專利名稱：熱氣體路徑構(gòu)件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本文公開的主題涉及一種渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)翼型件，且更特定地涉及一種帶有用于薄膜冷卻的銷釘簇(pin bank)對齊設(shè)計(jì)的潤輪發(fā)動(dòng)機(jī)翼型件。
背景技術(shù)：
未在燃?xì)鉁u輪構(gòu)件冷卻中尤其是在復(fù)雜的端壁冷卻構(gòu)造中提供釘狀翅片(pin-fin)和薄膜冷卻孔的當(dāng)前使用，使得薄膜冷卻對于氣體路徑構(gòu)件的通常鑄造出的空腔中給定的任意布置的釘狀翅片結(jié)構(gòu)可能是最有效的。因此，由于針對下方的冷卻劑空腔中存在的釘狀翅片陣列的薄膜冷卻孔鉆孔約束，因而難以將薄膜冷卻孔放置在氣體路徑構(gòu)件的熱表面上。因此，薄膜冷卻孔通常在它們不與釘狀翅片構(gòu)造發(fā)生干涉但不一定提供最·有效的薄膜冷卻的位置鉆出。因此，熱表面上的薄膜效果對給定的氣流狀態(tài)而言通常不是最佳的。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面,提供了一種熱氣體路徑構(gòu)件,其包括本體,該本體具有表面且成形為限定空腔，該空腔采用通過釘狀翅片簇的冷卻劑流，其中冷卻劑通過在表面上限定的薄膜冷卻孔而排出，釘狀翅片簇包括第一多個(gè)釘狀翅片和第二多個(gè)釘狀翅片，第一多個(gè)釘狀翅片和第二多個(gè)釘狀翅片均與確定的流動(dòng)流線對齊，并且第一和第二多個(gè)釘狀翅片中的任何兩個(gè)釘狀翅片根據(jù)薄膜冷卻孔尺寸而以間隙彼此分離。根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供了一種燃?xì)鉁u輪，其包括翼型端壁結(jié)構(gòu)件，該翼型端壁結(jié)構(gòu)件具有表面且成形為限定空腔，該空腔采用通過釘狀翅片簇的冷卻劑流，其中冷卻劑通過在表面上限定的薄膜冷卻孔而排出，釘狀翅片簇包括第一多個(gè)釘狀翅片和第二多個(gè)釘狀翅片，第一多個(gè)釘狀翅片和第二多個(gè)釘狀翅片均與沿表面的確定的流動(dòng)流線對齊，并且第一和第二多個(gè)釘狀翅片中的任何兩個(gè)釘狀翅片根據(jù)薄膜冷卻孔尺寸而以間隙彼此分離。根據(jù)本發(fā)明的又一方面，提供了一種形成熱氣體路徑構(gòu)件的方法，該方法包括對熱氣體路徑構(gòu)件建模，確定沿建模的熱氣體路徑構(gòu)件的表面的流動(dòng)流線，以及將建模的熱氣體路徑構(gòu)件鑄造成帶有包括第一多個(gè)釘狀翅片和第二多個(gè)釘狀翅片的釘狀翅片簇，第一多個(gè)釘狀翅片和第二多個(gè)釘狀翅片均與確定的流動(dòng)流線對齊。這些和其它的優(yōu)點(diǎn)及特征將從下述結(jié)合了附圖的描述變得更加顯而易見。


視為本發(fā)明的主題在作為說明書的結(jié)論的權(quán)利要求書中特別地指出并清楚地主張權(quán)利。根據(jù)以下結(jié)合了附圖的詳細(xì)描述，本發(fā)明的前述和其它的特征及優(yōu)點(diǎn)是顯而易見的，在附圖中
圖I是熱氣體路徑構(gòu)件的示意圖；以及圖2是示出了形成熱氣體路徑構(gòu)件的方法的流程圖。詳細(xì)的描述參照附圖借助于示例說明了本發(fā)明的實(shí)施例，以及優(yōu)點(diǎn)和特征。符號說明
10熱氣體路徑構(gòu)件
20本體
21表面 30空腔
40釘狀翅片簇 50薄膜冷卻孔 55釘狀翅片 60第一多個(gè)釘狀翅片 70第二多個(gè)釘狀翅片 80流線 90邊緣
100第三多個(gè)釘狀翅片 110第四多個(gè)釘狀翅片 120第一組釘狀翅片 130第二組釘狀翅片 200對形狀建模 210確定流動(dòng)流線 220鑄造
230加工薄膜冷卻孔。
具體實(shí)施例方式參照圖1，提供了熱氣體路徑構(gòu)件10。熱氣體路徑構(gòu)件10包括具有表面21的本體20。本體20成形為在其中限定空腔30?？涨?0采用冷卻劑流來通過釘狀翅片簇40而冷卻本體20，其中允許冷卻劑通過薄膜冷卻孔50而排出到表面21。薄膜冷卻孔50在釘狀翅片簇40的單獨(dú)的釘狀翅片55之間被限定在表面21上。特別地，薄膜冷卻孔50在基于分析而為給定表面21的形態(tài)提供最佳冷卻效益的預(yù)定薄膜孔中心線被限定在表面21上。由于最佳薄膜孔中心線位置不會(huì)是已知的，所以在本體20成形(即鑄造)之后，需要在成形工藝期間在釘狀翅片簇40的單獨(dú)的釘狀翅片55之間提供空間。一旦在單獨(dú)的釘狀翅片55之間的空間中確定了預(yù)定的薄膜孔中心線，稍后隨即可以形成薄膜冷卻孔50。薄膜冷卻孔50的這種稍后形成允許基于發(fā)動(dòng)機(jī)/試驗(yàn)數(shù)據(jù)的可調(diào)薄膜冷卻，而不需要例如鑄造變化(casting change),并且提供相對不受約束的薄膜冷卻孔位置。
釘狀翅片簇40至少包括第一多個(gè)釘狀翅片60和第二多個(gè)釘狀翅片70。第一多個(gè)釘狀翅片60和第二多個(gè)釘狀翅片70各自基本上且分別與確定的流動(dòng)流線80平行對齊，該流動(dòng)流線80描述了外部氣體流動(dòng)速度矢量并且在本體20成形時(shí)是已知的。第一和/或第二多個(gè)釘狀翅片60、70中的任何兩個(gè)單獨(dú)的釘狀翅片55至少以間隙G彼此分離。根據(jù)薄膜冷卻孔50中的一個(gè)或更多在基本上垂直于確定的流動(dòng)流線80的方向上的至少一個(gè)尺寸而確定間隙G。表面21可以包括燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的翼型端壁結(jié)構(gòu)件的表面，其中第一多個(gè)釘狀翅片60鄰近翼型件覆蓋區(qū)(footprint)的邊緣90布置在端壁上，而第二多個(gè)釘狀翅片70布置在第一多個(gè)釘狀翅片60背離邊緣90的一側(cè)。釘狀翅片簇40還可以包括另外的多個(gè)釘狀翅片，諸如第三多個(gè)釘狀翅片100和第四多個(gè)釘狀翅片110。另外，釘狀翅片簇40可以包括沿確定的流動(dòng)流線80以至少與間隙G —樣大的預(yù)定距離彼此分離的第一組釘狀翅片120和第二組釘狀翅片130。根據(jù)薄膜冷卻孔50中的一個(gè)或更多的至少一個(gè)尺寸以及單獨(dú)的釘狀翅片55和薄膜冷卻孔50的真實(shí)位置中的至少一個(gè)或更多而確定間隙G。薄膜冷卻孔50可以具有多邊形、梯形、橢圓形或其它類似的形狀。借以確定間隙G的薄膜冷卻孔50中的一個(gè)或更多的尺寸可以是薄膜冷卻孔直徑。此外，薄膜冷卻孔擴(kuò)散展開角可以設(shè)置成覆蓋釘狀翅片寬度。這允許釘狀翅片簇40的任何部分的按需潛在薄膜冷卻，而不需要例如鑄造變化。
參照圖2，提供了一種形成熱氣體路徑構(gòu)件10的方法。該方法包括對熱氣體路徑構(gòu)件10的形狀建模200，確定210沿建模的熱氣體路徑構(gòu)件10的表面21的流動(dòng)流線80，以及鑄造220建模的熱氣體路徑構(gòu)件10。鑄造220包括鑄造包括第一和第二多個(gè)釘狀翅片60,70的釘狀翅片簇40，其中第一多個(gè)釘狀翅片60和第二多個(gè)釘狀翅片70各自基本上且分別與確定的流動(dòng)流線80對齊。鑄造220可以包括根據(jù)薄膜冷卻孔尺寸而將第一和第二多個(gè)釘狀翅片60、70中的任何兩個(gè)單獨(dú)的釘狀翅片55以間隙G分離，其中該薄膜冷卻孔尺寸可以是薄膜冷卻孔直徑。一旦鑄造完成，釘狀翅片簇40的對齊和單獨(dú)的釘狀翅片55之間的分離便允許基于發(fā)動(dòng)機(jī)/試驗(yàn)數(shù)據(jù)的可調(diào)薄膜冷卻而不需要例如鑄造變化，并且提供相對不受約束的薄膜冷卻孔位置。因此，該方法還包括在預(yù)定位置加工230薄膜冷卻孔50，其中該加工可包括例如將薄膜冷卻孔50加工成具有多邊形、梯形形狀、橢圓形狀或另一類似的形狀。雖然已結(jié)合僅僅有限數(shù)量的實(shí)施例詳細(xì)地描述了本發(fā)明，但應(yīng)當(dāng)容易理解的是，本發(fā)明并不局限于這種公開的實(shí)施例。相反，可對本發(fā)明進(jìn)行修改以并入此前未描述但與本發(fā)明的精神和范圍相稱的任何數(shù)量的變型、更改、替換或等同布置。此外，雖然已經(jīng)描述了本發(fā)明的各種實(shí)施例，但應(yīng)理解，本發(fā)明的方面可僅僅包括其中一些所述的實(shí)施例。因此，本發(fā)明不應(yīng)被視為由前面的描述來限制，而是僅由所附權(quán)利要求的范圍來限制。
權(quán)利要求
1.一種熱氣體路徑構(gòu)件(10)，包括本體(20)，其具有表面(21)且成形為限定空腔(30)，所述空腔(30)采用通過釘狀翅片簇(40)的冷卻劑流，其中冷卻劑通過在所述表面(21)上限定的薄膜冷卻孔(50)而排出，所述釘狀翅片簇(40)包括第一多個(gè)釘狀翅片和第二多個(gè)釘狀翅片出0，70)，所述第一多個(gè)釘狀翅片￠0)和所述第二多個(gè)釘狀翅片(70)均與確定的流動(dòng)流線(80)對齊，并且所述第一和第二多個(gè)釘狀翅片出0，70)中的任何兩個(gè)釘狀翅片根據(jù)薄膜冷卻孔(50)的尺寸而以間隙彼此分離。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的熱氣體路徑構(gòu)件(10)，其特征在于，所述表面(21)包括翼型端壁結(jié)構(gòu)件的表面。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的熱氣體路徑構(gòu)件(10)，其特征在于，所述薄膜冷卻孔(50)的尺寸是薄膜冷卻孔直徑。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的熱氣體路徑構(gòu)件(10)，其特征在于，所述薄膜冷卻孔(50)具有多邊形形狀。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的熱氣體路徑構(gòu)件(10)，其特征在于，所述薄膜冷卻孔(50)具有橢圓形狀。
6.一種燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的構(gòu)件(10)，包括翼型端壁結(jié)構(gòu)件，其具有表面(21)且成形為限定空腔(30)，所述空腔(30)采用通過釘狀翅片簇(40)的冷卻劑流，其中冷卻劑通過在所述表面(21)上限定的薄膜冷卻孔(50)而排出，所述釘狀翅片簇(40)包括第一多個(gè)釘狀翅片和第二多個(gè)釘狀翅片出0，70)，所述第一多個(gè)釘狀翅片￠0)和所述第二多個(gè)釘狀翅片(70)均與沿所述表面(21)的確定的流動(dòng)流線(80)對齊，并且所述第一和第二多個(gè)釘狀翅片出0，70)中的任何兩個(gè)釘狀翅片根據(jù)薄膜冷卻孔(50)的尺寸而以間隙彼此分離。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的構(gòu)件(10)，其特征在于，所述薄膜冷卻孔(50)的尺寸是薄膜冷卻孔直徑。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的構(gòu)件(10)，其特征在于，所述薄膜冷卻孔(50)具有多邊形形狀。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的構(gòu)件(10)，其特征在于，所述薄膜冷卻孔(50)具有橢圓形狀。
10.一種形成熱氣體路徑構(gòu)件(10)的方法，包括對所述熱氣體路徑構(gòu)件建模(200)；確定沿所述建模的熱氣體路徑構(gòu)件的表面的流動(dòng)流線(210);以及將所述建模的熱氣體路徑構(gòu)件鑄造成帶有包括第一多個(gè)釘狀翅片和第二多個(gè)釘狀翅片的釘狀翅片簇(220)，所述第一多個(gè)釘狀翅片和所述第二多個(gè)釘狀翅片均與所述確定的流動(dòng)流線對齊。
全文摘要
提供了一種熱氣體路徑構(gòu)件(10)，其包括本體(20)，該本體具有表面(21)且成形為限定空腔(30)，該空腔(30)采用通過釘狀翅片簇(40)的冷卻劑流，其中冷卻劑通過在表面(21)上限定的薄膜冷卻孔(50)而排出，釘狀翅片簇(40)包括第一多個(gè)釘狀翅片和第二多個(gè)釘狀翅片(60,70)，第一多個(gè)釘狀翅片(60)和第二多個(gè)釘狀翅片(70)均與確定的流動(dòng)流線(80)對齊，并且第一和第二多個(gè)釘狀翅片(60,70)中的任何兩個(gè)釘狀翅片根據(jù)薄膜冷卻孔(50)的尺寸而以一定間隙彼此分離。
文檔編號F01D5/18GK102839991SQ201210204788
公開日2012年12月26日 申請日期2012年6月20日 優(yōu)先權(quán)日2011年6月20日
發(fā)明者G.M.伊策爾, D.帕爾 申請人:通用電氣公司