包括裂縫抑制系統(tǒng)和方法的渦輪的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及包括裂縫抑制系統(tǒng)和方法的渦輪機，具體而言，一種渦輪機包括由具有第一熱膨脹系數(shù)的材料形成的構件。該構件包括裂縫。在該構件中提供了裂縫抑制系統(tǒng)。該裂縫抑制系統(tǒng)包括提供在裂縫處的至少一個裂縫抑制元件。該至少一個裂縫抑制元件具有不同于第一熱膨脹系數(shù)的第二熱膨脹系數(shù)。該至少一個裂縫抑制元件構造且設置成在裂縫處在構件上施加壓縮力以充分地抑制裂縫擴展。
【專利說明】包括裂縫抑制系統(tǒng)和方法的渦輪機
【技術領域】
[0001]本文公開的主題涉及渦輪機領域，且更具體地涉及具有裂縫抑制系統(tǒng)的渦輪機以及抑制形成于渦輪機構件中的裂縫的方法。
【背景技術】
[0002]許多渦輪機包括通過公共的壓縮機/渦輪軸或轉子連接至渦輪部分的壓縮機部分及燃燒器組件。該壓縮機部分引導壓縮空氣流穿過多個連續(xù)的級流向燃燒器組件。在燃燒器組件中，壓縮空氣流與燃料混合以形成可燃混合物。該可燃混合物在燃燒器組件中燃燒以形成熱氣體。該熱氣體穿過過渡件被引導至渦輪部分。該熱氣體通過渦輪部分膨脹，使渦輪葉片旋轉以產生功，功被輸出以例如驅動發(fā)電機、泵或為車輛提供動力。除了提供用于燃燒的壓縮空氣外，一部分壓縮空氣流為了冷卻目的而經(jīng)過渦輪部分。一般地，該壓縮機部分包括壓縮機殼，而渦輪部分包括渦輪殼。在正常使用期間，裂縫可產生于壓縮機殼和渦輪殼中的一個、另一個或兩者中。裂縫也可產生于渦輪機的其他部分中。

【發(fā)明內容】

[0003]根據(jù)示例性實施例的一個方面，一種渦輪機包括由具有第一熱膨脹系數(shù)的材料形成的構件。該構件包括裂縫。在該構件中提供了裂縫抑制系統(tǒng)。該裂縫抑制系統(tǒng)包括提供在裂縫處的至少一個裂縫抑制元件。該至少一個裂縫抑制元件具有不同于第一熱膨脹系數(shù)的第二熱膨脹系數(shù)。該至少一個裂縫抑制元件構造且設置成在裂縫處在構件上施加壓縮力以充分地抑制裂縫擴展。
[0004]根據(jù)一個方面，至少一個裂縫抑制元件包括定位在裂縫的一側上的第一裂縫抑制元件和定位在裂縫的第二、相對側上的第二裂縫抑制元件。
[0005]根據(jù)一個方面，第一裂縫抑制元件包括插入構件中的第一栓塞，而第二裂縫抑制元件包括插入構件中的第二栓塞。
[0006]根據(jù)一個方面，第一和第二栓塞的每一個均包括大致圓形的截面。
[0007]根據(jù)一個方面，至少一個裂縫抑制元件由形狀記憶合金形成。
[0008]根據(jù)一個方面，形狀記憶合金包括鎳鈦諾。
[0009]根據(jù)一個方面，第二熱膨脹系數(shù)大于第一熱膨脹系數(shù)。
[0010]根據(jù)一個方面，構件包括渦輪機組件的部分。
[0011 ] 根據(jù)一個方面，渦輪機組件的部分包括支柱構件。
[0012]根據(jù)示例性實施例的另一個方面，一種抑制在渦輪機構件中形成的裂縫的方法包括鄰近裂縫將至少一個裂縫抑制元件固定至渦輪機構件，且鄰近裂縫通過該至少一個裂縫抑制元件向該渦輪機構件施加壓縮力，以充分地抑制裂縫擴展。
[0013]根據(jù)一個方面，將至少一個裂縫抑制元件固定至渦輪機構件包括，在裂縫的一側上將第一栓塞安裝到渦輪機構件中，且在第二相對側上將第二栓塞安裝到渦輪機構件中。
[0014]根據(jù)一個方面，將第一和第二栓塞安裝到渦輪機構件中包括，鄰近裂縫的前緣將第一和第二栓塞定位在渦輪機構件中。
[0015]根據(jù)一個方面，鄰近裂縫的前緣將第一和第二栓塞定位在渦輪機構件中包括，超出裂縫的前緣將第一和第二栓塞安裝在渦輪機構件中。
[0016]根據(jù)一個方面，將第一和第二栓塞安裝到潤輪機構件中包括，將第一和第二栓塞安裝到渦輪機組件的部分中。
[0017]根據(jù)一個方面，將第一和第二栓塞安裝到渦輪機組件的部分中包括，將第一和第二栓塞安裝到支柱構件中。
[0018]根據(jù)一個方面，向渦輪機構件施加壓縮力包括，使第一和第二栓塞熱學地膨脹。
[0019]根據(jù)一個方面，使第一和第二栓塞熱學地膨脹包括，加熱由形狀記憶合金形成的
第一和第二栓塞。
[0020]根據(jù)一個方面，加熱由形狀記憶合金形成的第一和第二栓塞包括，加熱由鎳鈦諾形成的第一和第二栓塞。
[0021]結合附圖，這些和其他優(yōu)點和特征將由以下描述變得更顯而易見。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0022]被認為是本發(fā)明的主題在說明書所附的權利要求中被具體地指出且明確地要求保護。結合附圖，本發(fā)明的前述和其他的特征和優(yōu)點由以下詳細描述而顯而易見，其中:
圖1是包括根據(jù)示例性實施例的裂縫抑制系統(tǒng)的渦輪機的部分的局部透視圖；
圖2是圖1的渦輪機的支柱部分的局部平面圖，其包括由示例性實施例的裂縫抑制系統(tǒng)的裂縫抑制元件支撐的裂縫；以及
圖3是圖2的裂縫抑制元件的透視圖。
[0023]通過參考附圖的示例，該詳細描述解釋了本發(fā)明的實施例以及優(yōu)點和特征。
[0024]部件列表:
2 渦輪機
4 殼組件6 第一殼構件8 第二殼構件12支柱構件18第一交界區(qū)20第二交界區(qū)22第三交界區(qū)24第四交界區(qū)30第一半徑部分32第二半徑部分34第三半徑部分36第四半徑部分50裂縫53 第一端55 第二端70裂縫抑制系統(tǒng)80第一裂縫抑制元件84第二裂縫抑制元件90第一栓塞94第二栓塞100主體104第一端部分105第二端部分107中間部分。
【具體實施方式】
[0025]根據(jù)示例性實施例的渦輪機在圖1中總體以2標示。渦輪機2包括形成渦輪部分的一部分(未單獨標注)的殼組件4。殼組件4包括通過支柱構件12可操作地連接至第二殼構件8的第一殼構件6。支柱構件12通過第一交界區(qū)18和第二交界區(qū)20連接至第一殼構件6。支柱構件12通過第三交界區(qū)22和第四交界區(qū)24連接至第二殼構件8。第一交界區(qū)18包括第一半徑部分30。第二交界區(qū)20包括第二半徑部分32。第三交界區(qū)22包括第三半徑部分34，且第四交界區(qū)24包括第四半徑部分36。殼組件4由具有第一熱膨脹系數(shù)的第一材料形成。當然，應當理解，用于形成殼組件4的材料種類可以變化。
[0026]在運行期間，殼組件4受到熱負荷循環(huán)的影響。偶爾，熱負荷循環(huán)可導致裂隙或裂縫的產生。如圖2中最佳所示，裂縫50被示出處于第二交界區(qū)20。裂縫50包括處于第二半徑部分32處的第一端53，其橫穿支柱構件12的一部分延伸至第二端55。渦輪機2的連續(xù)運行可導致裂縫擴展，或第二端55沿支柱構件12的移位。因此抑制裂縫擴展以避免用于殼組件4的大規(guī)模整修和/或替換的昂貴的故障時間是合乎所需的。根據(jù)示例性實施例，殼組件4配有裂縫抑制系統(tǒng)70，該裂縫抑制系統(tǒng)70構造成充分地限制支柱構件12上的裂縫擴展。
[0027]根據(jù)示例性實施例，裂縫抑制系統(tǒng)70包括第一裂縫抑制元件80和第二裂縫抑制元件84。第一裂縫抑制元件80呈嵌入在裂縫50旁邊的支柱構件12中的第一栓塞90的形式。第二裂縫抑制元件84呈嵌入在裂縫50的相對側面上的支柱構件12中的第二栓塞94的形式。第一和第二栓塞90和94鄰近裂縫50的第二端55布置。如以下將更完整地論述的那樣，第一和第二栓塞90和94有選擇地在裂縫50上施加壓縮力以防止或至少充分地限制第二端55在支柱構件12上的移動。
[0028]由于第一栓塞90和第二栓塞94被示出為大致相似，通過參考圖3將繼之以詳細描述，且第一栓塞90具有這樣的理解，即在該所示示例性實施例中，第二栓塞94包括對應的結構。第一栓塞90包括主體100，其具有通過中間部分107延伸至第二端部分105的第一端部分104。在所示的示例性實施例中，主體100包括大致圓形的截面。然而，應當理解主體100的具體幾何形狀可以變化。
[0029]第一栓塞90由具有不同于第一熱膨脹系數(shù)的第二熱膨脹系數(shù)的材料形成。更具體地，第一栓塞90由具有大于第一材料的第一熱膨脹系數(shù)的熱膨脹系數(shù)的第二或“高阿爾法”材料形成。通過此布置，第一和第二栓塞90和94安裝在鄰近裂縫50形成于支柱構件12中的開口(未單獨標注)中。一旦安裝好，渦輪機2的運行即導致支柱構件12受熱。第一和第二栓塞90和94也受熱且開始以大于支柱構件12的膨脹速率的速率膨脹。在渦輪機運行期間，當支柱構件12暴露于熱負荷循環(huán)時，第一和第二栓塞90和94的膨脹在裂縫50上施加壓縮力，這充分地限制了裂縫擴展。
[0030]根據(jù)不例性實施例的另一個方面，第一和第二栓塞90和94由設置成以大于第一材料的速率膨脹的形狀記憶合金形成，以便在裂縫50上施加壓縮力。根據(jù)示例性實施例的再另一個方面，形狀記憶合金呈鎳/鈦合金或鎳鈦諾的形式。當使用形狀記憶合金時，鄰近裂縫50在支柱構件12中形成開口(未單獨標注)。第一和第二栓塞90和94從大于開口尺寸的第一尺寸調節(jié)至允許安裝入開口的第二尺寸。當受熱時，栓塞90和94試圖回到第一尺寸，導致了被施加至裂縫50的壓縮力。
[0031]在這點上，應當理解示例性實施例提供了一種用于在渦輪機中抑制裂縫的系統(tǒng)。該裂縫抑制系統(tǒng)使用安裝在形成于基材中的裂縫旁邊的一個或更多栓塞。栓塞由設計成當暴露于加熱時以大于基材的速率增長的材料形成。以這種方式，栓塞可在裂縫上施加壓縮力以防止或至少充分地抑制裂縫擴展。還應當理解，雖然示出及描述為具有大致圓形的截面，但栓塞的幾何形狀可以變化。并且，雖然示出為使用兩個栓塞以產生壓縮力，但栓塞的數(shù)量可以變化。在某些情況下，單個栓塞可能是所有所需要的，在其他情況下，多于兩個栓塞可能是合乎所需的。最后，雖然示出及描述為是形狀記憶合金，但栓塞可能由各種各樣的材料形成。
[0032]雖然僅結合有限數(shù)量的實施例詳細地描述了本發(fā)明，但應輕易理解，本發(fā)明不受如此公開的實施例的限制。相反地，本發(fā)明可更改以結合迄今尚未描述但與本發(fā)明的精神和范圍相稱的許多變化、變更、替換或等同的裝置。此外，雖然描述了本發(fā)明的不同的實施例，但可理解本發(fā)明的方面可僅包括其中一些描述的實施例。因此，本發(fā)明不視為由在前的描述限制，而僅由所附權利要求的范圍限制。
【權利要求】
1.一種渦輪機，包括: 由具有第一熱膨脹系數(shù)的材料形成的構件，所述構件包括裂縫；和 提供在所述構件中的裂縫抑制系統(tǒng)，所述裂縫抑制系統(tǒng)包括提供在所述裂縫處的至少一個裂縫抑制元件，所述至少一個裂縫抑制元件具有不同于所述第一熱膨脹系數(shù)的第二熱膨脹系數(shù)，所述至少一個裂縫抑制元件構造且設置成在所述裂縫處在所述構件上施加壓縮力以充分地抑制裂縫擴展。
2.根據(jù)權利要求1所述的渦輪機，其特征在于，所述至少一個裂縫抑制元件包括定位在所述裂縫的一側上的第一裂縫抑制元件和定位在所述裂縫的第二、相對側上的第二裂縫抑制兀件。
3.根據(jù)權利要求2所述的渦輪機，其特征在于，所述第一裂縫抑制元件包括插入所述構件中的第一栓塞，而所述第二裂縫抑制元件包括插入所述構件中的第二栓塞。
4.根據(jù)權利要求3所述的渦輪機，其特征在于，所述第一和第二栓塞的每一個均包括大致圓形的截面。
5.根據(jù)權利要求1所述的渦輪機，其特征在于，所述至少一個裂縫抑制元件由形狀記憶合金形成。
6.根據(jù)權利要求5所述的渦輪機，其特征在于，所述形狀記憶合金包括鎳鈦諾。
7.根據(jù)權利要求1所述的渦輪機，其特征在于，所述第二熱膨脹系數(shù)大于所述第一熱膨脹系數(shù)。
8.根據(jù)權利要求1所述的渦輪機，其特征在于，所述構件包括渦輪機組件的部分。
9.根據(jù)權利要求8所述的渦輪機，其特征在于，所述渦輪機組件的所述部分包括支柱構件。
10.一種抑制在渦輪機構件中形成的裂縫的方法，所述方法包括: 鄰近裂縫將至少一個裂縫抑制元件固定至所述渦輪機構件；且 鄰近裂縫通過所述至少一個裂縫抑制元件向所述渦輪機構件施加壓縮力，以充分地抑制裂縫擴展。
【文檔編號】F01D25/26GK103696815SQ201310447787
【公開日】2014年4月2日 申請日期:2013年9月27日 優(yōu)先權日:2012年9月27日
【發(fā)明者】G.納拉亞納查, B.桑塔納戈帕拉克里什南, S.K.蒂帕博特拉, J.韋拉姆帕蒂 申請人:通用電氣公司