帶有成形冷卻孔的襯底及制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開一種帶有成形冷卻孔的襯底及制造方法。一種襯底，所述襯底具有形成在其中的一個或多個成形發(fā)散冷卻孔。每個成形冷卻孔均具有相對于燃燒器襯套的出口表面成角度的鉆孔。所述鉆孔的一端是形成在所述燃燒器襯套的入口表面中的入口。所述鉆孔的另一端是形成在所述燃燒器襯套的所述出口表面中的出口。所述出口具有僅在一個維度上擴展的成形部分。本發(fā)明還公開了形成成形冷卻孔的方法。
【專利說明】帶有成形冷卻孔的襯底及制造方法
[0001]相關(guān)申請案的交叉引用
[0002]本申請是部分繼續(xù)申請，根據(jù)美國法典第35篇120條要求2010年10月29日由斯塔克維提交的當前待決的美國專利申請第12/916，099號的權(quán)益。

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0003]本發(fā)明的領(lǐng)域大體涉及渦輪，并且更具體而言，涉及在制造和/或冷卻燃氣渦輪燃燒器襯套方面的某些新的和有用的改進，下文是對這些改進的說明書，已經(jīng)參照隨附并形成說明書的一部分的附圖。

【背景技術(shù)】
[0004]燃氣渦輪的燃燒器是燃氣渦輪中發(fā)生燃料燃燒的部件或區(qū)域，并且它會影響各種發(fā)動機特性，包括排放和/或燃料效率。燃燒器的目的在于，調(diào)節(jié)燃料和空氣的燃燒以產(chǎn)生呈高溫氣體形式的能量，這種能量可旋轉(zhuǎn)發(fā)動機或發(fā)電機渦輪和/或輸送通過排氣噴嘴。燃燒器受各種設(shè)計考慮因素影響，這些設(shè)計考慮因素包括(但不限于):維持均勻的出口溫度分布以使熱點不會損壞渦輪或燃燒器，并以低污染物排放狀況運行。因此，包含燃燒過程并將各種氣流引入燃燒區(qū)中的燃燒器襯套被制造，以便承受高溫。一些燃燒器襯套通過熱障涂層(“TBC”)絕熱，但大多數(shù)依賴各種類型的空氣冷卻來降低襯套溫度。例如，氣膜冷卻在燃燒器襯套內(nèi)部上方注入一層薄的冷空氣，然而，發(fā)散冷卻推動冷空氣穿過在燃燒器襯套中的由緊密間隔開的離散孔隙或孔形成的柵格。在兩種方法中，與氣膜冷卻相比，發(fā)散冷卻傾向于使用更少的空氣并且產(chǎn)生更均勻的溫度分布。
[0005]圖14是涂布有熱障涂層并具有常規(guī)圓形冷卻孔120的襯底的截面?zhèn)纫晥D。圖15是沿線A-A’截得的圖14所示常規(guī)圓形冷卻孔120的另一截面圖。圖16是沿線B-B’截得的圖15所示常規(guī)圓形冷卻孔120的另一截面圖。
[0006]圖17是涂布有熱障涂層并具有常規(guī)圓錐形氣膜冷卻孔130的襯底的截面?zhèn)纫晥D。圖18是沿線A-A’截得的圖17所示常規(guī)圓錐形氣膜冷卻孔130的另一截面圖。圖19是沿線B-B’截得的圖17所示常規(guī)圓錐形氣膜冷卻孔130的另一截面圖。
[0007]圖20是涂布有熱障涂層并具有常規(guī)“3D”氣膜冷卻孔140的襯底的截面?zhèn)纫晥D。圖21是沿線A-A’截得的圖20所示常規(guī)“3D”氣膜冷卻孔140的另一截面圖。圖22是沿線B-B’截得的圖20所示常規(guī)“3D”氣膜冷卻孔140的另一截面圖。
[0008]圖23是涂布有熱障涂層并具有常規(guī)“扇形”氣膜冷卻孔150的襯底的截面?zhèn)纫晥D。圖24是沿線A-A’截得的圖23所示常規(guī)“扇形”氣膜冷卻孔150的另一截面圖。圖25是沿線B-B’截得的圖23所示常規(guī)“扇形”氣膜冷卻孔150的另一截面圖。
[0009]參照圖15至圖25，每個常規(guī)冷卻孔120、130、140和150均以某個角度形成在襯底100中。襯底100涂布有熱障涂層101。熱障涂層101涂布有粘結(jié)涂層103。每個冷卻孔120、130、140和150均具有形成在襯底100的一側(cè)上的入口 113和形成在襯底100的相對側(cè)上的較大出口 111。每個冷卻孔120、130、140和150均具有與入口 113連通和/或形成入口 113的一部分的鉆孔112。鉆孔112是大體圓柱形的。對于圓形冷卻孔120，鉆孔112的直徑114在入口 113與出口 112之間是均勻的。對于冷卻孔130、140和150，鉆孔112的直徑114在出口 111附近增大。
[0010]然而，常規(guī)冷卻孔120、130、140和150中的每一個均具有至少一個缺點。例如，對圓錐形氣膜冷卻孔130和對“扇形”氣膜冷卻孔150的分析已揭露了對流冷卻的缺陷。如圖所示，“3D”氣膜冷卻孔140具有圓柱形鉆孔112，所述圓柱形鉆孔112過渡成在下游方向上向各方三維發(fā)散。然而，此類型的發(fā)散冷卻布置往往不適用于燃燒器襯套，因為這種三維下游發(fā)散將大量熱障涂層(“TBC”)從燃燒器襯套上移除，這在輻射是熱負荷的實質(zhì)部分的燃燒器中是一個缺點。
[0011]發(fā)散冷卻中的實踐已經(jīng)將多孔陣列的軸向和徑向間隔限制為約6.5個直徑，以便確保相應(yīng)氣流聚結(jié)成連續(xù)保護氣膜并且確保每個位置都具有鉆孔對流冷卻。這種間隔暗示每單位面積產(chǎn)生某個最小冷卻流。然而，隨著技術(shù)的進步，強烈期望減少冷卻流并釋放空氣，以便減少NOx排放、增加效率和/或更好地進行渦輪冷卻。
[0012]類似地是，已經(jīng)將多孔陣列的軸向和切向間隔限制為最小4或5個直徑，從而避免過度應(yīng)力集中。這種間隔暗示每單位面積產(chǎn)生某個最大冷卻流。然而，在氣膜積聚因燃燒器內(nèi)的局部流動特性而中斷的某些位置，強烈期望局部增加冷卻流來避免襯套的低壽命。在側(cè)方向上擴大入口計量孔實現(xiàn)了對成形翼部的最佳空氣供應(yīng)，并且與簡單擴大計量孔直徑的情況相比，實現(xiàn)更多的鉆孔冷卻表面積。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0013]如本說明書中所示、所描述和要求，用于發(fā)散冷卻部件(如燃氣渦輪的燃燒器襯套)中的成形冷卻孔的實施例，其中氣膜有效性以鉆孔對流冷卻損耗很少而得到改進，以及用于形成所述成形冷卻孔的方法。結(jié)合附圖，參照以下描述，將會清楚成形冷卻孔的實施例的各特征和優(yōu)點。
[0014]根據(jù)一些實施例，一種帶有成形冷卻孔的燃燒器襯套包括:具有入口表面和出口表面的燃燒器襯套；具有第一曲線段、第二曲線段以及至少兩個線性段的入口，從所述入口孔朝向所述出口表面延伸到過渡點的鉆孔；從所述過渡點延伸到所述出口表面的出口，所述出口具有第一曲線段、第二曲線段以及至少兩個線性段，所述入口具有第一面積并且所述出口具有第二面積，其中所述第二面積大于所述第一面積。
[0015]根據(jù)另外的實施例，一種帶有冷卻孔的航空發(fā)動機部件包括:與氣流相鄰的襯底，所述襯底具有入口表面、出口表面以及冷卻孔，所述入口表面具有入口，所述入口由第一曲線段、第二曲線段以及在所述第一曲線段與所述第二曲線段之間延伸的第一和第二線性段限定；以預(yù)選角度從所述入口朝向所述出口表面延伸的鉆孔；形成在所述出口表面中的出口，所述出口由第一曲線段、第二曲線段以及在所述第一曲線段與所述第二曲線段之間延伸的第一和第二線性段限定，所述入口限定第一面積并且所述出口限定第二面積，其中所述第一面積小于所述第二面積，并且其中所述第二面積在單個維度上從所述第一面積擴展到所述第二面積。
[0016]根據(jù)另一個實施例，一種在燃燒器襯套中形成成形冷卻孔的方法包括:在中心位置處用激光從出口朝向入口鉆出中心鉆孔；在將激光移向中心鉆孔的第一側(cè)時第一次脈沖發(fā)出激光；停止第一脈沖發(fā)出并將激光移到所述中心；在將激光移向中心鉆孔的第二側(cè)時第二次脈沖發(fā)出激光；停止第二脈沖發(fā)出并將激光移動到所述中心；使激光進行套孔；使所述激光進行套孔以便控制冷卻孔的大小及形狀。
[0017]根據(jù)又一個實施例，一種形成冷卻孔的方法包括:以預(yù)選角度從出口表面朝向入口表面穿過襯底鉆出中心鉆孔；在相對于鉆孔中心線在第一方向上移動激光和襯底中的一個時，第一批次脈沖發(fā)出激光；停止第一批次脈沖發(fā)出激光并且移動激光和襯底中的一個；在相對于鉆孔中心線在第二方向上移動激光和襯底中的一個時，第二批次脈沖發(fā)出激光；停止第二批次脈沖發(fā)出激光并且移動激光和襯底中的一個；使激光進行套孔以便形成大體橢圓形的入口。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0018]現(xiàn)在簡要參考附圖，在附圖中:
[0019]圖1是成形冷卻孔的實施例的截面圖；
[0020]圖2A是沿線A-A’截得的圖1所示成形冷卻孔的另一截面圖；
[0021]圖2B是沿線B-B’截得的圖1所示成形冷卻孔的另一截面圖；
[0022]圖3是涂布有熱障涂層并具有形成在其中的圖1和2所示成形冷卻孔的實施例的襯底的截面?zhèn)纫晥D，其如通過鉆孔隨后涂布和清潔的過程來形成；
[0023]圖4是沿線A-A’截得的圖3所示成形冷卻孔的另一截面圖；
[0024]圖5是沿線B-B’截得的圖3所示成形冷卻孔的另一截面圖；
[0025]圖6是示出具有形成在其中的成形冷卻孔陣列的襯底的一部分的圖；
[0026]圖7是具有以預(yù)定角度形成在其中的成形冷卻孔陣列的襯底的出口表面的俯視圖，示出每個成形冷卻孔提供的寬出口 ；
[0027]圖8是圖7所示金屬取樣片的相對的入口表面的俯視圖，示出成形冷卻孔的入Π ；
[0028]圖9是圖1、圖2、圖3、圖4和圖5的成形冷卻孔的實施例的圖，所述圖示出制造方法;
[0029]圖10是進一步示出圖9的制造方法的流程圖；
[0030]圖11是形成諸如圖1、圖2、圖3、圖4、圖5和圖9所示成形冷卻孔的一個或多個成形冷卻孔的另一方法的實施例的流程圖；
[0031]圖12是用于制造一個或多個成形冷卻孔的系統(tǒng)實施例的圖；
[0032]圖13是進一步示出諸如圖12所示在襯底中制造的一個或多個成形冷卻孔的方法的流程圖；
[0033]圖14是涂布有熱障涂層并具有常規(guī)圓形冷卻孔的襯底的截面?zhèn)纫晥D；
[0034]圖15是沿線A-A’截得的圖14所示常規(guī)圓形冷卻孔的另一截面圖；
[0035]圖16是沿線B-B’截得的圖14所示常規(guī)圓形冷卻孔的另一截面圖；
[0036]圖17是涂布有熱障涂層并具有常規(guī)圓錐形氣膜冷卻孔的襯底的截面?zhèn)纫晥D；
[0037]圖18是沿線A-A’截得的圖17所示常規(guī)圓錐形氣膜冷卻孔的另一截面圖；
[0038]圖19是沿線B-B’截得的圖17所示常規(guī)圓錐形氣膜冷卻孔的另一截面圖；
[0039]圖20是涂布有熱障涂層并具有常規(guī)“3D”氣膜冷卻孔的襯底的截面?zhèn)纫晥D；
[0040]圖21是沿線A-A’截得的圖20所示常規(guī)“3D”氣膜冷卻孔的另一截面圖；
[0041]圖22是沿線B-B’截得的圖20所示常規(guī)“3D”氣膜冷卻孔的另一截面圖；
[0042]圖23是涂布有熱障涂層并具有常規(guī)“扇形”氣膜冷卻孔的襯底的截面?zhèn)纫晥D；
[0043]圖24是沿線A-A’截得的圖23所示常規(guī)“扇形”氣膜冷卻孔的另一截面圖；
[0044]圖25是沿線B-B’截得的圖23所示常規(guī)“扇形”氣膜冷卻孔的另一截面圖；
[0045]圖26是成形冷卻孔的替代實施例的截面圖；
[0046]圖27是沿線A-A’截得的圖26所示成形冷卻孔的另一截面圖；
[0047]圖28是沿線B-B’截得的圖26所示成形冷卻孔的另一截面圖；
[0048]圖29是圖26的示例性成形冷卻的正視圖；
[0049]圖30是襯底的出口表面的俯視圖；
[0050]圖31是襯底的入口表面的俯視圖；
[0051]圖32是圖26所示冷卻孔的圖，其示出制造方法；以及
[0052]圖33是描繪形成冷卻孔的方法的流程圖。
[0053]類似參考符號在所有幾個視圖中表示相同或?qū)?yīng)的部件和單元，這些視圖不按比例繪制，除非另有說明。

【具體實施方式】
[0054]圖1是涂布有一個或多個層27和/或28并具有以預(yù)定角度形成在其中的成形冷卻孔10的實施例的襯底20的截面?zhèn)纫晥D，其如通過涂布及隨后鉆孔的過程來形成。舉例來說，但非限制性地，鉆孔53相對于襯底20的出口表面37的預(yù)定角度可在約20度至30度的范圍內(nèi)。圖2A是沿線A-A’截得的圖1所示成形冷卻孔的另一截面圖。圖2B是沿線B-B’截得的圖1所示成形冷卻孔的另一截面圖。圖3是涂布有熱障涂層并具有形成在其中的圖1和2所示成形冷卻孔的實施例的襯底的截面?zhèn)纫晥D，其如通過鉆孔隨后涂布和清潔的過程來形成。圖4是沿線A-A’截得的圖3所示成形冷卻孔的另一截面圖。圖5是沿線B-B’截得的圖3所示成形冷卻孔的另一截面圖。
[0055]參照圖1、圖2A、圖2B、圖3、圖4和圖5，成形冷卻孔10的鉆孔53從形成在襯底20的第一側(cè)36上的入口 13延伸到形成在襯底20的第二側(cè)37上的成形冷卻孔10的出口 11。如圖所示，出口 11具有比入口 13大的尺寸。鉆孔53的直徑14 (圖2A、圖2B、圖4和圖5)從成形冷卻孔10的入口 13到過渡點115是圓柱形的。從成形冷卻孔10的過渡點115附近開始，鉆孔53的直徑114僅在一個維度上擴展，例如在沿單個維度的兩個方向上擴展，以使所述鉆孔53具有第一翼部31和第二翼部33 (如圖2A、圖2B、圖4和圖5中所示)，這些翼部圍繞成形冷卻孔的縱向中心軸線35對稱。
[0056]在圖1、圖2A和圖2B中，鉆孔63內(nèi)不存在溢流，因為在激光鉆出成形冷卻孔10前，層27和28被涂布在襯底20上。層27附接到襯底20的出口表面37?？扇芜x地，另一個層28，即第二層28附接到層27。在一個實施例中，層27是熱障涂層(“TBC”)，并且層28是另一個熱障涂層或粘結(jié)涂層。在另一個實施例中，層27是非熱障涂層，并且層28是熱障涂層。根據(jù)實施例，成形冷卻孔10的一個或多個尺寸可比例調(diào)整或修改成適應(yīng)襯底20的厚度30、襯底20和層27的總體厚度51或襯底20、層27和層28的總體厚度52。
[0057]參照圖2A和圖4，成形冷卻孔10具有從入口 13到出口 11從中延伸穿過的鉆孔53。出口 11具有成形部分，所述成形部分具有相對的翼部31和33，這些翼部圍繞冷卻孔10的中心縱向軸線35對稱并且僅在一個維度上擴展或拓寬。圖1和圖4的截面圖提供將成形冷卻孔10的實施例視為具有“Y”形形狀的基礎(chǔ)。
[0058]圖2B是沿線B-B’截得的圖2A所示成形冷卻孔10的另一截面圖。換句話說，這是從出口 11 (圖2A)朝向入口 13(圖2A)看，成形冷卻孔10的截面圖。圖5是從出口(圖4)朝向入口 13(圖4)看，成形冷卻孔10的截面圖。因此，圖2B和圖5的視圖示出具有成形部分(或翼部31和33)、圓柱形鉆孔53的成形冷卻孔10。
[0059]圖3、圖4和圖5描繪圖1所示成形冷卻孔10的第二實施例。在此第二實施例中，成形冷卻孔10首先在襯底20中以預(yù)定角度鉆出。然后，襯底20涂布有至少一層27期望材料。由于這種涂布，形成層27的一些期望材料可在出口 11的一部分中溢流29。較軟層28的任何溢流通過噴射磨料穿過鉆孔53來消除。
[0060]圖6是示出具有形成在其中的成形冷卻孔10的陣列25的襯底20的一部分的圖。在這個特定的非限制性實例中，襯底20是燃氣渦輪的燃燒器襯套。成形冷卻孔10的陣列25具有預(yù)定的行間隔21a和行內(nèi)預(yù)定的孔間隔21b。另外，在一個實施例中，相鄰行的成形冷卻孔10以預(yù)定的量23偏移。
[0061]圖7是具有以預(yù)定角度形成在其中的成形冷卻孔10陣列的襯底20的出口表面37的俯視圖，示出每個成形冷卻孔10提供的寬出口 11。圖8是圖7所示金屬取樣片的相對的入口表面的俯視圖，示出成形冷卻孔10的入口 13。在圖7和圖8中，襯底20是可任選地涂布有一個或多個層的金屬取樣片。這樣的層可為上文參照圖3所描述的層27和28。
[0062]與本發(fā)明的實施例相關(guān)聯(lián)的示例性益處
[0063]如在本說明書中所闡明，成形冷卻孔10的實施例提供一個或多個示例性但非限制性的益處。
[0064]再次參照圖1、圖2和圖3，與之前所使用的圓形冷卻孔和/或圓錐形冷卻孔相比，成形冷卻孔10的實施例僅在一個維度上擴展出口 11，并且其長度的大約一半保持大體圓柱形，從而維持高的鉆孔冷卻速度。然而，盡管維持高的鉆孔冷卻速度穿過鉆孔53，但成形冷卻孔10的實施例傾向于在出口 11處具有減小的冷卻劑流出口動量，因為冷卻劑流的速度在進入成形冷卻孔10的較寬成形部分時變小。因此，流過每個成形冷卻孔10的冷卻劑將會具有穿過入口 13的第一(進口)動量和在出口 11處的減小的第二(出口)動量。這種減小的第二動量與柯安達效應(yīng)(Coanda effect)結(jié)合來減少非期望的噴出，柯安達效應(yīng)表示流體射流被吸引到附近表面的傾向。由此，成形冷卻孔10的實施例提供均勻且寬的冷卻劑流薄膜(下文中稱作“冷膜”)，這種薄膜大于之前可通過常規(guī)圓孔120實現(xiàn)的薄膜。
[0065]因此，在一個實施例中，成形冷卻孔10具有從入口 13延伸到過渡點15的圓柱形鉆孔53，并且具有出口 11，所述出口 11從過渡點15延伸并僅在一個維度上(例如，在沿一個維度的至少一個方向上)擴展以使施加到襯底20的出口表面37的層27的縮小最小化，并且展開流過成形冷卻孔10的冷卻流體的冷膜，這樣冷卻流體就可聚結(jié)并減小冷卻劑尾之間的熱間隙。因此，對成形冷卻孔10的實施例的使用提供了這種擴展的出口 11，而無與常規(guī)圓形冷卻孔120、常規(guī)圓錐形氣膜冷卻孔130、常規(guī)“3D”氣膜冷卻孔140或常規(guī)“扇形”氣膜冷卻孔150的其他類型的出口形狀相關(guān)聯(lián)的有害影響。
[0066]此外，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，成形冷卻孔10的陣列改進幾何覆蓋率并減少噴出動量。這些效應(yīng)結(jié)合起來在襯底20的出口表面上，與可通過常規(guī)類型的氣膜冷卻孔120、130、140和150的陣列所實現(xiàn)的情況相比，更好地形成冷膜。另外，從成形冷卻孔10的出口 11離開的改進冷膜冷卻流體與圓孔120的情況相比，更好地保護襯底20的出口表面37和/或它的層27和/或28 (在圖3中)如熱障涂層(“TBC”)免受過高溫度，此時形成了成形冷卻孔10的鉆孔53的一種或多種材料具有下述對流傳熱系數(shù)，這種對流傳熱系數(shù)幫助將熱量從襯底20的出口表面37朝向所述襯底20的入口表面36抽離。通過沿其長度維持較高的平均速度，“Y”形孔10與常規(guī)孔130、140或150相比，提供更好的對流冷卻。同樣，成形孔10與常規(guī)孔130或140相比，可使得更多的熱障28不受干擾。因此，在冷卻孔的陣列中，成形冷卻孔10與常規(guī)冷卻孔相比，使用更少的行在出口 11處形成更低溫的冷卻流體薄膜。成形冷卻孔10的出口 11處的更低溫的冷卻流體薄膜在襯底20的出口表面37上產(chǎn)生與當前可使用常規(guī)冷卻孔獲得的溫度相比更冷的溫度。這在當前冷卻水平下增加了零件壽命，和/或允許一個或多個較厚層27、28處于表面溫度限制范圍內(nèi)。
[0067]總而言之，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，具有本說明書所述成形冷卻孔10陣列的襯底20減小之前施加到襯底20的層(如熱障涂層和/或粘結(jié)涂層)的溫度；和/或與常規(guī)類型的冷卻孔120、130、140和150相比，減小形成襯底20的下方材料的溫度。這些益處中的任一個或兩者均在當前冷卻水平下增加了零件壽命，和/或使得諸如一個或多個熱障涂層和/或其他類型涂層的一個或多個較厚層能夠處于表面溫度限制范圍內(nèi)。諸如這樣的益處是重要的，因為航空發(fā)動機和其他燃氣渦輪的客戶期望更高的壓力比周期、大修之間更長的壽命以及減少的排放等燃料燃燒益處。然而，此類沖突的要求促使以最少量的冷卻流獲得最大的冷卻益處。同樣，與常規(guī)孔130、140或150相比，成形孔10可能具有成本優(yōu)勢。將移除的材料體積比用于孔130、140或150的材料體積要小。通過有限的圓柱形部分，將比孔130或150更容易地維持期望的流動特性。最后，如在下文描述，與孔130或140的情況相比，可通過具有更簡單的激光聚焦操縱、激光頭運動或零件運動的快速激光過程形成形狀。由于本說明書所述成形冷卻孔10的實施例解決了這些和/或其他問題，因此它們是實現(xiàn)機器(例如但不限于發(fā)動機和渦輪)和/或其部件的最佳設(shè)計的重要使能器。
[0068]制造方法和/或用途
[0069]各種方法被使用來制造成形冷卻孔10。一種這樣的方法涉及激光鉆出通孔，隨后以不同深度發(fā)起平行發(fā)射，這種平行發(fā)射前進到通孔的兩個相對側(cè)。另一種這樣的方法包括旋轉(zhuǎn)襯底20 (圖1)，并且以超前和滯后的方式在工作中(on the fly)進行激光鉆孔。在任一方法中，襯底都可在激光鉆孔之前或之后涂布有一個或多個涂層。
[0070]圖9是圖1、圖2、圖3、圖4和圖5所示成形冷卻孔10的實施例的圖，所述圖示出制造方法。圖10是進一步示出圖9所示制造方法的流程圖。
[0071]在圖9中，示出形成在襯底20中的成形冷卻孔10。襯底20與激光源60間隔開。激光源60與控制器61連接，所述控制器61可以是通用或者專用的計算機?？扇芜x地，襯底20支撐在固定或可移動的支撐件57上。如果支撐件57是可移動的，那么它與電動機58連接。在此實施例中，電動機58可與控制器61連接，以使襯底20將會相對于由激光源60發(fā)射的一個或多個激光束50在一個或多個維度上且根據(jù)從控制器61輸出并由電動機58接收的一個或多個信號來移動，從而形成成形冷卻孔10?？刂破?1可與用戶接口 67連接。用戶接口的非限制性實例包括觸屏、鍵盤、計算機鼠標等。
[0072]在一個實施例中，激光源60包括激光發(fā)生器65、透鏡64和電動機63,所述電動機63形成激光源60的一部分。在一個實施例中，電動機63與透鏡64和控制器61連接，以使從激光源60發(fā)射的一個或多個激光束50將會根據(jù)從控制器61輸出并由電動機63接收的一個或多個信號來移動和/或聚焦，從而形成成形冷卻孔10。
[0073]或者，激光源60包括激光發(fā)生器65和透鏡64，并且激光源60可任選地與支撐件62連接，或由所述支撐件62支撐。在這樣的實施例中，支撐件62與電動機66連接并由電動機66移動,所述電動機66并不形成激光源60的一部分,但與控制器61連接。
[0074]在任一個實施例中，透鏡64包括一個或多個透鏡，并且可包括具有多個透鏡的透鏡組件，所述多個透鏡中的一個或多個可以是可移動的并與一個或多個電動機連接。
[0075]控制器61配置用于執(zhí)行存儲在計算機可讀介質(zhì)(如任何類型的計算機可讀存儲器)上的一個或多個計算機可讀指令。計算機可讀指令配置控制器61來操作激光源60和/或電動機58、63和66中的一個或多個，以便在襯底20中形成成形冷卻孔10。因此，在一個實施例中，計算機可讀指令可配置控制器61來操作激光源60和/或電動機58、63和66中的一個或多個，以便執(zhí)行圖10中闡明的方法步驟中的一個或多個。
[0076]參照圖9和圖10，方法70包括以下步驟71、72、73、74、75和76中的一個或多個，這些步驟可以任何合適的次序和/或組合執(zhí)行，除非另外指明。說明性地，方法70的實施例以發(fā)起71預(yù)定序列和/或圖案的激光發(fā)射50開始，所述激光發(fā)射50沖擊諸如燃氣渦輪的燃燒器襯套的襯底20。在一個實施例中，激光發(fā)射50彼此平行。此預(yù)定序列的激光發(fā)射50可包括沿著成形冷卻孔10的中心縱向軸線35鉆出72鉆孔53，并且隨后執(zhí)行步驟73、74、75和76的一個或多個序列。鉆孔53從襯底20 (圖1)的入口表面或出口表面的任一個上鉆出。
[0077]例如，在鉆出72鉆孔53后，方法70進一步包括鉆出73成形冷卻孔10的出口11(圖1)的成形部分的第一翼部31，其方法是將第一序列的激光發(fā)射55施加到與鉆孔53的一側(cè)相鄰的襯底20。此第一序列的激光發(fā)射55在中心縱向軸線35或鉆孔53處或附近開始，并且朝外前進遠離中心縱向軸線35。第一序列的激光發(fā)射55中的每個激光發(fā)射鉆出的束直徑小于來自其前一個的束直徑，這樣，發(fā)射中的重疊部分更接近于鉆孔而不是在翼部末端進行穿透。另外或者作為替代，第一序列的激光發(fā)射55中的每個激光發(fā)射均相對于中心縱向軸線35成角度。如上所述，第一序列的激光發(fā)射55的時序、深度、焦點、寬度、角度和/或圖案由計算機可讀指令控制和確定，所述計算機可讀指令由控制器61讀出并執(zhí)行和/或被轉(zhuǎn)換成輸出到激光源60和/或電動機58、63和66中的一個或多個的信號。在鉆出73成形冷卻孔10的第一翼部31后，方法70可任選地包括重射74鉆孔53?；蛘?，方法70進一步包括鉆出75成形冷卻孔10的成形部分的第二翼部33，其方法是將第二序列的激光發(fā)射56施加到與鉆孔53的第二側(cè)相鄰的襯底20，其中鉆孔53的第二側(cè)與鉆孔53的第一側(cè)相對。此第二序列的激光發(fā)射56在中心縱向軸線35或鉆孔53處或附近開始，并且朝外遠離中心縱向軸線35并在與第一翼部31相對的方向上前進。第二序列的激光發(fā)射56中的每個激光發(fā)射鉆出的束直徑小于來自其前一個的束直徑，這樣，發(fā)射中的重疊部分更接近于鉆孔而不是在翼部末端進行穿透。另外或者作為替代，第二序列的激光發(fā)射中的每個激光發(fā)射均相對于中心縱向軸線35成角度。如上所述，第二序列的激光發(fā)射56的時序、深度、焦點、寬度、角度和/或模式由計算機可讀指令控制和確定，所述計算機可讀指令由控制器61讀出并執(zhí)行和/或被轉(zhuǎn)換成輸出到激光源60和/或電動機58、63和66中的一個或多個的信號。在鉆出76成形冷卻孔10的第二翼部33后，方法70可以可任選地包括重射76鉆孔53，以便清除在鉆出翼部過程中所沉積的任何材料。在一個實施例中，第一序列的激光發(fā)射55和第二序列的激光發(fā)射56分別配置用于從襯底20(圖1)的出口表面鉆出翼部31和33。此后，方法70可結(jié)束，并且激光或襯底20可由電動機66或58移動以與圖案中的下一個孔對齊，其中方法70重復(fù)進行直到已在襯底20中鉆出期望的所有孔。
[0078]圖11是形成諸如圖1、圖2A、圖2B、圖3、圖4、圖5和圖9所示成形冷卻孔10的一個或多個成形冷卻孔的另一方法1100的實施例的流程圖。參照這些附圖，方法1100通過沖擊式激光鉆出1101圓形通孔的鉆孔53開始。方法1100進一步地包括脈沖發(fā)出1102激光發(fā)射，同時圍繞一個直徑移出到鉆孔53的一側(cè)或翼部31。所述方法進一步包括停止1103脈沖發(fā)出激光發(fā)射，同時移回中心。所述方法進一步包括脈沖發(fā)出1104激光發(fā)射，同時圍繞一個直徑移出到鉆孔53的相對側(cè)或翼部33。方法1100進一步包括停止1105脈沖發(fā)出激光發(fā)射，同時移回中心。方法1100進一步包括發(fā)射1106 —個或多個激光發(fā)射以清理鉆孔53。
[0079]根據(jù)實施例，形成每個成形冷卻孔10所要求的激光發(fā)射可以是形成常規(guī)圓形冷卻孔所要求的約兩倍。另外，已經(jīng)確定，翼部31和33 (圖9)可通過以下方式形成:脈沖發(fā)出激光發(fā)射50 (圖9)，同時使得這些激光發(fā)射50相對于襯底20的表面(例如，圖2所示出口表面37)掃過預(yù)定角度。然而，這種方法要求詳細跟蹤激光發(fā)射以及每個成形冷卻孔10的表面位置。另外，在至少一個實施例中用來形成成形冷卻孔10的激光鉆孔可穿過涂布TBC的襯底或裸露金屬來執(zhí)行。
[0080]圖12是用于制造一個或多個成形冷卻孔10的系統(tǒng)1200的實施例的圖。系統(tǒng)1200包括激光源60，所述激光源60與配置用于固持和/或支撐襯底20 (如燃氣渦輪的燃燒器襯套)的支架82間隔開來，其方式為允許襯底20在電動機80轉(zhuǎn)動與支架82連接的軸81時順時針或逆時針地旋轉(zhuǎn)，如箭頭90所指示。激光源60可包括電動機63、透鏡64以及激光發(fā)生器65(圖9所示)。控制器61與旋轉(zhuǎn)襯底20的電動機80連接?？刂破?1還與生成一個或多個激光發(fā)射91的激光源60連接。在一個實施例中，控制器61還與一個或多個傳感器83和/或用戶接口 67連接。一個或多個傳感器83將關(guān)于系統(tǒng)1200的一個或多個部件的數(shù)據(jù)提供給控制器61。例如，所述一個或多個傳感器83可為測量軸81和/或襯底20的每分鐘轉(zhuǎn)數(shù)的旋轉(zhuǎn)傳感器。所述一個或多個傳感器83還可包括這樣的傳感器:在由一個或多個激光發(fā)射91鉆出一個或多個成形冷卻孔10時，測量一個或多個成形冷卻孔10的間隔和/或深度。
[0081]控制器61配置用于讀出和執(zhí)行存儲在計算機可讀介質(zhì)(如任何類型的計算機可讀存儲器)中或上的一個或多個計算機可讀指令。計算機可讀指令配置控制器61來操作激光源60和電動機80，以便在襯底20中形成一個或多個成形冷卻孔10。因此，在一個實施例中，計算機可讀指令配置控制器61來同步激光源60與電動機80的操作，以便執(zhí)行圖12中闡明的方法步驟中的一個或多個。例如，由控制器61輸出的命令可將電動機80的速度和/或襯底20的旋轉(zhuǎn)頻率與激光源60所生成的一個或多個激光發(fā)射91的時序、持續(xù)時間和/或功率同步，以便在襯底20中和/或穿過襯底20形成一個或多個成形冷卻孔10。
[0082]圖13是進一步示出在襯底20中制造如圖12所示那些的一個或多個成形冷卻孔的方法1300的流程圖。參照圖12和圖13，方法1300通過以預(yù)定速度或旋轉(zhuǎn)頻率移動或者旋轉(zhuǎn)1301襯底20開始。方法1300進一步包括發(fā)起1302第一序列的激光發(fā)射91，以便在襯底20中各自以預(yù)定角度鉆出一個或多個鉆孔53 (圖9)。方法1300進一步包括調(diào)整1303第二序列的激光發(fā)射91的時序，以便以預(yù)定的時間增量來超前或者滯后地通過第一序列的激光發(fā)射91在襯底20上的一個或多個相同位置。所述時序是相對于旋轉(zhuǎn)速度指定，從而導致部分重疊激光發(fā)射91形成扇形部分，其中每個扇形部分均在一個或多個鉆孔53 (圖9)中的相應(yīng)一個鉆孔上延伸。因此，方法1300進一步包括以相對于旋轉(zhuǎn)速度指定的不同程度的超前和滯后時序發(fā)起1304第二序列的激光發(fā)射91，從而導致部分重疊激光發(fā)射91在與旋轉(zhuǎn)方向相切的一個維度上形成扇形部分(例如，翼部31和33)，其中每個扇形部分均在一個或多個鉆孔53中的相應(yīng)一個鉆孔上延伸?？刂破?1隨后確定1305扇形形狀是否完整。如果不完整，那么方法1300循環(huán)回到步驟1303和1304并且重復(fù)所述兩個步驟。當一個或多個成形冷卻孔10中的每一個的出口 11完整并且僅在旋轉(zhuǎn)方向上的正和/或負方向上擴展時，方法1300結(jié)束。
[0083]襯底20可在執(zhí)行圖10所示方法70、圖11所示方法1100或者圖13所示方法1300之前或之后涂布TBC。在激光鉆孔之前將襯底涂布有TBC確保TBC不會填充和/或阻塞成形冷卻孔。如果在激光鉆孔后施加TBC，那么成形冷卻孔將需要通過磨粒和/或激光發(fā)射進一步處理，以便移除已進入其中的任何涂層。或者，襯底20可同時涂布TBC并且進行清理，以便確保TBC不會封閉成形冷卻孔。在此實施例中，(圖11的)旋轉(zhuǎn)襯底20的一側(cè)接收TBC，而另一側(cè)使得磨粒噴射穿過成形冷卻孔以保持這些成形冷卻孔是開放的。實驗表明，這種過程能夠保持成形冷卻孔的“翼部”無或大體上無TBC。
[0084]實驗
[0085]本說明書所述成形冷卻孔10的實施例的風洞測試已經(jīng)驗證了與成形冷卻孔的實施例相關(guān)聯(lián)的一個或多個益處，如與使用常規(guī)類型的冷卻孔120、130、140和150實現(xiàn)的那些溫度相比，更冷的熱障涂層(“TBC”)溫度和更冷的背側(cè)溫度。
[0086]在測試過程中，約600° F的熱空氣和約80° F的冷空氣流到測試襯底和控制襯底上和/或周圍?？刂埔r底具有形成在其中的多個常規(guī)圓形冷卻孔120?？刂埔r底的一個表面(例如前側(cè))涂布有TBC?？刂埔r底的相對表面(例如背側(cè))并未進行涂布。
[0087]測試襯底具有形成在其中的多個成形冷卻孔10 (圖1、圖2、圖3、圖4、圖5和圖9)。測試襯底的一個表面(例如前側(cè))涂布有TBC。測試襯底的相對表面(例如背側(cè))并未進行涂布。
[0088]為了測量模擬啟動條件下的TBC溫度，在測試過程中拍攝控制襯底的TBC側(cè)和測試襯底的TBC側(cè)的紅外圖像。測試襯底和控制襯底兩者的背側(cè)溫度使用熱電偶進行測量。對來自紅外圖像和熱電偶的溫度數(shù)據(jù)進行分析，可以確定，顯著較低的TBC溫度和背側(cè)溫度是由于使用本說明書所述成形冷卻孔10的實施例而造成。
[0089]測試進一步表明，這些冷卻益處對于不同運行條件、制造技術(shù)以及零件之間的變化而言是穩(wěn)健的。例如，一個測試表明，其中鉆出成形冷卻孔10的實施例的測試襯底的背側(cè)溫度要比其中鉆出圓形冷卻孔120的控制襯底的背側(cè)溫度平均冷約50° F(10°C )。
[0090]現(xiàn)在參照圖26，涂布有一個或多個層227、228的襯底220的截面?zhèn)纫晥D，包括以預(yù)選角度穿過襯底220形成的成形冷卻孔或槽210。所描繪的替代實施例可如之前所述通過涂布和鉆孔的過程來形成。然而，如前所述，當前實施例也可通過首先以預(yù)選角度形成成形冷卻孔，隨后接著用至少一個層227涂布襯底來使用。在另一個替代方案中，涂布至少一個層227也可以是可任選的。通過非限制性實例，描繪冷卻孔210的鉆孔253相對于出口表面237的預(yù)定角Θ。襯底220包括入口表面236和出口表面237。冷卻空氣從襯底220的入口表面?zhèn)却┻^冷卻孔210流向出口表面?zhèn)?37。預(yù)選角度相對于出口表面237可在約5度多達約50度的范圍內(nèi)。根據(jù)一些實施例，預(yù)選角Θ為約20度。
[0091]根據(jù)一個實施例，襯底220可為燃燒器襯套。所描繪的實施例使沿著出口表面237或者沿著一個或多個層227 (例如，熱障涂層(“TBC”))移動的冷卻氣膜性能得到改進。與之前實施例相比，所述改進通過拓寬入口 213提供了沿襯底的出口側(cè)和至少一個涂層227的更好的冷卻性能，從而產(chǎn)生更高流動槽或冷卻孔210。成形冷卻孔210提供每單位面積更高的流量水平，并且可用于(例如)積聚的冷卻氣膜因燃燒器空氣動力而剝離的燃燒器襯套。
[0092]冷卻孔210從形成在襯底220的第一側(cè)或入口側(cè)236中的入口 213延伸。冷卻孔延伸穿過襯底220朝向形成在第二側(cè)或出口側(cè)237中的出口 211。如本說明書中進一步描述，入口 213具有第一面積尺寸的入口開口，并且出口 211具有第二面積尺寸，其中所述第一入口面積小于所述第二出口面積。
[0093]至少一個層227被描繪在出口襯底237上，并由熱障涂層限定。襯底220可進一步包括設(shè)置在至少一個層227上的第二層228。第二層228可為另一熱障涂層，或者可為粘結(jié)涂層。根據(jù)一些其他替代實施例，層227是非熱障涂層，并且第二層228是熱障涂層。層227,228中的每一個都具有相應(yīng)厚度251、252。這些厚度251、252表示為從入口表面236開始測量，但可通過減去所描繪的襯底厚度230來確定。另外，如所指出，所描繪的層227、228可以是可任選的。
[0094]現(xiàn)在參照圖27，描繪沿線A-A(圖26)截得的截面圖。入口末端213與鉆孔253流體連通，所述鉆孔253大體成形以便匹配入口 213的截面。例如，在當前實施例中，鉆孔是大體橢圓形的。鉆孔253從入口延伸到成形冷卻孔210的過渡點215。從過渡點215，鉆孔253形狀大體在一個維度上(也就是說，在沿單個維度的兩個方向上)擴展，以使冷卻孔210擴展以形成第一翼部231和第二翼部233。這些翼部231、233可圍繞冷卻孔210的中心軸線235對稱，或者它們可不對稱。在對稱應(yīng)用中，翼部231、233可在單個維度的兩個方向上同等地擴展。在非對稱應(yīng)用中，翼部可單獨在一個方向上或在一個方向上比第二相對方向更多地擴展。如從這個視圖中更好地看出，入口 213為第一面積和出口 211處為第二面積，其進行了部分描繪。入口 213的第一面積小于出口 211的第二面積。
[0095]現(xiàn)在參照圖28，描繪沿線B_B(圖27)的冷卻孔210的端視圖。視圖清楚地描繪入口 213和出口 211處的面積比較。視圖描繪兩個大體橢圓形的開口，其中較小開口對應(yīng)于入口 213，并且較大開口對應(yīng)于出口 211。首先參照入口 213，開口是由第一線性段281和相對的第二線性段282限定。這些線性段中的每一個都是平行的，具有第一末端和第二末端，這些末端中的每一個均連接到相對的曲線段283、284的末端。曲線段283、284中的每一個均在末端處連接到線性段281、282的末端。
[0096]出口 211包括第一曲線段285和第二相對的曲線段286。段285、286中的每一個均具有第一末端和第二末端。段285、286在末端處通過第一線性段287和第二線性段288來連接。如圖28中描繪的視線所示，入口孔和出口孔都呈大體橢圓形的形狀。入口 213的面積的尺寸比出口 211的面積小。另外，出口孔211在單個維度上沿著兩個方向擴展，以便提供更大尺寸的出口孔211。換句話說，線性段287、288在單個維度上，即兩個方向上擴展，以便限定翼部231、233。
[0097]現(xiàn)在參照圖29，示出入口 213。另外，示出第一線性段281和第二線性段282以及第一曲線段283和第二曲線段284。進一步示出冷卻孔210，其中鉆孔253從入口 213朝向過渡點215延伸。與入口 213相對的是出口 211。盡管入口 213呈現(xiàn)不同于如前所述大體橢圓形形狀的一些形狀，但此類形狀僅僅是因入口 213通過入口表面236的角度而造成。
[0098]現(xiàn)在參照圖30，描繪出口表面237的俯視圖。襯底220的出口表面237具有多個出口孔211，所述出口孔211沿著襯底220的表面237形成熱障或冷卻氣膜。每個出口孔211均以預(yù)選角度延伸到襯底220中并以預(yù)定孔間隔來設(shè)置。孔211的數(shù)量可布置用于提供當前實施例的另外冷卻，這與其中期望另外冷卻的之前實施例的較小孔的值相反。測試表明，大體橢圓形孔211的區(qū)域可在約200華氏度下提供對襯底237的冷卻。
[0099]參照圖31，描繪相對入口表面236的俯視圖。所述入口表面利用多個小的入口孔和較大的入口孔213，所述較大的入口孔213對應(yīng)于出口表面237上可能需要另外冷卻的區(qū)域。示出定向氣流箭頭，指示氣流沿襯底220的方向，所述氣流進入入口孔213并且通過冷卻孔210到達出口 211 (圖30)。圖30、圖31所描繪的冷卻孔210的陣列可在所繪附圖的兩個維度上具有預(yù)選距離的間隔。盡管示出各種大小的入口，但所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)當了解，對應(yīng)出口 211 (圖30)全都可為相同大小(如圖描繪)，或者可具有如襯底表面尺寸限制允許的不同大小。
[0100]現(xiàn)在參照圖32和圖33，一種方法包括一個或多個步驟1401、1402、1403、1404、1405和1406，這些步驟可以任何合適的次序和/或組合執(zhí)行，除非另外指明。一個實施例是一種以發(fā)起預(yù)定序列和圖案的激光發(fā)射254、255、256開始的方法，所述激光發(fā)射254、255、256沖擊襯底220，例如燃氣渦輪發(fā)動機的燃燒器襯套。根據(jù)所示實施例，激光發(fā)射彼此大體平行，并且所述序列的激光發(fā)射形成中心鉆孔253以及翼部231、233。根據(jù)一些實施例，鉆孔253從出口表面237穿過襯底220來形成，但也可替代地從襯底220的入口表面236形成。
[0101 ] 首先參照圖32，描繪成形冷卻孔210的實施例的圖，所述成形冷卻孔210具有入口213、鉆孔253以及出口 211。在孔上方描繪多個箭頭255、256。箭頭255、256表示用于形成冷卻孔210的激光發(fā)射。以下描述結(jié)合圖33中闡明的步驟來提供，圖33描繪方法1400。在步驟1401中，沖擊式激光鉆孔用于在襯底220(圖26)中形成通孔。沖擊式鉆孔可包括來自激光的多個發(fā)射254。接著，脈沖發(fā)出一系列激光發(fā)射255，同時朝向步驟1402中形成的通孔的第一側(cè)移動激光。在步驟1403，將激光移到中心位置。接著，在步驟1404，脈沖發(fā)出的激光朝向孔的第二側(cè)發(fā)出一系列發(fā)射256，同時從孔中移動穿過。在步驟1405，將激光隨后移回中心。翼部231、233是在步驟1402、1404的過程中通過控制激光的脈沖發(fā)出以便使其僅僅部分穿過襯底220來形成。翼部231、233描繪成具有相對于中心鉆孔253成角度的線。過渡點與出口 211之間的過渡角部分地形成，因為激光發(fā)射255、256僅僅部分重疊與鉆孔253相鄰的襯底220，從而在翼部231、233中形成不均勻的消融和成角度的表面。接著，在步驟1406，激光將會在套孔移動過程中沿編程路徑時進行脈沖發(fā)出，以便控制最終孔的大小和形狀。套孔移動是這樣的移動:其中在沿著編程路徑移動時，激光進行脈沖發(fā)出。當然，激光在襯底移動時可進行脈沖發(fā)出也在當前實施例的范圍內(nèi)。路徑可在要求實現(xiàn)期望程度的控制的情況下包括多個通路(multiple passes)。路徑還可包括在編程位置處的停歇點。在步驟1406后，過程結(jié)束。
[0102]襯底類型和/或包括所述襯底的物體
[0103]根據(jù)實施例，上文所引用的襯底20是燃燒器襯套、用于渦輪的燃燒器襯套、用于燃氣渦輪的燃燒器襯套、用于燃氣渦輪發(fā)動機的燃燒器襯套、燃燒器襯套“罐”、后燃器襯套、金屬測試取樣片等之一。因此，所要求的發(fā)明的實施例單獨涵蓋這些條目中的任一個。所要求的發(fā)明的實施例還涵蓋這些物件，例如(但不限于)具有襯底作為其元件或部件的發(fā)動機、渦輪或車輛，所述襯底具有形成在其中的一個或多個成形冷卻孔。
[0104]在一個實施例中，渦輪是燃氣渦輪。這種燃氣渦輪是燃氣渦輪發(fā)動機或煤氣發(fā)生爐芯(gas producer core)。燃氣潤輪發(fā)動機的非限制性實例是潤輪噴氣發(fā)動機、潤輪風扇發(fā)動機、渦輪螺旋槳發(fā)動機和渦輪軸發(fā)動機。煤氣發(fā)生爐芯的非限制性實例是渦輪發(fā)電機、渦輪水泵、射流干燥器、融雪器、渦輪壓縮機等。
[0105]所要求的發(fā)明的實施例還涵蓋具有渦輪的車輛，所述渦輪具有襯底作為其元件或部件，所述襯底具有形成在其中的一個或多個成形冷卻孔10。在這樣的實施例中，渦輪是燃氣渦輪發(fā)動機，例如(但不限于)渦輪噴氣發(fā)動機、渦輪風扇發(fā)動機、渦輪螺旋槳發(fā)動機和渦輪軸發(fā)動機。具有燃氣渦輪發(fā)動機的車輛實例包括(但不限于):飛機、氣墊飛行器、機車、船舶、陸上車輛等等。
[0106]應(yīng)當了解，如本說明書中所使用，以單數(shù)引用并且前面有單詞“一”或“一個”的元件或功能應(yīng)理解為不排除多個所述元件或功能，除非對這種排除進行明確說明。另外，對所要求的發(fā)明的“一個實施例”的引用并非意圖解釋為排除存在其他的、也包括所引用特征的實施例。
[0107]本說明書使用實例公開本發(fā)明、包括最佳模式，同時也使所屬領(lǐng)域中的任何技術(shù)人員都能實踐本發(fā)明、包括制造并使用任何設(shè)備或系統(tǒng)并且執(zhí)行所涵蓋的任何方法。本發(fā)明的專利保護范圍由權(quán)利要求書限定，并且可以包括所屬領(lǐng)域中的技術(shù)人員所想出的其他實例。如果此類其他實例具有的結(jié)構(gòu)元素與權(quán)利要求書的字面意義相同，或者如果此類其他實例包括的等效結(jié)構(gòu)元素與權(quán)利要求書的字面意義并無實質(zhì)差別，那么此類其他實例也在權(quán)利要求書的范圍內(nèi)。
[0108]盡管在一些附圖中示出而未在其他附圖中示出本發(fā)明的特定特征，但是由于每個特征可能與根據(jù)本發(fā)明的其他特征中的任一個或全部組合，這僅僅是為了方便。在本文中所使用的字詞“包括”、“包括”、“具有”和“帶有”應(yīng)廣義地并綜合地解釋，而不限于任何物理關(guān)聯(lián)。此外，主題申請中公開的任何實施例不作為唯一可能的實施例。所述領(lǐng)域中的技術(shù)人員將會想到其他的實施例，并且其他的實施例也在所附權(quán)利要求書的范圍內(nèi)。具體來說，盡管權(quán)利要求書是針對使用激光脈沖鉆出本文所述、所示和/或所要求的成形冷卻孔的特定方法，但是使用電火花加工、噴水流或其他材料移除機制的其他方法應(yīng)理解為實現(xiàn)大體相同功能和/或結(jié)果的替代方式。
【權(quán)利要求】
1.一種帶有成形冷卻孔的燃燒器襯套，其包括: 具有入口表面和出口表面的燃燒器襯套； 入口，所述入口具有第一曲線段、第二曲線段以及至少兩個線性段； 鉆孔，所述鉆孔從所述入口孔朝向所述出口表面延伸到過渡點； 從所述過渡點延伸到所述出口表面的出口，所述出口具有第一曲線段、第二曲線段以及至少兩個線性段； 所述入口具有第一面積并且所述出口具有第二面積，其中所述第二面積大于所述第一面積。
2.如權(quán)利要求1所述的帶有成形冷卻孔的燃燒器襯套，所述鉆孔以小于50度的角度設(shè)置。
3.如權(quán)利要求1所述的帶有成形冷卻孔的燃燒器襯套，所述鉆孔以大于5度的角度設(shè)置。
4.如權(quán)利要求1所述的帶有成形冷卻孔的燃燒器襯套，所述鉆孔以約20度的角度設(shè)置。
5.如權(quán)利要求1所述的帶有成形冷卻孔的燃燒器襯套，所述冷卻孔大體呈Y形。
6.如權(quán)利要求1所述的帶有成形冷卻孔的燃燒器襯套，其中與所述入口相比，所述出口在兩個方向上擴展。
7.一種航空發(fā)動機部件，其包括: 鄰近氣流定位的襯底，所述襯底具有入口表面、出口表面以及冷卻孔； 所述入口表面具有入口，所述入口由第一曲線段、第二曲線段以及在所述第一曲線段與所述第二曲線段之間延伸的第一和第二線性段限定； 鉆孔，所述鉆孔以預(yù)選角度從所述入口朝向所述出口表面延伸； 出口，所述出口形成在所述出口表面中，由第一曲線段、第二曲線段以及在所述第一曲線段與所述第二曲線段之間延伸的第一和第二線性段限定； 所述入口限定第一面積并且所述出口限定第二面積，其中所述第一面積小于所述第二面積；以及 其中所述第二面積在單個維度上從所述第一面積擴展到所述第二面積。
8.如權(quán)利要求7所述的帶有冷卻孔的航空發(fā)動機部件，所述鉆孔具有過渡點，所述第一面積在所述過渡點開始增加。
9.如權(quán)利要求8所述的帶有冷卻孔的航空發(fā)動機部件，所述冷卻孔具有在所述過渡點與所述出口之間的翼部。
10.如權(quán)利要求7所述的帶有冷卻孔的航空發(fā)動機部件，所述入口和/或出口在形狀上呈大體橢圓形。
11.一種在燃燒器襯套中形成成形冷卻孔的方法，其包括: 在中心位置處用激光從出口朝向入口鉆出中心鉆孔； 在將所述激光移向所述中心位置的第一側(cè)時第一次脈沖發(fā)出所述激光； 停止所述第一脈沖發(fā)出并且將所述激光移到所述中心位置； 在將所述激光移向所述中心位置的第二側(cè)時第二次脈沖發(fā)出所述激光； 停止所述第二脈沖發(fā)出并且將所述激光移到所述中心位置； 使得所述激光進行套孔以便控制冷卻孔的大小和形狀。
12.—種形成冷卻孔的方法，所述方法包括: 以預(yù)選角度從出口表面朝向入口表面穿過襯底鉆出中心鉆孔； 在相對于所述鉆孔的中心線在第一方向上移動所述激光和所述襯底中的一個時，第一批次脈沖發(fā)出所述激光； 停止所述第一批次所述脈沖發(fā)出所述激光并且移動所述激光和所述襯底中的所述一個； 在相對于所述鉆孔的所述中心線在第二方向上移動所述激光和所述襯底中的所述一個時，第二批次脈沖發(fā)出所述激光； 停止所述第二批次所述脈沖發(fā)出所述激光并且移動所述激光和所述襯底中的所述一個； 使得所述激光進行套孔以便形成所述大體橢圓形的入口。
13.如權(quán)利要求12所述的形成冷卻孔的方法，其進一步包括形成大體橢圓形的入口。
14.如權(quán)利要求13所述的形成冷卻孔的方法，其形成具有比所述橢圓形入口更大的面積的所述橢圓形出口。
15.如權(quán)利要求12所述的形成冷卻孔的方法，其在所述鉆孔中形成過渡點。
【文檔編號】F02C7/12GK104131900SQ201410181607
【公開日】2014年11月5日 申請日期:2014年4月30日 優(yōu)先權(quán)日:2013年5月1日
【發(fā)明者】J.H.斯塔克維瑟, W.班尼特, J.吉邦斯, A.烏爾班斯基 申請人:通用電氣公司