專利名稱：渦輪護罩和用于制造渦輪護罩的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明主要涉及可定位在渦輪的熱氣路徑中的渦輪護罩。本發(fā)明的具體實施例可包括用于制造渦輪護罩的方法。
背景技術(shù)：
渦輪廣泛地用于各種航空、エ業(yè)以及動カ生成應(yīng)用中來做功。各種渦輪通常都包括交替的沿周邊安裝的定子導(dǎo)葉和旋轉(zhuǎn)葉片的級。定子導(dǎo)葉可附接到諸如包繞渦輪的殼體的靜止構(gòu)件上，而旋轉(zhuǎn)葉片可附接到沿著渦輪的軸向中心線定位的轉(zhuǎn)子上。壓縮工作流體，例如蒸汽、燃燒氣體或空氣，沿著經(jīng)過渦輪的氣體路徑流動來做功。定子導(dǎo)葉使壓縮工作流體加速并將其引導(dǎo)到后續(xù)級的旋轉(zhuǎn)葉片上以使旋轉(zhuǎn)葉片運動，由此轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)子并做功。圍繞定子導(dǎo)葉或旋轉(zhuǎn)葉片泄漏或旁路通過(或繞過)定子導(dǎo)葉或旋轉(zhuǎn)葉片的壓縮工作流體降低了渦輪的效率。因此，包繞渦輪的殼體通常包括包繞和限定氣體路徑外周界的護罩或護罩部段的內(nèi)殼以減少旁路通過定子導(dǎo)葉或旋轉(zhuǎn)葉片的壓縮工作流體的量。渦輪護罩持續(xù)暴露于氣體路徑可導(dǎo)致過度加熱渦輪護罩的外表面和/或?qū)е聹u輪護罩的外表面故障，尤其是在利用高溫壓縮工作流體進行操作的渦輪如燃氣渦輪和蒸汽渦輪的情況下。盡管已開發(fā)出若干系統(tǒng)和方法來冷卻渦輪護罩，但高效且節(jié)省成本地冷卻渦輪護罩外表面的能力仍很困難。例如，美國專利第5，957，657號描述了ー種用于在渦輪護罩中形成冷卻通道的方法，其包括在渦輪護罩的外表面中形成凹槽并利用插塞(Plug)覆蓋凹槽以沿著外表面形成冷卻通道。盡管向外面向的冷卻通道可能易于機械加工成現(xiàn)有的護罩，但插塞持續(xù)暴露于氣體路徑以及氣體路徑中的相關(guān)溫度變化可減弱和/或損壞插塞，從而有可能引入破壞性的碎屑到氣體路徑中。美國專利第7，284，954描述了ー種渦輪護罩，其包括機械加工成渦輪護罩的多個流體通道，并且諸如壓縮空氣的冷卻流體可供送經(jīng)過各個流體通道以冷卻渦輪護罩的外表面。雖然美國專利第7，284，954號克服了插塞暴露于氣體路徑的已有不足，但形成流體通道所需的機械加工可能相對較為困難、耗時，并且成本高昂。此外，雖然流體通道使得冷卻流體與渦輪護罩的外表面連通，但冷卻流體經(jīng)過流體通道的相對較高的流率并未充分利用冷卻流體的熱容量。因此，持續(xù)改進用于冷卻渦輪護罩的系統(tǒng)和制造渦輪護罩的方法將是有用的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的方面和優(yōu)點在以下說明中闡述，或可根據(jù)本說明而清楚，或可通過本發(fā)明的實施而懂得。本發(fā)明的ー個實施例是ー種渦輪護罩，其包括具有多個側(cè)部的本體。第一向內(nèi)面向的凹槽由本體的第一側(cè)部限定，以及第一密封件覆蓋第一向內(nèi)面向的凹槽以沿著本體的第一側(cè)部在第一向內(nèi)面向的凹槽中限定第一流體通道。第一入口端ロ穿過第一密封件并提供穿過第一密封件進入第一流體通道中的流體連通。本發(fā)明的另ー實施例是ー種潤輪護罩，其包括內(nèi)表面和與內(nèi)表面相對的外表面。該外表面構(gòu)造成用以暴露于熱氣路徑。第一槽ロ由內(nèi)表面限定，以及第一密封件延伸跨越第一槽ロ以沿著內(nèi)表面在第一槽ロ中限定第一流體通道。本發(fā)明的具體實施例還可包括用于形成渦輪護罩的方法。該方法包括形成內(nèi)表面和形成與內(nèi)表面相対的外表面，其中，外表面構(gòu)造成用以暴露于熱氣路徑。該方法還包括在內(nèi)表面中限定第一槽口和使得第一密封件延伸跨越第一槽ロ以沿著內(nèi)表面在第一槽口中限定第一流體通道。研讀說明書，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員將會更好地了解這些實施例的特征和方面等。


在包括參照附圖的余下說明書中向本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員更為具體地闡述了本發(fā)明的包括其最佳模式的完整和能夠?qū)嵤┑墓_內(nèi)容，在附圖中圖I是根據(jù)本發(fā)明ー個實施例的渦輪的簡化截面圖；圖2是根據(jù)本發(fā)明ー個實施例的圖I中所示的護罩的放大側(cè)截面視圖；圖3是沿著線A-A截取的圖2中所示的護罩的軸向截面圖；以及圖4是圖2中所示的護罩的頂平面視圖。零件清單10 渦輪12 殼體14定子導(dǎo)葉16旋轉(zhuǎn)葉片18 轉(zhuǎn)子20壓縮工作流體22 護罩24 本體26前側(cè)部28后側(cè)部30橫向側(cè)部32 凹 ロ 或凹部(indent)34內(nèi)表面36外表面38熱障涂層40第一向內(nèi)面向的凹槽或槽ロ42第二向內(nèi)面向的凹槽或槽ロ44凹槽或槽口中的開ロ46第一密封件48第二密封件50流體通道52 入口端 ロ
54 出口端 ロ
具體實施例方式現(xiàn)在將詳細描述本發(fā)明的現(xiàn)有實施例，其中的一個或多個實例已在附圖中示出。詳細描述使用了數(shù)字和字母標(biāo)記來指代附圖中的特征。附圖和描述中相同或相似的標(biāo)記用于指代本發(fā)明的相同或相似的部分。各實例均是通過闡釋本發(fā)明的方式來提供的，而非對本發(fā)明進行限制。實際上，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將清楚，在不脫離本發(fā)明的范圍或精神的情況下可在本發(fā)明中進行修改和變型。例如，作為ー個實施例的一部分所示或描述的特征可用于另ー實施例上以產(chǎn)生又ー實施例。因此，本發(fā)明意圖涵蓋歸入所附權(quán)利要求及其等同方案的范圍內(nèi)的這些修改和變型。圖1提供了根據(jù)本發(fā)明一個實施例的渦輪10的一部分的簡化截面圖。如圖I中所示，渦輪10可包括由殼體12包繞的靜止構(gòu)件和旋轉(zhuǎn)構(gòu)件。靜止構(gòu)件可包括例如附接到殼體12上的靜止噴嘴或定子導(dǎo)葉14。旋轉(zhuǎn)構(gòu)件可包括例如附接到轉(zhuǎn)子18上的旋轉(zhuǎn)葉片16。諸如蒸汽、燃燒氣體或空氣的壓縮工作流體20沿著經(jīng)過渦輪10的熱氣路徑如圖I中所示從左至右流動。第一級的定子導(dǎo)葉14使壓縮工作流體20加速并將其引導(dǎo)到第一級的旋轉(zhuǎn)葉片16上，從而導(dǎo)致第一級的旋轉(zhuǎn)葉片16以及轉(zhuǎn)子18旋轉(zhuǎn)。壓縮工作流體20然后流動越過第二級定子導(dǎo)葉14，這使得壓縮工作流體20加速并將其再次引導(dǎo)至下一級旋轉(zhuǎn)葉片(未示出)，并且該過程對于各個后續(xù)級重復(fù)。如圖I中所示，殼體12的沿徑向向內(nèi)部分包括連接到殼體12上的一系列分段護罩22，這些護罩22周向地包繞和限定熱氣路徑以減少旁路通過定子導(dǎo)葉14或旋轉(zhuǎn)葉片16的壓縮工作流體20的量。如文中所用，用語“護罩”可包含和包括事實上在熱氣路徑中的經(jīng)受與壓縮工作流體20相關(guān)聯(lián)的溫度和壓カ的任何靜態(tài)或靜止硬件(hardware)。例如，在圖I中所示的具體實施例中，護罩22沿徑向定位在旋轉(zhuǎn)葉片16的外部，而在其它具體實施例中護罩22還可沿徑向定位在旋轉(zhuǎn)葉片16的內(nèi)部或沿徑向定位在定子導(dǎo)葉14的內(nèi)部或外部。圖2提供了根據(jù)本發(fā)明一個實施例的圖I中所示的護罩22的放大側(cè)截面視圖。圖3提供了沿著線A-A截取的圖2中所示的護罩22的軸向截面圖，以及圖4提供了圖2中所示的護罩22的頂平面視圖。如圖2至圖4中所示，護罩22通常包括具有多個側(cè)部的本體24。具體而言，前側(cè)部26和后側(cè)部28以及橫向側(cè)部30可構(gòu)造成用以連接到鄰近的護罩(未示出)上或與鄰近的護罩相配合。例如，如圖2和圖3中更為清楚地所示，前側(cè)部26、后側(cè)部28和/或橫向側(cè)部30可包括用以容納銷或部段(未示出)的凹ロ或凹部32。該銷或部段可裝配在鄰近護罩之間的凹ロ或凹部32中或殼體12中以將護罩22撓性地保持就位，同時仍最大限度地減小或防止壓縮工作流體20從鄰近護罩之間的熱氣路徑逸出。此外，本體24可包括內(nèi)表面34和與內(nèi)表面34相対的外表面36。如文中所用，內(nèi)表面34指的是本體24的遠離熱氣路徑面向的表面，而外表面36指的是本體24的朝向熱氣路徑面向并構(gòu)造成用以暴露于熱氣路徑的表面。例如,如圖2和圖3中更為清楚地所示，本體24的外表面36可包括熱障涂層38或其它耐熱表面以保護外表面36免受熱氣路徑中存在的過高溫度。護罩22還包括ー個或多個向內(nèi)面向的凹槽或槽ロ，這些凹槽或槽ロ形成在側(cè)部26,28,30和/或內(nèi)表面34中或由側(cè)部26、28、30和/或內(nèi)表面34限定。如文中所用，用語“凹槽”和“槽ロ”意指是可互換的且包含或包括由側(cè)部26、28、30和/或內(nèi)表面34限定的任何槽道、缺ロ、凹ロ或凹部。具體而言，向內(nèi)面向的凹槽(多個)或槽ロ(多個)可橫向地延伸跨越前側(cè)部26和/或后側(cè)部28的寬度和/或軸向地沿著橫向側(cè)部30中的ー個或兩者的長度延伸。例如，如圖2和圖3中所示，第一向內(nèi)面向的凹槽或槽ロ 40和第二向內(nèi)面向的凹槽或槽ロ 42可由橫向側(cè)部30和/或內(nèi)表面34限定，使得向內(nèi)面向的凹槽或槽ロ 40，42軸向地沿著本體24的長度延伸。向內(nèi)面向的凹槽或槽ロ 40，42可通過常規(guī)的機械加工，例如通過磨削凹槽或槽ロ 40，42到側(cè)部26、28、30和/或內(nèi)表面34中，而形成在側(cè)部26、28、30和/或內(nèi)表面34中。作為備選，本體24可圍繞合適的模具鍛造或鋳造，從而在側(cè)部26、28、30和/或內(nèi)表面34中的期望位置處限定向內(nèi)面向的凹槽或槽ロ 40，42。 如在圖3和圖4中更為清楚地所示，護罩22還包括密封件，該密封件緊接通過各個向內(nèi)面向的凹槽或槽ロ 40，42所生成的開ロ 44，例如通過焊接或硬釬焊而連接到側(cè)部26、28、30和/或內(nèi)表面34上。例如，第一密封件46可覆蓋第一向內(nèi)面向的凹槽或槽ロ 40中的開ロ 44，而第二密封件48可覆蓋第二凹槽或槽ロ 42中的開ロ 44。以此方式，各個密封件46，48均覆蓋、橫跨，或延伸跨越由向內(nèi)面向的凹槽或槽ロ 40，42所生成的開ロ 44以在各自的凹槽或槽ロ 40，42中限定流體通道50。各個密封件46，48均可包括穿過密封件46，48的ー個或多個入口端ロ 52，這些端ロ提供穿過密封件46，48并進入緊接的或相關(guān)流體通道50中的流體連通。此外，護罩22或本體24還可包括穿過本體24的側(cè)部26、28、30和/或外表面36的ー個或多個出ロ端ロ 54。出ロ端ロ 54可沿著緊接各個流體通道50或與各個流體通道50相關(guān)聯(lián)的側(cè)部26、28、30定位以提供從流體通道50穿過緊接的或相關(guān)側(cè)部26、28、30和/或外表面36的流體連通。以此方式，入口端ロ 52和出口端ロ 54的結(jié)合可提供穿過各個密封件46，48而進入緊接的或相關(guān)流體通道50并離開緊接的或相關(guān)側(cè)部26、28、30或外表面36的連續(xù)流體通路。如在圖4中更為清楚地所示，流體可提供至各個護罩22以對護罩22除熱或冷卻護罩22。該流體可包括例如壓縮空氣、惰性氣體，或蒸汽，并且本發(fā)明不限于用于冷卻護罩22的任何特定流體。流體可首先沖擊本體24的中央部分以提供對本體24的大部分(bulk)的沖擊冷卻。然后，流體可流動經(jīng)過ー個或多個入口端ロ 52以穿過密封件46，48傳送并進入流體通道50中而對本體24的側(cè)部26、28、30除熱。例如，如在圖4的底部所示，沿著第ニ密封件48布置的入口端ロ 52可引導(dǎo)流體穿過第二密封件48并抵靠本體24的側(cè)部30而提供對本體24側(cè)部30的附加沖擊冷卻。然后，流體在經(jīng)過出口端ロ 54離開流體通道50之前可流動經(jīng)過流體通道50以通過對流冷卻而從本體24的側(cè)部30和底表面36除去附加熱量。作為備選，或此外，如在圖4的頂部所示，定位在第一密封件46的一端處的入口端ロ52可引導(dǎo)流體穿過第一密封件46而進入流體通道50中，且然后該流體可流動經(jīng)過流體通道50以在經(jīng)過出ロ端ロ 54離開流體通道50之前通過對流冷卻而從本體24的側(cè)部30除熱。認識到的是，圖2至圖4中所示護罩22的各種實施例可相比于此前的鋳造設(shè)計以更低的成本制造。具體而言，護罩22的本體24可經(jīng)鑄造或鍛造而形成前側(cè)部26、后側(cè)部28、橫向側(cè)部30、內(nèi)表面34，以及外表面36，如前文所述。同時或單獨的是，向內(nèi)面向的凹槽或槽ロ 40，42可通過機械加工、鑄造或鍛造而限定在側(cè)部26、28、30和/或內(nèi)表面34中，且密封件46，48可焊接或硬釬焊到側(cè)部26、28、30和/或內(nèi)表面34上，使得密封件46，48延伸跨越各個凹槽或槽ロ 40，42以在其中限定緊接或相關(guān)的流體通道50。入口端ロ 52和或出口端ロ 54可例如通過鉆取(或鉆孔)而易于機械加工到各自的密封件46，48和/或側(cè)部26、28、30和/或外表面36中。以此方式，護罩22可容易地制造成包括對側(cè)部26、28、30和外表面36提供冷卻的期望流體通道50，并且形成流體通道50的密封件46，48將不會暴露于熱氣路徑。 本書面描述使用了包括最佳模式的實例來公開本發(fā)明，并且還使得本領(lǐng)域普通技術(shù)人員能夠?qū)嵤┍景l(fā)明，包括制作和使用任何裝置或系統(tǒng)以及執(zhí)行任何所結(jié)合的方法。本發(fā)明可取得專利的范圍由權(quán)利要求限定，并且可包括本領(lǐng)域普通技術(shù)人員所想到的其它實例。如果這些其它實例具有與權(quán)利要求的文字語言并無不同的結(jié)構(gòu)元件或者如果這些其它實例包括與權(quán)利要求的文字語言無實質(zhì)差異的同等結(jié)構(gòu)元件，則認為這些其它實例處在權(quán)利要求的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.ー種渦輪護罩(22)，包括 a.具有多個側(cè)部(26，28，30)的本體(24)； b.由所述本體(24)的第一側(cè)部(30)限定的第一向內(nèi)面向的凹槽(40)； c.第一密封件(46)，所述第一密封件覆蓋所述第一向內(nèi)面向的凹槽(40)以沿著所述本體(24)的所述第一側(cè)部(30)在所述第一向內(nèi)面向的凹槽(40)中限定第一流體通道(50);以及 d.穿過所述第一密封件(46)的第一入口端ロ(52)，其中所述第一入口端ロ(52)提供穿過所述第一密封件(46)進入所述第一流體通道(50)中的流體連通。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的渦輪護罩(22)，其特征在于，所述渦輪護罩還包括穿過所述本體(24)的所述第一側(cè)部(30)的至少ー個出口端ロ(54)，其中所述至少ー個出口端ロ(54)提供從所述第一流體通道(50)穿過所述本體(24)的所述第一側(cè)部(30)的流體連通。
3.根據(jù)任ー上述權(quán)利要求所述的渦輪護罩(22)，其特征在于，所述渦輪護罩還包括穿過所述第一密封件(46)進入所述第一流體通道(50)中并離開所述本體(24)的所述第一側(cè)部(30)的連續(xù)流體通路。
4.根據(jù)任ー上述權(quán)利要求所述的渦輪護罩(22)，其特征在于，所述第一密封件(46)跨越所述第一向內(nèi)面向的凹槽(40)進行焊接或硬釬焊。
5.根據(jù)任ー上述權(quán)利要求所述的渦輪護罩(22)，其特征在于，所述第一向內(nèi)面向的凹槽(40)沿著所述本體(24)的長度軸向地延伸。
6.根據(jù)任ー上述權(quán)利要求所述的渦輪護罩(22)，其特征在于，所述渦輪護罩還包括由所述本體(24)的第二側(cè)部(26)限定的第二向內(nèi)面向的凹槽(42)，以及第二密封件(48)，所述第二密封件(48)覆蓋所述第二向內(nèi)面向的凹槽(42)以沿著所述本體(24)的所述第ニ側(cè)部(26)在所述第二向內(nèi)面向的凹槽(42)中限定第二流體通道(50)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的渦輪護罩(22)，其特征在于，所述渦輪護罩還包括穿過所述第二密封件(48)的第二入口端ロ(52)，其中所述第二入口端ロ(52)提供穿過所述第二密封件(48)進入所述第二流體通道(50)中的流體連通。
8.一種用于形成渦輪護罩(22)的方法，包括 a.形成內(nèi)表面(34)； b.形成與所述內(nèi)表面(34)相対的外表面(36)，其中所述外表面(36)構(gòu)造成用以暴露于熱氣路徑； c.在所述內(nèi)表面(34)中限定第一槽ロ(40);以及 d.延伸第一密封件(46)跨越所述第一槽ロ(40)以沿著所述內(nèi)表面(34)在所述第一槽ロ(40)中限定第一流體通道(50)。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其特征在干，所述方法還包括穿過所述第一密封件(46)形成第一入口端ロ(52)，其中所述第一入口端ロ(52)提供穿過所述第一密封件(46)進入所述第一流體通道(50)中的流體連通。
10.根據(jù)權(quán)利要求8至權(quán)利要求9中任一項所述的方法，其特征在于，所述方法還包括穿過所述外表面(36)形成至少ー個輸出端ロ(54)。
11.根據(jù)權(quán)利要求8至權(quán)利要求10中任一項所述的方法，其特征在于，所述方法還包括將所述第一密封件(46)焊接或硬釬焊到所述內(nèi)表面(34)上。
12.根據(jù)權(quán)利要求8至權(quán)利要求11中任一項所述的方法，其特征在于，所述方法還包括在所述內(nèi)表面(34)中限定第二槽ロ(42)和延伸第二密封件(48)跨越所述第二槽ロ(42)以沿著所述內(nèi)表面(34)在所述第二槽ロ(42)中限定第二流體通道(50)。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其特征在于，所述方法還包括穿過所述第二密封件(48)形成第二入口端ロ(52)，其中，所述第二入口端ロ(52)提供穿過所述第二密封件(48)進入所述第二流體通道中的流體連通(50)。
全文摘要
本發(fā)明涉及渦輪護罩和用于制造渦輪護罩的方法。具體而言，一種渦輪護罩包括具有多個側(cè)部的本體。第一向內(nèi)面向的凹槽由本體的第一側(cè)部限定，且第一密封件覆蓋第一向內(nèi)面向的凹槽以沿著本體的第一側(cè)部在第一向內(nèi)面向的凹槽中限定第一流體通道。第一入口端口穿過第一密封件并成流體連通地穿過第一密封件而進入第一流體通道中。一種用于形成渦輪護罩的方法包括形成內(nèi)表面和形成與內(nèi)表面相對的外表面，其中外表面構(gòu)造成暴露于熱氣路徑。該方法還包括在內(nèi)表面中限定第一槽口和延伸第一密封件跨越第一槽口以沿著內(nèi)表面在第一槽口中限定第一流體通道。
文檔編號F01D25/14GK102650222SQ20121005537
公開日2012年8月29日 申請日期2012年2月24日 優(yōu)先權(quán)日2011年2月25日
發(fā)明者D·W·韋伯, G·T·福斯特 申請人:通用電氣公司