CN102116176B - 具有图案的涡轮机部件和在涡轮机部件上形成图案的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及具有图案的涡轮机部件和在涡轮机部件上形成图案的方法，具体而言，一种在涡轮机(2)部件上形成图案的方法，包括将材料添加至该涡轮机(2)部件的选定的表面区域，该材料以预定的图案排列。

Description

具有图案的涡轮机部件和在涡轮机部件上形成图案的方法
技术领域
本文所公开的主题涉及涡轮机的领域，并且更特别地，涉及具有图案的涡轮机部件和在涡轮机部件上形成图案的方法。
背景技术
诸如压缩机叶片的涡轮机部件旋转以产生高压空气流。该高压空气流与燃烧空气流联合来使涡轮叶片旋转。压缩机叶片和/或涡轮叶片的空气动力特性上的改变导致涡轮机的整体运行特性的改变。已发现增加压缩机和/或涡轮叶片的表面积导致了增强的涡轮机运行。
增加压缩机和/或涡轮叶片的表面积的常规方法包括模制工艺和蚀刻或机加工(即表面移除)工艺。在模制工艺中，图案在模具上形成。在铸造时，图案在压缩机和/或涡轮叶片的表面上形成。这些图案被构造和设置成增加有效的表面积，并提高压缩机和/或涡轮叶片的空气动力特性。在蚀刻工艺中，采用化学、激光或其它方法来将特定部分从压缩机和/或涡轮叶片的表面去除。如上所指出的，图案被构造和设置成增加有效面积，并提高压缩机和/或涡轮叶片的空气动力特性。
发明内容
根据本发明的一方面，在涡轮机部件上形成图案的方法包括将材料添加至涡轮机部件的选定的表面区域，该材料以预定的图案排列。
根据本发明的另一方面，涡轮机部件包括具有外表面的主体部分。图案在该外表面上形成。该图案包括通过直接写入(DW)工艺添加至该外表面的材料。
用于将材料添加至涡轮机部件的选定区域的系统和计算机程序产品也在本文中描述并要求权利。
由结合图的下文的描述，这些和其它优点和特性将变得更显而易见。
附图说明
被视为本发明的主题被特别地指出并在本说明书所附的权利要求中清楚地要求权利。由结合附图的下文的详细描述，本发明的前述和其它的特征、优点是显而易见的，其中：
图1是根据一个示例性实施例的包括具有图案的涡轮机部件的涡轮机的部分横截面视图；
图2是图1的具有图案的涡轮机部件的透视图；
图3是图2的具有图案的涡轮机部件的部分侧视图，图示了被添加至涡轮机部件的表面以形成图案的材料；
图4是流程图，图示了根据一个示例性实施例在涡轮机部件上形成图案的方法；并且
图5是根据一个示例性实施例的另一具有图案的涡轮机部件的平面图。
通过参考图形的示例，该详细描述解释了本发明的实施例及其优点和特征。
部件清单：
2     涡轮机
4     涡轮机外壳
6     燃烧室
8     涡轮级
10    第一级喷嘴
12    热气体路径
14    第二级喷嘴
20    转子
22    叶轮空间
24    涡轮轮叶
27    主体部分(24)
30    基础部分(27)
32    翼型部分(27)
34    第一端部分(32)
35    第二端部分(32)
38    翼型表面
46    图2至3
47    图案区域
54    凸起的特征
55    其中之一
57    主体部分
59    基础部分
61    唇形部分
65    涂层
70    讨论DW
71    材料
72    添加
78    结合涂层
90    方法
110   图案
120   护罩
具体实施方式
参考图1，根据一个示例性实施例建造的涡轮机总体由2标示。涡轮机2包括容纳燃烧室6和涡轮级8的涡轮机外壳4。在显示的该示例性实施例中，涡轮级8为第一级。来自燃烧室6的燃烧气体沿着热气体路径(HGP)12通过第一级喷嘴10至第二级喷嘴14。该燃烧气体驱动转子盘20，转子盘20又驱动涡轮机轴(未显示)。转子盘20被排列在涡轮机2的叶轮空间区域22中，并且包括安装至转子盘20的多个涡轮轮叶，其中之一由24标示。各涡轮轮叶24包括限定基础部分30的主体部分27，以及翼型部分32。翼型部分32包括延伸通过翼型表面38至第二端部分35的第一端部分34。沿热气体路径12通过的燃烧气体冲击翼型表面38，周向地推动翼型部分32，使转子盘20转动。
根据一个示例性实施例，翼型表面38包括具有提高了涡轮轮叶24的空气动力性能的多个凸起的元件的具有图案的区域47，凸起的元件之一标示为54。各凸起的元件54包括具有延伸至末梢部分61的基础部分59的主体部分57。虽然显示为具有基础部分59大于末梢部分61的大致梯形的形状，但应领会的是凸起的元件54可采用多种形状，包括具有矩形轮廓、曲线轮廓等的形状。根据该示例性实施例的一方面，涂层被涂敷至具有图案的区域47。涂层65为各凸起的元件54提供了额外的保护。在所示的该示例性实施例中，涂层65以基本线性的层而涂敷。然而，应领会的是涂层65也可为波状的。根据该示例性实施例的另一方面，在主体部分57中产生多个孔69。孔69还增加了凸起的元件54的表面积。
进一步根据该示例性实施例，具有图案的区域47使用直接写入(DW)工艺形成。该直接写入工艺以预定的图案将材料添加至翼型表面38。在根据该示例性实施例的一方面，凸起的元件54由聚合物、陶瓷、金属和复合材料的至少其中一种形成。当然也可使用其它材料和复合材料。如下文将更充分地讨论的，在添加具有图案的区域47之前，取决于凸起的元件54所使用的材料，结合涂层78被涂敷至翼型表面38。结合涂层78加强了使用DW工艺添加的多个凸起的特征54的附着力。
现在将参考描述了产生具有图案的区域47的方法90的图4。首先，如框92中所显示，图案设计和材料类型为DW工艺而规划(formulate)。也即，在产生具有图案的区域47之前，规划图案的特定类型和用来形成该图案的特定的材料，并输入DW工艺应用。根据一方面，选择的特定材料将产生包括孔69的凸起的元件54。在这一点上，如框94中所示，如需要的话，结合涂层78被添加至翼型表面38。如框96中所示，在涂敷结合涂层78和/或喷砂或化学蚀刻被应用来提高表面粗糙度以加强附着力之后，表面沉积被添加至翼型表面38。如框98中所示，在添加该表面沉积来形成多个凸起的特征54之后，翼型表面38被热处理来巩固或强化凸起的特征54。当然，应领会的是对热处理的需要取决于在形成该多个凸起的特征中所使用的特定类型的材料。
在热处理之后，如框100中所示，部分外涂层被涂敷至该多个凸起的特征54。如上文所述，该外涂层或涂层被用来为多个凸起的特征提供额外的保护。当然，对外涂层或涂层的需要还取决于在形成具有图案的区域47中使用的特定类型的材料。除了添加特征之外，材料可被移除以在翼型表面48上形成额外的图案。使用一种或多种已知的技术，例如蚀刻、激光等来移除材料。
在此处应领会的是，该示例性实施例使用直接写入(DW)工艺来将材料添加至涡轮机部件的表面部分，从而形成具有图案的区域。当然，一旦添加，材料的一些部分可被选择性地移除，从而改变/调整该具有图案的区域。如果期望，使用溶剂来溶解具有图案的区域的部分，或使用激光来移除/改变该具有图案的区域的一些部分，从而选择性地移除该材料。除了在如上文所述的诸如涡轮轮叶的三维(3D)表面上提供图案之外，可使用示例性实施例来在诸如图5中所示的护罩120的二维(2D)表面上产生具有图案的区域110。无论什么表面，该添加的材料都提高了涡轮机部件的结构稳定性。也即，代替了需要移除材料的用于在现有的涡轮机部件上产生图案的传统工艺，该示例性实施例将材料添加至涡轮机部件来提高空气动力特性。
尽管仅联系有限数目的实施例而详细描述了本发明，但应容易领会的是本发明不限于此类公开的实施例。而是，本发明可被修改来包含迄今尚未描述的，但等同于本发明的精神和范围的任何数目的变型、改变、替代或等价的装置。另外，尽管已描述了本发明的多个实施例，将领会的是本发明的方面可仅包括某些已描述的实施例。因此，本发明将不被视为由前述的描述限制，而仅由所附权利要求的范围限制。

Claims (7)

1.一种在涡轮机部件(24)上形成图案的方法，所述方法包括：
使用直接写入(DW)工艺将材料添加至所述涡轮机部件(24)的选定的表面区域(38)，所述材料以预定的图案排列，所述预定的图案包括构造并设置成提高所述涡轮部件的空气动力性能的一个或多个凸起的元件；其中，每个凸起的元件包括梯形的主体部分(57)，所述 主体部分包括延伸至末梢部分(61)的基础部分(59)，所述主体部 分在其表面形成有多个孔(69)。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：创建计算机绘图文件，所述计算机绘图文件限定了要添加至所述涡轮机部件(24)的所述选定的表面区域(38)的所述预定的图案。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：将所述图案直接转移至所述涡轮机部件。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：以喷嘴分配工艺、热喷涂工艺、软石印术工艺和激光工艺的至少其中一种来添加材料。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：移除被添加至所述选定的表面区域(38)的所述材料的一部分。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，移除所述材料的所述部分包括以激光熔化所述材料的预定的部分。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述材料被添加至压缩机叶片和涡轮叶片(24)之一的选定的表面区域(38)。
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