帶有內(nèi)部冷卻輔助元件的改良渦輪機(jī)部件和用于其的方法
【專利說明】帶有內(nèi)部冷卻輔助元件的改良渦輪機(jī)部件和用于其的方法
【背景技術(shù)】
[0001] 本說明書中公開的主題涉及渦輪機(jī)部件，并且更為具體地涉及帶有內(nèi)部冷卻輔助 元件的改良渦輪機(jī)部件。
[0002] 在諸如航空發(fā)動機(jī)或重型燃?xì)廨啓C(jī)之類的燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)中，例如，空氣被吸入 到發(fā)動機(jī)的前部中，由軸裝的旋轉(zhuǎn)型壓縮機(jī)進(jìn)行壓縮，并與燃料混合。使該混合物燃燒，并 且使熱的排出氣體通過安裝在軸上的渦輪機(jī)。氣體的流動使該渦輪機(jī)轉(zhuǎn)動，這使軸轉(zhuǎn)動并 且驅(qū)動壓縮機(jī)和風(fēng)扇。對于飛機(jī)而言，熱的排出氣體可從發(fā)動機(jī)的后部進(jìn)一步流動，從而向 前驅(qū)動它和飛機(jī)。
[0003] 在燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)期間，燃燒氣體的溫度可超過3, 000 °F，其顯著高于與 這些氣體相接觸的發(fā)動機(jī)的金屬部件的熔化溫度。這些發(fā)動機(jī)在高于該金屬部件熔化溫度 的氣體溫度下的運(yùn)轉(zhuǎn)可部分依賴于通過多種方法將冷卻空氣供給至金屬部件的外表面。這 些發(fā)動機(jī)的特別易于受到高溫影響并由此在冷卻方面需要特別注意的金屬部件是形成燃 燒室的金屬部件和設(shè)置在該燃燒室之后、設(shè)置在所謂的"熱氣路徑"中的部件。例如，運(yùn)轉(zhuǎn) 溫度可通過利用結(jié)合到諸如動葉（bucket)之類的一些發(fā)動機(jī)部件中的諸如冷卻孔之類的 通道來部分地調(diào)節(jié)。
[0004] 諸如可沉淀硬化的鎳基超級合金或鈷基超級合金之類的超級合金可用于渦輪機(jī) 部件以有助于承受較高的運(yùn)轉(zhuǎn)溫度。然而，并不是所有的渦輪機(jī)部件均被原始設(shè)計(jì)成帶有 冷卻孔，因此，在運(yùn)轉(zhuǎn)溫度持續(xù)升高時(shí)，可利用另外的冷卻特征。
[0005] 因此，替代的帶有內(nèi)部冷卻輔助元件的改良渦輪機(jī)部件及用于利用內(nèi)部冷卻輔助 元件來對渦輪機(jī)部件進(jìn)行改良的方法在本領(lǐng)域中會是受歡迎的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 在一種實(shí)施方式中，公開了一種改良渦輪機(jī)部件。該改良渦輪機(jī)部件包括：原始渦 輪機(jī)部件，該原始渦輪機(jī)部件包括封閉有內(nèi)部腔室的外壁，其中，該外壁具有從該外壁上移 除的原始部分以使該內(nèi)部腔室暴露出來；和連結(jié)至該外壁的內(nèi)部冷卻輔助元件，該內(nèi)部冷 卻輔助元件替代從外壁上移除的原始部分并重新封閉該內(nèi)部腔室。該內(nèi)部冷卻輔助元件包 括一個(gè)或多個(gè)冷卻通道，這一個(gè)或多個(gè)冷卻通道使空氣從所述內(nèi)部腔室通過該內(nèi)部冷卻輔 助元件的至少一部分循環(huán)。
[0007] 在另一實(shí)施方式中，公開了一種用于對渦輪機(jī)部件進(jìn)行改良的方法。該渦輪機(jī)部 件包括封閉有內(nèi)部腔室的外壁。該方法包括：將原始部分從該外壁上移除以使內(nèi)部腔室暴 露出來；以及將內(nèi)部冷卻輔助元件連結(jié)至外壁以便替代從該外壁上移除的原始部分并重新 封閉該內(nèi)部腔室。該內(nèi)部冷卻輔助元件包括一個(gè)或多個(gè)冷卻通道，這一個(gè)或多個(gè)冷卻腔室 使得空氣從所述內(nèi)部腔室通過該內(nèi)部冷卻輔助元件的至少一部分循環(huán)。
[0008] 鑒于結(jié)合附圖進(jìn)行的下列詳細(xì)說明，由本說明書中所討論的實(shí)施方式提供的這些 和附加的特征將得到更為充分的理解。
【附圖說明】
[0009] 附圖中所闡述的實(shí)施方式在本質(zhì)上是說明性的且是示例性的且并不意欲限制由 權(quán)利要求所限定的本發(fā)明。對說明性實(shí)施方式進(jìn)行的下列詳細(xì)描述可在結(jié)合下列附圖進(jìn)行 閱讀時(shí)得到理解，其中，相似的結(jié)構(gòu)以相似的附圖標(biāo)記指代，并且附圖中：
[0010] 圖1是根據(jù)本說明書中所示或所述的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施方式的具有內(nèi)部冷卻輔助 元件的改良渦輪機(jī)部件的透視圖；
[0011] 圖2是根據(jù)本說明書中所示或所述的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施方式的移除了其外壁的原 始部分的原始渦輪機(jī)部件的分解視圖；
[0012] 圖3是根據(jù)本說明書中所示或所述的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施方式的內(nèi)部冷卻輔助元件 的側(cè)視圖；
[0013] 圖4是根據(jù)本說明書中所示或所述的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施方式的圖3的內(nèi)部冷卻輔助 元件的后視圖；
[0014] 圖5是根據(jù)本說明書中所示或所述的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施方式的用于對渦輪機(jī)部件 進(jìn)行改良的方法。
【具體實(shí)施方式】
[0015] 下面將描述本發(fā)明的一個(gè)或多個(gè)【具體實(shí)施方式】。在試圖提供對于這些實(shí)施方式作 出的簡明描述的過程中，可能在說明書中沒有對實(shí)際實(shí)施方案的所有特征進(jìn)行描述。應(yīng)該 了解的是，在任一這種實(shí)際實(shí)施方案的研發(fā)過程中，如在任一工程或設(shè)計(jì)方案中，必須作出 多種為實(shí)施方案所特有的決定以實(shí)現(xiàn)研發(fā)者的具體目的，例如服從與系統(tǒng)相關(guān)并與商業(yè)相 關(guān)的約束條件，這在實(shí)施方案之間可能是不同的。此外，應(yīng)該了解的是，這種研發(fā)努力可能 是復(fù)雜而耗時(shí)的，盡管如此，它對于受益于本公開的本領(lǐng)域技術(shù)人員而言會是一種設(shè)計(jì)、加 工、和制造的常規(guī)任務(wù)。
[0016] 當(dāng)介紹本發(fā)明的多種實(shí)施方式的元件時(shí)，冠詞"一"、"一種"、"該"和"所述"意欲 意指存在元件中的一種或多種。術(shù)語"包括"、"包含"和"具有"意圖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] 本公開主要應(yīng)用于在以相對高的溫度為特征的環(huán)境內(nèi)運(yùn)轉(zhuǎn)的渦輪機(jī)部件。這種渦 輪機(jī)部件的顯著示例包括諸如工業(yè)或航空燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)之類的渦輪機(jī)的高壓和低壓渦 輪機(jī)動葉（輪葉）、噴嘴（翼片）、護(hù)罩、和其它熱氣路徑部件。
[0018] 現(xiàn)在參照圖1進(jìn)行說明，示出了示例性的改良渦輪機(jī)部件10,該改良渦輪機(jī)部件 10包括原始渦輪機(jī)部件11和內(nèi)部冷卻輔助元件20。如在本說明書中所使用的那樣，"原始 渦輪機(jī)部件"指的是通過添加該內(nèi)部冷卻輔助元件而改良的渦輪機(jī)部件的主體。"原始"僅 指的是渦輪機(jī)部件在本說明書中所討論的改良之前的相對狀態(tài)，并且無需必然限定新制成 的部件。例如，"原始渦輪機(jī)部件"可指的是經(jīng)歷了若干小時(shí)的運(yùn)轉(zhuǎn)并且為改良（例如，維修 或維護(hù)）做好準(zhǔn)備的渦輪機(jī)噴嘴（如所示）。
[0019] 原始渦輪機(jī)部件11可包括在升高的溫度下運(yùn)轉(zhuǎn)的多種渦輪機(jī)部件。例如，在一些 實(shí)施方式（例如圖1-2中所示的實(shí)施方式）中，原始渦輪機(jī)部件11可包括噴嘴。然而，在 其它實(shí)施方式中，原始渦輪機(jī)部件可包括諸如動葉、護(hù)罩等之類的任何其它渦輪機(jī)部件。
[0020] 仍舊參照圖1和圖2進(jìn)行說明，改良渦輪機(jī)部件10 (和原始渦輪機(jī)部件11)主要 包括封閉有內(nèi)部腔室14的外壁12。外壁12可完全封閉該內(nèi)部腔室14,或者可以僅僅是全 部組合以封閉該內(nèi)部腔室14的多個(gè)物理邊界中的一個(gè)。內(nèi)部腔室14自身可包括可用于在 渦輪機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)期間對一個(gè)或多個(gè)部件進(jìn)行冷卻的空氣。例如，內(nèi)部腔室14可包括可用于對 熱氣路徑渦輪機(jī)部件進(jìn)行下游冷卻的壓縮機(jī)排放空氣。
[0021] 原始渦輪機(jī)部件11可包括諸如一種或多種超級合金之類的多種材料。在一些實(shí) 施方式中，原始渦輪機(jī)部件11可包括鎳基超級合金、鈷基超級合金、或鐵基超級合金。例 如，原始渦輪機(jī)部件11可包括諸如Ren6N4、Ren6N5、Ren6108、GTD- 1丨1?、GTD_222?、 GTD- 444?、IN-738和MarM247之類的鎳基超級合金或諸如FSX-414之類的鈷基超級合 金。原始渦輪機(jī)部件11可被形成為等軸定向凝固的（DS)或單晶的（SX)鑄件，以承受它例 如在燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)內(nèi)遭受到的高溫和高應(yīng)力。
[0022] 如在圖2中最佳所示，移除了原始渦輪機(jī)部件11的外壁12的原始部分16。該原 始部分16可包括外壁12的任何部分和任何位置，它的移除使內(nèi)部腔室14暴露出來（使 得替代的內(nèi)部冷卻輔助元件20將形成用于內(nèi)部腔室14的邊界，如將在本說明書中變得明 白的那樣）。例如，在一些實(shí)施方式中，原始部分16可包括改良（例如，維修）所針對的區(qū) 域，例如呈現(xiàn)出