專利名稱：在翼型葉片上形成冷卻孔的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于在設(shè)置于渦輪機(jī)的熱氣通道中的翼型上形成冷卻孔的方法，具體地說(shuō)，本發(fā)明涉及一種利用水流從翼型內(nèi)形成穿過(guò)翼型壁的傾斜冷卻孔的方法。
背景技術(shù)：
用于渦輪機(jī)熱氣通道中的翼型氣膜冷卻要求形成穿過(guò)翼型壁的冷卻孔。較高的燃?xì)廨啓C(jī)效率和較高的燃燒和工作溫度需要進(jìn)行氣膜冷卻，以便將冷卻介質(zhì)例如空氣引導(dǎo)到作為常規(guī)過(guò)熱部位或翼型使用壽命限制區(qū)域的翼型區(qū)域上。假如孔是傾斜的以便使常規(guī)過(guò)熱部位處于孔的視線范圍內(nèi)，就可對(duì)沿翼型表面例如前緣和倒角以及沿倒角附近的后緣的常規(guī)過(guò)熱部位進(jìn)行冷卻。因此，需要形成定向的或傾斜的冷卻孔來(lái)對(duì)這些區(qū)域進(jìn)行氣膜冷卻。
在現(xiàn)有技術(shù)中，在翼型上形成冷卻孔的方法包括采用設(shè)置在翼型內(nèi)的EDM來(lái)從翼型的內(nèi)部形成孔。也可采用水流來(lái)形成冷卻孔，水流從翼型的外部射向翼型內(nèi)部。但是，特別是在噴嘴的情況下，由于噴水裝置的實(shí)際外形限制和結(jié)構(gòu)，水流不能預(yù)先形成急劇傾斜的孔。也就是，在試圖從噴嘴外部形成穿過(guò)翼型的急劇傾斜的孔時(shí)，噴嘴部分例如內(nèi)和外環(huán)帶部分與噴水裝置相互干涉。具體地說(shuō)，內(nèi)和外環(huán)帶部分與噴水裝置的位置發(fā)生干涉，并妨礙了利用水流從噴嘴外到噴嘴內(nèi)形成孔。因此，就需要提供一種利用水流法而在渦輪機(jī)翼型中形成視線所不能及的冷卻孔的方法。

發(fā)明內(nèi)容根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，設(shè)有水流噴頭，該水流噴頭可通過(guò)穿過(guò)翼型一個(gè)端部的開口而被容納以便將噴嘴定位在翼型內(nèi)，從而從噴嘴噴出的水流可在整個(gè)翼型壁上形成傾斜孔。因此，為了在翼型壁上形成傾斜冷卻孔，水流噴頭穿過(guò)端部開口而設(shè)置在翼型的內(nèi)腔中。水流以一定的角度傾斜地噴出，從而在翼型相對(duì)的另一端部附近形成傾斜孔。在具有內(nèi)和外環(huán)帶的噴嘴的情況下，水流噴頭沿翼型壁的內(nèi)部布置，從而使從噴頭噴出的水流與噴嘴的一個(gè)環(huán)帶部分形成視線所不能及的相交。視線所不能及就意味著，出于噴水裝置的實(shí)際外形限制和結(jié)構(gòu)以及噴嘴的結(jié)構(gòu)的原因，從翼型的外部不能形成直接沿視線方向的穿過(guò)翼型的傾斜孔。為了使噴嘴環(huán)帶部分免于受形成和穿過(guò)所形成的孔的水流的切割，使用防護(hù)裝置例如板來(lái)作為承受水流沖擊的擋板。
因此，該裝置可防止水流沿孔軸線切割環(huán)帶部分。為了在噴嘴的相對(duì)端部附近形成傾斜冷卻氣膜孔，噴頭從與待形成的孔所穿過(guò)的翼型的端部相對(duì)的翼型端部開口穿過(guò)。噴頭引導(dǎo)從水流噴頭噴出的水流沿與其它噴嘴環(huán)帶的一部分相交的視線所不能及的方向形成傾斜孔。利用防護(hù)裝置可使其它環(huán)帶部分免受水流的切割。因此，采用本發(fā)明的方法，利用水流技術(shù)可形成穿過(guò)翼型壁的傾斜孔，其中，孔從翼型的外部是視線所不能及的。
在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例中，提供一種在渦輪機(jī)翼型上形成孔的方法，其中，翼型具有確定翼型形狀的壁和通過(guò)翼型一個(gè)端部上的開口就可進(jìn)入的內(nèi)腔，所述的方法包括以下的步驟將水流噴頭通過(guò)一個(gè)端部開口設(shè)置在翼型內(nèi)腔中的一個(gè)位置上，引導(dǎo)噴頭噴出的水流切割出一個(gè)或多個(gè)穿過(guò)翼型的至少一個(gè)壁的孔。
在本發(fā)明的另一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，提供一種在具有翼型的渦輪機(jī)噴嘴上形成孔的方法，其中，翼型具有確定翼型形狀的壁、通過(guò)翼型一個(gè)端部上的開口就可進(jìn)入的內(nèi)腔和從翼型的兩個(gè)相對(duì)端部處橫向延伸的內(nèi)和外環(huán)帶部分，所述的方法包括以下的步驟將水流噴頭通過(guò)一個(gè)端部開口設(shè)置在翼型內(nèi)腔中的一個(gè)位置上，引導(dǎo)噴頭噴出的水流沿與一個(gè)環(huán)帶部分相交的視線方向切割出一個(gè)或多個(gè)穿過(guò)翼型的至少一個(gè)壁的孔。

圖1是從外環(huán)帶的頂側(cè)所視的渦輪噴嘴的透視圖，其示出了用于在噴嘴翼型中形成傾斜冷卻孔的設(shè)置在噴嘴內(nèi)的水流噴頭；圖2是從內(nèi)環(huán)帶的下側(cè)所視的噴嘴的透視圖；圖3是位于翼型中的水流噴頭的示意圖，其示出了用于形成孔的水流流向以及內(nèi)環(huán)帶防護(hù)裝置；圖4的放大示意圖示出了用于形成穿過(guò)翼型壁的傾斜孔的噴頭，同時(shí)水流沖擊防護(hù)裝置。
具體實(shí)施方式下面參見附圖，如圖1所示，其示出了設(shè)置在燃?xì)廨啓C(jī)熱氣流通路中的噴嘴10。噴嘴10包括相應(yīng)地在內(nèi)環(huán)帶14和外環(huán)帶16之間延伸的翼型12。可以理解，噴嘴10構(gòu)成沿周向排列以形成一級(jí)渦輪的一部分的多個(gè)噴嘴中的一個(gè)。如前所述，噴嘴的氣膜冷卻是通過(guò)在翼型壁上所形成的多個(gè)孔或開口引導(dǎo)噴嘴中的冷卻氣流經(jīng)過(guò)孔或開口以便對(duì)噴嘴中的常規(guī)過(guò)熱部位進(jìn)行冷卻來(lái)實(shí)現(xiàn)的。
如圖1所示，多個(gè)孔18、20和22分別沿前緣、翼型的側(cè)面中部和后緣分布?？梢岳斫?，在使用時(shí)，一些孔傾斜地將冷卻氣流引導(dǎo)到相鄰表面例如內(nèi)或外環(huán)帶或噴嘴的倒角區(qū)域?？椎膬A角通常妨礙了通過(guò)外部設(shè)備形成視線所不能及的孔。
根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，提供一種具有水流噴頭26的噴水裝置27，水流噴頭26設(shè)置在噴嘴10的內(nèi)部，具體地說(shuō)是設(shè)置在噴嘴10的翼型12內(nèi)。噴水裝置27可以是由位于South Carolina州Clover的Huffman公司制造和銷售的那種。通常，普通的水流在高壓例如15000-ll0000psi的高壓條件下可形成細(xì)的水流。對(duì)于本發(fā)明，水與磨料例如金剛砂或氧化鋁混合以便于切割翼型的金屬壁。
如圖1和2所示，噴嘴10包括一個(gè)或多個(gè)分別穿過(guò)翼型12的兩個(gè)相對(duì)端部的開口25和29，在使用時(shí)，冷卻空氣通過(guò)開口進(jìn)入和排出。水流噴頭26設(shè)置得穿過(guò)這些開口中的一個(gè)并容納在翼型的內(nèi)腔31(圖3)中。噴頭26設(shè)置成將水流射向翼型壁的內(nèi)表面。水流壓力與磨料一起切割出穿過(guò)噴嘴金屬壁的孔。如圖所示，最好設(shè)有多個(gè)孔18、20和22將冷卻空氣引導(dǎo)到噴嘴的其它表面上，例如，內(nèi)和外環(huán)帶14和16以及倒角28。因此，水流必須將孔形成適當(dāng)?shù)慕嵌纫允估鋮s空氣可有效地冷卻噴嘴的相鄰常規(guī)過(guò)熱部位。由于需要使氣流流動(dòng)到這些常規(guī)過(guò)熱部位或沿著這些區(qū)域流動(dòng)，因此，需要孔是傾斜的。但是，孔的傾角使得采用傳統(tǒng)的加工方法不能使視線從翼型的外側(cè)進(jìn)入翼型12。通過(guò)采用具有設(shè)置在翼型內(nèi)腔中的水流噴頭的噴水裝置，就可通過(guò)切割的方式沿視線所不能及的方向，也就是沿水流與流經(jīng)孔的冷卻空氣所要冷卻的表面相交的方向形成孔。因此，噴頭可從噴嘴內(nèi)部沿視線所不能及的方向指向而形成傾斜的孔。
為了避免水流直接沿從噴頭噴出并穿過(guò)所形成的孔的水流的視線方向損壞或破壞噴嘴部分，例如內(nèi)和外環(huán)帶，采用擋板或防護(hù)裝置30來(lái)保護(hù)將受水流沖擊的噴嘴部分。如圖3和4所示，擋板30可包括臨時(shí)固定到噴嘴的一部分也就是外或內(nèi)環(huán)帶上的防護(hù)板，以便在水流穿過(guò)噴嘴壁進(jìn)行切割而形成所需傾角的孔時(shí)接受、偏轉(zhuǎn)和/或吸收水流的沖擊。擋板30可由堅(jiān)硬的材料制成，例如可持久和重復(fù)使用的硬質(zhì)合金。另外，擋板30也可由一次性使用的金屬/塑料材料或在使用時(shí)間內(nèi)將衰減并具有預(yù)定使用次數(shù)的材料制成。擋板30的形狀可設(shè)置成在切割孔的過(guò)程中可從噴嘴和環(huán)帶的周圍穿過(guò)以便臨時(shí)固定到噴嘴上，或者可夾緊到噴嘴或噴嘴附近的輔助固定件上?？刹捎酶鞣N裝置例如擋板30來(lái)使水流減慢。例如，可在防護(hù)板上設(shè)置未示出的套筒，從而在水流沖擊防護(hù)板之前來(lái)消耗水流的一部分能量。
可以理解，對(duì)于小直徑的孔或口18、20和22，水流必須穿過(guò)壁面的金屬材料噴出。對(duì)于大直徑的孔或口，在形成初始開口之后，可采用水流進(jìn)行切割，也就是限定孔或口周圍的邊界來(lái)將孔或口擴(kuò)大到所需的直徑或形狀。而且，可形成所需的各種結(jié)構(gòu)形狀的孔。例如，在噴水裝置的能力范圍內(nèi)，孔可以是環(huán)形、橢圓形、圓形或錐形或其它任何的結(jié)構(gòu)形狀。
盡管上面已結(jié)合被認(rèn)為是最實(shí)用和優(yōu)選的實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了描述，但應(yīng)當(dāng)理解，這并不是要將本發(fā)明局限在所述的實(shí)施方式中，正相反，這是為了能夠涵蓋所有符合本發(fā)明所附權(quán)利要求書所限定技術(shù)方案的宗旨和范圍的各種變型和等效結(jié)構(gòu)。
權(quán)利要求
1.一種在渦輪機(jī)中使用的翼型(12)上形成孔(18、20、22)的方法，其中，翼型具有確定翼型形狀的壁和通過(guò)翼型一個(gè)端部上的開口(25)就可進(jìn)入的內(nèi)腔，所述的方法包括以下的步驟將水流噴頭(26)通過(guò)一個(gè)端部開口設(shè)置在翼型內(nèi)腔中的一個(gè)位置上；和引導(dǎo)從所述噴頭噴出的水流而切割出一個(gè)或多個(gè)穿過(guò)翼型的至少一個(gè)壁的孔(18、20、22)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其包括將水流射向翼型的內(nèi)壁部分而形成一個(gè)或多個(gè)相對(duì)于翼型表面以一定角度傾斜且穿過(guò)壁的孔。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，翼型內(nèi)腔通過(guò)位于翼型的一個(gè)相對(duì)端部處的開口(29)可進(jìn)入，且包括將水流噴頭通過(guò)該相對(duì)端部開口而設(shè)置在翼型內(nèi)腔中的一個(gè)位置上，并引導(dǎo)水流切割出一個(gè)或多個(gè)穿過(guò)翼型壁的另外的孔。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其包括將水流射向翼型的內(nèi)壁部分而形成相對(duì)于翼型表面以一定角度傾斜且穿過(guò)壁的孔。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其包括引導(dǎo)從穿過(guò)翼型一個(gè)端部處的開口(25)設(shè)置的噴頭噴出的水流射向翼型的內(nèi)壁部分，從而形成穿過(guò)該壁并朝翼型的一個(gè)相對(duì)端部?jī)A斜的孔，和引導(dǎo)從穿過(guò)所述相對(duì)端部處的開口(29)設(shè)置的噴頭噴出的水流射向翼型的其它內(nèi)壁部分，從而形成穿過(guò)該壁并朝翼型的所述一個(gè)端部?jī)A斜的孔。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其包括引導(dǎo)水流沿靠近翼型前緣的翼型的至少一側(cè)切割出一個(gè)或多個(gè)孔(18)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其包括引導(dǎo)水流沿靠近翼型后緣的翼型的至少一側(cè)切割出一個(gè)或多個(gè)孔(22)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其包括將防護(hù)裝置(30)設(shè)置在翼型的外部，從而形成穿過(guò)所形成的孔或多個(gè)孔射出的水流的擋板。
9.一種在具有翼型的渦輪機(jī)噴嘴上形成孔的方法，其中，翼型具有確定翼型形狀的壁、通過(guò)翼型一個(gè)端部上的開口就可進(jìn)入的內(nèi)腔(31)和從翼型的兩個(gè)相對(duì)端部處橫向延伸的內(nèi)和外環(huán)帶部分(14、16)，所述的方法包括以下的步驟將水流噴頭(26)通過(guò)一個(gè)端部開口而設(shè)置在翼型內(nèi)腔中的一個(gè)位置上；和引導(dǎo)從噴頭噴出的水流而沿與一個(gè)環(huán)帶部分相交的視線方向形成一個(gè)或多個(gè)穿過(guò)翼型的至少一個(gè)壁的孔(18、20、22)。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其包括引導(dǎo)從穿過(guò)所述一個(gè)端部處的開口(25)設(shè)置的噴頭(26)噴出的水流射向翼型的內(nèi)壁部分，從而形成穿過(guò)該壁部分并朝翼型和環(huán)帶部分的一個(gè)相對(duì)端部(29)傾斜的孔，和引導(dǎo)從穿過(guò)所述相對(duì)端部處的開口設(shè)置的噴頭噴出的水流射向翼型的其它內(nèi)壁部分，從而形成穿過(guò)該壁并朝翼型和相對(duì)的環(huán)帶部分的一個(gè)端部?jī)A斜的孔。
全文摘要
在視線從噴嘴外部位置受到阻礙或妨礙而不能到達(dá)噴嘴的情況下，本發(fā)明可從翼型內(nèi)部到外部形成用于渦輪機(jī)熱氣通道的翼型(12)的孔(18、20、22)。水流噴頭(26)設(shè)置在翼型內(nèi)腔中并以所需的傾角傾斜，利用水流和包含在水流中的磨料就可切割出穿過(guò)翼型壁的傾斜孔(18)。在噴嘴的外側(cè)設(shè)有防護(hù)裝置例如擋板或防護(hù)裝置(30)，以免在沒(méi)有防護(hù)裝置的情況下水流會(huì)沖擊而損壞噴嘴的其它部分。
文檔編號(hào)F01D5/18GK1497128SQ200310100748
公開日2004年5月19日 申請(qǐng)日期2003年10月8日 優(yōu)先權(quán)日2003年10月8日
發(fā)明者G·貢, R·H·迪瓦恩, G 貢, 迪瓦恩 申請(qǐng)人:通用電氣公司