專利名稱：粘結(jié)的渦輪機(jī)輪葉頂端護(hù)罩及相關(guān)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明大致涉及渦輪機(jī)技術(shù)，且更具體地，涉及形成有整體的頂端護(hù)罩(tip shroud)的渦輪機(jī)輪葉(bucket)或葉片。
背景技術(shù)：
位于渦輪機(jī)輪葉或葉片的頂端處的頂端護(hù)罩緩沖了振動(dòng)，且支承輪葉的翼形件部分的頂端區(qū)域。頂端護(hù)罩還形成了穿過渦輪機(jī)級(jí)的熱氣體流通道的徑向外邊界。就這點(diǎn)而言，頂端護(hù)罩從一個(gè)輪葉跨至另一個(gè)，且在它們相對(duì)面向的周向邊緣處產(chǎn)生接觸。頂端護(hù)罩的前緣部分和后緣部分典型地伸出超過(overhang)翼形件，且其是經(jīng)常暴露于較高的溫度和高彎曲應(yīng)力的區(qū)域。在整個(gè)輪葉的有效壽命被耗盡前，這些伸出的區(qū)域還可蠕變且甚至蠕變至破裂，從而限制了輪葉的壽命。頂端護(hù)罩還經(jīng)常與輪葉翼形件整體形成，且還支承被設(shè)計(jì)成防止熱氣體在護(hù)罩的外緣周圍泄漏的整體的密封齒。輪葉或翼形件和頂端護(hù)罩通常通過鑄造形成，且頂端護(hù)罩典型地被機(jī)加工至其最終外觀。頂端護(hù)罩的伸出的前緣部分和后緣部分通常是有缺口的(scalloped)，去除伸出的材料，以減少在這些區(qū)域中的質(zhì)量，但這樣減少了頂端護(hù)罩外流通道覆蓋，且因而降低了效率。另外，用于輪葉的材料通常被選擇成能夠承受對(duì)于翼形件部分的應(yīng)力和壽命要求的最低溫度和最低成本的合金。因而將希望提供一種頂端護(hù)罩構(gòu)造，其較少傾向于蠕變，且因而在滿足輪葉的預(yù)測(cè)壽命上更有利。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)第一示例性但非限制性的實(shí)施例，本發(fā)明提供了一種渦輪機(jī)輪葉，其包括翼形件部分；和在翼形件部分的徑向外端處的頂端護(hù)罩，頂端護(hù)罩包括第一徑向內(nèi)頂端護(hù)罩構(gòu)件和第二徑向外結(jié)構(gòu)頂端護(hù)罩構(gòu)件，第一徑向內(nèi)頂端護(hù)罩構(gòu)件與翼形件整體形成且由第一金屬材料組成，第二徑向外結(jié)構(gòu)頂端護(hù)罩構(gòu)件由第二金屬材料組成，該第二金屬材料粘結(jié)至內(nèi)頂端護(hù)罩構(gòu)件上。在另一個(gè)示例性但非限制性方面中，本發(fā)明提供一種渦輪機(jī)輪葉，其包括翼形件部分；和在該翼形件部分的徑向外端處的頂端護(hù)罩，該頂端護(hù)罩包括第一徑向內(nèi)構(gòu)件和第二徑向外構(gòu)件，第一徑向內(nèi)構(gòu)件與該翼形件整體形成且由第一金屬材料組成，第二徑向外構(gòu)件由一種或多種金屬材料組成，一種或多種金屬材料粘結(jié)在一起以形成第二徑向外構(gòu)件，該第二徑向外構(gòu)件粘結(jié)至第一金屬材料上，第二金屬材料由一種或多種成分組成，第二金屬材料比第一金屬材料具有更高的溫度能力(higher temperature capability)和/或更小的密度。在又一個(gè)方面，本發(fā)明提供了一種形成整體的渦輪機(jī)輪葉頂端護(hù)罩的方法，包括 a)形成帶有第一整體的徑向內(nèi)頂端護(hù)罩構(gòu)件的渦輪機(jī)輪葉的翼形件部分；和b)將第二徑向外結(jié)構(gòu)頂端護(hù)罩構(gòu)件粘結(jié)至該第一整體的徑向內(nèi)頂端護(hù)罩構(gòu)件上。結(jié)現(xiàn)在將合以下指定的附圖描述本發(fā)明。


圖1、圖2和圖3圖示了傳統(tǒng)的渦輪機(jī)輪葉頂端護(hù)罩的側(cè)視圖、頂視圖和周向視圖；圖4是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)示例性但非限制性實(shí)施例的粘結(jié)的頂端護(hù)罩的局部分解側(cè)視圖；圖5是類似于圖4的部分側(cè)視圖，但圖示了上部頂端護(hù)罩粘結(jié)至下部的頂端護(hù)罩； 以及圖6是在圖5中顯示的頂端護(hù)罩的局部周向視圖。部件列表10輪葉頂端區(qū)域12，112翼形件部分14頂端護(hù)罩16護(hù)罩基部18密封齒20，22側(cè)區(qū)域或前和后緣部分24，洸周向邊緣28輪葉頂端護(hù)罩110，114頂端護(hù)罩區(qū)域(或頂端護(hù)罩)116A，116B內(nèi)和外構(gòu)件117A，117B 界面表面118護(hù)罩密封齒
具體實(shí)施例方式圖1-3顯示了具有相鄰的徑向內(nèi)翼形件部分12和整體的頂端護(hù)罩14的渦輪機(jī)輪葉頂端區(qū)域10。顯示的是整體的頂端護(hù)罩構(gòu)造的側(cè)視圖、頂視圖和周向視圖。頂端護(hù)罩14 包括護(hù)罩合適或基部16，其又典型地支承至少一個(gè)直立或徑向突出的密封齒18。在許多情況中，護(hù)罩14與輪葉翼形件12整體制造。典型地，輪葉被鑄造，且在鑄造后，頂端護(hù)罩被機(jī)加工至其最終形狀。圖2顯示了伸出超過翼形件12的頂端護(hù)罩16的橫向或側(cè)向區(qū)域20， 22(也被稱作前緣部分和后緣部分)，且其是由于隨時(shí)間流逝暴露于高溫度和高的彎曲應(yīng)力而傾向于蠕變的區(qū)域(由虛線包圍)。周向邊緣24，沈被成形成接合在相鄰的輪葉頂端護(hù)罩(以觀顯示一個(gè))上的類似邊緣。現(xiàn)在參考圖4-6，根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)示例性但非限制性的實(shí)施例示出了粘結(jié)的雙金屬頂端護(hù)罩區(qū)域110。更具體地，翼形件部分112包括由徑向內(nèi)構(gòu)件116A和外構(gòu)件116B 組成的頂端護(hù)罩114，其中，內(nèi)構(gòu)件116A與翼形件部分112整體形成。徑向內(nèi)頂端護(hù)罩構(gòu)件116A可由具有典型的輪葉的較低溫度能力的(lower-temperature capable)、等軸的或定向凝固的鎳基、鈷基或其它超合金制成。徑向外頂端護(hù)罩構(gòu)件116B粘結(jié)至徑向內(nèi)頂端護(hù)罩構(gòu)件116A，且由更高溫度的、更昂貴的合金材料和/或更小密度的材料制成。例如，具有 1400° -1800°或更高的溫度能力且具有類似于不太昂貴的鎳基超合金內(nèi)頂端護(hù)罩構(gòu)件 116A的密度的單晶體鎳基Rene N5超合金是合適的。一個(gè)備選的解決方法是使用更小密度的材料，例如泡沫金屬。泡沫金屬可是相同的Rene N5材料，可選地與不同和甚至更高溫度的合金結(jié)合。更小密度的泡沫金屬材料是有效的，因?yàn)槠錅p少了應(yīng)力，使得護(hù)罩頂端能夠承受更高的溫度。因而，兩種示例性技術(shù)可被使用以減少在所述兩種構(gòu)件頂端護(hù)罩中的蠕變 在徑向外頂端護(hù)罩構(gòu)件中使用具有更高溫度能力的材料；或者，在徑向外頂端護(hù)罩構(gòu)件中使用具有或不具有更高溫度能力材料的例如泡沫金屬的不太密實(shí)的材料。在任何情況中，應(yīng)該理解的是構(gòu)件116A和116B兩者在本質(zhì)上均是結(jié)構(gòu)化的 (structual)，即內(nèi)構(gòu)件116A不僅僅是鍍有或覆有另一種材料。實(shí)際上，外構(gòu)件116B增加了頂端護(hù)罩114的強(qiáng)度。頂端護(hù)罩構(gòu)件平的界面表面117A、117B的預(yù)先粘結(jié)處理可包括表面粗化、鎳被膜 (nickel-flashing)或用于增強(qiáng)在頂端護(hù)罩構(gòu)件之間的粘結(jié)的其它合適的技術(shù)。然而將理解的是一個(gè)或兩個(gè)界面表面可形成有徑向突片(tab)，其適于容納在各自相對(duì)的表面中的一個(gè)或多個(gè)凹口中，以沿著粘結(jié)線抵抗剪力。一旦內(nèi)頂端護(hù)罩構(gòu)件116A和外頂端護(hù)罩構(gòu)件116B通過例如擴(kuò)散釬焊粘結(jié)在一起，具有更高溫度能力的外構(gòu)件116B支承且加強(qiáng)具有較低溫度能力的頂端護(hù)罩構(gòu)件116A， 極大地增加了溫度和結(jié)構(gòu)能力，且增加了頂端護(hù)罩的蠕變和或低循環(huán)疲勞能力。擴(kuò)散釬焊是有益的，由于其提供了接近構(gòu)件部件本身的粘結(jié)線強(qiáng)度。在該構(gòu)造(即，在其中，外頂端護(hù)罩構(gòu)件116B由更小密度的材料制成)中，其降低了在下頂端護(hù)罩116A上和在整個(gè)輪葉上的拉力或重力。以該實(shí)施例，降低了輪葉翼形件的應(yīng)力且改進(jìn)了壽命。另外，在伸出區(qū)域(20和22)中的頂端護(hù)罩尺寸能夠被增加以形成連續(xù)周向表面，其僅由在輪葉頂端之間的間隙打斷。該改進(jìn)的覆蓋降低了頂端損失，且改進(jìn)了頂端空隙，提高了性能。一個(gè)或多個(gè)護(hù)罩密封齒118可結(jié)合到外護(hù)罩構(gòu)件116B中，進(jìn)一步改進(jìn)了頂端護(hù)罩性能。將理解的是其它粘結(jié)技術(shù)也可使用?？稍谡辰Y(jié)的頂端護(hù)罩構(gòu)件的精加工后執(zhí)行粘結(jié)的界面的檢查?？蓹z查粘結(jié)線是否有任何可能的空白，而遠(yuǎn)離外表面粘結(jié)線的內(nèi)粘結(jié)的區(qū)域能夠非破壞性地通過例如超聲波檢查或目擊孔(witness hole)檢查以確保完整的粘結(jié)。盡管結(jié)合目前被認(rèn)為是最實(shí)用且最優(yōu)選的實(shí)施例描述了本發(fā)明，但理解的是本發(fā)明并非限于所公開的實(shí)施例，相反，本發(fā)明意圖覆蓋被包括在所附權(quán)利要求書的精神和范圍內(nèi)的各種改型或等同裝置。
權(quán)利要求
1.一種渦輪機(jī)輪葉，包括翼形件部分(112)；以及在所述翼形件部分的徑向外端處的頂端護(hù)罩(110)，所述頂端護(hù)罩(110)包括第一徑向內(nèi)頂端護(hù)罩構(gòu)件(116A)和第二徑向外結(jié)構(gòu)頂端護(hù)罩構(gòu)件(116B)，所述第一徑向內(nèi)頂端護(hù)罩構(gòu)件(116A)與所述翼形件部分整體形成且由第一金屬材料組成，所述第二徑向外結(jié)構(gòu)頂端護(hù)罩構(gòu)件(116B)由第二金屬材料組成，該第二金屬材料粘結(jié)至所述第一徑向內(nèi)頂端護(hù)罩構(gòu)件上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的渦輪機(jī)輪葉，其特征在于，所述第二金屬材料比所述第一金屬材料具有更高的溫度能力。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的渦輪機(jī)輪葉，其特征在于，所述第二金屬材料比所述第一金屬材料具有更小的密度。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的渦輪機(jī)輪葉，其特征在于，所述第二金屬材料比所述第一金屬材料具有更高的溫度能力。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的渦輪機(jī)輪葉，其特征在于，所述第一徑向內(nèi)結(jié)構(gòu)頂端護(hù)罩構(gòu)件(116A)和所述第二徑向外結(jié)構(gòu)頂端護(hù)罩構(gòu)件(116B)沿著面對(duì)的大致平的表面粘結(jié)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的渦輪機(jī)輪葉，其特征在于，所述第一徑向內(nèi)結(jié)構(gòu)頂端護(hù)罩構(gòu)件(116A)和所述第二徑向外結(jié)構(gòu)頂端護(hù)罩構(gòu)件(116B)沿著增強(qiáng)在上部件和下部件之間的粘結(jié)的面對(duì)的特型的表面(117A，117B)粘結(jié)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的渦輪機(jī)輪葉，其特征在于，所述第一金屬材料包括鎳或鈷基
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的渦輪機(jī)輪葉，其特征在于，所述第二金屬材料包括單晶體鎳或鈷基超合金，其比所述第一金屬材料具有更高的溫度能力。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的渦輪機(jī)輪葉，其特征在于，所述第二金屬材料包括泡沫金屬。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的渦輪機(jī)輪葉，其特征在于，所述第二金屬材料包括泡沫單晶體鎳或鈷基超合金。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的渦輪機(jī)輪葉，其特征在于，所述頂端護(hù)罩(110)的相對(duì)周向端輪廓設(shè)計(jì)成用于與在渦輪機(jī)轉(zhuǎn)子葉輪上的相鄰的輪葉頂端護(hù)罩匹配接合，且此外其中， 所述第二徑向外結(jié)構(gòu)頂端護(hù)罩構(gòu)件(116B)支承一個(gè)或多個(gè)密封齒(118)。
12.一種渦輪機(jī)輪葉，包括翼形件部分(112)；以及在所述翼形件部分的徑向外端處的頂端護(hù)罩(110)，所述頂端護(hù)罩(110)包括第一徑向內(nèi)構(gòu)件(116A)和第二徑向外構(gòu)件(116B)，所述第一徑向內(nèi)構(gòu)件(116A)與所述翼形件整體形成且由第一金屬材料組成，所述第二徑向外構(gòu)件(116B)由一種或多種金屬材料組成， 該一種或多種金屬材料粘結(jié)在一起以形成所述第二徑向外構(gòu)件，所述第二徑向外構(gòu)件粘結(jié)至所述第一金屬材料上，所述第二金屬材料由一種或多種成分組成，所述第二金屬材料比所述第一金屬材料具有更高的溫度能力和/或更小的密度。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的渦輪機(jī)輪葉，其特征在于，所述第二金屬材料比所述第一金屬材料具有更小的密度。
14.根據(jù)權(quán)利要求12所述的渦輪機(jī)輪葉，其特征在于，所述第二金屬材料被發(fā)泡以產(chǎn)生所述更小的密度。
15. 一種形成整體的渦輪機(jī)輪葉頂端護(hù)罩的方法，包括；a)形成具有第一整體的徑向內(nèi)頂端護(hù)罩構(gòu)件(116A)的渦輪機(jī)輪葉的翼形件部分 (112)；以及b)將第二徑向外結(jié)構(gòu)頂端護(hù)罩構(gòu)件(116B)粘結(jié)至所述第一整體的徑向內(nèi)頂端護(hù)罩構(gòu)件。
全文摘要
本發(fā)明涉及粘結(jié)的渦輪機(jī)輪葉頂端護(hù)罩及相關(guān)方法，具體而言，一種渦輪機(jī)輪葉包括翼形件部分(112)和在翼形件部分的徑向外端處的頂端護(hù)罩(110)。頂端護(hù)罩包括第一徑向內(nèi)頂端護(hù)罩構(gòu)件(116A)和第二徑向外結(jié)構(gòu)頂端護(hù)罩構(gòu)件(116B)，第一徑向內(nèi)頂端護(hù)罩構(gòu)件(116A)與翼形件部分整體形成且由第一金屬材料組成，第二徑向外結(jié)構(gòu)頂端護(hù)罩構(gòu)件(116B)由第二金屬材料組成，該第二金屬材料粘結(jié)至第一徑向內(nèi)頂端護(hù)罩構(gòu)件上。
文檔編號(hào)F01D5/14GK102454424SQ20111034013
公開日2012年5月16日 申請(qǐng)日期2011年10月19日 優(yōu)先權(quán)日2010年10月19日
發(fā)明者G·C·利奧塔 申請(qǐng)人:通用電氣公司