CN106930787B - 添加制造的叶片盘 - Google Patents

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Abstract

提供了一种用于燃气涡轮发动机(110)的叶片盘(200)。叶片盘(200)包括转子盘(204)、多个转子叶片(202)、以及互锁过渡区(10)。转子盘(204)包括经由添加制造形成的第一材料的多个熔合层，且限定外轮缘(206)。多个转子叶片(202)包括经由添加制造形成的第二材料的多个熔合层。互锁过渡区(10)包括分别从转子盘(204)的外轮缘(206)和多个转子叶片(202)交替地延伸的多个凸起(16)，以不可拆卸地联接转子盘(204)和多个转子叶片(202)。

Description

添加制造的叶片盘
技术领域
本主题大体上涉及沿互锁过渡区(interlocking transition zone)连结两个构件的添加制造方法。
背景技术
在制造中，通常合乎需要的是连结两个或更多个构件来产生单个部件。然而，连结构件的当前方法通常导致较差的机械性质，不论这些构件是否由相同或不类似的材料制成。
例如，连结两个构件的现有技术的方法可包括金属熔化过程，如焊接或硬钎焊，使用机械紧固件如铆钉或螺钉，或施加结构粘合剂和使其固化。这些接头可展现较差的物理性质，并且提供弱机械联结，如较差的剪切联结或粘合。由于那些区域中的集中应力，故这些接头还可倾向于沿材料过渡线或平面的裂缝开始和传播。
此外，在一些应用中，合乎需要的是具有允许连结构件之间的一些相对移动的接头。例如，不是柔韧或柔性的两个或更多个构件之间的接头可展现关于接头的疲劳耐久性、抗冲击性和总体寿命的问题。在其中构件或连结材料具有不同热膨胀系数的情况下，不允许相对移动的接头不可补偿热增长失配，因此导致接头在某些温度环境中的失效。
此外，在连结构件之间延伸的冷却孔可为合乎需要的。然而，取决于接头和构件的方位和构造，不可为可能的是，使用当前的方法(如，钻孔或机加工)在不损害接头的完整性的情况下形成冷却孔。不可为可能的是，例如在孔在接头自身内的情况下，或在钻取孔可另外弱化接头的情况下，产生冷却孔。
因此，具有改进的结构完整性的连结两个或更多个构件的方法是合乎需要的。更具体而言，用于形成允许构件之间的相对移动或包括冷却孔(如果期望)，同时仍提供强机械联结的接头的方法将是特别有用的。
发明内容
本发明的方面和优点将在以下描述中部分地阐述，或者可从描述为明显的，或者可通过本发明的实践学习。
在本公开内容的一个示例性实施例中，提供了一种用于燃气涡轮发动机的叶片盘(bladed disk)。叶片盘包括转子盘、多个转子叶片、以及互锁过渡区。转子盘包括经由添加制造形成的第一材料的多个熔合层，且限定外轮缘。多个转子叶片包括经由添加制造形成的第二材料的多个熔合层。互锁过渡区包括分别从转子盘的外轮缘和多个转子叶片交替地延伸的多个凸起，以不可拆卸地联接转子盘和多个转子叶片。
在本公开内容的又一个实施例中，提供了一种使用添加制造形成叶片盘的方法。该方法包括经由添加制造熔合第一材料的多个层来形成限定外轮缘的转子盘。该方法还包括经由添加制造熔合第二材料的多个层来形成多个转子叶片。另外，该方法包括通过形成互锁过渡区来不可拆卸地联接转子盘和多个转子叶片，互锁过渡区包括分别从转子盘和多个转子叶片交替地延伸的多个凸起。
在本公开内容的再一个实施例中，提供了一种转子叶片。转子叶片包括从平台延伸的燕尾部，燕尾部和平台包括经由添加制造形成的第一材料的多个熔合层。转子叶片还包括翼型件，其包括经由添加制造形成的第二材料的多个熔合层。互锁过渡区包括分别从平台和翼型件交替地延伸的多个凸起，以不可拆卸地联接平台和翼型件。
本发明的第一技术方案提供了一种用于燃气涡轮发动机的叶片盘，包括：转子盘，其包括经由添加制造形成的第一材料的多个熔合层，其中所述转子盘限定外轮缘；多个转子叶片，其包括经由添加制造形成的第二材料的多个熔合层；以及互锁过渡区，其包括分别从所述转子盘的所述外轮缘和所述多个转子叶片交替地延伸的多个凸起，以不可拆卸地联接所述转子盘和所述多个转子叶片。
本发明的第二技术方案是在第一技术方案中，所述多个凸起中的每一个均允许所述转子盘和所述多个转子叶片之间的相对运动中的变化。
本发明的第三技术方案是在第一技术方案中，所述转子盘与所述多个转子叶片之间的相邻凸起的至少一部分防止或限制所述转子盘与所述多个转子叶片之间的相对运动。
本发明的第四技术方案是在第一技术方案中，所述互锁过渡区限定流体通道，所述流体通道构造成提供所述转子盘与所述多个转子叶片之间的流体连通。
本发明的第五技术方案是在第一技术方案中，所述第一材料为第一金属合金，以及所述第二材料为第二金属合金。
本发明的第六技术方案是在第一技术方案中，硬钎焊接头位于所述转子盘与所述多个转子叶片之间以用作粘合剂。
本发明的第七技术方案提供了一种使用添加制造形成叶片盘的方法，所述方法包括：经由添加制造熔合第一材料的多个层来形成转子盘，其中所述转子盘限定外轮缘；经由添加制造熔合第二材料的多个层来形成多个转子叶片；以及通过形成互锁过渡区来不可拆卸地联接所述转子盘和所述多个转子叶片，所述互锁过渡区包括分别从所述转子盘和所述多个转子叶片交替地延伸的多个凸起。
本发明的第八技术方案是在第七技术方案中，经由添加制造熔合第一材料的多个层来形成转子盘包括连续地沉积所述第一材料的层，以及其中经由添加制造熔合第二材料的多个层来形成多个转子叶片包括连续地沉积所述第二材料的层。
本发明的第九技术方案是在第七技术方案中，通过形成互锁过渡区来不可拆卸地联接所述转子盘和所述多个转子叶片包括将所述第一材料和所述第二材料的层连续地沉积到所述转子盘上。
本发明的第十技术方案是在第七技术方案中，所述转子盘与所述多个转子叶片之间的相邻凸起的至少一部分防止或限制所述转子盘与所述多个转子叶片之间的相对运动。
本发明的第十一技术方案是在第七技术方案中，所述互锁过渡区限定流体通道，所述流体通道构造成提供所述转子盘与所述多个转子叶片之间的流体连通。
本发明的第十二技术方案是在第七技术方案中，所述转子盘与所述多个转子叶片由环氧树脂制成，且熔合是交联过程。
本发明的第十三技术方案是在第七技术方案中，所述转子盘与所述多个转子叶片由陶瓷材料制成，且熔合是烧结过程。
本发明的第十四技术方案是在第七技术方案中，所述转子盘与所述多个转子叶片由粉末金属制成，且熔合是熔化过程。
本发明的第十五技术方案提供了一种转子叶片，包括：燕尾部，其从平台延伸，所述燕尾部和所述平台包括经由添加制造形成的第一材料的多个熔合层；翼型件，其包括经由添加制造形成的第二材料的多个熔合层；以及互锁过渡区，其包括分别从所述平台和所述翼型件交替地延伸的多个凸起，以不可拆卸地联接所述平台和所述翼型件。
本发明的第十六技术方案是在第十五技术方案中，所述平台和所述翼型件之间的相邻凸起的至少一部分防止所述平台和所述翼型件之间的相对运动。
本发明的第十七技术方案是在第十五技术方案中，所述互锁过渡区限定流体通道，所述流体通道构造成提供所述平台和所述翼型件之间的流体连通。
本发明的第十八技术方案是在第十五技术方案中，所述燕尾部构造成被接收在转子盘的外轮缘上形成的多个凹口中的一个中。
本发明的第十九技术方案是在第十八技术方案中，所述转子盘包括第三材料的多个熔合层。
本发明的第二十技术方案是在第十九技术方案中，所述第一材料为第一金属合金，所述第二材料为第二金属合金，以及所述第三材料为第三金属合金。
本发明的这些及其它的特征、方面和优点将参照以下描述和所附权利要求变得更好理解。并入在本说明书中并且构成本说明书的部分的附图示出了本发明的实施例，并且连同描述用于阐释本发明的原理。
附图说明
包括针对本领域技术人员的其最佳模式的本发明的完整且开放的公开在参照附图的说明书中阐述，在该附图中：
图1为按照本公开的示例性实施例的互锁过渡区的透视图，其中第一构件和第二构件示为分开来提供凸起的清楚视图；
图2为根据示例性实施例的具有轴和球柄凸起的互锁过渡区的侧视图；
图3为根据示例性实施例的具有梯形凸起的互锁过渡区的侧视图；
图4为根据示例性实施例的具有长形轴和球柄凸起的互锁过渡区的侧视图；
图5为根据示例性实施例的具有轴和球柄凸起的互锁过渡区的侧视图，其中硬钎焊材料用作第一构件与第二构件之间的粘合剂；
图6为根据示例性实施例的具有延伸穿过的冷却孔的非平面互锁过渡区的侧视图；
图7为根据示例性实施例的具有延伸穿过的冷却孔的互锁过渡区的透视截面视图；
图8为根据本主题的示例性实施例的燃气涡轮发动机的示意性截面视图；
图9为根据本发明的实施例的在燃气涡轮发动机中使用的示例性叶片盘类型的透视图；
图10为图9的示例性叶片盘的俯视图，且示出了根据本发明的实施例的各个叶片如何可与转子盘一体地形成；
图11为根据本发明的实施例的多个转子叶片可附接至其以形成多个构件叶片盘的示例性转子盘的透视图；以及
图12为根据本发明的实施例的可附接至图11的示例性转子盘以形成多个构件叶片盘的单个转子叶片的俯视图。
本说明书和附图中的附图标记的重复使用旨在表示本发明的相同或相似的特征或元件。
零件列表
10 互锁过渡区
12 第一构件
14 第二构件
16 凸起
18 轴
20 球柄
22 第一构件表面
24 第二构件表面
26 间隙
28 梯形凸起
30 长形凸起
32 长形轴
34 相对运动箭头
36 接头粘合层
38 冷却孔
110 涡扇喷气发动机
112 纵向或轴向中心线
114 风扇区段
116 芯部涡轮发动机
118 外壳
120 入口
122 低压压缩机
124 高压压缩机
126 燃烧区段
128 高压涡轮
130 低压涡轮
132 喷气排气区段
134 高压轴/转轴
136 低压轴/转轴
138 风扇
140 叶片
142 盘
144 前缘
146 末梢
148 促动组件
150 动力齿轮箱
152 可旋转的轮毂
154 风扇壳或机舱
156 出口导向导叶
158 下游区段
160 旁通空气流通路
162 空气
164 入口
166 空气的第一部分
168 空气的第二部分
170 燃烧气体
172 定子导叶
174 涡轮转子叶片
176 定子导叶
178 涡轮转子叶片
180 喷气喷嘴排气
182 风扇喷嘴排气区段
184 热气体路径
200 叶片盘
202 转子叶片
204 转子盘
206 外轮缘
208 内孔
210 腹板
212 钻孔
218 转子盘
220 转子叶片
222 槽口
224 翼型件
226 平台
228 燕尾部
230 根部
232 末梢
234 前缘
236 后缘
238 外表面(平台)。
具体实施方式
现在将详细参照本发明的实施例，其一个或更多个实例在附图中示出。各个实例经由阐释本发明提供，而不限制本发明。实际上，对本领域技术人员而言将显而易见的是，可在本发明中作出各种改型和变型，而不脱离本发明的范围或精神。例如，示为或描述为一个实施例的部分的特征可与另一个实施例一起使用以产生又一个实施例。因此，意图是，本发明覆盖归入所附权利要求和它们的等同物的范围内的此类改型和变型。
添加制造技术实现通过典型地沿竖直(Y)方向逐点、逐层建造物体的复杂物体的制造。尽管以下论述涉及材料的添加，但本领域技术人员将认识到，本文中公开的方法和结构可利用任何添加制造技艺或技术实践。例如，本发明的实施例可使用层添加过程、层减去过程或混合过程。在一些实施例中，本文中公开的方法和结构可提供由互锁过渡区10连结且由一种或更多种材料的连续沉积层形成的两个或更多个构件。
本公开的实施例提供了用于使用添加制造技术连结两个或更多个构件的方法和结构。在这点上，多个构件可产生，其为独立实体，但产生有它们的构造中的互锁特征以有效地形成机械"根部"，其横跨联结区域到达，由此阻止拆卸和横跨过渡区传送结构负载。所得的接头可为平面或非平面的，并且可展现改进的机械强度和粘合。互锁材料过渡区例如还可用于将高抗冲击保护涂层装固于基础材料。此外，互锁特征可间隔开，以容许构件之间的小范围运动，并且接头可具有一体的冷却孔或通路。
现在参照附图，图1示出了根据本公开的示例性实施例的互锁过渡区10的透视图，其中第一构件12和第二构件14示为分开来提供多个凸起16的清楚视图。如所示，互锁过渡区10可在由X-Z平面限定的平面区域中延伸。值得注意地，附图中仅示出了互锁过渡区10，但本领域技术人员将认识到，第一构件12和第二构件14可为使用添加制造技术制造的任何简单或复杂的物体。此外，第一构件12和第二构件14和连接它们的互锁过渡区10可缩放至任何尺寸。例如，各个凸起16可在截面中范围从几纳米到若干厘米或更大。假定其多功能性和可缩放性，用于使用添加制造技术连结两个或更多个构件的当前公开的方法和结构可在各种应用和技术领域中实践。
图2为根据一个示例性实施例的具有轴18和球柄20凸起16的互锁过渡区10的侧视图。如所示，第一构件12和第二构件14中的各个包括分别从第一构件表面22和第二构件表面24延伸的多个凸起16。尽管所示实施例示出了沿大致垂直方向延伸的各个凸起16，但本领域技术人员将认识到，在其它实施例中，各个凸起16可相对于构件表面22,24成任何角制造。各个凸起16包括轴18，其具有位于其远侧端部处的球柄20。在图1和2中所示的实施例中，轴18为圆柱形的，并且球柄20为球形的。然而，在一些实施例中，轴18可改为具有为正方形、矩形、椭圆形、不规则形状或任何其它适合形状的截面，并且可处于共同或不同的长度。类似地，球柄20可为正方形、长方形或任何其它适合形状。
多个凸起16可从第一构件12和第二构件14交替地延伸，以形成沿纵向方向(X)和侧向方向(Z)两者延伸的互锁过渡区10。在一些实施例中，球柄20的直径大于轴18的直径，并且轴18沿第一构件12和第二构件14间隔，使得球柄20可配合在相邻轴18之间。以该方式，多个凸起16形成互锁过渡区10，其机械地联接第一构件12和第二构件14。由于互锁过渡区10可使用添加制造逐层打印，故所得的互锁过渡区10不可拆卸地联接第一构件12和第二构件14。在这点上，第一构件12和第二构件14连结成使得它们可不通过非破坏手段分开。在一些实施例中，相邻凸起16的至少一部分可防止构件12,14之间的相对运动。如下文更详细阐释的，在其它实施例中，轴18的间距可调整成允许多个凸起16的相对移动，并且向互锁过渡区10提供一些柔性。
在一些示例性实施例中，凸起16可具有不同形状。在这点上，多个凸起16可为不规则形状，并且各个凸起16可填充相邻凸起16之间的整个区域，或者可留下间隙或小空隙26。例如，如图3中所示，凸起16可为梯形凸起28。在这点上，各个梯形凸起28具有分别邻近第一构件12或第二构件14的窄截面。梯形凸起28的截面区域在梯形凸起28远离第一构件12或第二构件14朝梯形凸起28的远侧端部(其中截面为最大的)延伸时变得更大。
现在具体参照图4的实施例，多个凸起16可为长形凸起30。在这点上，长形凸起30可具有长形轴32，或者可另外制造成允许第一构件12与第二构件14之间的一些相对运动。例如，长形轴32可允许第一构件12和第二构件14关于彼此沿Z方向(如由箭头34指示)滑动，直到相邻的球柄20与彼此接触。类似地，在一些实施例中，多个凸起16的间距可增大，以便容许在X,Y和Z平面中的小范围的运动，以及绕着X,Y和Z轴线的旋转。如本领域技术人员将认识到的，多个凸起16的尺寸、形状和间距可针对任何特定应用调整成按需要容许或约束运动。
现在具体参照图5，互锁过渡区10的一些实施例可具有粘合剂36或其它材料，其设置在第一构件表面22与第二构件表面24之间，以便进一步确保强联结。该粘合剂层36可为例如环氧树脂或固化树脂，或者接头可通过将硬钎焊填充材料引入在第一构件12与第二构件14之间来产生。作为备选，粘合剂层36可为第一构件12与第二构件14之间的另一添加制造的层，并且可由适合于用在添加制造过程中的任何材料制成，如下文所论述。以该方式，粘合剂层36可改进互锁过渡区10的机械联结强度。
在一些情况下，合乎需要的是包括冷却孔38，其延伸穿过互锁过渡区10以提供第一构件12与第二构件14之间和/或互锁过渡区10内的冷却流体的连通。图6示出了具有一体的冷却孔38的非平面互锁过渡区10的侧视图。图7为具有一体的冷却孔38的互锁过渡区10的透视截面视图。在这些示例性实施例中，冷却孔38可通过在添加制造过程期间选择性地沉积材料以形成通路或冷却孔38而形成穿过构件。冷却孔38可在内部延伸穿过互锁过渡区10，使得它们是整装的并且不暴露于连结构件的任何外表面。此外，冷却孔38可具有任何形状或尺寸，并且可置于任何位置。例如，尽管图6和7中绘出的冷却孔38是线性的并且从第一构件12笔直地延伸穿过互锁过渡区10至第二构件14，但冷却孔38可改为是弯曲的或蛇线的。
本文中公开的添加制造过程使得第一构件12和第二构件14能够由多种材料中的任一种制成。各个构件可由相同材料或不同材料制成。实际上，甚至单个构件可包括不同材料的多层。在一些实施例中，第一构件12可为第一部件，并且第二构件14可为第二部件，使得互锁过渡区10产生多部件组件。此外，本领域技术人员将认识到，本文中所述的方法和结构不需要限于两个构件，而是可用于连结多于两个构件。在一些实施例中，第一构件12可为基础材料，并且第二构件14可为保护涂层。例如，第二构件14可为热障涂层或热障涂层的联结涂层，以向第一构件12提供改进的热耐久性。在其它实施例中，保护涂层可为展现高抗冲击性的非常耐久的材料。以该方式，保护涂层可保护下覆构件免受冲击损坏并且延长其寿命。
如上文所指示，第二构件14可为保护涂层，如热障涂层(TBC)系统或环境阻隔涂层(EBC)系统。此类TBC和EBC系统可大体上包括覆盖第一构件12的外表面的联结层，以及设置在联结层之上的热障层。如大体上理解的，联结层可由设计成抑制下覆的第一构件12的氧化和/或腐蚀的抗氧化金属材料形成。例如，在若干实施例中，联结层可由包括"MCrAlY"的材料形成，其中"M"代表铁、镍或钴，或者来自铝化物或贵金属铝化物材料(例如，铝化铂)。类似地，热障层可由耐高温材料形成，以便提高第一构件12的操作温度能力。例如，在若干实施例中，热障层可由各种已知的陶瓷材料形成，如由氧化钇、氧化镁或其它贵金属氧化物部分或完全稳定的氧化锆。
此外，通过使用上文公开的方法和结构来产生互锁过渡区10，TBC和EBC系统的联结层可完全消除。在这点上，联结层典型地用于TBC和EBC系统中，以便提供第一构件12与热障涂层之间的中间层，以补偿热失配，即，第一构件12和热障涂层可具有不同热膨胀系数，在置于高温环境中时在材料以不同速率增长时引起应力。联结层提供附加机械强度和粘合来确保热失配不导致联结区域失效。然而，如上文所论述，多个凸起16形成互锁过渡区10，其提供构件之间的强机械联结和改进的粘合。因此，如果互锁过渡区10将保护热障涂层联接于第一构件12，则联结层可完全消除，并且组件可仍耐受高温环境。
此外，本领域技术人员将认识到，用于联结那些材料的多种材料和方法可使用并且构想为在本公开的范围内。例如，材料可为塑料、金属、混凝土、陶瓷、聚合物、环氧树脂、光敏聚合物树脂，或可呈固体、液体、粉末、片材或任何其它适合形式的任何其它适合的材料。如本文中使用的，提到"熔合"可表示用于产生以上材料中的任一种的联结层的任何适合的过程。例如，如果物体由聚合物制成，则熔合可表示产生聚合物材料之间的热固性联结。如果物体为环氧树脂，则联结可由交联过程形成。如果材料为陶瓷，则联结可由烧结过程形成。如果材料为粉末金属，则联结可由熔化过程形成。本领域技术人员将认识到，熔合材料来由添加制造制作构件的其它方法是可能的，并且目前公开的主题可利用那些方法来实践。
在一些实施例中，第一材料和第二材料具有不同的热膨胀系数。在此类实施例中，可合乎需要的是将多个凸起16构造成允许一些相对移动，由此减小由于由热增长失配产生的集中应力而引起的失效的可能性。
添加制造技术实现产生多个构件，其为独立实体，但产生有它们的构造中的互锁特征来限制它们的运动范围和/或拆卸。在这点上，两个或更多个独立的构件可制造有互锁特征，其有效地形成横跨互锁过渡区10到达的机械"根部"，阻止拆卸，并且具有横跨互锁过渡区10传送结构负载的能力。使用添加制造技术有效地连结两个或更多个构件的能力引入了宽范围的平面或非平面接头，并且可实现产生独特的组件。
互锁材料过渡区10可提供优于现有技术的技术和商业优点。使用所述方法产生的接头具有改进的机械强度，展现不同功能、成分或微观结构的区域之间的改进的剪切联结，以及微规模或宏规模下的增强粘合。互锁材料过渡区10例如还可用于将高抗冲击保护涂层装固于基础材料。联结层的多功能性也改进，其中构件可由相同或不类似的材料制成，并且接头可为平面或非平面的。此外，互锁特征可间隔开，以容许构件之间的小范围运动，并且接头可具有一体的冷却孔或通路。
使用添加制造连结两个或更多个构件的上文所述的设备和方法可用于多种应用和多种行业中。例如，燃气涡轮发动机的构件可使用该过程构造。可使用上文所述的方法构造的燃气涡轮发动机的构件的少许实例在下文论述。然而，如本领域技术人员将认识到的，这些构件仅为示例性的，并且描述的添加制造技术的其它应用和使用是可能的并且在本发明的范围内。
图8为根据本主题的示例性实施例的燃气涡轮发动机的示意性截面视图。更具体而言，对于图8的实施例，燃气涡轮发动机为本文中称为"涡扇发动机110"的高旁通涡扇喷气发动机110。如图8中所示，涡扇发动机110限定轴向方向A(平行于为了参照提供的纵向中心线112延伸)和径向方向R。大体上，涡扇110包括风扇区段114和设置在风扇区段114下游的芯部涡轮发动机116。
绘出的示例性芯部涡轮发动机116大体上包括大致管状的外壳118，其限定环形入口120。外壳118包围成串流关系的包括增压或低压(LP)压缩机122和高压(HP)压缩机124的压缩机区段；燃烧区段126；包括高压(HP)涡轮128和低压(LP)涡轮130的涡轮区段；以及喷气排气喷嘴区段132。高压(HP)轴或转轴134将HP涡轮128传动地连接于HP压缩机124。低压(LP)轴或转轴136将LP涡轮130传动地连接于LP压缩机122。
此外，对于绘出的实施例，风扇区段114包括可变桨距风扇138，其具有以间隔开的方式联接于盘142的多个风扇叶片140。如所绘，风扇叶片140从盘142大体上沿径向方向R向外延伸。多个风扇叶片140中的各个限定前缘144或上游边缘，以及限定在各个相应风扇叶片140的径向外缘处的末梢146。各个风扇叶片140还能够依靠风扇叶片140操作性地联接于适合的促动组件148来关于盘142绕着桨距轴线P旋转，适合的促动组件148构造成以下文详细描述的方式改变风扇叶片140的桨距。风扇叶片140、盘142和促动组件148能够由横跨动力变速箱150的LP轴136绕着纵轴线112一起旋转。动力变速箱150包括多个齿轮，用于使LP轴136的转速逐步降低至更有效的旋转风扇速度。此外，对于所绘的实施例，可变桨距风扇138的盘142由可旋转的前毂152覆盖，其空气动力地定轮廓成促进穿过多个风扇叶片140的空气流。
仍参照图8的示例性涡扇发动机110，示例性风扇区段114附加地包括环形风扇壳或外机舱154，其沿周向包绕风扇138和/或芯部涡轮发动机116的至少一部分。将认识到的是，机舱154可构造成由多个沿周向间隔的出口导向导叶156关于芯部涡轮发动机116支承。此外，机舱154的下游区段158可在芯部涡轮发动机116的外部分之上延伸，以便限定其间的旁通空气流通路160。
在涡扇发动机110的操作期间，一定量的空气162通过机舱154和/或风扇区段114的相关联的入口164进入涡扇110。在一定量的空气162横穿风扇叶片140时，如由箭头166指示的空气的第一部分引导或发送到旁通空气流通路160中，而如由箭头168指示的空气的第二部分引导或发送到LP压缩机122中。空气的第一部分166与空气的第二部分168之间的比通常称为旁通比。空气的第二部分168的压力接着在其发送穿过高压(HP)压缩机124并且到燃烧区段126(其中其与燃料混合并且焚烧以提供燃烧气体170)中时增大。
燃烧气体170发送穿过HP涡轮128，其中来自燃烧气体170的热能和/或动能的一部分经由联接于外壳118的HP涡轮定子导叶172和联接于HP轴或转轴134的HP涡轮转子叶片174的连续级抽取，因此引起HP轴或转轴134旋转，由此支持HP压缩机124的操作。燃烧气体170接着发送穿过LP涡轮130，其中热能和动能的第二部分从燃烧气体170经由联接于外壳118的LP涡轮定子导叶176和联接于LP轴或转轴136的LP涡轮转子叶片178的连续级抽取，因此引起LP轴或转轴136旋转，由此支持LP压缩机122的操作和/或风扇138的旋转。
燃烧气体170随后发送穿过芯部涡轮发动机116的喷气排气喷嘴区段182来提供推进推力。同时，空气的第一部分166的压力在空气的第一部分166在其从涡扇110的风扇喷嘴排气区段182排出之前发送穿过旁通空气流通路160时显著地增大，也提供了推进推力。HP涡轮128、LP涡轮130和喷气排气喷嘴区段132至少部分地限定热气体路径184，用于将燃烧气体170发送穿过芯部涡轮发动机116。
上文所述的添加制造技术实现通过由互锁过渡区10连结两个或更多个构件来制造复杂物体。该技术可有利地用于制造涡扇110中的多种构件。例如，如下文所论述，添加制造技术可用于构造多种叶片盘200和转子叶片202。这些构件可由一种或更多种材料制成且可展现改进的结构完整性。另外，这些构件可包括性能提高特征，诸如保护涂层、提供小范围运动的柔性接头，以及具有一体的冷却孔或通路的接头。本领域技术人员将认识到，下文所述的实施例仅为可使用上文所述的添加制造过程制造的构件的实例，并且其它类似构造的构件在本发明的范围内。
大体上参照图9至12，呈现了按照本主题的叶片盘200的示例性实施例。本发明将参考叶片盘200来讨论，本领域的技术人员将认识到，可以是燃气涡轮发动机110的高压或低压涡轮或压缩机盘。另外，本领域的技术人员将认识到，本发明的教导和益处也可应用于燃气涡轮发动机110的其它构件。叶片盘200可以是一个整体的或一体地形成的零件(例如，图9和10)，或叶片盘200可由连结在一起以形成多个零件组件的多个构件形成(例如，图11和12)。
参照图9和10，叶片盘200大体上包括转子盘204，其具有外轮缘206、中央轮毂或内孔208，以及在外轮缘206和内孔208之间的腹板210。多个一体地形成的转子叶片202从外轮缘206径向地延伸。通孔形式的钻孔212中心地位于内孔208中，以用于将叶片盘200安装在轴上，且因此钻孔212的轴线与叶片盘200的旋转轴线重合。如图所示，各个转子叶片202与转子盘204的外轮缘206一体地形成，且从转子盘204的外轮缘206沿径向方向R延伸。该叶片盘200在本领域中可有时称为一体地装有叶片的转子(IBR)或"BLISK"。
值得注意的是，叶片盘200可使用上面描述的添加制造技术来形成。例如，叶片盘200可通过在转子盘204的中央轮毂或内孔208处开始将材料的层逐层连续地沉积且将材料沿径向方向R向外沉积至转子盘204的外轮缘206来添加制造。各个转子叶片202可然后从互锁过渡区10开始来添加制造，使用上述的方法来形成，且从转子盘204的外轮缘206沿径向延伸。如上面大体上描述的，互锁过渡区10是在转子盘204和转子叶片202之间的一体的接头，包括从转子盘204的外轮缘206和多个转子叶片202交替的延伸的多个凸起。以这种方式，转子叶片202与转子盘204一体地形成且与转子盘204不可拆卸地联接，且展现出强的机械联结而不需要焊接、硬钎焊、或其它附接手段。另外，以这种方式形成的叶片盘200减少或消除对另外的加工和其它后处理技术的需要。
使用上述的制造过程，转子盘204和转子叶片202可各自由一种或更多种不同的材料制成。备选地，转子盘204和转子叶片202可以都由相同的材料形成。例如，转子盘204可由第一金属合金形成且转子叶片202可由第二金属合金形成。
另外，通过使用根据本主题的添加制造，所得的互锁过渡区10可以是平面的或非平面的，互锁特征可间隔开以容许构件之间小范围的运动，且接头可具有一体的冷却孔或通路。例如，互锁过渡区10可限定多个流体通道，其提供转子盘204和转子叶片202之间的流体连通。例如，以这种方式，冷却流体可穿过转子盘204的中央轮毂或内孔208供应，且可流过转子盘204、穿过互锁过渡区10，且到转子叶片202中。流体通道可以是直的、蛇形的、或适用于冷却转子盘204和/或转子叶片202的任何其它形状。
现在参照图11和12，叶片盘200可备选地由包括多个分离的转子叶片220(图12)的转子盘(图11)形成。在这点上，转子盘218的外轮缘206可构造用于成通过限定多个接收槽口或凹口222来附接转子叶片220(例如，涡轮或压缩机叶片)，接收槽口或凹口222构造成用于接收各个转子叶片220。
具体参照图12，各个转子叶片220可包括翼型件224、平台226、以及用于以已知方式将翼型件224安装至转子盘218的一体的燕尾部228。翼型件224可沿径向方向R在位于接近于平台226的根部端230和处于翼型件224的远端的末梢端232之间延伸。各个翼型件224包括第一异型的侧壁和第二异型的侧壁。第一侧壁是凸形的且限定翼型件224的吸力侧，以及第二侧壁是凹形的且限定翼型件224的压力侧。侧壁在翼型件224的前缘234处和轴向地间隔开的后缘236处连结。更具体地，翼型件后缘236沿翼弦方向与翼型件前缘234间隔开且在翼型件前缘234下游。第一和第二侧壁从定位邻近燕尾部228的叶片根部230沿跨度径向地向外延伸至翼型件末梢端232。
在该示例性实施例中，互锁过渡区10可在平台226的外表面238和翼型件224的根部230上添加制造。类似于图9和10的所描述的示例性实施例，转子盘218和转子叶片220可由多种材料形成且可并入诸如柔性接头和/或一体的冷却通道的特征。例如，在一个实施例中，互锁过渡区10中的多个凸起16不容许平台226和翼型件224之间的相对移动。在另一个实施例中，多个凸起16可为长形凸起30。在这点上，长形凸起30可具有长形轴32，或可以以其它方式制作成允许平台226和翼型件224之间的一些相对运动。另外，互锁过渡区10可包括流体冷却通道，其提供平台226和翼型件224之间的流体连通。多个转子叶片中的每一个可通过将燕尾部228插入在多个凹口或槽口222中的一个中而附接至转子盘218。以这种方式，多个构件叶片盘200可使用上面描述的技术来制造。
另外，互锁过渡区10可包括凸起16的几何形状中的变化，以实现两个或更多个本体之间的阻尼和刚度中的变化，例如，两个本体为第一构件12和第二构件14、转子盘204和多个转子叶片202、或平台226和翼型件224。例如，轴18和球柄20的尺寸和/或长度可构造成改变两个本体之间的物理相互作用，其可包括但不限于弯曲刚度、轴向刚度，且包括固有频率。
使用互锁过渡区10形成的添加制造的叶片盘200的上述示例实施例仅旨在为用于阐释目的的示例性实施例。所示实施例为涡轮或压缩机叶片盘，但本领域的技术人员将认识到，本发明的教导和益处也可应用于燃气涡轮发动机110的其它构件。上述添加制造技术实现叶片盘200由一个或更多个件以及由一种或更多种材料的形成。另外，叶片盘200可并入可能由添加制造技术制成的许多其它特征，诸如柔性接头或冷却流体通道。这些实施例绝不旨在限制本发明的范围。实际上，本领域的技术人员将认识到，燃气涡轮发动机110的许多其它构件可使用说明书各处和附图中描述的添加制造技术来构成。
本书面描述使用了实例来公开本发明，包括最佳模式，且还使本领域的任何技术人员能够实施本发明，包括制作和使用任何装置或系统，以及执行任何并入的方法。本发明的专利范围由权利要求限定，且可包括本领域的技术人员想到的其它实例。如果此类其它实施例包括并非不同于权利要求的书面语言的结构元件，或如果它们包括与权利要求的书面语言无实质差别的等同结构元件，则期望此类其它实例在权利要求的范围内。

Claims (10)

1.一种用于燃气涡轮发动机(110)的叶片盘(200)，包括：
转子盘(204)，其包括经由添加制造形成的第一材料的多个熔合层，其中所述转子盘(204)限定外轮缘(206)；
多个转子叶片(202)，其包括经由添加制造形成的第二材料的多个熔合层；以及
互锁过渡区(10)，其包括分别从所述转子盘(204)的所述外轮缘(206)和所述多个转子叶片(202)交替地延伸的多个凸起(16)，以不可拆卸地联接所述转子盘(204)和所述多个转子叶片(202)。
2.根据权利要求1所述的叶片盘(200)，其特征在于，所述多个凸起(16)中的每一个均允许所述转子盘(204)和所述多个转子叶片(202)之间的相对运动中的变化。
3.根据权利要求1所述的叶片盘(200)，其特征在于，所述转子盘(204)与所述多个转子叶片(202)之间的相邻凸起(16)的至少一部分防止或限制所述转子盘(204)与所述多个转子叶片(202)之间的相对运动。
4.根据权利要求1所述的叶片盘(200)，其特征在于，所述互锁过渡区(10)限定流体通道(38)，所述流体通道构造成提供所述转子盘(204)与所述多个转子叶片(202)之间的流体连通。
5.根据权利要求1所述的叶片盘(200)，其特征在于，硬钎焊接头(36)位于所述转子盘(204)与所述多个转子叶片(202)之间以用作粘合剂。
6.一种使用添加制造形成叶片盘(200)的方法，所述方法包括：
经由添加制造熔合第一材料的多个层来形成转子盘(204)，其中所述转子盘(204)限定外轮缘(206)；
经由添加制造熔合第二材料的多个层来形成多个转子叶片(202)；以及
通过形成互锁过渡区(10)来不可拆卸地联接所述转子盘(204)和所述多个转子叶片(202)，所述互锁过渡区(10)包括分别从所述转子盘(204)和所述多个转子叶片(202)交替地延伸的多个凸起(16)。
7.一种转子叶片(220)，包括：
燕尾部(228)，其从平台(226)延伸，所述燕尾部(228)和所述平台(226)包括经由添加制造形成的第一材料的多个熔合层；
翼型件(224)，其包括经由添加制造形成的第二材料的多个熔合层；以及
互锁过渡区(10)，其包括分别从所述平台(226)和所述翼型件(224)交替地延伸的多个凸起(16)，以不可拆卸地联接所述平台(226)和所述翼型件(224)。
8.根据权利要求7所述的转子叶片(220)，其特征在于，所述平台(226)和所述翼型件(224)之间的相邻凸起(16)的至少一部分防止所述平台(226)和所述翼型件(224)之间的相对运动。
9.根据权利要求7所述的转子叶片(220)，其特征在于，所述互锁过渡区(10)限定流体通道(38)，所述流体通道(38)构造成提供所述平台(226)和所述翼型件(224)之间的流体连通。
10.根据权利要求7所述的转子叶片(220)，其特征在于，所述燕尾部(228)构造成被接收在转子盘(218)的外轮缘(206)上形成的多个凹口(222)中的一个中。
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