CN107030261B - 用于多壁涡轮翼型件铸件的中央隔室支撑件 - Google Patents

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Abstract

一种根据实施例的用于涡轮翼型件铸件的芯(10)，其包括：中央隔室区段(124)；以及多个外通路区段(26)；其中，中央隔室区段(124)包括从中央隔室(124)朝外延伸到芯(10)的外轮廓的至少一个凸台。

Description

用于多壁涡轮翼型件铸件的中央隔室支撑件
技术领域
本公开大体上涉及涡轮系统，并且更具体而言，涉及用于多壁涡轮翼型件铸件的中央隔室(plenum)支撑件。
背景技术
用于提供多壁或双壁铸件的中央隔室的位置和肋条壁厚度控制的传统手段是通过使用在中央隔室与外冷却通路之间的凸块(bumper)。凸块是中央隔室或冷却通路上的凸起衬垫，其限制这两个结构之间的间隙。理想地，凸块不触碰，但它们偶然地触碰，从而在铸造过程中在两个腔之间留下孔。由这些连接形成的孔的数量是未知的，从而导致零件中的冷却流分布的不确定性。
发明内容
本公开的第一方面提供一种用于涡轮翼型件铸件的芯，其包括：中央隔室区段；和多个外通路区段；其中，中央隔室区段包括从中央隔室朝外延伸到芯的外轮廓的至少一个凸台。
本公开的第二方面提供一种形成用于铸件的芯的方法，包括：将芯的第一侧定位在第一装定器块(setter block)上，芯包括中央隔室区段和多个外通路区段，其中，中央隔室区段包括从中央隔室朝外延伸到芯的外轮廓的至少一个凸台；靠着芯的第二侧合拢第二装定器块；和加热芯。
本公开的第三方面提供一种用于测量多壁翼型件的内壁的厚度T1的方法，内壁位于多壁翼型件的外冷却通路和中央隔室之间，中央隔室包括突出部，突出部朝多壁翼型件的外壁延伸，方法包括：在邻近外冷却通路的第一点处获得多壁翼型件的外壁的厚度测量结果T2；和在邻近中央隔室的突出部的第二点处获得多壁翼型件的外壁的厚度测量结果T3；其中，多壁翼型件的内壁的厚度T1是由T1＝(T3＋D1)－(T2＋D2)给出的，其中，D1是外冷却通路的深度，且D2是中央隔室的突出部的深度，且其中，D1和D2根据用于形成多壁翼型件的芯的对应尺寸而是已知的。
实施方案1. 一种用于涡轮翼型件铸件的芯，包括：
中央隔室区段；和
多个外通路区段；
其中，所述中央隔室区段包括从中央隔室向外延伸到所述芯的外轮廓的至少一个凸台。
实施方案2. 根据实施方案1所述的芯，其特征在于，所述至少一个凸台包括第一凸台和第二凸台，所述第一凸台从所述中央隔室区段向外朝所述芯的第一侧延伸，所述第二凸台从所述中央隔室区段向外朝所述芯的第二侧延伸。
实施方案3. 根据实施方案2所述的芯，其特征在于，所述第一凸台具有外接触表面，其具有与第一装定器块上的对应接触区域的轮廓匹配的轮廓，且其中，所述第二凸台具有外接触表面，其与第二装定器块上的对应接触区域的轮廓匹配。
实施方案4. 根据实施方案1所述的芯，其特征在于，所述芯配置在第一装定器块与第二装定器块之间，且其中，所述至少一个凸台在焙烧过程期间控制所述中央隔室区段在由下装定器块和上装定器块形成的腔中的位置，且防止所述中央隔室区段在所述腔中的移动。
实施方案5. 根据实施方案1所述的芯，其特征在于，所述至少一个凸台具有椭圆形形状。
实施方案6. 根据实施方案5所述的芯，其特征在于，所述椭圆形形状具有在大约3：1至大约10：1的范围中的长度与宽度比。
实施方案7. 根据实施方案5所述的芯，其特征在于，所述椭圆形形状具有大约7：1的长度与宽度比。
实施方案8. 根据实施方案1所述的芯，其特征在于，所述至少一个凸台从所述中央隔室区段向外在一对所述外通路区段之间延伸。
实施方案9. 根据实施方案1所述的芯，其特征在于，所述至少一个凸台配置在所述芯的压力侧或吸力侧上。
实施方案10. 根据实施方案1所述的芯，其特征在于，所述铸件包括多壁翼型件铸件。
实施方案11. 一种形成用于铸件的芯的方法，包括：
将芯的第一侧定位在第一装定器块上，所述芯包括中央隔室区段和多个外通路区段，其中，所述中央隔室区段包括从中央隔室朝外延伸到所述芯的外轮廓的至少一个凸台；
靠着所述芯的第二侧合拢第二装定器块；和
加热所述芯。
实施方案12. 根据实施方案11所述的方法，其特征在于，所述至少一个凸台包括第一凸台和第二凸台，所述第一凸台从所述中央隔室区段向外朝所述芯的所述第一侧延伸，所述第二凸台从所述中央隔室区段向外朝所述芯的所述第二侧延伸。
实施方案13. 根据实施方案12所述的方法，其特征在于，所述第一凸台具有外接触表面，其具有与所述第一装定器块上的对应接触区域的轮廓匹配的轮廓，且其中，所述第二凸台具有外接触表面，其与所述第二装定器块上的对应接触区域的轮廓匹配。
实施方案14. 根据实施方案12所述的方法，其特征在于，所述第一凸台和所述第二凸台从所述中央隔室区段向外延伸到所述芯的外廓线。
实施方案15. 根据实施方案11所述的方法，其特征在于，还包括：
在所述芯的加热期间，利用所述至少一个凸台来控制所述中央隔室区段在由所述下装定器块和上装定器块形成的腔中的位置。
实施方案16. 根据实施方案11所述的方法，其特征在于，还包括：
在所述芯的加热期间，利用所述至少一个凸台来防止所述中央隔室区段在由所述下装定器块和上装定器块形成的腔中的移动。
实施方案17. 根据实施方案11所述的方法，其特征在于，所述至少一个凸台具有椭圆形形状。
实施方案18. 根据实施方案17所述的方法，其特征在于，所述椭圆形形状具有在大约3：1至大约10：1的范围中的长度与宽度比。
实施方案19. 一种用于测量多壁翼型件的内壁的厚度T1的方法，所述内壁位于所述多壁翼型件的外冷却通路和中央隔室之间，所述中央隔室包括突出部，所述突出部朝所述多壁翼型件的外壁延伸，所述方法包括：
在邻近所述外冷却通路的第一点处获得所述多壁翼型件的外壁的厚度测量结果T2；以及
在邻近所述中央隔室的所述突出部的第二点处获得所述多壁翼型件的所述外壁的厚度测量结果T3；
其中，所述多壁翼型件的所述内壁的厚度T1是由T1＝(T3＋D1)－(T2＋D2)给出的，其中，D1是所述外冷却通路的深度，且D2是所述中央隔室的所述突出部(的深度，且其中，D1和D2根据用于形成所述多壁翼型件的芯的对应尺寸而是已知的。
实施方案20. 根据实施方案19所述的方法，其特征在于，所述突出部对应于所述芯的中央隔室区段的下凸台或上凸台。
本公开的例示性方面解决本文中描述的问题和/或其他未论述的问题。
附图说明
本公开的这些和其他特征将从结合附图而进行的本公开的各方面的下列详细描述中而变得容易明白，该附图绘出本公开的各种实施例。
图1是根据实施例的，配置在上和下焙烧装定器块(fire setter block)之间的芯的截面图。
图2描绘根据实施例的，由图1的上和下焙烧装定器块形成的腔。
图3是根据实施例的芯的第一截面图。
图4是根据实施例的，图3的芯的下凸台和相邻外通路区段的平面图。
图5是根据实施例的，图3的芯的上凸台和相邻外通路区段的平面图。
图6是根据实施例的芯的第二截面图。
图7是根据实施例的，配置在上和下焙烧装定器块之间的图3芯的截面图。
图8是根据实施例的，利用图3和6的芯形成的多壁翼型件的第一截面图。
图9是根据实施例的，利用图3和6的芯形成的多壁翼型件的第二截面图。
图10和11都是根据实施例的，利用图3和6的芯形成的多壁翼型件的一部分的平面图。
图12是包括多个下凸台的芯的平面图。
图13是包括多个上凸台的芯的平面图。
应当注意的是，本公开的附图不按照比例绘制。附图意图仅绘出本公开的典型方面，并因此不应理解为限制本公开的范畴。在附图中，附图之间相同的标号代表相同的元件。
零件列表
10 芯
12 下装定器块
14 上装定器块
16 腔
18 内表面下装定器块
20 内表面上装定器块
22 多壁翼型件
24 中央隔室区段
26 外通路区段
28 芯外表面
30 外部表面
32 中央区段
34 下凸台
36 上凸台
38 外接触表面
40 外接触表面
42 通道
44 通道
124 中央隔室
126 外冷却通路
130 内壁
132 外壁
134 突出部。
具体实施方式
如在上面指出的，本公开大体上涉及涡轮系统，并且更具体而言，涉及用于多壁涡轮翼型件铸件的中央隔室支撑件。
装定器焙烧步骤通常用来控制且校正在多壁翼型件(例如，多壁涡轮翼型件)的铸造过程中使用的芯(例如，陶瓷芯)的尺寸。如图1中描绘的，该步骤包括例如将芯10定位在下装定器块12中，相对芯10和下装定器块12合拢上装定器块14，且执行焙烧过程。下和上装定器块12、14形成腔16(图2)，腔16限定芯10的期望形状。在焙烧过程期间，芯10发热且变软。相对变软的芯10的上装定器块14的重量使芯10符合腔16的形状。如图2所示，腔16由下和上装定器块12、14的内表面18、20限定。
芯10在多壁翼型件22(例如见图8和9)的铸造过程期间使用。如图3中详细地描绘的，芯10包括多个中心隔室区段24和多个外通路区段26，多个中心隔室区段24构造成形成多壁翼型件22的中央隔室124(图8-11)，多个外通路区段26构造成形成多壁翼型件22的外冷却通路126(图8-11)。核心10具有外表面28，外表面28至少部分地由外通路区段26的外部表面30限定。
根据实施例，各中央隔室区段24包括中央区段32、至少一个下凸台34、和至少一个上凸台36。下和上凸台34、36从中央隔室区段24的中央区段32向外延伸到但不超过芯10的外表面28。各下凸台34位于芯10的“压力”或凹入侧上，芯10的“压力”或凹入侧与利用芯10形成的多壁翼型件22(图8、9)的压力侧对应。类似地，各上凸台36位于芯10的“吸力”或凸出侧上，芯10的“吸力”或凸出侧与利用芯10形成的多壁翼型件22(图8、9)的吸力侧对应。下和上凸台34、36构造成在焙烧期间控制中央隔室区段24在由下装定器块12和上装定器块14形成的腔16中的位置，且防止中央隔室区段24在焙烧期间在由下装定器块12和上装定器块14形成的腔16中的移动。如图3-5和7中所示，各下和上凸台34、36可从中央隔室区段24向外在一对外通路区段26之间延伸。
下和上凸台34、36构造成由下和上装定器块12、14的内表面18、20牢固地接合。为了提供牢固的接合，如图7所示，各下凸台34的外接触表面38具有与对应接触区域处的下装定器块12的内表面18的轮廓匹配的轮廓。类似地，各上凸台36的外接触表面40具有与对应接触区域处的上装定器块14的内表面20的轮廓匹配的轮廓。有利地，不同于相关领域，下凸台34和上凸台36不接触外通路区段26，从而防止在利用芯10形成的多壁翼型件22的中央隔室124与外冷却通路126(图8-11)之间形成孔。
下凸台34和相邻外通路区段26的平面图在图4中绘出。上凸台36和相邻外通路区段26的平面图在图5中绘出。
如图4所示，各下凸台34可具有基本上椭圆形的构造。通道42(还参见图3和7(虚线)和图6)在下凸台34的第一端附近分支且在下凸台34的第二端附近会聚。为了限制流过与下凸台34的任一侧上的芯10的外通路区段26对应的外冷却通路126的空气(在图10中由箭头A代表)的湍流和压力损失，下凸台34可具有大约3：1到大约10：1的长度与宽度比。在具体实施例中，可使用大约7：1的长度与宽度比。尽管示为椭圆形，但下凸台34可具有任何其他适合的构造。
类似地，如图5所示，在实施例中，上凸台36也可具有基本上椭圆形的构造。通道44(还参见图3和7(虚线)和图6)在上凸台36的第一端附近分支且在上凸台36的第二端附近会聚。为了限制流过与上凸台36的任一侧上的芯10的外通路区段26对应的外冷却通路126的空气(在图11中由箭头B代表)的湍流和压力损失，上凸台36可具有大约3：1到大约10：1的长度与宽度比。在具体实施例中，可使用大约7：1的比率。尽管示为椭圆形，但上凸台36可具有任何其他适合的构造。
图12是包括多个下上凸台34的芯10的平面图。图13是包括多个上凸台36的芯10的平面图。如图12中描绘的，通道42在各下凸台34的第一端附近分支，且在各下凸台34的第二端处会聚。通道42还将下凸台34连接于相邻的下凸台34。类似地，如图13中描绘的，通道44在各上凸台36的第一端附近分支，且在各上凸台36的第二端处会聚。通道44还将上凸台34连接于相邻的上凸台34。
根据实施例，中央隔室区段24提供位置控制而不使用凸块，从而消除了因使用可能允许冷却流在腔之间(例如，在中央隔室124与外冷却通路126(图8-11)之间)连通的凸块而形成的孔。而且，中央隔室区段24的位置的更好控制在不使用凸块的情况下导致更紧密地控制的肋条壁厚，从而在更确定的解决方案中允许涡轮叶片利用更少的冷却空气，因此提高燃气涡轮的性能和输出。形成中央隔室区段24的下和上凸台34、36对下和上装定器块12、14的内表面18、20的直接线接触，从而允许与外冷却区段26独立地控制中央隔室区段24的位置。
测量多壁翼型件的内壁的厚度是困难且昂贵的，通常需要MRI测量。此种内壁130在图8中绘出。
根据实施例，多壁翼型件22的内壁130的厚度T1可容易推断，而不需要昂贵和耗时的MRI测量。例如，可在第一和第二点X、Y处(例如超声地)测量多壁翼型件22的外壁132，以分别确定厚度T2和T3。点X邻近外冷却通路126，而点Y邻近(在该情况下)由芯10(图7)的中央隔室区段24的下凸台34形成的中央隔室124的突出部134。由于外冷却通路126的深度D1和中央隔室124的突出部134的深度D2分别根据芯10的对应的外通路区段26和对应的下凸台34是已知的，故可将内壁130的厚度T1确定为：T1＝(T3＋D2)－(T2＋D1)。可在多壁翼型件22的其他点处以类似的方式确定内壁130的厚度。
在各种实施例中，描述为“联接”至彼此的构件可沿着一个或更多个接合部连接。在一些实施例中，这些接合部可包括在不同的部件之间的接头，且在其他情况下，这些接合部可包括稳固地和/或一体地形成的互相连接。即，在一些情况下，“联接”至彼此的部件可同时形成，以限定单个连续部件。但是，在其他实施例中，这些联接的构件可形成为分开的部件并且随后通过已知的过程(例如、紧固、超声焊接、粘结)来连结。
当元件或层称为“在…上”、“接合至…”、“连接至…”或“联接至”另一元件时，它可能直接地在另一元件上、接合、连接或联接于另一元件，或者可能存在居间的元件。相反地，当构件称为“直接在...上”、“直接接合至”、“直接连接至”或“直接联接至”另一元件，可能不存在居间元件或层。用于描述元件之间关系的其他词语应以类似的方式解释(例如“在...之间”相对于“直接在...之间”、“邻近于”相对于“直接邻近于”等)。如在本文中使用的，用语“和/或”包括相关的列出项中的任何项或其中的一个或更多个的所有组合。
本文中使用的用语仅用于描述具体实施例，且不意图限制本公开。如在本文中使用的，单数形式“一”、“一个”和“该”意图也包括复数形式，除非上下文另外清楚地指出。还应理解的是，当在本说明书中使用时，用语“包括”和/或“包括…的”确定所叙述的特征、整体、步骤、操作、元件、和/或构件的存在，但不排除一个或更多个其他特征、整体、步骤、操作、元件、构件、和/或它们的集合的存在。
本书面说明使用示例以公开本发明，包括最佳实施方式，并且还使任何本领域技术人员能够实践本发明，包括制造并且使用任何设备或系统并且实行任何合并的方法。本发明的可取得专利的范围通过权利要求限定，并且可包含其他本领域人员想到的实例。如果这种其他实例具有不与权利要求的文字语言不同的结构元件，或如果它们包括与权利要求的文字语言无显著差别的等同结构元件，则它们意图在权利要求的范围内。

Claims (8)

1.一种用于涡轮翼型件铸件的芯(10)，包括：
中央隔室(124)区段；以及
多个外通路区段(26)；
其中，所述中央隔室(124)区段包括从中央隔室(124)向外延伸到所述芯(10)的外轮廓的至少一个凸台，其中所述芯(10)配置在第一装定器块(12)与第二装定器块(14)之间，且其中，所述至少一个凸台在焙烧过程期间控制所述中央隔室(124)区段在由第一装定器块(12)和第二装定器块(14)形成的腔(16)中的位置，且防止所述中央隔室(124)区段在所述腔(16)中的运动。
2.根据权利要求1所述的芯(10)，其特征在于，所述至少一个凸台包括第一凸台和第二凸台，所述第一凸台从所述中央隔室(124)区段向外朝所述芯(10)的第一侧延伸，所述第二凸台从所述中央隔室(124)区段向外朝所述芯(10)的第二侧延伸。
3.根据权利要求1所述的芯(10)，其特征在于，所述至少一个凸台具有椭圆形形状。
4.根据权利要求3所述的芯(10)，其特征在于，所述椭圆形形状具有在3：1至10：1的范围中的长度与宽度比。
5.根据权利要求3所述的芯(10)，其特征在于，所述椭圆形形状具有7：1的长度与宽度比。
6.根据权利要求1所述的芯(10)，其特征在于，所述至少一个凸台从所述中央隔室(124)区段向外在一对所述外通路区段(26)之间延伸，且其中，所述至少一个凸台配置在所述芯(10)的压力侧或吸力侧上。
7.根据权利要求1所述的芯(10)，其特征在于，所述铸件包括多壁翼型件(22)铸件。
8.一种形成用于铸件的芯(10)的方法，包括：
将芯(10)的第一侧定位在第一装定器块(12)上，所述芯(10)包括中央隔室(124)区段和多个外通路区段(26)，其中，所述中央隔室(124)区段包括从中央隔室(124)朝外延伸到所述芯(10)的外轮廓的至少一个凸台；
靠着所述芯(10)的第二侧合拢第二装定器块(14)；以及
加热所述芯(10)。
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