金属 材料上的第二金属材料，以便限定该护罩分段的内径。
在另一个实施例中，燃气涡轮机包括护罩，该护罩包括多个互连 的护罩分段，其中，各护罩分段均包括弧状基部，该弧状基部由在低于800。C的温度是稳定的第一金属材料形成，并由具有轴向构件的环 形部件和一对直立肋构成且具有凸缘；而第二金属材料结合到第一金 属材料上以便限定该护罩分段的内径，其中，第二金属材料在高于600 'C温度是稳定的。
一种用于制造用于涡轮发动机的护罩的方法，包括形成具有一对 直立肋并具有凸缘的环，其中，该环由第一金属材料形成；以及将第 二金属材料结合到限定内径的该环的表面上。
通过下列详细说明和所附权利要求，例证了以上所述及其它的特征。
现在参看附图，其中，相似的元件被相似地编号 慰1为根据本发明的实施例的示范性护罩分段的截面视图；和 '图2为该护罩分段的透视图。
零件清单
10 护罩分段
12 弧状基部(第一金属材料)
14 环形平^反状部件
16直立肋
18直立肋
20凸缘
22凸缘
24腔
26冷却通道
28冷却通道
30第二金属材料
具体实施例方式
现在参看图1和图2，示出了用于燃气涡轮机的护罩的护單分段 10。多个分段10限定了护罩，这些分段10周向地设置且与在其上安 装涡轮叶片的转子同心。通常，将护罩制造成环，分成段，然后成套 地提供给终端应用。本发明不意图局限于所示具体的护罩分段。
各护罩分段IO通常包括弧状基部12，该弧状基部12由具有轴向 构件的环形平板状部件14以及分别具有凸缘20和凸缘22的一对直 立肋16和18构成。弧状基部12由第一金属材料形成。肋16，18和相 应的凸缘20,22用于支承护罩基部12并限定冷却通道和冷却腔如腔 24。凸缘20，22还用来将护罩分段安装在发动机外壳和安装结构内。 如图2中所更清楚示出的那样，在肋16,18中可布置附加的冷却通道 26而且可包括用于支承的凹口 28。
限定护罩分段10的内径的第二金属材料30 —体地附连(即结合) 到环形平板状部件14的表面上，且在一个实施例中由有高温能力即 在高于600。C的温度是稳定的材神+形成。相比之下，弧状基部12由有 较低温度能力即在高于大约800。C的温度是不稳定的材料形成。以这 种方式，由于第二金属材料30的存在，虽然减少了用来制造护罩的 有高温能力的材料数量，但在燃气涡轮机运行期间，典型地暴露于热 气流路中的护罩分段仍能经受住涡轮机运行时所用的温度。第一金属
材料即有较低温度能力的材料通常比有更高温度能力的村料更便宜， 可以使用此材料而不必牺牲护罩的实用性和运行寿命。这表现出显著 的商业优势。
在一个实施例中，第一金属材料选择成在高于600。C的温度是稳 定的，而第二金属材料选择成在低于800。C的温度是稳定的。在其它 的实施例中，第二金属材料选4奪成具有比第一金属材料更高的熔化温 度。通常，已发现较高稳定性的材料比较低温度稳定性的材料更加昂 贵。
适当的第二金属材料是那些有高温能力的材料，这些材料能经受 由燃气涡轮发动机中的运行热气流路所提供的高温。示范性的材料包 括但不限于超级合金。适当的超级合备典型地为镍基合金、铁基合金 或钴基合金，其中，镍、铁或钴在超级合金中的量按重量为羊一的最 多元素。说明性的镍基超级合金至少包括镍(Ni)，以及来自以下組中 的至少一种成分，该组包括钴(Co)、铬(Cr)、铝(A1)、钨(W)、钼(Mo)、 钛(Ti)、钽(Ta)、锆(Zr)、铌(Nb)、铼(Re)、碳(C)、硼(B)、铪(Hf)和铁 (Fe)。镍基超级合金的实例由商标Haynes 、 Hasteloy 、 Incoloy 、 Inconel 、 Nimonic 、 Rene⑧(例如Rene 80合金、Rene 95合金、Rene 142 合金和Rene N5合金)和Udimet⑧所指定，并且包括定向凝固和单晶超 级合金。说明性的钴基超级合金包括Co，以及来自以下组中的至少一 种成分，该组包括Ni、 Cr、 Al、 W、 Mo、 Ti和Fe。钴基超级合金的 实例由商标1^7加8@、 Nozzaloy 、 Stellite⑧和1;1"11^@的材料所指定。 说明性的4失基超级合金包括Fe和来自以下组中的至少一种成分，该 组包括Ni、 Co、 Cr、 Al、 W、 Mo、 Ti和锰(Mn)。 4失基超级合金的实 例由商标Haynes⑧、1110)1(^@和Ni加nk^所指定。用于形成第二金属材 料的其它适当材料包括Haynes HR-120顶合金、Haynes 556顶合金、 Haynes⑧23(f合金、Haynes 188@合金、Hastelloy X合金或Inconel 738 合金。
用于形成弧状基部12的适当材料包括不锈钢如AISI 304不锈钢、310不锈钢、AISI347不锈钢、AISI410不锈钢或超级合金如Haynes HR-120 合金。用于形成高温层即外界侧的其它适当材料包括 Haynes HR-120 合金、Haynes 556 合金、Haynes 230⑧合金、 Haynes 188⑧合金、HastellQ, X合金或Inconel 738 合金。
基部12的适当厚度将取决于具体的应用和级而变化。例如，第 一金属材料取决于在何处测量厚度而可以为大约1英寸至大约12英 寸厚，而形成在热气路侧(即外界侧)上的第二金属材料在一些实施例 中可以不到大约2英寸厚、在另外的实施例中大约l英寸厚以及在还 有的其它实施例中大约0.75英寸厚。
在制造护罩分段时，首先通过锻造第一金属材料的环或单独的环 分段来形成护罩环，例如通过封闭式锻造、无缝环锻造及其变体等。 备选的是，护罩环或护罩分段可以由砂型铸造、熔模铸造、离心铸造、 预制等形成。不意图限制用于形成护罩环的具体方法。 一旦形成环， 便将第二金属材料固定地附连到该环的内径上。有高温能力的材料的 附连可以用任何方法并且包括这类技术如堆焊(weldbuildup)、带极堆 焊(strip cladding)、铜焊、固态粘合等。第二金属与第一金属材料形成 一体。 一旦附接后，便将环切成分段并成套地提供给最终用户。
下列实例用来进一步地说明本工艺方法而非意图限制其范围。
实例
在此实例中，环由AISI 310不锈钢(即第一金属材料)锻成，对于 AISI 310不锈钢，通过堆焊方法将一层1^71^8@556@(第二金属材料) 沉积在该锻成环的内径上。最终使环直径成圆形，并用带锯将环切成 分段。
文中所公开的范围是包括性的和可结合的(例如，"高达大约25 的重量百分比，或更具体而言，大约5的重量百分比至大约20的重 量百分比"的范围包括端点以及"大约5的重量百分比至大约25的 重量百分比"的范围的全部中间值等)。"组合物"包括掺合物、混合
物、合金、反应产物等。此外，用语"第一"、"第二"等在文中不 表示任何顺序、数量或重要性，而是用来将一个元件与另一个元件区 分开，且用语"一，，和"一个，，在文中不表示数量的限制，而是表示 存在所提及物件中的至少一个。结合数量使用的修饰词"大约"包括 所述的值，并具有由上下文所指示的意思(例如，包括与具体数量的测 量有关的误差度)。贯穿说明书提及"一个实施例"、"另一个实施例"、 "一实施例"等，结合该实施例描述具体要素(如特征、结构和/或特 性)的方法包括在文中所述的至少一个实施例中，并且可以存在或不必 存在于其它的实施例中。另外，应理解的是，所述元素可以任何适当 的方式结合到各种实施例中。
所有引证的专利、专利申请及其它参考资料通过《I用完全地结合 在本文中。然而，如果本申请中的用语与所结合的参考资料中的用语 有矛盾或抵触，出自本申请中的用语优先于出自所结合的参考资料中 的4氐触用语。
尽管已参考了优选实施例描述了本发明，但本领域技术人员将理 解不脱离本发明的范围便可做出各种变化并且可以用等同物来代替 其中的元件。另外，为使得具体的情形或材料适合本发明的教导，可 不脱离本发明的实质范围而做出多种修改。因此，其意闺是本发明不 限于被公开为设想用来实施本发明的最佳模式的具体实施例，而是本 发明将包括所有落入所附权利要求范围内的实施例。
权利要求
1.一种燃气涡轮机，包括:包括多个互连的护罩分段(10)的护罩，其中，所述护罩分段的每一个护罩分段均包括弧状基部(12)，所述弧状基部(12)由第一金属材料形成，并且由具有轴向构件的环形部件(14)和一对直立肋(16，18)构成且具有凸缘(20，22)，其中，所述弧状基部(12)还包括结合到所述弧状基部(12)的第一金属材料上的第二金属材料(30)，以便限定所述护罩分段(10)的内径。
2. 根据权利要求1所述的燃气涡轮机，其特征在于，所述第二 金属材料(30)选择成在高于60(TC的温度是稳定的，而所述第一金属材 料选择成在低于80(TC的温度是稳定的。
3. 根据前述权利要求中的任一项所述的燃气涡轮机，其特征在 于，所述第二金属材料(30)为超级合金。
4. 根据前述权利要求中的任一项所述的燃气涡轮机，其特征在 于，所述第一金属材料由不锈钢形成。
5. 根据前述权利要求中的任一项所述的燃气涡轮机，其特征在 于，所述第二金属材料(30)具有比所述第 一金属材料更高的熔点。
6. 根据前述权利要求中的任一项所述的燃气涡轮机，其特征在 于，所述第二金属材料(30)的厚度不到大约2英寸，并且所述第一金 属材料的厚度为大约l英寸至大约12英寸。
7. —种用来制造用于涡轮发动机的护罩的方法，包括 形成具有一对直立肋(16,18)并具有凸缘(20,22)的环，其中，所述环由第 一金属材料形成；以及将第二金属材料(30)结合到限定内径的 所述环的表面上。
8. 根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述第二金属材 料(30)选择成在高于600。C的温度是稳定的，而所述第一金属材料选择 成在低于800。C的温度是稳定的。
9. 根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其特征在于，将 所述第二金属材料(30)结合到所述第一金属材料上包括堆焊法、带极 堆焊法、铜焊法或固态粘合法。
10. 根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其特征在于，所 述第二金属材料(30)选择成具有比所迷第 一金属材料更高的熔点。
全文摘要
本发明涉及用于燃气涡轮机组件的涡轮机护罩和形成该护罩的方法，具体而言，涉及一种包括护罩的燃气涡轮机组件，该护罩包括多个互连的护罩分段(10)，其中，该护罩分段的每一个护罩分段均包括由第一金属材料形成的弧状基部(12)。该弧状基部(12)由具有轴向构件的环形部件(14)和具有凸缘(16，18)的一对直立肋构成，其中，该弧状基部(12)还包括布置在该弧状基部(12)表面上的有高温能力的材料层(30)，以便限定该护罩分段(10)的内径(即热气路侧或外界侧)。
文档编号F01D25/24GK101372901SQ20081021368
公开日2009年2月25日 申请日期2008年8月22日 优先权日2007年8月22日
发明者C·H·特兰斯格鲁德, D·诺沃克, M·J·迈尔斯, P·克里什纳库马, R·L·赵 申请人:通用电气公司