運用型芯定位孔的外基準系統及膜孔定位法的製作方法

2023-06-09 03:38:36 1

專利名稱：運用型芯定位孔的外基準系統及膜孔定位法的製作方法
技術領域：
本發明涉及具有冷卻通道及膜孔的渦輪發動機結構。
背景技術：
燃氣渦輪發動機中有大量中空結構使用膜孔在結構附近生成邊界 層以便降低結構的溫度。典型的渦輪發動機結構包括轉子葉片、導葉、 靜葉片以及葉片外氣密。
中空結構通常用支撐於鑄型內的型芯鑄成。型芯通常由銷狀裝置 支撐， 一旦去除掉型芯與銷子，銷狀裝置就會留下定位孔，定位孔從 結構外表面穿過壁直達由型芯形成的通道。
在鑄出中空結構後通常會對其進行機械加工。這就要求精確判斷
中空結構內通道以及其餘傳熱特徵的位置。通常會在渦輪葉片中使用
如葉梢與/或前緣及後緣等外部特徵。運用耗時試驗及誤差處理來使所 需膜孔與中空結構的內部特徵相聯繫。此外，在對膜孔定位時缺乏精
確性也妨礙在所需位置上膜孔的使用。
膜孔通常成數排地排列在中空結構的外表面上。定位孔位於行列 之外而且無益於膜邊界層的形成。 一般來說，定位孔被認為是鑄造過 程的非需副產品。需要的就是充分利用已有的定位孔來精確判斷內部 通道及其它傳熱特徵的位置。

發明內容
渦輪發動機結構上一個壁的外表面限定了一個內部通道。定位孔 從外表面穿過壁直達通道。膜孔凹入外表面內且鄰近定位孔。膜孔及
定位孑L與通道相通。
定位孔是在鑄造過程中形成的，在鑄造時型芯是由一個定位銷支 撐的。 一旦除去定位銷，定位孔就形成了。可用定位孔來判斷結構特 徵的位置以便隨後對結構的加工操作。膜孔由放電機械加工在外表面 上，並與定位孔交貫。
相應地，內部通道及其它傳熱特徵的位置得以精確判定。並且還
把定位孔用作膜孔。


從後面的說明及附圖中可以更好地理解本發明的這些及其它特 徵，以下為其簡介。
圖1為渦輪發動機的示意圖。
圖2為圖1中渦輪發動機渦輪機段的放大圖。
圖3為用來鑄造渦輪發動機結構的鑄型及型芯的示意圖。
圖4為典型轉子葉片型芯的截面圖。
圖5A為另一轉子葉片梢部的放大截面圖。
圖5B為圖5A所示轉子葉片的外部的透視圖。
圖6為依據一種示例的定位孔及膜孔的截面圖。
具體實施例方式
圖1示意性顯示了一種燃氣渦輪發動機IO。渦輪發動機IO包括壓 縮機段12、燃燒室段14及渦輪機段16。在圖4_5B中典型渦輪發動 機結構被示意為一個轉子葉片18。但應當明白渦輪發動機結構可以是 相對渦輪機段16或渦輪發動機任一部分旋轉或固定的元件。圖2示意 性顯示了渦輪發動機段16。渦輪機段16包括有旋轉結構如轉子葉片 18。渦輪機段16還包括有安裝在機殼26上的固定結構如導葉20、靜 葉片22以及葉片外氣密24。這些結構在技術上已為人們所熟知，而且
這些結構通常包括有用於將冷卻流體供應到結構外部膜孔的通道。
如圖3所示，中空渦輪發動機結構通常是由具有兩個或更多部分 的鑄型28形成的。鑄型28包括具有鑄腔36的第一與第二部分30、32。 銷子40支撐起一個或更多型芯38。從而就可在型芯38周圍鑄出壁。 型芯38可以是耐火金屬型芯，也可以是陶瓷型芯。銷子40可以是一 種單獨材料如石英棒或蠟模，也可以是由母體型芯材料凸出成形。銷 子位置及數量的選擇要使得所用銷子數量儘可能少。如已在技術上為 人們所知的那樣，去掉型芯38及銷子40，就可以在原來由型芯佔據的 空間上形成冷卻通道。在先前技術結果中，由銷子40所留卞的開孔是 不需要的，並且通常會造成多餘的冷卻氣體出口。
圖4顯示了作為典型渦輪發動機結構的渦輪機轉子葉片18。轉子
葉片18包括前緣42、後緣44以及梢部46，它們由轉子葉片外表面66 形成，在圖4中用虛線畫出。大量的通道48由圖3中型芯38形成。通 道48由各種肋板50及壁52限定。
轉子葉片18包括有入口 54，入口 54從氣源55如壓縮氣流處接收 冷卻氣體。在外表面上有各種出口 58，它們通過通道48與入口 54相 通。
參照圖5A，出口 58由一行或多行64的膜孔62提供，其中部分可 由定位孔60提供。與先前技術不同的是，定位孔60 (去除銷子40後 所留)與膜孔62交貫或疊加。這樣，定位孔60就可用作膜孔，並可 用來從通道向膜孔62供應流體以便在外表面66上生成邊界層。
參照圖5B與圖6，定位孔60大致垂直於外表面66。膜孔62相對 外表面66成一銳角並與定位孔60交貫。膜孔62通常由放電機械加工 而成。膜孔62在外表面66 (圖5B)大致形成平截頭體形凹槽。
可用定位孔60來判斷結構其它特徵的位置以便隨後對結構的處理 操作。此外，沒必要把全部定位孔60都用作膜孔62。在上述示例中， 定位孔60可用來判斷膜孔62的位置。比如說，可用一個坐標測量器 來識別定位孔並用其數據來建立X、 Y、 Z坐標。如在技術上為人所知 的那樣，轉子葉片18及其它渦輪發動機結構經常包括有內冷特徵70 如通道48內的支架或解扣帶以便加強熱傳導。可用定位孔60來使膜 孔62相對這些及其它內冷特徵70精確定位，這對大弧度翼面尤為有 用。
雖然只闡述了本發明中 一種優選實施例，但只要是普通熟悉技術 的人員就能認識到可在本發明範圍內作某些改進。為此，下面的權利 要求書應用來判定本發明的真實範圍及內涵。
權利要求
1.一種在渦輪發動機結構上提供孔的方法，包括以下步驟a)鑄出貫穿到結構外表面的定位孔；b)在外表面上機加工出膜孔，使其與定位孔交貫。
2. 依據權利要求項1所述方法，包括在鑄型內用銷子定位型芯的步 驟，在步驟a)中由銷子提供定位孔。
3. 依據權利要求項2所述方法，其中型芯提供了結構內的冷卻通 道，定位孔鄰近冷卻通道。
4. 依據權利要求項3所述方法，其中膜孔鄰近冷卻通道。
5. 依據權利要求項1所述方法，其中在步驟b)中是用放電機器來 從結構上去除材料的。
6. 為渦輪發動機結構提供基準系統的方法包括以下步驟a) 用定位銷支起型芯；b) 在型芯周圍鑄出結構，用定位銷形成定位孔；c) 用定位孔來判斷隨後對結構進行處理操作的位置。
7. 依據權利要求項6所述方法，其中步驟a)包括在鑄型內支撐起型芯。
8. 依據權利要求項6所述方法，其中步驟b)包括從結構上去除銷子從而形成定位孔。
9. 依據權利要求項6所述方法，其中在步驟b)中，當把型芯從結構上取出後就在結構內形成通道，定位孔鄰近通道。
10. 依據權利要求項9所述方法，其中步驟c)包括判斷解扣帶、支架及通道其中之一的位置。
11. 依據權利要求項10所述方法，其中步驟c)包括在定位孔附近機加工出膜孔。
12. 依據權利要求項11所述方法，其中多個銷子形成為一行的多 個定位孔，步驟c)包括在多個定位孔附近機加工出多個膜孔，多個膜 孔以行排列。
13. —種渦輪發動機結構，包括具有外表面及限定通道的壁；從外表面穿過壁直達通道的定位 孔，在定位孔附近凹入外表面並與通道相通的膜孔。
14. 依據權利要求項13所述渦輪發動機結構，包括多個排成一行的 膜孔，定位孔位於該行之內。
15. 依據權利要求項13所述渦輪發動機結構，其中膜孔大致形成平截頭體形凹槽。
16. 依據權利要求項13所述渦輪發動機結構，包括與通道相通的入口以及由膜孔與定位孔形成的出口。
17. 依據權利要求項13所述渦輪發動機結構，其中膜孔與定位孔相互交疊。
全文摘要
一種渦輪發動機結構，包括有其外表面限定了一個內通道的壁。定位孔從外表面穿過壁直達通道。膜孔在定位孔附近凹入外表面。膜孔及定位孔與通道相通。定位孔在鑄造過程中形成，在鑄造時型芯由一定位銷支撐。一旦去掉定位銷，定位孔就形成了。定位孔可用來判斷對後對該結構進行處理操作的特徵的位置。比方說，在外表面上用放電機加工出膜孔，使其與定位孔交貫。
文檔編號B22C9/22GK101099992SQ200710127470
公開日2008年1月9日 申請日期2007年7月5日 優先權日2006年7月5日
發明者E·F·彼特拉什基維茨, M·C·加特蘭德, R·特林達德 申請人:聯合工藝公司