本發(fā)明針對制件(article)、構(gòu)件、和冷卻構(gòu)件的方法。更具體而言，本發(fā)明針對冷卻制件、包括該冷卻制件的構(gòu)件、和對包括該冷卻制件的構(gòu)件進(jìn)行冷卻的方法。

背景技術(shù)：

渦輪系統(tǒng)不斷得到修改，以提高效率且降低成本。用于提高渦輪系統(tǒng)效率的一種方法包括提高渦輪系統(tǒng)的操作溫度。為了提高溫度，渦輪系統(tǒng)必須由可在連續(xù)的使用期間耐受此種溫度的材料構(gòu)造。

除了修改構(gòu)件材料和涂層之外，提高渦輪構(gòu)件的溫度能力的一種通常的方法包括使用沖擊冷卻。沖擊冷卻大體上包括將冷卻流體引導(dǎo)穿過制件的內(nèi)部區(qū)域內(nèi)的一個或更多個孔口，冷卻流體接觸制件的內(nèi)表面(即，沖擊在其上)，這繼而冷卻該制件。孔口通常形成在插入件(諸如沖擊套筒)中，以平行的行或列分布在插入件上。

通常，插入件中的孔口中的每一個將單個流體流朝正被冷卻的制件的內(nèi)表面引導(dǎo)。該單個流體流通常是集中的，使得離開孔口的流體能夠在具有用于沖擊冷卻的足夠的速率的情況下到達(dá)內(nèi)表面。然而，集中的流體流還將制件的冷卻聚焦于流體流與內(nèi)表面的接觸點(diǎn)。因此，為了冷卻整個制件，多個緊密地間隔的孔口形成在插入件中。雖然這些孔口可集中在高熱量負(fù)載的區(qū)域中，但溫度梯度仍在流體接觸點(diǎn)之間形成在制件中。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

在實(shí)施例中，制件包括：基部部分(base portion)，其布置且配置成定位在構(gòu)件內(nèi)；和孔口的布置，其形成在基部部分中，孔口中的每一個延伸穿過基部部分?？卓诘牟贾帽徊贾们遗渲贸商峁?gòu)件的內(nèi)表面的無陰影冷卻。

在另一個實(shí)施例中，構(gòu)件包括：主體部分，其具有內(nèi)表面和外表面，內(nèi)表面限定內(nèi)部區(qū)域；和制件，其定位在內(nèi)部區(qū)域內(nèi)，制件包括：基部部分；和孔口的布置，其形成在基部部分中，孔口中的每一個延伸穿過基部部分?？卓诘牟贾帽徊贾们遗渲贸商峁┲黧w部分的內(nèi)表面的無陰影冷卻。

在另一個實(shí)施例中，冷卻構(gòu)件的方法包括：將流體引導(dǎo)到構(gòu)件的內(nèi)部區(qū)域內(nèi)的構(gòu)件中，該內(nèi)部區(qū)域由該構(gòu)件的主體部分的內(nèi)表面限定；生成穿過在制件的基部部分中形成的孔口的布置的流體流，孔口中的每一個延伸穿過基部部分；和利用流體流接觸主體部分的內(nèi)表面，內(nèi)表面的接觸提供內(nèi)表面的無陰影冷卻。

本發(fā)明的第一技術(shù)方案提供了一種制件(300)，包括：基部部分(303)，其布置且配置成定位在構(gòu)件(100)內(nèi)；以及孔口(301)的布置，其形成在所述基部部分(303)中，所述孔口(301)中的每一個延伸穿過所述基部部分(303)；其中所述孔口(301)的布置被布置且配置成提供所述構(gòu)件(100)的內(nèi)表面(205)的無陰影冷卻。

本發(fā)明的第二技術(shù)方案是在第一技術(shù)方案中，所述孔口(301)的布置包括圍繞所述基部部分(303)的區(qū)段定位的至少兩個孔口(301)。

本發(fā)明的第三技術(shù)方案是在第二技術(shù)方案中，所述孔口(301)的布置圍繞所述基部部分(303)的該區(qū)段以基本上環(huán)形的定向定位。

本發(fā)明的第四技術(shù)方案是在第二技術(shù)方案中，所述孔口(301)中的至少一個的幾何形狀與至少一個其他孔口(301)的幾何形狀不同。

本發(fā)明的第五技術(shù)方案是在第一技術(shù)方案中，所述孔口(301)的布置包括中央孔口(701)和至少兩個周圍孔口(702)。

本發(fā)明的第六技術(shù)方案是在第五技術(shù)方案中，所述中央孔口(701)的直徑大于所述周圍孔口(702)中的每一個的直徑。

本發(fā)明的第七技術(shù)方案是在第五技術(shù)方案中，所述周圍孔口(702)圍繞所述中央孔口(701)同心地定位。

本發(fā)明的第八技術(shù)方案是在第五技術(shù)方案中，所述周圍孔口(702)圍繞所述中央孔口(701)以基本上環(huán)形的定向定位。

本發(fā)明的第九技術(shù)方案是在第五技術(shù)方案中，所述周圍孔口(702)以至少兩個分開的構(gòu)造定位，各構(gòu)造關(guān)于所述中央孔口(701)同心。

本發(fā)明的第十技術(shù)方案是在第五技術(shù)方案中，所述周圍孔口(702)中的至少一個的幾何形狀與至少一個其他周圍孔口(702)的幾何形狀不同。

本發(fā)明的第十一技術(shù)方案是在第一技術(shù)方案中，所述孔口(301)的布置包括至少兩個中央孔口(701)和多個周圍孔口(702)。

本發(fā)明的第十二技術(shù)方案是在第一技術(shù)方案中，還包括孔口(301)的至少一個另外布置，所述至少一個另外布置中的每一個被布置且配置成提供與所述外表面(203)相反的結(jié)構(gòu)的無陰影冷卻。

本發(fā)明的第十三技術(shù)方案提供了一種構(gòu)件(100)，包括：主體部分(201)，其具有內(nèi)表面(205)和外表面(203)，所述內(nèi)表面(205)限定內(nèi)部區(qū)域(207)；以及制件(300)，其定位在所述內(nèi)部區(qū)域(207)內(nèi)，所述制件(300)包括：基部部分(303)；以及孔口(301)的布置，其形成在所述基部部分(303)中，所述孔口(301)中的每一個延伸穿過所述基部部分(303)；其中所述孔口(301)的布置被布置且配置成提供所述主體部分(201)的所述內(nèi)表面(205)的無陰影冷卻。

本發(fā)明的第十四技術(shù)方案是在第十四技術(shù)方案中，所述構(gòu)件(100)是從由以下構(gòu)成的組合中選擇的：中空構(gòu)件(100)、熱氣體路徑構(gòu)件(100)、護(hù)罩、動葉、靜葉、噴嘴(101)、和它們的組合。

本發(fā)明的第十五技術(shù)方案是在第十四技術(shù)方案中，所述制件(300)是沖擊套筒(310)。

本發(fā)明的其他的特征和優(yōu)點(diǎn)將從結(jié)合附圖作出的下列更詳細(xì)的描述中變得顯而易見，附圖作為實(shí)例例示本發(fā)明的原理。

附圖說明

圖1是根據(jù)本公開的實(shí)施例的構(gòu)件的前透視圖。

圖2是根據(jù)本公開的實(shí)施例的沿2-2線截取的圖1的構(gòu)件的截面圖。

圖3是根據(jù)本公開的實(shí)施例的圖2的制件的前透視圖。

圖4是根據(jù)本公開的備選實(shí)施例的沿2-2線截取的圖1的構(gòu)件的截面圖。

圖5是根據(jù)本公開的實(shí)施例的圖4的制件的前透視圖。

圖6示出根據(jù)本公開的實(shí)施例的孔口的布置。

圖7示出根據(jù)本公開的備選實(shí)施例的孔口的布置。

圖8示出根據(jù)本公開的備選實(shí)施例的孔口的布置。

圖9示出根據(jù)本公開的備選實(shí)施例的孔口的布置。

圖10示出根據(jù)本公開的備選實(shí)施例的孔口的布置。

圖11是根據(jù)本公開的實(shí)施例的結(jié)合于制件的孔口布置的透視圖。

只要有可能，將遍及附圖使用相同的標(biāo)號來代表相同的部分。

零件列表

100 構(gòu)件

101 噴嘴

103 翼型件部分

105 第一端壁

107 第二端壁

201 主體部分

203 外表面

205 內(nèi)表面

207 內(nèi)部區(qū)域

300 制件

301 孔口

302 孔口布置

303 基部部分

305 制件表面

307 制件區(qū)域

309 外制件表面

310 沖擊套筒

500 添加方法

510 沖擊板

601 點(diǎn)

701 中央孔口

702 周圍孔口。

具體實(shí)施方式

提供了制件、構(gòu)件、和冷卻構(gòu)件的方法。本公開的實(shí)施例，例如與未包括在本文中公開的特征中的一個或更多個的構(gòu)思相比較，減少或消除構(gòu)件的局部過熱，減少構(gòu)件內(nèi)的溫度梯度的形成，提高冷卻的一致性，更均勻地分布冷卻流體，提高蠕變抵抗力，提高氧化抵抗力，提高構(gòu)件壽命，有助于使用提高的系統(tǒng)溫度，提高系統(tǒng)效率，或它們的組合。

參照圖1，在一個實(shí)施例中，構(gòu)件100包括但不限于渦輪噴嘴101。渦輪噴嘴101具有翼型件部分103，翼型件部分103定位在第一端壁105與第二端壁107之間。翼型件部分103構(gòu)造成在渦輪系統(tǒng)內(nèi)引導(dǎo)空氣流。此外，翼型件部分103構(gòu)造成從渦輪系統(tǒng)接收流體，且引導(dǎo)該流體以提供噴嘴101的冷卻。盡管在本文中關(guān)于渦輪噴嘴進(jìn)行了描述，但如本領(lǐng)域技術(shù)人員將明白的那樣，構(gòu)件100不因此受限，且可包括適合用于接收冷卻流體的任何其他構(gòu)件，諸如例如，中空構(gòu)件、熱氣體路徑構(gòu)件、護(hù)罩、動葉、靜葉、或它們的組合。

轉(zhuǎn)向圖2，其示出了翼型件部分103的截面，構(gòu)件100包括主體部分201，主體部分201具有外表面203和內(nèi)表面205。內(nèi)表面205限定構(gòu)件100的內(nèi)部區(qū)域207。在一個實(shí)施例中，制件300定位在內(nèi)部區(qū)域207內(nèi)。制件300包括在構(gòu)件100內(nèi)引導(dǎo)流體流的任何適合的制件。例如，一個適合的制件300包括沖擊套筒310，沖擊套筒310具有形成在其中的多個孔口301(例如見圖3)。盡管在本文中主要關(guān)于沖擊套筒310進(jìn)行描述，但如本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解的那樣，制件300不因此受限，且可包括具有形成在其中的至少一個孔口301的任何其他制件，諸如但不限于沖擊板510(見圖4-5)、多個沖擊板、多個沖擊套筒、任何其他冷卻制件、或它們的組合。

如圖2-5中例示的，各制件300包括基部部分303，基部部分303具有在制件300的內(nèi)制件表面305與外制件表面309之間延伸的孔口301中的一個或更多個。在一個實(shí)施例中，諸如在沖擊套筒310中，基部部分303形成封殼，其中內(nèi)制件表面305限定內(nèi)制件區(qū)域307，且外制件表面309面對構(gòu)件100的內(nèi)表面205。在備選實(shí)施例中，諸如在沖擊板510中，基部部分303定位為在內(nèi)部區(qū)域207內(nèi)形成一個或更多個區(qū)段，其中內(nèi)制件表面305面對內(nèi)部區(qū)域207且外制件表面309面對構(gòu)件100的內(nèi)表面205。

形成在制件300中的至少一個孔口301構(gòu)造成將流體從內(nèi)部區(qū)域207和/或內(nèi)制件區(qū)域307朝構(gòu)件100的內(nèi)表面205引導(dǎo)。被引導(dǎo)穿過(多個)孔口301的流體接觸構(gòu)件100的內(nèi)表面205，從而提供主體部分201的沖擊冷卻。在一個實(shí)施例中，(多個)孔口301形成孔口布置302(見圖3和5)。在另一實(shí)施例中，孔口301中的每一個形成孔口布置302中的一個的一部分。在另一實(shí)施例中，孔口301中的一個形成孔口布置302中的兩個或更多個的一部分。此外或備選地，(多個)孔口布置302定位在外制件表面309上的行或列中的一個或更多個其他孔口301之間和/或定位為替代它們。

孔口布置302中的孔口301構(gòu)造成在構(gòu)件100的內(nèi)表面205上提供局部增強(qiáng)冷卻，或無陰影冷卻效果。如在本文中所使用的，用語“無陰影冷卻效果”指多于一個流體流在構(gòu)件100的內(nèi)表面205上形成連續(xù)或基本上連續(xù)的流體接觸區(qū)段，該流體接觸區(qū)段大于來自單個孔口301的任一個單獨(dú)的流體流的接觸面積。由(多個)孔口布置302提供的無陰影冷卻效果提供與位于間隔的行和/或列中的單獨(dú)孔口301相比增大的連續(xù)冷卻面積。增大的連續(xù)冷卻面積減少或消除在構(gòu)件100內(nèi)的溫度梯度的形成，這減少或消除了構(gòu)件100的局部過熱(諸如例如在渦輪噴嘴的前緣中)，提高了構(gòu)件100的氧化抵抗力，提高了構(gòu)件100的蠕變抵抗力，增大了構(gòu)件100的壽命周期，或它們的組合。此外，構(gòu)件100的局部過熱的減少允許使用提高的操作溫度，這提高了包括構(gòu)件100的系統(tǒng)的效率。

參照圖6-10，孔口布置302中的每一個包括處于用于提供無陰影冷卻效果的任何適合構(gòu)造的任何適合數(shù)量的孔口301。用于提供無陰影冷卻效果的一個適合的構(gòu)造包括布置孔口301以使離開孔口301的流體流在接觸內(nèi)表面205之前組合。在一個實(shí)施例中，孔口布置302包括在外制件表面309上圍繞點(diǎn)601定位的至少兩個孔口301。該至少兩個孔口301可在外制件表面309上圍繞點(diǎn)601對稱地、不對稱地、同心地、環(huán)形地、處于卵形構(gòu)造地、三角形地、處于方形構(gòu)造地、并且/或者處于任何其他幾何構(gòu)造地定位。例如，如圖6中例示的，六個孔口301圍繞點(diǎn)601環(huán)形地定位。在另一實(shí)施例中，如圖7-10中例示的，孔口布置302包括由至少兩個周圍孔口702包圍的至少一個中央孔口701。周圍孔口702可圍繞該至少一個中央孔口701形成單個幾何構(gòu)造(如圖7-9中例示的)，或者周圍孔口702可圍繞該至少一個中央孔口701形成至少兩個幾何構(gòu)造(如圖10中所示的)。(多個)中央孔口701和周圍孔口702以任何適合的布置或布置的組合定位，包括但不限于對稱地、不對稱地、同心地、環(huán)形地、處于卵形構(gòu)造、三角形地、處于方形構(gòu)造、和/或處于任何其他幾何構(gòu)造。

孔口301中的每一個包括用于將流體朝主體部分201的內(nèi)表面205引導(dǎo)的任何適合的幾何形狀。適合的幾何形狀包括但不限于環(huán)形、基本上環(huán)形、圓形、基本上圓形、卵形、非圓形、方形、三角形、星形、多邊形、淚滴、有變化的、無規(guī)則的、任何其他幾何形狀、或它們的組合?？卓?01的幾何形狀可遍及制件300為一致的、基本上一致的、或變化的，其中孔口301中的各個的幾何形狀與制件300中的一個或更多個其他的孔口301相同、基本上相同、和/或不同。例如，中央孔口701和/或周圍孔口702中的一個與中央孔口701和/或周圍孔口702中的另一個相比可具有更大或更小的直徑。此外，孔口301包括任何適合的定向和/或間隔，以用于提供無陰影冷卻效果?？卓?01之間的適合的間隔包括但不限于均勻的、一致的、有變化的、有梯度的、和/或分段的，其中孔口301中的每一個的間隔與一個或更多個其他孔口101相同、基本上相同、和/或不同。孔口301的幾何形狀和定向共同在構(gòu)件100的內(nèi)表面205上產(chǎn)生連續(xù)或基本上連續(xù)的流體接觸區(qū)段，諸如例如在高熱量負(fù)載區(qū)域的上方。

在一個實(shí)施例中，形成構(gòu)件100、制件300、和/或(多個)孔口布置302包括任何適合的添加制造方法。在另一個實(shí)施例中，添加方法包括制作和/或形成凈成形或近凈成形構(gòu)件100、制件300、和/或(多個)孔口布置302。如在本文中所使用的，短語“近凈”指構(gòu)件100、制件300、和/或(多個)孔口布置302形成為具有與構(gòu)件100、制件300、和/或(多個)孔口布置302的最終幾何形狀和尺寸非常相似的幾何形狀和尺寸，從而在添加方法之后需要很少的或者不需要加工和處理。如在本文中所使用的，短語“凈”指構(gòu)件100、制件300、和/或(多個)孔口布置302形成為具有不需要加工和處理的幾何形狀和尺寸。

添加方法500包括用于通過順序地且重復(fù)地沉積且連結(jié)材料層來形成構(gòu)件100、制件300、和/或(多個)孔口布置302的任何制造方法。適合的制造方法包括但不限于本領(lǐng)域技術(shù)人員稱為直接金屬激光熔化(DMLM)、直接金屬激光燒結(jié)(DMLS)、激光工程凈成形、選擇性激光燒結(jié)(SLS)、選擇性激光熔化(SLM)、激光射束熔化(EBM)、熔融沉積造型(FDM)的過程、或它們的組合。

例如，DMLM過程包括提供金屬合金粉末且沉積金屬合金粉末，以形成最初的粉末層。最初的粉末層具有預(yù)選的厚度和預(yù)選的形狀。接下來，DMLM過程包括提供聚焦能量源，且將該聚焦能量源引導(dǎo)至最初的粉末層處，以使金屬合金粉末熔化，且使最初的粉末層轉(zhuǎn)變?yōu)闃?gòu)件100、制件300、和/或(多個)孔口布置302的一部分。適合的聚集能量源包括但不限于激光裝置、電子射束裝置、或它們的組合。DMLM過程然后包括在構(gòu)件100、制件300、和/或(多個)孔口布置302的該部分上方順序地沉積另外的金屬合金粉末，以形成具有第二預(yù)選厚度和與最初的層的預(yù)選形狀對應(yīng)的第二預(yù)選形狀的另外的層。在沉積金屬合金粉末的另外的層之后，DMLM過程包括利用聚焦能量源使該另外的層熔化，以增大組合厚度且形成構(gòu)件100、制件300、和/或(多個)孔口布置302的組合形狀。

順序地沉積金屬合金粉末的另外的層和使該另外的層熔化的步驟然后可重復(fù)，以形成凈成形或近凈成形構(gòu)件100、制件300、和/或(多個)孔口布置302。例如，在一個實(shí)施例中，步驟可重復(fù)，直到獲得具有在其中形成的一個或更多個孔口布置302的制件300。在另一個實(shí)施例中，步驟可重復(fù)，以直接在制件300的一部分的正上方形成(多個)孔口布置302。此外或備選地，如圖11中例示的，(多個)孔口布置302可與制件300的形成分開地形成并且/或者在制件300的形成之后形成，然后固連于制件300。形成與制件300分開的(多個)孔口布置302可包括添加方法或非添加方法，諸如加工和/或鑄造。

盡管已經(jīng)參考一個或更多個實(shí)施例描述了本發(fā)明，但是本領(lǐng)域?qū)I(yè)人員將理解，可進(jìn)行各種更改并且可用等同物替換它們的元件，而不脫離本發(fā)明的范疇。此外，可進(jìn)行許多修改以使具體的情形或材料適應(yīng)本發(fā)明的教導(dǎo)而不脫離它們的基本范疇。因此，意圖本發(fā)明不限于作為用于實(shí)施本發(fā)明的構(gòu)思出的最佳模式而公開的具體實(shí)施例，而是本發(fā)明將包括落入所附權(quán)利要求的范圍內(nèi)的所有實(shí)施例。此外，在詳細(xì)的說明中的所有數(shù)值應(yīng)解釋為清楚地確定精確的和近似的值二者。