CN101121192A - 叶片外气封铸芯及其制造方法 - Google Patents

Abstract

一种叶片外气封(BOAS)铸芯具有第一与第二端部及多条支路。在这些支路中，每条第一支路具有：一个与第一端部连接的近端；一个主体部分；一个自由远端。每条第二支路具有：一个与第二端部连接的近端；一个主体部分；一个自由远端。

Description

叶片外气封铸芯及其制造方法

技术领域

【0001】本发明涉及燃气涡轮发动机。具体而言，本发明涉及冷却覆环或外气封(BOAS)的铸造。

背景技术

【0002】可通过放气对BOAS区段进行内部冷却。比如说，可在BOAS内安置环状延伸的冷却通道支路的从上到下的阵列。可从BOAS的外(OD)侧(比方说，由通道支路末端的一个或多个进气口)将冷却气体输入通道支路。冷却气体从BOAS的周端(接合面)的出气口放出，从而可排放到相邻的区段间区域。排出的气体有助于冷却相邻的BOAS区段并清洗间隙以防燃气吸入。

【0003】可用熔模铸造法来铸造BOAS区段。在一种典型的铸造法中，用陶瓷铸芯来形成通道支路。铸芯所具支路对应于通道支路。铸芯支路延伸于铸芯的第一与第二端部之间。可将铸芯放在模具内。可将蜡浇铸在模具内的铸芯支路上以便形成铸模。可对铸模进行包壳处理(比如运用撒砂法形成陶瓷壳)。可以从壳上去除掉蜡。可将金属铸在壳内的铸芯上。可将壳与铸芯毁坏性去除。在去除铸芯以后，铸芯支路就会在铸件内形成通道支路。粗BOAS铸件的两个周端处的铸态通道支路都是开通的。通过电铆焊、钎焊或其它方法将至少一部分端部开孔闭合。可在铸件的OD端钻孔形成通向通道支路的入气口。

发明内容

【0004】本发明一方面涉及到一种叶片外气封(BOAS)铸芯。铸芯具有第一与第二端部以及多条支路。在这些支路中，每条第一支路都包含有：与第一端部相连的近端；一个主体部；一个自由远端。每条第二支路都包含有：与第二端部相连的近端；一个主体部；一个自由远端。

【0005】在各种实施例中，第一与第二支路的远端可以横伸向主体部。铸芯可由耐火金属板材形成。铸芯可具有陶瓷敷层。每个近端可包括一个截面缩减的颈部。至少有一个第三支路将第一端部与第二端部连接起来。这条第三支路可包含有第一与第二周向支路或边支路。可用多个连接分支将相邻的各对支路连接起来。连接分支截面最小，其截面小于相邻的连接起来的支路的截面。

【0006】可将铸芯埋置在壳内并且铸件模具部分高于铸芯。铸芯的第一与第二端部可从铸件处伸进壳内。第一与第二支路远端部分可伸入壳内或终接在铸件内。

【0007】铸芯可由耐火金属板材切割制成。在切割之后，可将第一与第二支路远端横弯以便与这些支路的主体部分联结。

【0008】本发明中一种或多种实施例的细节将在下面的附图及说明中得以阐述。从说明、附图以及权利要求书中可以获悉本发明的其它特征、目标及优势。

附图说明

【0009】图1为叶片外气封(BOAS)的视图。

【0010】图2为图1中BOAS的OD/俯视图。

【0011】图3为图1中BOAS的第一周向端视图。

【0012】图4为图1中BOAS的第二周向端视图。

【0013】图5为用来铸造图1中BOAS冷却通道网络的耐火金属芯(RMC)的平面图。

【0014】图6为另一RMC的平面图。

【0015】图7为图6中RMC的侧视图。

【0016】各个附图中相似的参考数字及标示表示相似的元素。

具体实施方式

【0017】图1显示了叶片外气封(BOAS)20。BOAS的主体部分22具有一个前导/上游/前向端24以及一个尾/下/后端26。主体具有第一与第二周端或接合面28与30。主体具有ID面32及OD面34。典型BOAS具有多个安装钩以便将BOAS安装到周围结构40(见图3)上。典型BOAS具有一个居中前向安装钩42，其前伸远端凹入到前端24之后。典型BOAS具有一对第一与第二后钩44与46，其后伸远端凸出到后端26之后。

【0018】多个BOAS的周向环形阵列可环绕燃气涡轮发动机的相连叶片台。从而组装ID面32就局部限制铸芯流道48(见图3)的外极限。BOAS22可具有用来使阵列联锁的装置。典型装置包括抓手及塔接。典型BOAS22具有一对前抓手50与后抓手52，它们从第一周端28处伸出，并且在组装后，从相邻BOAS第二周端30的径向外侧伸出。

【0019】可对BOAS进行气冷。比如说，可将注入气体引导到邻近面32外侧的腔室56(见图3)。可引导气体穿过孔60、62、64、66、68、70及72(见图2)直到内冷通道网络80。典型网络包含有多个周向延伸支路82、84、86、88、90以及92。网络可具有多个出口。典型的出口包括有沿周端28与30的出口。在典型的BOAS22中，出口100、102与104沿第一周端28形成，出口110、112与114沿第二周端30形成。如下面将更详细讨论的那样，相邻的支路可由互连通道120、122、124、126与128互连起来。

【0020】在操作中，在支路82的封闭端130附近，通过入口66供气给支路82。气流沿支路82下行直到支路82另一端132处颈部的出口100。同理，在封闭端134附近，通过入口60供气给支路84。出口位于另一端136的颈部区域。在封闭端138附近，通过入口68与70供气给支路86。出口102成形于另一端140。在封闭端142附近，通过入口62供气给支路88。出口112位于另一端144。在封闭端146附近，通过入口72供气给支路90。出口104位于另一端148的颈部区域。在封闭端150附近，通过入口64供气给支路92。出口114成形于另一端152的颈部区域。

【0021】图5显示了一种用来铸造通道支路的耐火金属铸芯(RMC)200。铸芯200可由一金属板(如耐火金属)切割而成。典型的切割法有激光切割法。还有一种切割法是冲压操作。典型的RMC200具有第一与第二端部202与204。第一与第二周边支路206与208延伸于端部202与204之间并将其连接起来以便形成框架结构。在周边支路206与208之间是支路210、212、214、216、218及220的一个阵列，它们分别铸出通道支路82、84、86、88、90与92。在一种典型的实施例中，每条RMC支路的近端连接相邻的一个端部202或204，其自由远端与第一端部隔开。支路主体延伸于近端与远端之间。在典型的实施例中，铸芯支路远端230、232、234、236、238与240分别铸出通道支路封闭端130、134、138、142、146与150。铸芯支路近端242、244、246、248、250与252分别铸出出口100、110、102、112、104与114。

【0022】通过用RMC支路的自由远端来铸出封闭通道支路端部，从而就可免除或减少先前技术中的电铆焊步骤。但是，铸芯支路自由远端与相邻铸芯端部202或204的局部连接的缺失可容许结构完整性。至少是作为局部补偿，RMC200具有连接部260、262、264、266与268将相邻支路的主体部连接起来。这些连接部分最终分别铸出通道120、122、124、126与128。

【0023】从气流方面来说，最好将连接部分沿相邻支路安置，此处在铸件通道中的气压将相等。这样就可减少交叉流动并降低损失。但这样又会造成RMC强度比预设值小。因此，可将连接位置相对最优压力平衡位置进行偏移(如周向外推)。

【0024】图5还示意了一种具有内表面282的壳280。壳280是在蜡型上形成的。蜡型包含有用来铸造BOAS的RMC200。在脱蜡、铸造、除壳/去芯之后，就可钻出入口60、62、64、66、68、70与72(比如，作为应用于粗铸的机械加工的一部分)。

【0025】运用典型RMC200或其改进型具有若干优势。运用带自由远端支路的RMC可避免或减少电铆焊的需要。相对陶瓷铸芯来说，运用RMC能铸出更精细的通道。比如说，相对于基准陶瓷铸芯及其铸出通道来说，铸芯的厚度及宽度得以降低。典型的RMC小于1.25mm，更具体地说，是0.5-1.0mm。还可轻易地为RMC配置某些特征(如冲压/压纹或激光蚀刻凹槽)以便铸出内行条或其它表面加强型。

【0026】图6与图7显示了另一种也可由耐火金属板切割成的RMC400。RMC400形成方式可与RMC200相似。RMC400具有第一与第二端部402与404。多个支路所具自由远端部分406弯出RMC的主平面外。比如说，在细颈部410内弯线408处是典型地向上弯曲。在铸出铸模以后，远端部分406从蜡型处部分伸出并埋入最终壳440中。相对使用RMC200来说，这样可使壳内RMC更好地对准，从而具有更精确的通道定位。一旦除壳/去芯，处于壳凹腔内的远端部分406就在铸件内留下开口。此开口可用作入口。或者，也可将开口放大(如用钻孔或其它机械方法)。

【0027】还有多种变型可将一个到全部互联通道(如120、122、124、126与128)径向压缩得使其相比相邻通道支路特征厚度(如均值、中间值或普通值)有更小的厚度(径向高度)。通过使RMC连接部(如260、262、264、266与268)相应变薄就可达到此目的。典型的变薄法可从一个或两个RMC面做起，可将其作为对RMC主切割的一部分。

【0028】现已描述了本发明的一种或多种实施例。但是，可以理解的是，在不背离本发明精神及范围的情况下可作出各种改进。比如说，在对原始BOAS重建或使用现有的制造方法与设备时，原始BOAS或现有技术或设备的细节会影响任何特定实施例的细节。相应地，其余实施例也处于以下权利要求书的范围之内。

Claims (20)

1.一种铸芯，包括：

第一与第二端部；

多条支路，包含有：

多条第一支路，每条具有：

与第一端部连接的近端；

主体部分；

自由远端；以及

多条第二支路，每条具有：

与第二端部连接的近端；

主体部分；

自由远端。

2.依据权利要求项1所述铸芯，其中：第一与第二支路的远端部分横伸向主体部分。

3.依据权利要求项1所述铸芯，其中：铸芯由耐火金属板形成。

4.依据权利要求项3所述铸芯，其中：铸芯具有陶瓷敷层。

5.依据权利要求项3所述铸芯，其中：板材厚度为0.5-1.0mm。

6.依据权利要求项1所述铸芯，其中：第一与第二支路的每个近端部分都包括一个截面缩减的颈部。

7.依据权利要求项1所述铸芯还包括：至少一个第三支路，将第一端部连接到第二端部上。

8.依据权利要求项7所述铸芯，其中：所述的至少一个第三支路包含有第一与第二周边支路。

9.依据权利要求项1所述铸芯，还包括：多个连接分支，将相邻成对的所述支路连接起来且具有最小截面，其截面小于相邻的连接支路的截面。

10.依据权利要求项9所述铸芯，其中：连接分支厚度小于连接支路的特征厚度。

11.一种粗铸件、壳及铸芯的结合体，包括：

壳；

如权利要求项1所述铸芯；

部分高于所述铸芯的铸件，第一与第二端部从铸件处伸入壳内。

12.依据权利要求项11所述结合体，其中：第一与第二支路的远端部分从铸件处伸入壳内。

13.依据权利要求项11所述结合体，其中：远端部分终接于铸件内。

14.一种方法，包括：

切割耐火金属板，用来限定：

第一与第二端部；以及

多条支路，包含有：

多条第一支路，每条具有：

与第一端部连接的近端；

主体部分；以及

远端部分；

多条第二支路，每条具有：

与第二端部连接的近端；

主体部分；以及

远端部分；

将第一与第二支路远端部分横向弯折到相关的主体部分。

15.依据权利要求项14所述方法，其中：切割法包括激光切割法。

16.依据权利要求项14所述方法，其中切割法包括：

从第二端部处切出第一支路远端部分；

从第一端部处切出第二支路远端部分。

17.依据权利要求项14所述方法，还包括：至少在第一与第二支路部分上应用敷层。

18.依据权利要求项14所述方法，还包括：

将一种牺牲材料浇铸在第一与第二支路部分上以便形成铸模；

为铸模包壳，第一与第二端部以及远端部分从牺牲材料处伸入壳内；

去除牺牲材料；

在壳内铸金属；

去壳。

19.依据权利要求项18所述的用来形成叶片外气封的方法还包括：通过由第一与第二支路远端部铸成的入口将气体导入气封中。

20.依据权利要求项19所述方法，还包括：

从铸件第一面到由第一与第二支路部分铸出的铸件内的通道钻出多个出口孔；

将气体排出出口孔。

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