本發(fā)明大體涉及燃?xì)鉁u輪機(jī)，確切地說，涉及用于熱氣路徑部分的材料，例如，但不限于，用于燃?xì)鉁u輪機(jī)的燃燒室內(nèi)的過渡件(transitionpiece，也稱為過渡連接件)的材料。

背景技術(shù)：
燃?xì)鉁u輪機(jī)的燃燒系統(tǒng)生成了熱氣。熱氣可以用于驅(qū)動(dòng)渦輪。渦輪繼而可以驅(qū)動(dòng)壓縮機(jī)，其中所述壓縮機(jī)提供了用于在燃燒系統(tǒng)中燃燒的壓縮空氣。此外，渦輪生成了可用的輸出功率，所述輸出功率可以直接連接到耗能機(jī)械或連接到發(fā)電機(jī)上。燃?xì)鉁u輪機(jī)的燃燒系統(tǒng)可以配置為燃燒室的環(huán)形陣列。燃燒室經(jīng)布置以接納來自壓縮機(jī)的壓縮空氣，噴射燃料到壓縮空氣中以產(chǎn)生燃燒反應(yīng)，并且生成用于渦輪的熱燃燒氣體。燃燒室通常是圓柱形的，但是，其他形狀的燃燒室也是可能的。每個(gè)燃燒室包括一個(gè)或多個(gè)燃料噴嘴、位于燃燒襯里(liner)內(nèi)的燃燒區(qū)域、圍繞所述襯里并且與所述襯里徑向隔開的導(dǎo)流套管，以及位于燃燒室與渦輪之間的氣體過渡導(dǎo)管，或者過渡件。傳統(tǒng)上使用高溫合金(superalloy)，例如，但不限于，鍛造鎳基高溫合金，來制造大的燃?xì)鉁u輪機(jī)燃燒器部件。隨著針對(duì)在較高溫度下運(yùn)行的渦輪機(jī)設(shè)計(jì)的發(fā)展，期望的是具有極低的周疲勞、氧化及蠕變的性質(zhì)的鑄造高溫合金。另外，通過，例如，但不限于，銅焊或焊接等冶金連接方法來將多個(gè)鑄造件順次地接合到渦輪機(jī)燃燒器部件上。然而，這些方法，例如，但不限于，銅焊或焊接并不是所期望的，這是因?yàn)榻雍衔恢貌痪哂信c渦輪機(jī)燃燒器部件的剩余部分相匹配的材料性質(zhì)。相應(yīng)地，需要具有連接鑄造件的渦輪機(jī)燃燒器部件，其中所述連接鑄造件具有與渦輪機(jī)燃燒器部件類似的材料性質(zhì)，以及將連接鑄造件連接到渦輪機(jī)燃燒器部件上的方法。用于燃?xì)鉁u輪機(jī)燃燒器的過渡件可以由多種材料形成，例如，一些過渡件可以由鎳/鈷基鑄造合金，例如，(GTD-222是美國(guó)紐約州斯卡奈塔第(Schenectady，NY)的通用電氣公司(GeneralElectricCompany)的注冊(cè)商標(biāo))形成。這些材料在包括熱氣路徑部分的渦輪機(jī)燃燒器部件中提供了材料性質(zhì)的改進(jìn)，例如，但不限于，以下材料性質(zhì)中的至少一者：相對(duì)于鍛造合金的低周疲勞(LCF)抗性和蠕變強(qiáng)度、制造性、機(jī)械加工性、焊接性以及抗氧化性。參照鍛造合金材料性質(zhì)，這些改進(jìn)尤其明顯。然而，對(duì)于一些高溫渦輪機(jī)應(yīng)用而言，增強(qiáng)的材料性質(zhì)，例如，強(qiáng)度，可以提供熱氣路徑部分的期望的壽命潛能。先前用薄壁來生產(chǎn)大的鑄造物件的嘗試并未取得極大的成功。在 先前的鑄造嘗試中問題出現(xiàn)于，例如，但不限于，當(dāng)熔融材料因所形成的薄壁而在模具中冷卻過快時(shí)，從而會(huì)導(dǎo)致產(chǎn)品可能不具有熱氣路徑部分所期望的性質(zhì)。因此，在此項(xiàng)技術(shù)中所期望的是不會(huì)受到上述缺點(diǎn)影響的一種包括過渡件的燃燒系統(tǒng)以及形成所述過渡件的方法。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
根據(jù)本發(fā)明的一項(xiàng)示例性實(shí)施例，提供一種用于燃?xì)鉁u輪機(jī)的過渡件。所述過渡件包括限定流路和罩殼的主體，所述主體具有：圓形入口段，所述入口段用于接納來自燃燒器的燃燒產(chǎn)物；以及出口端，所述出口端用于使燃燒器產(chǎn)物流入燃?xì)鉁u輪機(jī)的第一級(jí)噴嘴。所述過渡件包括圓形入口段、主體以及出口端的一體式鑄造構(gòu)造(one-piececastconstruction)，所述過渡件由鎳基高溫合金形成。所述過渡件具有厚過渡壁厚(wallthicknessofthicktransition)與薄過渡壁厚(wallthicknessofthintransition)之間相比得到的厚薄過渡比(thick-to-thintransitionratio)，所述厚薄過渡比為大約1.1到大約2.5。優(yōu)選的，其中所述過渡件包括圍繞所述出口端的框架，所述框架在一體式鑄造構(gòu)造期間與所述過渡件整體鑄造。優(yōu)選的，其中所述過渡件包括所述燃?xì)鉁u輪機(jī)的部件硬件，所述部件硬件包括與所述過渡件整體鑄造的部件硬件。優(yōu)選的，其中所述部件硬件包括至少一個(gè)安裝連接器。優(yōu)選的，其中所述過渡件具有大約0.1到大約0.9的長(zhǎng)度直徑比，所述長(zhǎng)度直徑比是厚過渡到薄過渡的長(zhǎng)度與入口段的直徑之間的比值。優(yōu)選的，其中所述過渡件具有厚薄過渡比與長(zhǎng)度直徑比相比得到的錐度比，所述錐度比為大約1.1到大約2.5與大約0.1到大約0.9之間的比值。根據(jù)本發(fā)明的另一項(xiàng)示例性實(shí)施例，提供一種形成一體式鑄造過渡件的方法。所述方法包括提供過渡件模型。所述方法包括在漿狀材料中浸漬過渡件模型以構(gòu)建漿狀材料。所述方法包括燒制漿狀材料以制出過渡件殼。所述方法包括將熔融材料引入過渡件殼，所述熔融材料包括熔融金屬。所述方法包括對(duì)熔融材料進(jìn)行固化以形成一體式鑄造過渡件，其中所述一體式鑄造過渡件由熔融材料形成。優(yōu)選的，其中所述過渡件模型包括蠟、泡沫，或其組合。優(yōu)選的，其中所述漿狀材料是陶瓷。優(yōu)選的，其中所述熔融金屬包括鎳基高溫合金、鈷基高溫合金，及其組合。優(yōu)選的，其中所述過渡件包括厚過渡壁厚與薄過渡壁厚之間相比得到的厚薄過渡比。優(yōu)選的，其中所述厚薄過渡比為大約1.1到大約2.5。優(yōu)選的，其中所述過渡件具有所述厚過渡到薄過渡的長(zhǎng)度與入口段的直徑之間相比得到的長(zhǎng)度直徑比，所述長(zhǎng)度直徑比為大約0.1到 大約0.9。優(yōu)選的，其中所述過渡件具有厚薄過渡比與長(zhǎng)度直徑比之間相比得到的錐度比，所述錐度比為大約1.1到大約2.5與大約0.1到大約0.9之間的比值。根據(jù)本發(fā)明的另一項(xiàng)示例性實(shí)施例，提供一種燃燒系統(tǒng)。所述燃燒系統(tǒng)包括燃燒器和過渡件。所述過渡件包括限定流路和罩殼的主體，所述主體具有：圓形入口段，所述入口段用于接納來自燃燒器的燃燒產(chǎn)物；以及出口端，所述出口端用于使燃燒器產(chǎn)物流入燃?xì)鉁u輪機(jī)的第一級(jí)噴嘴。所述過渡件包括一體式鑄造構(gòu)造，所述過渡件由鎳基高溫合金形成。所述過渡件具有的厚過渡的壁厚度與薄過渡的壁厚度的厚薄過渡比為大約1.1到大約2.5。優(yōu)選的，其中所述過渡件包括圍繞所述出口端的框架，并且所述框架包括一體式鑄造構(gòu)造的一部分。優(yōu)選的，其中所述過渡件包括所述燃燒系統(tǒng)的部件硬件，所述部件硬件包括與所述燃燒襯里整體鑄造的部件硬件。優(yōu)選的，其中所述過渡件具有厚過渡與薄過渡之間的長(zhǎng)度與入口段的直徑相比得到的長(zhǎng)度直徑比，所述長(zhǎng)度直徑比為大約0.1到大約0.9。優(yōu)選的，其中所述過渡件具有的厚薄過渡比與長(zhǎng)度直徑比之間相比得到的錐度比，所述錐度比為大約1.1到大約2.5與大約0.1到大約0.9之間的比值。通過以下對(duì)優(yōu)選實(shí)施例的描述并結(jié)合附圖將清楚地了解本發(fā)明的其他特征和優(yōu)點(diǎn)，附圖以實(shí)例的方式說明本發(fā)明的原理。附圖說明圖1所示為包括燃燒系統(tǒng)的渦輪機(jī)，其中所述渦輪機(jī)的一段被切除以便圖示出燃?xì)鉁u輪機(jī)的內(nèi)部部件。圖2所示為燃?xì)鉁u輪機(jī)燃燒系統(tǒng)的示意性截面圖，其包括本發(fā)明的過渡件。圖3是本發(fā)明的過渡件的透視圖。圖4是沿線4-4截取的圖3的過渡件的截面圖，其描繪了本發(fā)明的厚過渡與薄過渡。圖5是本發(fā)明的過渡件的直線形出口的正視圖。圖6是形成一體式鑄造過渡件的方法的流程圖。附圖中相同的附圖標(biāo)記表示表示相同部分。具體實(shí)施方式提供的是一種不會(huì)經(jīng)受現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)的燃燒系統(tǒng)與過渡件。本發(fā)明的實(shí)施例包括一種燃?xì)鉁u輪機(jī)過渡件，所述燃?xì)鉁u輪機(jī)過渡件會(huì)延長(zhǎng)燃燒檢查間隔。本發(fā)明的一項(xiàng)實(shí)施例的另一優(yōu)點(diǎn)是可以鑄造具有期望的并且增強(qiáng)的機(jī)械性質(zhì)的整體式/單體式過渡件。本發(fā)明的一項(xiàng)實(shí)施例的又一優(yōu)點(diǎn)是所述一體式鑄造過渡件可以 在燃?xì)鉁u輪機(jī)系統(tǒng)中提供更長(zhǎng)的部件壽命。本發(fā)明的一項(xiàng)實(shí)施例的另一優(yōu)點(diǎn)是制造過渡件所用的成本和時(shí)間變少，這是因?yàn)樾枰木庸ぷ兩俨⑶移渌蔫T造后過程也被消除。本發(fā)明的一項(xiàng)實(shí)施例的又一優(yōu)點(diǎn)是一體式過渡件構(gòu)造提供了增強(qiáng)的強(qiáng)度從而延長(zhǎng)了渦輪機(jī)壽命。本發(fā)明的一項(xiàng)實(shí)施例的另一優(yōu)點(diǎn)是采用整體式鑄造的一體式鑄造過渡件改進(jìn)了過渡件的整體性，方法是在過渡件部件或特征的先前焊接中消除了明顯的不牢固的接頭。圖1所描繪的燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)12包括壓縮機(jī)14、燃燒系統(tǒng)16和燃?xì)鉁u輪機(jī)18。壓縮機(jī)14、燃燒系統(tǒng)16，以及燃?xì)鉁u輪機(jī)18圍繞至少一個(gè)旋轉(zhuǎn)軸24進(jìn)行設(shè)置。環(huán)境空氣進(jìn)入燃?xì)鉁u輪機(jī)18以進(jìn)行加壓、加熱，并且被排出以提供可用的功率輸出30。功率輸出30可以被提供到由功率驅(qū)動(dòng)的機(jī)器或者相關(guān)的發(fā)電機(jī)器，例如，但不限于，發(fā)電機(jī)20。壓縮機(jī)14向燃燒系統(tǒng)16提供加壓空氣。燃料從燃料系統(tǒng)22被提供到燃燒系統(tǒng)16。燃料可以在燃燒室40中與加壓空氣混合，從而產(chǎn)生燃燒氣體和熱能。燃燒氣體流動(dòng)離開燃燒室40而進(jìn)入到燃?xì)鉁u輪機(jī)18。燃燒氣體流經(jīng)渦輪葉片26的環(huán)形陣列，所述環(huán)形陣列安裝在盤28上。這些盤28與對(duì)應(yīng)的軸24一起旋轉(zhuǎn)。每個(gè)軸24的旋轉(zhuǎn)使壓縮機(jī)14轉(zhuǎn)動(dòng)，該壓縮機(jī)繼而對(duì)空氣進(jìn)行壓縮以向燃燒過程供應(yīng)。 另外，軸24的旋轉(zhuǎn)還可以從燃?xì)鉁u輪機(jī)18向發(fā)電機(jī)20或其他系統(tǒng)提供功率輸出30。如圖2所示，燃燒室40包括壓縮空氣入口導(dǎo)管、導(dǎo)流套管42，以及過渡件44或燃燒氣體排放導(dǎo)管，用于將燃燒空氣引導(dǎo)至燃?xì)鉁u輪機(jī)18(參見圖1)。導(dǎo)流套管42容納有燃燒襯里46，燃燒襯里46繼而限定了燃燒區(qū)域50。如圖2所示，燃燒殼體48將燃燒室40附接到燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)12的外殼32。燃燒襯里46同軸地安裝在導(dǎo)流套管42內(nèi)。燃燒襯里46與導(dǎo)流套管42都同軸地安裝在燃燒器殼體48內(nèi)。導(dǎo)流套管42通過任意適當(dāng)?shù)姆椒ǎ?，但不限于，安裝支架，而安裝在燃燒殼體48中。燃燒襯里46包括與燃料噴嘴大體上對(duì)齊的入口端。燃燒襯里46還限定了排氣端。排氣端連接到過渡件44，從而限定了燃燒氣體從燃燒區(qū)域50到第一級(jí)噴嘴64的流道。圖3、圖4和圖5中所描繪的過渡件44包括主體68，主體68限定了流路72并且具有用于從燃燒室40接納燃燒產(chǎn)物的大體上呈圓形的入口段60以及用于使燃燒器產(chǎn)物流入第一級(jí)噴嘴64的大體上呈直線形的出口端62。主體68限定了位于入口段60與出口端62之間的罩殼70(參見圖4和圖5)，而罩殼70限制了入口段60與出口端62之間的燃燒產(chǎn)物的流動(dòng)。過渡件44可以通過采用一體式或單體式構(gòu)造的鑄造工藝來形成。 本說明書中使用的術(shù)語“一體式”或“單體式”構(gòu)造包括在部件內(nèi)不具有機(jī)械連接或冶金連接的部件，所述連接，例如，但不限于，如已知的過渡件構(gòu)造中的銅焊或焊接。換言之，過渡件44并不是由兩個(gè)或多個(gè)部件或部分組裝的，而是由單個(gè)部分形成的。在一項(xiàng)替代性實(shí)施例中，過渡件44包括在過渡件44形成之后焊接到一體式結(jié)構(gòu)上的額外的部分或零件。在一項(xiàng)實(shí)施例中，過渡件44由鎳基高溫合金材料、鈷基高溫合金材料及其組合形成。所述高溫合金材料應(yīng)提供可以足夠的材料特性以便能在所需的燃?xì)鉁u輪機(jī)運(yùn)行條件下運(yùn)行。這些材料性質(zhì)包括，但不限于，增強(qiáng)的低周疲勞、相對(duì)于鍛造合金的增強(qiáng)的抗性和蠕變強(qiáng)度、增強(qiáng)的制造性、改進(jìn)的機(jī)械加工性、增強(qiáng)的焊接性以及增強(qiáng)的抗氧化性。提供此類材料特性的鎳基高溫合金是合金500(alloy500)。是美國(guó)紐約州新哈特福德(NewHartford，NY)的特殊金屬公司(SpecialMetalsCorporation)的注冊(cè)商標(biāo)。該合金僅僅是能夠提供所需的金屬性質(zhì)的一種示例性材料。合金500的組成提供于表1中。表1過渡件44的材料提供了形成過渡件44的材料的期望的LCF抗性以及蠕變強(qiáng)度。LCF抗性和蠕變強(qiáng)度的提供延長(zhǎng)材料的壽命，其中壽命可以增強(qiáng)或延長(zhǎng)任意的時(shí)間量。鎳基高溫合金所具有的強(qiáng)度特性至少符合于，如果不大于的話，合金500的強(qiáng)度特性。如圖4所示，一體式或單體式過渡件44包括厚過渡80和薄過渡82。厚過渡80發(fā)生在鑄造過渡件44的模具的方向發(fā)生改變以提供所需錐度的區(qū)域。過渡件44包括沿著壁的長(zhǎng)度發(fā)生變化的壁厚度84。薄過渡82的壁厚度84從大約2.54毫米(0.100英寸)到大約5.08毫米(0.250英寸)，或者從大約2.75毫米(0.108英寸)到大約4.75毫米(0.187英寸)，或者從大約3.0毫米(0.118英寸)到大約4.0毫米(0.157英寸)。厚過渡80的壁厚度84大于薄過渡82的壁厚度，并且通常為薄過渡82的壁厚度84的大約1.1倍到大約2.5倍。此外，如圖4所示，厚過渡80與薄過渡82之間的距離或長(zhǎng)度由標(biāo)記為86的線表示。過渡件44的直徑由標(biāo)記為74的線表示。一體式鑄造過渡件44的形成使用了錐度比(taperratio)。錐度比是作為過渡件44的厚薄過渡比與長(zhǎng)度直徑比的比值的函數(shù)而進(jìn)行計(jì)算。厚薄過渡比是厚過渡80的壁厚度84與薄過渡82的壁厚度84的比值。厚薄過渡比為大約1.1到大約2.5，或者為大約1.3到大約2.2，或者 為大約1.4到大約2.0。長(zhǎng)度直徑比使用了厚過渡80與薄過渡82之間的距離或長(zhǎng)度86與過渡件44的直徑74的比值。長(zhǎng)度直徑比為大約0.1到大約0.9，或者為大約0.3到大約0.8，或者為大約0.5到大約0.7。錐度比為大約1.1到大約2.5與0.1到0.9的比值的一體式鑄造過渡件44是由溫控鑄造工藝提供的。此外，如圖2和圖3所示，過渡件44包括之前焊接或者以其它方式連接到過渡件44上的燃?xì)鉁u輪機(jī)部件硬件或零件。這些部件硬件或零件可以與過渡件44整體鑄造。因此，部件硬件包括與過渡件44整體形成的多個(gè)鑄造零件，而不需要此類部件硬件在部件內(nèi)采用機(jī)械連接或冶金連接(例如，但不限于，銅焊或焊接)而接合到渦輪機(jī)燃燒器部件上。因此，在過渡件44與材料性質(zhì)不同于過渡件44其余部分的部件硬件/零件之間的位置上不存在過渡件44。過渡件44作為具有整體鑄造與連接的硬件零件的單體式制品而形成，其中這些連接硬件零件具有與過渡件44類似的材料性質(zhì)，以及與連接鑄造零件附接到過渡件44的點(diǎn)處類似的材料性質(zhì)。過渡件44的部件硬件/零件可以包括在大體上呈管狀的主體68上的稀釋孔、安裝連接器66、圓形入口段60，以及直線形出口端62。這些部件硬件/零件與過渡件44一起鑄造，并且按照非常接近于所需最終形狀的形式來鑄造。被稱作“近凈成形部件(nearnetshapecomponent)”的其他部件在初始鑄造之后，需要非常少的后續(xù)加工或者不需要后續(xù)加工。因此，在將這些其他部件形成為近凈成形狀或最 終形狀的過程中，鑄造工藝后幾乎不需要其它工藝。從而使得過渡件44的產(chǎn)量增加。過渡件44的材料提供了增強(qiáng)的LCF、增強(qiáng)的抗性和蠕變強(qiáng)度、改進(jìn)的制造性、更好的機(jī)械加工性、增強(qiáng)的焊接性以及期望的抗氧化性。其他鑄造鎳基γ'相強(qiáng)化合金(castnickelbasedgammaprimestrengthenedalloy)也是通常具有與合金500相匹配的強(qiáng)度特性或者優(yōu)于該強(qiáng)度特性的可采用候選項(xiàng)。本說明書中的“強(qiáng)度特征”包括至少LCF抗性、蠕變強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度以及極限抗拉強(qiáng)度，它們中的每一項(xiàng)都可以使用眾所周知的測(cè)試來進(jìn)行確定。如圖6所示，在一項(xiàng)實(shí)施例中，形成一體式鑄造過渡件44的方法600可以包括，提供過渡件模型，步驟601(參見圖3)。方法600包括在漿狀材料中浸漬過渡件模型(步驟603)，從而構(gòu)建出該漿狀材料(步驟605)。方法600包括燒制漿狀材料以獲得過渡件殼，步驟607。方法600包括用熔融金屬填充過渡件殼，步驟609。方法600包括固化熔融金屬以形成一體式鑄造過渡件44，步驟611(參見圖3)。方法600包括移除過渡件殼，從而呈現(xiàn)出所形成的一體式鑄造過渡件。在一項(xiàng)實(shí)施例中，使用了溫控鑄造工藝。一種此類溫控鑄造工藝是“熱控凝固鑄造工藝”(TSC)，該工藝可以從美國(guó)俄勒岡州的波特蘭(Portland，Oregon)的精密鑄件公司(PrecisionCastpartsCorporation(PCC))購得。在一項(xiàng)實(shí)施例中，過渡件模型包括蠟、泡沫、二者的組合，或者 可以用于獲得所需過渡件形狀的其他合適的材料。在一項(xiàng)實(shí)施例中，用于形成過渡件殼的漿狀材料是陶瓷或其他合適的材料。在一項(xiàng)實(shí)施例中，熔融材料是鎳基高溫合金，例如，但不限于，合金500。在另一項(xiàng)實(shí)施例中，過渡件44包括厚薄過渡比與長(zhǎng)度直徑比相比得到的錐度比，所述錐度比為大約1.1到大約2.5與大約0.1到大約0.9的比值。盡管本發(fā)明已經(jīng)參考優(yōu)選實(shí)施例進(jìn)行了描述，但是本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)理解，在不脫離本發(fā)明范圍的情況下可以發(fā)生各種改變并且可以用等效物來替代各元件。此外，在不脫離本發(fā)明的本質(zhì)范圍的情況下，可以進(jìn)行多種修改，從而使特定情況或材料適應(yīng)本發(fā)明的教示。因此，本發(fā)明不限于作為最佳模式來實(shí)施本發(fā)明的特定實(shí)施例，相反，本發(fā)明包括所附權(quán)利要求范圍內(nèi)的所有實(shí)施例。