具有由多個(gè)部件和對(duì)流冷卻孔形成的倒角凹槽梢部的渦輪葉片的制作方法
【專(zhuān)利摘要】公開(kāi)了一種用在維修系統(tǒng)中的凹槽梢部(10)，凹槽梢部由從渦輪葉片(18)的梢部(16)徑向向外延伸并停留在由中間弦構(gòu)件(21)隔開(kāi)的壓力側(cè)和抽吸側(cè)焊接構(gòu)件(17,19)上的壓力側(cè)外焊肋(12)和抽吸側(cè)外焊肋(14)形成。壓力和抽吸側(cè)外焊肋可分別沿渦輪葉片的壓力側(cè)(20)和抽吸側(cè)(22)定位。壓力側(cè)外焊肋可包括具有膜冷卻孔(26)的倒角壓力側(cè)(24)，排出口定位在膜冷卻孔中。壓力和抽吸側(cè)焊接構(gòu)件可構(gòu)造成以過(guò)延伸側(cè)表面將中間弦構(gòu)件保持到位。
【專(zhuān)利說(shuō)明】具有由多個(gè)部件和對(duì)流冷卻孔形成的倒角凹槽梢部的渦輪葉片

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明總體上涉及渦輪葉片，更具體地涉及用于渦輪葉片的翼面梢部。

【背景技術(shù)】
[0002]通常，燃?xì)廨啓C(jī)包括壓縮空氣的壓縮機(jī)、將壓縮的空氣與燃料混合并點(diǎn)燃混合物的燃燒器以及用于產(chǎn)生功率的渦輪葉片組件。燃燒器通常在超過(guò)2500華氏度的高溫下操作。典型的渦輪壓縮機(jī)構(gòu)造使渦輪葉片組件暴露于這些高溫。結(jié)果，渦輪葉片必須由能夠經(jīng)受這種高溫的材料制成。
[0003]通常，渦輪葉片由位于一端的根部和位于渦輪葉片的相對(duì)一端的縱長(zhǎng)部形成，縱長(zhǎng)部形成從聯(lián)接到根部的平臺(tái)向外延伸的葉片。該葉片通常由與根部相對(duì)的梢部、前緣和后緣構(gòu)成。渦輪葉片的梢部通常具有梢部特征，以減少渦輪的氣體路徑中環(huán)形段與葉片之間的間隙大小，從而防止梢部泄露流，這減少了渦輪葉片產(chǎn)生的扭矩量。梢部特征通常指的是凹槽梢部(squealer tip),并通常結(jié)合到葉梢，以幫助減少潤(rùn)輪級(jí)的氣動(dòng)損失。這些特征設(shè)計(jì)成使葉梢和環(huán)形段之間的泄露最少。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]公開(kāi)了一種凹槽梢部，其可用在維修系統(tǒng)中，并由壓力側(cè)外焊肋和抽吸側(cè)外焊肋形成，抽吸側(cè)外焊肋從渦輪葉片梢部徑向向外延伸并停留在由中間弦構(gòu)件分開(kāi)的壓力側(cè)和抽吸側(cè)焊接構(gòu)件上。壓力和抽吸側(cè)外焊肋可分別沿渦輪葉片的壓力側(cè)和抽吸側(cè)定位。壓力側(cè)外焊肋可包括具有壓力側(cè)膜冷卻孔的倒角壓力側(cè)，排放口定位在壓力側(cè)膜冷卻孔中。壓力側(cè)膜冷卻孔可構(gòu)造為具有一個(gè)或多個(gè)錐形部分的擴(kuò)散冷卻孔，用于降低冷卻流體的速度、增加對(duì)流表面，從而提高冷卻系統(tǒng)效率。壓力和抽吸側(cè)焊接構(gòu)件可構(gòu)造成以過(guò)延伸側(cè)表面(over extending side surface)保持中間弦構(gòu)件到位。
[0005]渦輪葉片可由大致縱長(zhǎng)葉片形成，大致縱長(zhǎng)葉片具有前緣?’后緣;位于第一端的梢部；在大致與第一端相對(duì)的第二端聯(lián)接到葉片的根部，用于支撐葉片以及將葉片聯(lián)接到盤(pán)；以及由定位在大致縱長(zhǎng)葉片內(nèi)的至少一個(gè)空腔形成的內(nèi)部冷卻系統(tǒng)。凹槽梢部可由第一梢蓋構(gòu)件和第二梢蓋構(gòu)件形成。第二梢蓋構(gòu)件可由壓力側(cè)焊接構(gòu)件和抽吸側(cè)焊接構(gòu)件形成，第一梢蓋構(gòu)件可由定位在壓力和抽吸側(cè)焊接構(gòu)件之間的中間弦構(gòu)件形成。中間弦構(gòu)件可包括上游接觸表面和下游接觸表面，上游接觸表面與大致縱長(zhǎng)葉片的縱軸不正交且不平行，使得上游接觸表面的最內(nèi)角比上游接觸表面的最外角在上游方向上延伸得更遠(yuǎn)，下游接觸表面與大致縱長(zhǎng)葉片的縱軸不正交且不平行，使得下游接觸表面的最內(nèi)角比下游接觸表面的最外角在下游方向上延伸得更遠(yuǎn)。壓力側(cè)焊接構(gòu)件可具有下游接觸表面，該下游接觸表面與大致縱長(zhǎng)葉片的縱軸不正交且不平行，使得下游接觸表面的最外角比下游接觸表面的最內(nèi)角在下游方向上延伸得更遠(yuǎn)。抽吸側(cè)焊接構(gòu)件可具有上游接觸表面，該上游接觸表面與大致縱長(zhǎng)葉片的縱軸不正交且不平行，使得上游接觸表面的最外角比上游接觸表面的最內(nèi)角在上游方向上延伸得更遠(yuǎn)。中間弦構(gòu)件可在最內(nèi)角焊接到大致縱長(zhǎng)葉片。
[0006]壓力側(cè)外焊肋可從壓力側(cè)焊接構(gòu)件徑向向外延伸，使得壓力側(cè)外焊肋沿徑向向外比抽吸側(cè)焊接構(gòu)件的外表面延伸得更遠(yuǎn)。壓力側(cè)外焊肋可具有倒角壓力側(cè)表面，使得壓力側(cè)的最外角定位在壓力側(cè)外焊肋的壓力側(cè)表面的所有其它方位的下游。倒角壓力側(cè)表面可在壓力側(cè)外焊肋的整個(gè)上游側(cè)范圍內(nèi)延伸。壓力側(cè)外焊肋可由第一材料形成，壓力側(cè)焊接構(gòu)件、抽吸側(cè)焊接構(gòu)件和中間弦構(gòu)件可由不同于第一材料的第二材料形成。壓力側(cè)外焊肋可具有外側(cè)表面，該外側(cè)表面與大致縱長(zhǎng)葉片的形成壓力側(cè)的外表面對(duì)齊。
[0007]—個(gè)或多個(gè)壓力側(cè)膜冷卻孔可定位在壓力側(cè)外焊肋中，具有出口和入口，所述出口位于所述壓力側(cè)外焊肋的倒角壓力側(cè)表面中，所述入口將所述至少一個(gè)壓力側(cè)膜冷卻孔與形成所述內(nèi)部冷卻系統(tǒng)的所述空腔聯(lián)接起來(lái)。一個(gè)或多個(gè)中間弦膜冷卻孔可定位在中間弦構(gòu)件中，具有出口和入口，所述出口位于中間弦構(gòu)件的外表面中，所述入口將至少一個(gè)中間弦膜冷卻孔與形成內(nèi)部冷卻系統(tǒng)的至少一個(gè)空腔聯(lián)接起來(lái)。
[0008]抽吸側(cè)外焊肋可從所述抽吸側(cè)焊接構(gòu)件徑向向外延伸，使得所述抽吸側(cè)外焊肋沿徑向向外比所述壓力側(cè)焊接構(gòu)件的外表面延伸得更遠(yuǎn)。抽吸側(cè)外焊肋可具有外側(cè)表面，該外側(cè)表面與大致縱長(zhǎng)葉片的形成抽吸側(cè)的外表面對(duì)齊。抽吸側(cè)外焊肋可由第一材料形成，壓力側(cè)焊接構(gòu)件、抽吸側(cè)焊接構(gòu)件和中間弦構(gòu)件可由不同于第一材料的第二材料形成。熱障涂層可包含在形成大致縱長(zhǎng)葉片的壓力和抽吸側(cè)的外表面上以及壓力側(cè)焊接構(gòu)件、抽吸側(cè)焊接構(gòu)件和中間弦構(gòu)件的外表面上。
[0009]可通過(guò)重新加工梢部來(lái)維修渦輪葉片。特別地，一種維修渦輪葉片的方法可包括通過(guò)移除大致縱長(zhǎng)葉片上的現(xiàn)存梢部結(jié)構(gòu)來(lái)制備葉梢?？赏ㄟ^(guò)將表面研磨平坦來(lái)制備梢部。可通過(guò)研磨或其它適當(dāng)方法移除現(xiàn)存梢部結(jié)構(gòu)。在將中間弦構(gòu)件放置在梢部上之前，可施加預(yù)焊接過(guò)多熱處理?？赏ㄟ^(guò)將中間弦構(gòu)件定位在覆蓋形成內(nèi)部冷卻系統(tǒng)的空腔的梢部上來(lái)形成凹槽梢部?？赏ㄟ^(guò)將中間弦構(gòu)件焊接在葉梢上而將中間弦構(gòu)件保持到位。可通過(guò)焊接使壓力側(cè)焊接構(gòu)件形成在中間弦構(gòu)件的上游側(cè)，抽吸側(cè)焊接構(gòu)件形成在中間弦構(gòu)件的下游側(cè)。在至少一個(gè)實(shí)施例中，壓力側(cè)焊接構(gòu)件和抽吸側(cè)焊接構(gòu)件的徑向外表面可被研磨成與中間弦構(gòu)件的徑向外表面平齊。
[0010]可形成從壓力側(cè)焊接構(gòu)件徑向向外延伸的壓力側(cè)外焊肋。壓力側(cè)外焊肋可沿徑向向外比抽吸側(cè)焊接構(gòu)件的外表面延伸得更遠(yuǎn)。壓力側(cè)外焊肋可由材料的堆焊形成?？尚纬蓮某槲鼈?cè)焊接構(gòu)件徑向向外延伸的抽吸側(cè)外焊肋。抽吸側(cè)外焊肋可沿徑向向外比壓力側(cè)焊接構(gòu)件的外表面延伸得更遠(yuǎn)。抽吸側(cè)外焊肋可由材料的堆焊形成。倒角壓力側(cè)表面可形成在壓力側(cè)外焊肋上，使得壓力側(cè)的最外角定位在壓力側(cè)外焊肋的壓力側(cè)表面的所有其它方位的下游。
[0011]該方法還可包括將熱障涂層施加到形成大致縱長(zhǎng)葉片的壓力和抽吸側(cè)的外表面以及壓力側(cè)焊接構(gòu)件、抽吸側(cè)焊接構(gòu)件和中間弦構(gòu)件的外表面上。可經(jīng)由鉆孔或其它適當(dāng)方法在壓力側(cè)外焊肋中確立穿過(guò)熱障涂層的一個(gè)或多個(gè)壓力側(cè)膜冷卻孔。如上所述，可經(jīng)由鉆孔或其它適當(dāng)方法在中間弦構(gòu)件中確立穿過(guò)熱障涂層的一個(gè)或多個(gè)中間弦膜冷卻孔。
[0012]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是用在渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)的葉片可以如本文所述構(gòu)造的凹槽梢部來(lái)維修，從而在重新裝配在燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)中時(shí)提高葉片的可操作性。
[0013]本發(fā)明的另一優(yōu)點(diǎn)在于，具有以與壓力和抽吸側(cè)焊接構(gòu)件不同的材料形成的壓力和抽吸側(cè)外焊肋、倒角表面、對(duì)流冷卻孔的構(gòu)造的凹槽梢部與包括不具有這些元件的凹槽梢部的葉片相比，實(shí)現(xiàn)了性能的增加。
[0014]本發(fā)明的又一優(yōu)點(diǎn)是，復(fù)合角擴(kuò)散膜冷卻孔的錐形截面增加了凹槽梢部?jī)?nèi)的對(duì)流冷卻表面和冷卻覆蓋面積。
[0015]本發(fā)明的另一優(yōu)點(diǎn)是，凹槽梢部在凹槽梢部中具有更可靠的對(duì)流冷卻，用于更高的葉梢壽命，從而降低梢部泄露流。
[0016]本發(fā)明的還一優(yōu)點(diǎn)是，倒角表面使冷卻孔定位在熱點(diǎn)的表面上，使冷卻孔具有用于更好冷卻的更長(zhǎng)長(zhǎng)度。
[0017]本發(fā)明的另一優(yōu)點(diǎn)是，冷卻孔還在倒角表面處提供出口膜冷卻，從而降低通常為熱點(diǎn)的位置處的翼面溫度，熱點(diǎn)是具有增加的溫度的材料區(qū)域。
[0018]下面更詳細(xì)地描述這些和其它實(shí)施例。

【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0019]結(jié)合進(jìn)本說(shuō)明書(shū)并作為本說(shuō)明書(shū)一部分的附圖示出所公開(kāi)發(fā)明的實(shí)施例，并與下列描述一起公開(kāi)本發(fā)明的原理。
[0020]圖1是具有凹槽梢部的渦輪葉片的透視圖；
[0021]圖2是位于圖1所示渦輪葉片前緣的凹槽梢部的細(xì)節(jié)圖；
[0022]圖3是圖1所示凹槽梢部的頂視圖；
[0023]圖4是在圖1的截線4-4處截取的渦輪葉片梢部的部分截面圖；
[0024]圖5是定位在壓力側(cè)肋內(nèi)的復(fù)合角擴(kuò)散膜冷卻孔的詳細(xì)前視圖；
[0025]圖6是定位在壓力側(cè)肋內(nèi)的復(fù)合角擴(kuò)散膜冷卻孔的詳細(xì)頂視圖；
[0026]圖7是渦輪葉片的凹槽梢部的前緣的替代視圖；
[0027]圖8是在圖1的截線4-4處截取的渦輪葉片的部分截面圖，移除了凹槽梢部，并準(zhǔn)備裝配凹槽梢部；
[0028]圖9是圖8所示渦輪葉梢的部分截面圖，中間弦構(gòu)件裝配在壓力和抽吸側(cè)焊接構(gòu)件之間；
[0029]圖10是圖9所示渦輪葉梢的部分截面圖，壓力和抽吸側(cè)外焊肋分別裝配在壓力和抽吸側(cè)焊接構(gòu)件上；
[0030]圖11是具有壓力側(cè)焊接構(gòu)件的倒角上游壓力側(cè)表面的圖10所示渦輪葉梢的部分截面圖；以及
[0031]圖12是圖11所示渦輪葉梢的部分截面圖，膜冷卻孔裝配在壓力側(cè)焊接構(gòu)件和中間弦構(gòu)件中，并具有熱障涂層。

【具體實(shí)施方式】
[0032]如圖1-12所示，公開(kāi)了可用于維修系統(tǒng)的凹槽梢部10，其由壓力側(cè)外焊肋12和抽吸側(cè)外焊肋14形成，抽吸側(cè)外焊肋14從渦輪葉片18的梢部16徑向向外延伸并停留在由中間弦構(gòu)件21分開(kāi)的壓力側(cè)和抽吸側(cè)焊接構(gòu)件17、19上。壓力和抽吸側(cè)外焊肋12、14可分別沿渦輪葉片18的壓力側(cè)和抽吸側(cè)20、22定位。壓力側(cè)外焊肋12可包括具有壓力側(cè)膜冷卻孔26的倒角壓力側(cè)24，排放口 28定位在該壓力側(cè)膜冷卻孔26中。壓力側(cè)膜冷卻孔26可構(gòu)造為具有一個(gè)或多個(gè)錐形部分56的擴(kuò)散冷卻孔，用于降低冷卻流體的速度，增加對(duì)流表面，從而提高冷卻系統(tǒng)效率。壓力和抽吸側(cè)焊接構(gòu)件17、19可構(gòu)造成以過(guò)延伸側(cè)表面23保持中間弦構(gòu)件21到位。
[0033]如圖1所示，渦輪葉處18可由大致縱長(zhǎng)葉片30形成，大致縱長(zhǎng)葉片具有前緣32和后緣34。大致縱長(zhǎng)葉片30可包括位于第一端36的梢部16和在大致與第一端36相對(duì)的第二端40處聯(lián)接到葉片30的根部38，根部38用于支撐葉片18，并用于將葉片18聯(lián)接到盤(pán)。內(nèi)部冷卻系統(tǒng)42可由定位在大致縱長(zhǎng)葉片30內(nèi)的至少一個(gè)空腔44形成。冷卻系統(tǒng)42可具有任何適當(dāng)構(gòu)造，以在工作氣體渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)中使用時(shí)冷卻渦輪葉片18。上面列出的渦輪葉片18及其相關(guān)部件可由本領(lǐng)域已知或有待發(fā)現(xiàn)或確認(rèn)的任何適當(dāng)材料形成。
[0034]如圖11和12所示，凹槽梢部10可由第一梢蓋構(gòu)件11和第二梢蓋構(gòu)件13形成。第二梢蓋構(gòu)件13可由壓力側(cè)焊接構(gòu)件17和抽吸側(cè)焊接構(gòu)件19形成。第一梢蓋構(gòu)件11可由定位在壓力和抽吸側(cè)焊接構(gòu)件17、19之間的中間弦構(gòu)件21形成。中間弦構(gòu)件21可包括錐形上游接觸表面25和下游接觸表面33，錐形上游接觸表面與大致縱長(zhǎng)葉片30的縱軸27不正交且不平行，使得上游接觸表面25的最內(nèi)角29比上游接觸表面25的最外角31在上游方向上延伸得更遠(yuǎn)；下游接觸表面與大致縱長(zhǎng)葉片30的縱軸27不正交且不平行，使得下游接觸表面33的最內(nèi)角35比下游接觸表面33的最外角37在下游方向延伸得更遠(yuǎn)。中間弦構(gòu)件可在最內(nèi)角29、35處以比如但并不限于IN625和Hastalloy W的材料作為易延展填料焊接到大致縱長(zhǎng)葉片30。
[0035]壓力側(cè)焊接構(gòu)件17可在壓力側(cè)20和中間弦構(gòu)件21之間形成在中間弦構(gòu)件21周?chē)奈恢?。例如，在至少一個(gè)實(shí)施例中，壓力側(cè)焊接構(gòu)件17可形成為由比如但并不限于IN738的材料形成的焊件。壓力側(cè)焊接構(gòu)件17可具有下游接觸表面39，下游接觸表面與大致縱長(zhǎng)葉片30的縱軸27不正交且不平行，使得下游接觸表面39的最外角41比下游接觸表面39的最內(nèi)角43在下游方向上延伸得更遠(yuǎn)。
[0036]類(lèi)似地，抽吸側(cè)焊接構(gòu)件19可在抽吸側(cè)22和中間弦構(gòu)件21之間形成在中間弦21周?chē)奈恢?。例如，在至少一個(gè)實(shí)施例中，抽吸側(cè)焊接構(gòu)件19可形成為由比如但并不限于IN738的材料形成的焊件。抽吸側(cè)焊接構(gòu)件19可具有上游接觸表面45，上游接觸表面45與大致縱長(zhǎng)葉片30的縱軸27不正交且不平行，使得上游接觸表面45的最外角47比上游接觸表面45的最內(nèi)角49在上游方向上延伸得更遠(yuǎn)。
[0037]壓力側(cè)外焊肋12可從壓力側(cè)焊接構(gòu)件17的外表面46徑向延伸。在一個(gè)實(shí)施例中，壓力側(cè)外焊接肋12可從前緣32延伸，并可終止于后緣34，如圖1所示。壓力側(cè)外焊肋12可具有外側(cè)表面88，外側(cè)表面88與大致縱長(zhǎng)葉片30的形成壓力側(cè)20的外表面48對(duì)齊。壓力側(cè)外焊肋12的外側(cè)表面88可與壓力側(cè)焊接構(gòu)件17的外表面90對(duì)齊。壓力側(cè)外焊肋12可具有任何適當(dāng)高度和寬度。在至少一個(gè)實(shí)施例中，如圖4所示，壓力側(cè)外焊肋12的高度寬度比介于約2:1和1:2之間，在至少一個(gè)實(shí)施例中，可以為約1:1。壓力側(cè)外焊肋12可從壓力側(cè)焊接構(gòu)件17徑向向外延伸，使得壓力側(cè)外焊肋12沿徑向向外比抽吸側(cè)焊接構(gòu)件19的外表面延伸得更遠(yuǎn)。
[0038]如圖4、11和12所示,壓力側(cè)外焊肋12可包括倒角壓力側(cè)表面24，倒角壓力側(cè)表面24定位成與大致縱長(zhǎng)葉片30的形成壓力側(cè)表面20的外表面48成銳角。壓力側(cè)20的最外角51可定位在壓力側(cè)外焊肋12的壓力側(cè)表面50的所有其它方位的下游。在至少一個(gè)實(shí)施例中，如圖3和7所示,壓力側(cè)外焊肋12的倒角壓力側(cè)表面24可僅延伸壓力側(cè)外焊肋12的整個(gè)長(zhǎng)度的一部分。或者，倒角壓力側(cè)表面24可在壓力側(cè)外焊肋24的整個(gè)上游側(cè)50范圍內(nèi)延伸。
[0039]一個(gè)或多個(gè)壓力側(cè)膜冷卻孔26可定位在壓力側(cè)外焊肋12中，具有出口 28和入口52，出口 28位于壓力側(cè)外焊肋12的外表面50中，入口 52將壓力側(cè)膜冷卻孔26與形成內(nèi)部冷卻系統(tǒng)42的空腔44聯(lián)接起來(lái)。在一個(gè)實(shí)施例中，如圖3、4和12所示，壓力側(cè)膜冷卻孔26的出口 28可定位在壓力側(cè)外焊肋12的倒角壓力側(cè)表面24中。位于壓力側(cè)外焊肋12中的壓力側(cè)膜冷卻孔26可由復(fù)合擴(kuò)散膜冷卻孔形成，其包括具有增加的橫截面面積的至少一個(gè)錐形部分56。
[0040]如圖4、11和12所示，渦輪葉片18還可包括一個(gè)或多個(gè)抽吸側(cè)外焊肋14，其從梢部16的外表面92徑向延伸。抽吸側(cè)外焊肋14可從大致縱長(zhǎng)葉片30的后緣34延伸到前緣32，并終止于前緣32，且與壓力側(cè)外焊肋12連通。抽吸側(cè)外焊肋14可具有外側(cè)表面60，外側(cè)表面60與大致縱長(zhǎng)葉片30的形成抽吸側(cè)22的外表面62對(duì)齊。抽吸側(cè)外焊肋14的外側(cè)表面60可與抽吸側(cè)焊接構(gòu)件19的外表面94對(duì)齊。抽吸側(cè)外焊肋14可具有任何適當(dāng)?shù)母叨群蛯挾?。在至少一個(gè)實(shí)施例中，如圖4所示，抽吸側(cè)外焊肋14的高度寬度比可位于約2:1和1:2之間，在至少一個(gè)實(shí)施例中，可以為約1:1。抽吸側(cè)外焊肋14可從抽吸側(cè)焊接構(gòu)件19徑向向外延伸，使得抽吸側(cè)外焊肋14沿徑向向外比壓力側(cè)焊接構(gòu)件17的外表面延伸得更遠(yuǎn)。
[0041]壓力側(cè)外焊肋12可由第一材料形成，壓力側(cè)焊接構(gòu)件17、抽吸側(cè)焊接構(gòu)件19和中間弦構(gòu)件21可由不同于第一材料的第二材料形成。抽吸側(cè)外焊肋14可由第一材料形成，壓力側(cè)焊接構(gòu)件17、抽吸側(cè)焊接構(gòu)件19和中間弦構(gòu)件21可由不同于第一材料的第二材料形成。壓力和抽吸側(cè)外焊肋12、14可由相同材料形成，比如但并不限于IN625。壓力側(cè)焊接構(gòu)件17、抽吸側(cè)焊接構(gòu)件19和中間弦構(gòu)件21可由比如但并不限于IN738的材料形成。
[0042]一個(gè)或多個(gè)中間弦膜冷卻孔53定位在中間弦構(gòu)件21中，具有出口 28和入口 66，出口 28位于中間弦構(gòu)件21的外表面64中，入口 66將膜冷卻孔26與形成內(nèi)部冷卻系統(tǒng)42的空腔44聯(lián)接起來(lái)。如圖5和6所示，中間弦膜冷卻孔53可由復(fù)合角擴(kuò)散膜冷卻孔80形成，其包括具有順下游移動(dòng)而增加的橫截面面積的至少一個(gè)錐形部分56。
[0043]如圖4和12所示，渦輪葉片18在形成壓力和抽吸側(cè)20、22的外表面48和62上、在壓力側(cè)外焊肋12的外表面88、72上(比如壓力側(cè)外焊肋12的倒角壓力側(cè)表面24)、在中間弦構(gòu)件21的外表面76上、在抽吸側(cè)外焊肋14的外表面60、74上、在壓力側(cè)焊接構(gòu)件17的外表面90上以及在抽吸側(cè)焊接構(gòu)件19的外表面94上包括熱障涂層70。熱障涂層70可由用于保護(hù)渦輪葉片18免受存在于渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)的熱氣體路徑中的熱溫度影響的任何適當(dāng)材料形成。
[0044]定位在壓力側(cè)肋12中的壓力側(cè)膜冷卻孔26或中間弦膜冷卻孔53可由一個(gè)或多個(gè)擴(kuò)散冷卻孔形成，如圖5和6所示。擴(kuò)散冷卻孔可由復(fù)合角擴(kuò)散膜冷卻孔80形成，其包括具有增加的橫截面面積的至少一個(gè)錐形部分56。錐形部分56可僅部分地延伸穿過(guò)形成梢部壓力側(cè)外焊肋12或中間弦構(gòu)件21的材料，并可聯(lián)接到一致部分82。復(fù)合角擴(kuò)散膜冷卻孔80可用于增加的冷卻會(huì)聚。例如，如圖4所示，定位在中間弦構(gòu)件21中的中間弦膜冷卻孔53可以與中間弦構(gòu)件21的外表面46成銳角延伸。定位在壓力側(cè)外焊肋12中的壓力側(cè)膜冷卻孔26可沿徑向向外延伸通過(guò)壓力側(cè)外焊肋12。此外，壓力側(cè)膜冷卻孔26以與壓力側(cè)外焊肋12的倒角壓力側(cè)表面24成銳角延伸進(jìn)壓力側(cè)外焊肋12中。在另一實(shí)施例中，壓力側(cè)膜冷卻孔26可大致正交于壓力側(cè)外焊肋12的倒角壓力側(cè)表面24延伸進(jìn)壓力側(cè)外焊肋12中。
[0045]如圖6所示，復(fù)合角擴(kuò)散膜冷卻80的錐形部分56可具有大致卵形橫截面形狀，一致部分82可具有大致一致的直徑。如圖5和6所示，錐形部分56可由與延伸線86成約五度和約15度之間的角度定位的外壁表面84形成，延伸線86從形成一致部分82的壁表面延伸。在一個(gè)實(shí)施例中，錐形部分56可由與延伸線86成約十度定位的外壁表面84形成，延伸線86從形成一致部分82的壁表面延伸。
[0046]渦輪葉片18在正常熱啟動(dòng)期間會(huì)發(fā)生梢部磨損?？赏ㄟ^(guò)重新加工梢部來(lái)維修渦輪葉片18。特別地，維修渦輪葉片的方法可包括通過(guò)移除大致縱長(zhǎng)葉片30上的現(xiàn)存梢部結(jié)構(gòu)來(lái)制備葉片18的梢部16，如圖8所示?？赏ㄟ^(guò)將表面研磨平坦來(lái)制備梢部16。可通過(guò)研磨或其它適當(dāng)方法移除現(xiàn)存梢部結(jié)構(gòu)。在將中間弦構(gòu)件21放置在梢部16上之前，可施加預(yù)焊接過(guò)多熱處理。如圖9所示，可通過(guò)將中間弦構(gòu)件21定位在覆蓋形成內(nèi)部冷卻系統(tǒng)42的至少一個(gè)空腔44的梢部16上來(lái)形成凹槽梢部10?？赏ㄟ^(guò)以比如但并不限于IN625或Hastalloy W的材料將中間弦構(gòu)件21焊接在葉梢16上而將中間弦構(gòu)件21保持到位。中間弦構(gòu)件21可如本文所述構(gòu)造?？赏ㄟ^(guò)焊接使壓力側(cè)焊接構(gòu)件17形成在中間弦構(gòu)件21的上游側(cè)，抽吸側(cè)焊接構(gòu)件19形成在中間弦構(gòu)件21的下游側(cè)。壓力和抽吸側(cè)構(gòu)件17、19可如本文所述而形成。在至少一個(gè)實(shí)施例中，壓力側(cè)焊接構(gòu)件17和抽吸側(cè)焊接構(gòu)件19的徑向外表面可被研磨成與中間弦構(gòu)件21的徑向外表面平齊,如圖9所不。
[0047]如圖10所示，可形成從壓力側(cè)焊接構(gòu)件17徑向向外延伸的壓力側(cè)外焊肋12。壓力側(cè)外焊肋12可徑向向外比抽吸側(cè)焊接構(gòu)件19的外表面延伸得更遠(yuǎn)。壓力側(cè)外焊肋12可由材料(比如但并不限于IN625)的堆焊形成?？尚纬蓮某槲鼈?cè)焊接構(gòu)件19徑向向外延伸的抽吸側(cè)外焊肋14。抽吸側(cè)外焊肋14可徑向向外比壓力側(cè)焊接構(gòu)件17的外表面延伸得更遠(yuǎn)。抽吸側(cè)外焊肋14可由材料(比如但并不限于IN625)的堆焊形成。如圖11所示，倒角壓力側(cè)表面24可形成在壓力側(cè)外焊肋12上，使得壓力側(cè)20的最外角51定位在壓力側(cè)外焊肋12的壓力側(cè)表面50的所有其它方位的下游。
[0048]該方法還可包括將熱障涂層70施加到形成大致縱長(zhǎng)葉片30的壓力和抽吸側(cè)20、22的外表面以及壓力側(cè)焊接構(gòu)件17、抽吸側(cè)焊接構(gòu)件19和中間弦構(gòu)件21的外表面上，如圖12所示。如上所述，可經(jīng)由鉆孔或其它適當(dāng)方法在壓力側(cè)外焊肋12中確立穿過(guò)熱障涂層70的一個(gè)或多個(gè)壓力側(cè)膜冷卻孔26。如上所述，可經(jīng)由鉆孔或其它適當(dāng)方法在中間弦構(gòu)件21中確立穿過(guò)熱障涂層70的一個(gè)或多個(gè)中間弦膜冷卻孔53。
[0049]在使用時(shí)，冷卻流體可進(jìn)入內(nèi)部冷卻系統(tǒng)42。該冷卻流體可進(jìn)入渦輪葉片18梢部16中的膜冷卻孔26中。冷卻流體可經(jīng)由對(duì)流冷卻梢部16，并可通過(guò)經(jīng)由出口 28排出而冷卻凹槽梢部10的各位置。冷卻流體的一部分可在壓力側(cè)外焊肋12的下游收集在凹槽梢部中。
[0050]前述內(nèi)容用于說(shuō)明、解釋和描述本發(fā)明實(shí)施例的目的。在不脫離本發(fā)明的范圍或精神的情況下，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以對(duì)這些實(shí)施例進(jìn)行修改和改裝。
【權(quán)利要求】
1.一種渦輪葉片，包括: 大致縱長(zhǎng)葉片，具有前緣；后緣；位于第一端的凹槽梢部；根部，在大致與所述第一端相對(duì)的第二端處聯(lián)接到葉片，用于支撐所述葉片以及將所述葉片聯(lián)接到盤(pán)；以及內(nèi)部冷卻系統(tǒng)，由定位在所述大致縱長(zhǎng)葉片內(nèi)的至少一個(gè)空腔形成， 其中，所述凹槽梢部由第一梢蓋構(gòu)件和第二梢蓋構(gòu)件形成； 其中，第二梢蓋構(gòu)件由壓力側(cè)焊接構(gòu)件和抽吸側(cè)焊接構(gòu)件形成，并且其中，所述第一梢蓋構(gòu)件由定位在壓力和抽吸側(cè)焊接構(gòu)件之間的中間弦構(gòu)件形成； 其中，所述中間弦構(gòu)件包括上游接觸表面和下游接觸表面，所述上游接觸表面與所述大致縱長(zhǎng)葉片的縱軸不正交且不平行，使得上游接觸表面的最內(nèi)角比上游接觸表面的最外角在上游方向上延伸得更遠(yuǎn)，所述下游接觸表面與所述大致縱長(zhǎng)葉片的縱軸不正交且不平行，使得所述下游接觸表面的最內(nèi)角比所述下游接觸表面的最外角在下游方向上延伸得更遠(yuǎn); 其中，所述壓力側(cè)焊接構(gòu)件具有下游接觸表面，所述下游接觸表面與所述大致縱長(zhǎng)葉片的縱軸不正交且不平行，使得下游接觸表面的最外角比所述下游接觸表面的最內(nèi)角在下游方向上延伸得更遠(yuǎn)；以及 其中，所述抽吸側(cè)焊接構(gòu)件具有上游接觸表面，所述上游接觸表面與所述大致縱長(zhǎng)葉片的縱軸不正交且不平行，使得上游接觸表面的最外角比所述上游接觸表面的最內(nèi)角在上游方向上延伸得更遠(yuǎn)。
2.如權(quán)利要求1所述的渦輪葉片，其中，所述中間弦構(gòu)件在最內(nèi)角處焊接到所述大致縱長(zhǎng)葉片。
3.如權(quán)利要求1所述的渦輪葉片，還包括壓力側(cè)外焊肋，所述壓力側(cè)外焊肋從所述壓力側(cè)焊接構(gòu)件徑向向外延伸，使得所述壓力側(cè)外焊肋沿徑向向外比所述抽吸側(cè)焊接構(gòu)件的外表面延伸得更遠(yuǎn)。
4.如權(quán)利要求3所述的渦輪葉片，其中，所述壓力側(cè)外焊肋具有倒角壓力側(cè)表面，使得所述壓力側(cè)的最外角定位在所述壓力側(cè)外焊肋的壓力側(cè)表面的所有其它方位的下游。
5.如權(quán)利要求4所述的渦輪葉片，其中，所述倒角壓力側(cè)表面在所述壓力側(cè)外焊肋的整個(gè)下游側(cè)范圍內(nèi)延伸。
6.如權(quán)利要求4所述的渦輪葉片，還包括定位在所述壓力側(cè)外焊肋中的至少一個(gè)壓力側(cè)膜冷卻孔，所述至少一個(gè)壓力側(cè)膜冷卻孔具有出口和入口，所述出口位于所述壓力側(cè)外焊肋的倒角壓力側(cè)表面中，所述入口將所述至少一個(gè)壓力側(cè)膜冷卻孔與形成所述內(nèi)部冷卻系統(tǒng)的至少一個(gè)空腔聯(lián)接起來(lái)。
7.如權(quán)利要求3所述的渦輪葉片，其中，所述壓力側(cè)外焊肋由第一材料形成，所述壓力側(cè)焊接構(gòu)件、所述抽吸側(cè)焊接構(gòu)件和所述中間弦構(gòu)件由不同于所述第一材料的第二材料形成。
8.如權(quán)利要求1所述的渦輪葉片，還包括至少一個(gè)中間弦膜冷卻孔，所述至少一個(gè)中間弦膜冷卻孔定位在所述中間弦構(gòu)件中，具有出口和入口，所述出口位于所述中間弦構(gòu)件的外表面中，所述入口將所述至少一個(gè)中間弦膜冷卻孔與形成所述內(nèi)部冷卻系統(tǒng)的至少一個(gè)空腔聯(lián)接起來(lái)。
9.如權(quán)利要求1所述的渦輪葉片，還包括抽吸側(cè)外焊肋，所述抽吸側(cè)外焊肋從所述抽吸側(cè)焊接構(gòu)件徑向向外延伸，使得所述抽吸側(cè)外焊肋沿徑向向外比所述壓力側(cè)焊接構(gòu)件的外表面延伸得更遠(yuǎn)。
10.如權(quán)利要求9所述的渦輪葉片，其中，所述抽吸側(cè)外焊肋具有外側(cè)表面，所述外側(cè)表面與所述大致縱長(zhǎng)葉片的形成抽吸側(cè)的外表面對(duì)齊。
11.如權(quán)利要求9所述的渦輪葉片，其中，所述抽吸側(cè)外焊肋由第一材料形成，所述壓力側(cè)焊接構(gòu)件、所述抽吸側(cè)焊接構(gòu)件和所述中間弦構(gòu)件由不同于所述第一材料的第二材料形成。
12.如權(quán)利要求9所述的渦輪葉片，其中，所述壓力側(cè)外焊肋具有外側(cè)表面，所述外側(cè)表面與所述大致縱長(zhǎng)葉片的形成壓力側(cè)的外表面對(duì)齊。
13.如權(quán)利要求1所述的渦輪葉片，還包括熱障涂層，所述熱障涂層位于形成所述大致縱長(zhǎng)葉片的壓力和抽吸側(cè)的外表面上以及所述壓力側(cè)焊接構(gòu)件、所述抽吸側(cè)焊接構(gòu)件和所述中間弦構(gòu)件的外表面上。
14.一種渦輪葉片,包括: 大致縱長(zhǎng)葉片，具有前緣；后緣；位于第一端的凹槽梢部；根部，在大致與所述第一端相對(duì)的第二端處聯(lián)接到葉片，用于支撐所述葉片以及將所述葉片聯(lián)接到盤(pán)；以及內(nèi)部冷卻系統(tǒng)，由定位在所述大致縱長(zhǎng)葉片內(nèi)的至少一個(gè)空腔形成， 其中，所述凹槽梢部由第一梢蓋構(gòu)件和第二梢蓋構(gòu)件形成； 其中，第二梢蓋構(gòu)件由壓力側(cè)焊接構(gòu)件和抽吸側(cè)焊接構(gòu)件形成，并且其中，所述第一梢蓋構(gòu)件由定位在壓力和抽吸側(cè)焊接構(gòu)件之間的中間弦構(gòu)件形成； 其中，所述中間弦構(gòu)件包括上游接觸表面和下游接觸表面，所述上游接觸表面與所述大致縱長(zhǎng)葉片的縱軸不正交且不平行，使得上游接觸表面的最內(nèi)角比上游接觸表面的最外角在上游方向上延伸得更遠(yuǎn)，所述下游接觸表面與所述大致縱長(zhǎng)葉片的縱軸不正交且不平行，使得所述下游接觸表面的最內(nèi)角比所述下游接觸表面的最外角在下游方向上延伸得更遠(yuǎn)； 其中，所述壓力側(cè)焊接構(gòu)件具有下游接觸表面，所述下游接觸表面與所述大致縱長(zhǎng)葉片的縱軸不正交且不平行，使得下游接觸表面的最外角比所述下游接觸表面的最內(nèi)角在下游方向上延伸得更遠(yuǎn)； 其中，所述抽吸側(cè)焊接構(gòu)件具有上游接觸表面，所述上游接觸表面與所述大致縱長(zhǎng)葉片的縱軸不正交且不平行，使得上游接觸表面的最外角比所述上游接觸表面的最內(nèi)角在上游方向上延伸得更遠(yuǎn)； 壓力側(cè)外焊肋，從所述壓力側(cè)焊接構(gòu)件徑向向外延伸，使得所述壓力側(cè)外焊肋沿徑向向外比所述抽吸側(cè)焊接構(gòu)件的外表面延伸得更遠(yuǎn)； 至少一個(gè)壓力側(cè)膜冷卻孔，定位在所述壓力側(cè)外焊肋中，具有出口和入口，所述出口位于所述壓力側(cè)外焊肋的外表面中，所述入口將所述至少一個(gè)壓力側(cè)膜冷卻孔與形成所述內(nèi)部冷卻系統(tǒng)的至少一個(gè)空腔聯(lián)接起來(lái)； 至少一個(gè)中間弦膜冷卻孔，定位在所述中間弦構(gòu)件中，具有出口和入口，所述出口位于所述中間弦構(gòu)件的外表面中，所述入口將所述至少一個(gè)中間弦膜冷卻孔與形成所述內(nèi)部冷卻系統(tǒng)的至少一個(gè)空腔聯(lián)接起來(lái)； 抽吸側(cè)外焊肋，從所述抽吸側(cè)焊接構(gòu)件徑向向外延伸，使得所述抽吸側(cè)外焊肋沿徑向向外比所述壓力側(cè)焊接構(gòu)件的外表面延伸得更遠(yuǎn)； 其中，所述壓力側(cè)外焊肋由第一材料形成，所述壓力側(cè)焊接構(gòu)件、所述抽吸側(cè)焊接構(gòu)件和所述中間弦構(gòu)件由不同于所述第一材料的第二材料形成；以及 其中，所述抽吸側(cè)外焊肋由第一材料形成，所述壓力側(cè)焊接構(gòu)件、所述抽吸側(cè)焊接構(gòu)件和所述中間弦構(gòu)件由不同于所述第一材料的第二材料形成。
15.如權(quán)利要求14所述的渦輪葉片，其中，所述中間弦構(gòu)件在最內(nèi)角處焊接到所述大致縱長(zhǎng)葉片。
16.如權(quán)利要求15所述的渦輪葉片，其中，所述壓力側(cè)外焊肋具有倒角壓力側(cè)表面，使得所述壓力側(cè)的最外角定位在所述壓力側(cè)外焊肋的壓力側(cè)表面的所有其它方位的下游。
17.如權(quán)利要求16所述的渦輪葉片，其中，所述倒角壓力側(cè)表面在所述壓力側(cè)外焊肋的整個(gè)上游側(cè)范圍內(nèi)延伸。
18.如權(quán)利要求14所述的渦輪葉片，還包括熱障涂層，所述熱障涂層位于形成所述大致縱長(zhǎng)葉片的壓力和抽吸側(cè)的外表面上以及所述壓力側(cè)焊接構(gòu)件、所述壓力側(cè)外焊肋、所述抽吸側(cè)焊接構(gòu)件、所述抽吸側(cè)外焊肋和所述中間弦構(gòu)件的外表面上。
19.一種維修渦輪葉片的方法，包括: 通過(guò)移除大致縱長(zhǎng)葉片上的現(xiàn)存梢部結(jié)構(gòu)來(lái)制備葉梢，所述大致縱長(zhǎng)葉片具有前緣；后緣；位于第一端的梢部；根部，在大致與所述第一端相對(duì)的第二端處聯(lián)接到葉片，用于支撐所述葉片以及將所述葉片聯(lián)接到盤(pán)；以及內(nèi)部冷卻系統(tǒng)，由定位在所述大致縱長(zhǎng)葉片內(nèi)的至少一個(gè)空腔形成； 通過(guò)將中間弦構(gòu)件定位在覆蓋形成所述內(nèi)部冷卻系統(tǒng)的至少一個(gè)空腔的梢部上形成凹槽梢部，其中，所述中間弦構(gòu)件包括錐形上游接觸表面和錐形下游接觸表面，所述錐形上游接觸表面與所述大致縱長(zhǎng)葉片的縱軸不正交且不平行，使得上游接觸表面的最內(nèi)角比上游接觸表面的最外角在上游方向上延伸得更遠(yuǎn)，所述錐形下游接觸表面與所述大致縱長(zhǎng)葉片的縱軸不正交且不平行，使得下游接觸表面的最內(nèi)角比下游接觸表面的最外角在下游方向上延伸得更遠(yuǎn)； 通過(guò)焊接在所述中間弦構(gòu)件的上游側(cè)形成壓力側(cè)焊接構(gòu)件，在所述中間弦構(gòu)件的下游側(cè)形成抽吸側(cè)焊接構(gòu)件，其中，所述壓力側(cè)焊接構(gòu)件具有下游接觸表面，所述下游接觸表面與所述大致縱長(zhǎng)葉片的縱軸不正交且不平行，使得下游接觸表面的最外角比所述下游接觸表面的最內(nèi)角在下游方向上延伸得更遠(yuǎn)，并且其中，所述抽吸側(cè)焊接構(gòu)件具有上游接觸表面，所述上游接觸表面與所述大致縱長(zhǎng)葉片的縱軸不正交且不平行，使得上游接觸表面的最外角比所述上游接觸表面的最內(nèi)角在上游方向上延伸得更遠(yuǎn)； 形成從所述壓力側(cè)焊接構(gòu)件徑向向外延伸的壓力側(cè)外焊肋，使得所述壓力側(cè)外焊肋沿徑向向外比所述抽吸偵彳焊接構(gòu)件的外表面延伸得更遠(yuǎn)；以及 形成從所述抽吸側(cè)焊接構(gòu)件徑向向外延伸的抽吸側(cè)外焊肋，使得所述抽吸側(cè)外焊肋沿徑向向外比所述壓力側(cè)焊接構(gòu)件的外表面延伸得更遠(yuǎn)， 在所述壓力側(cè)外焊肋上形成倒角壓力側(cè)表面，使得所述壓力側(cè)的最外角定位在所述壓力側(cè)外焊肋的壓力側(cè)表面的所有其它方位的下游。
20.如權(quán)利要求19所述的方法，還包括: 將熱障涂層施加到形成所述大致縱長(zhǎng)葉片的壓力和抽吸側(cè)的外表面上以及所述壓力側(cè)焊接構(gòu)件、所述抽吸側(cè)焊接構(gòu)件和所述中間弦構(gòu)件的外表面上； 穿過(guò)所述熱障涂層確立定位在所述壓力側(cè)外焊肋中的至少一個(gè)壓力側(cè)膜冷卻孔，所述至少一個(gè)壓力側(cè)膜冷卻孔具有出口和入口，所述出口位于所述壓力側(cè)外焊肋的外表面中，所述入口將所述至少一個(gè)壓力側(cè)膜冷卻孔與形成所述內(nèi)部冷卻系統(tǒng)的至少一個(gè)空腔聯(lián)接起來(lái)；以及 穿過(guò)所述熱障涂層確立定位在所述中間弦構(gòu)件中的至少一個(gè)中間弦膜冷卻孔，所述至少一個(gè)中間弦膜冷卻孔具有出口和入口，所述出口位于所述中間弦構(gòu)件的外表面中，所述入口將所述至少一個(gè)中間弦膜冷卻孔與形成所述內(nèi)部冷卻系統(tǒng)的至少一個(gè)空腔聯(lián)接起來(lái)。
【文檔編號(hào)】F01D5/00GK104271885SQ201380022480
【公開(kāi)日】2015年1月7日 申請(qǐng)日期:2013年5月7日 優(yōu)先權(quán)日:2012年5月9日
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