CN109964006A - 用于燃烧涡轮发动机的部分铸造的多金属壳体 - Google Patents
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Abstract
一种用于燃烧涡轮发动机的端部壳体或中间壳体，该端部壳体或中间壳体包括由第一金属制成的预制的叶状件。然后预制的叶状件的端部被嵌置在铸造就位的环形的内部环铸件和外部环铸件内，环形的内部环铸件和外部环铸件由相比于第一金属具有更低熔点的第二金属形成。预制的叶状件的两端分别包括第一柄部和第二柄部，其中，在内部环和外部环铸造期间，横向于叶状件的中心轴线定向的第一表面特征和第二表面特征分别被包封在熔融的第二金属中。一旦铸件硬化，则第一表面特征和第二表面特征分别阻止叶状件与内部环和外部环分离，第一表面特征和第二表面特征例如是从叶状件的翼型部分向外突出的周向倒角。
Description
技术领域
本发明涉及外壳或壳体，该外壳或壳体包括由叶状件连接的大致同轴的两个环——外部环和内部环。本发明适用于燃烧涡轮发动机的进气端壳体、排气端壳体以及中间双环型壳体。更具体地，本发明涉及用于燃烧涡轮发动机的多金属壳体，其中，由第一金属制成的预制的金属叶状件的端部被捕获在随后铸造的内部环和外部环中，内部环和外部环的铸造件由第二金属制造，该第二金属相比于第一金属具有更低的熔点。
背景技术
参照图1至图3，已知的燃烧涡轮发动机20具有外部壳体21，外部壳体21具有轴向进气端部22和轴向排气端部24，轴向进气端部22和轴向排气端部24分别由相应的双环型的进气端壳体30和排气端壳体40覆盖。如图1中所示，涡轮发动机20的一些实施方式包括双环型中间壳体26，其中，叶状件被夹在或插置于发动机壳体21的轴向部段之间。通常，有两种类型的叶状件包含在这种类型的双环型壳体内：实心的叶状件36，实心的叶状件36为端部壳体30中示出的类型并且用于冷的发动机区域；或者流体冷却的叶状件46，流体冷却的叶状件46为端部壳体40中示出的类型并且用于热的发动机区域，流体冷却的叶状件46暴露于燃烧气体。中间壳体由实心的叶状件或流体冷却的叶状件构成，这取决于中间壳体位于发动机20的冷区域还是热区域中。端部壳体30、40中的任一种类型分别包括由叶状件36、46连接或桥接的两个同心的环形的内部环32、42和外部环34、44。发动机的气流通道由内部环32、42和外部环34、44周向地界定，其中，叶状件36、46在气流通道内大致径向地定向在环之间。叶状件36、46的位于气流通道内的部分通常构造成具有翼型横截面部分37、47，以用于减小气流阻力和气流速度的损失。通常，翼型表面37、47被抛光，以减小气流阻力。进气端壳体30暴露于入口环境空气温度。排气端壳体40暴露于较热温度的排出气体；许多排气端壳体40在叶状件46中设置有冷却流体通道48，冷却流体通道48进而与内部环42或外部环44中的至少一者中的或两个环中的对应的环形冷却通道49连通。中间壳体26具有类似的双环型结构，该双环型结构具有实心的叶状件或带有冷却通道的叶状件。本文中的进一步描述将集中于端部壳体，但是相同的构造、操作和制造概念也适用于双环型中间壳体。
一些已知的端部壳体或中间壳体被制造为单结构砂模铸件，而其他的已知的端部壳体或中间壳体通过焊接复合结构来制造，复合结构由部分熔模铸件、砂模铸件和/或轧制金属子部件的各种组合组成。与机加工结构、熔模铸造结构或轧制结构相比，砂模铸件在制造期间具有相对较低的尺寸精度，但是砂模铸件生产成本更低。
砂模铸造单结构端部壳体或中间壳体的一个挑战是保持相对长且薄的翼型部分的铸造尺寸，同时保持相对较厚的内部环部分和外部环部分的尺寸同心度。为此，叶状件的翼型部分通常铸造成具有过大的尺寸，以便在设计规范内进行后续加工。即使在避免了叶状件翼型部分的尺寸加工时，也对翼型表面进行抛光以获得适合于所需的发动机气流雷诺数的粗糙度。考虑到外部壳体结构的庞大尺寸和复杂性，难以将外部壳体结构安置在用于加工和抛光操作的自动机床内。这通常需要机械师进行昂贵的、可能不太精确的手动加工和抛光作为唯一实际的制造替代方案。考虑到在砂模铸造制造期间铸件内的潜在孔隙率和空隙产生，完成的砂模铸造的端部壳体通常通过相对昂贵且耗时的非破坏性评估(“NDE”)技术——比如X射线或超声成像——进行检查。
制造的端部壳体或中间壳体通常将尺寸精确的熔模铸造的叶状件和平台组合，叶状件和平台焊接在一起以形成内部环结构和外部环的结构。对于复合端部壳体制造，通常采用相对昂贵的电子束焊接。在复合制造中，焊接过程可能会产生焊接变形。复合焊接制造的端部壳体结构存在与砂模铸造的端部壳体相同的制造挑战，由于无法采用自动加工过程，复合焊接制造的端部壳体结构可能需要后续的手动加工，并且复合焊接制造的端部壳体结构仍然需要至少焊缝的NDE成像。
发明内容
本文中所描述的用于燃烧涡轮发动机的示例性端部壳体或中间壳体的实施方式预制由第一金属制成的叶状件。然后预制的叶状件的端部被嵌置在铸造就位的环形的内部环铸件和外部环铸件内，环形的内部环铸件和外部环铸件由相比于第一金属具有更低的熔点的第二金属形成。预制的叶状件的两端分别包括第一柄部和第二柄部，第一柄部和第二柄部分别具有横向于叶状件的中心轴线定向的第一表面特征和第二表面特征，在内部环和外部环铸造期间，第一表面特征和第二表面特征分别被包封在熔融的第二金属中。一旦铸件硬化，则第一表面特征和第二表面特征分别阻止叶状件与内部环和外部环分离，第一表面特征和第二表面特征例如为从叶状件的翼型部分向外突出的周向倒角。在一些实施方式中，叶状件由锻造不锈钢制成，并且内部环铸件和外部环铸件是砂模铸铁。在一些实施方式中，叶状件由熔模铸造不锈钢形成，并且包括叶状件冷却通道，叶状件冷却通道与形成在内部环或外部环中的或两个环中的环形冷却通道连通。在一些实施方式中，第一表面特征和第二表面特征还包括第一拔模轮廓柄部和第二拔模轮廓柄部，第一拔模轮廓柄部和第二拔模轮廓柄部从周向倒角沿着叶状件的中心轴线向外定向。拔模轮廓柄部在砂模的形成期间有助于与模具模型内的匹配槽对准以及随后分离，砂模限定了内部环铸件和外部环铸件的轮廓。
本发明的示例性实施方式的特征在于一种用于燃烧涡轮发动机的端部壳体或中间壳体，该端部壳体或中间壳体包括多个预制的长形金属叶状件，该多个预制的长形金属叶状件分别具有中心轴线。在叶状件的两端分别具有第一柄部和第二柄部，第一柄部和第二柄部分别包括横向于中心轴线定向的第一表面特征和第二表面特征。叶状件具有位于相应的第一柄部与第二柄部之间的翼型部分。端部壳体或中间壳体还具有金属铸造的环形的内部环，第一表面特征分别嵌置并包封在内部环铸件内。端部壳体或中间壳体还具有金属铸造的环形的外部环，第二表面特征分别嵌置并包封在外部环铸件内。分别形成内部环和外部环的内部环铸件和外部环铸件同心地定向，其中，各叶状件的翼型部分位于并横跨在内部环与外部环之间。形成内部环铸件和外部环铸件的金属材料相比于形成叶状件的金属材料具有更低的熔点。
本发明的其他示例性实施方式的特征在于一种燃烧涡轮发动机，该燃烧涡轮发动机包括外部壳体和端部壳体，该外部壳体具有轴向进气端部和轴向排气端部，该端部壳体联接至外部壳体的轴向进气端部或轴向排气端部或位于两个端部上。如上所述，示例性端部壳体具有多个预制的长形金属叶状件，该多个预制的长形金属叶状件分别具有中心轴线。在叶状件的两端分别具有第一柄部和第二柄部，第一柄部和第二柄部分别包括横向于中心轴线定向的第一表面特征和第二表面特征。叶状件具有位于相应的第一柄部与第二柄部之间的翼型部分。端部壳体还具有金属铸造的环形的内部环，第一表面特征分别嵌置并包封在内部环铸件内。端部壳体还具有金属铸造的环形的外部环，第二表面特征分别嵌置并包封在外部环铸件内。分别形成内部环和外部环的内部环铸件和外部环铸件同心地定向，其中，各叶状件的翼型部分位于并横跨在内部环与外部环之间。形成内部环铸件和外部环铸件的金属材料相比于形成叶状件的金属材料具有更低的熔点。
本发明的另外的示例性实施方式的特征在于一种用于通过预制多个长形金属叶状件来制造用于燃烧涡轮发动机的端部壳体或中间壳体的方法。预制的叶状件具有中心轴线。在叶状件的两端分别具有第一柄部和第二柄部，第一柄部和第二柄部分别包括横向于中心轴线定向的第一表面特征和第二表面特征，并且在相应的第一柄部与第二柄部之间具有翼型部分。通过将叶状件对准在圆形模型中来进一步制造端部壳体或中间壳体，其中，第一柄部定向在内部圆形模型中，并且第二柄部定向在外部圆形模型中。铸造金属的环形的内部环；将第一表面特征分别嵌置并包封在熔融金属内，该熔融金属随后硬化成内部环铸件。铸造金属的环形的外部环；将第二表面特征分别嵌置并包封在熔融金属内，该熔融金属随后硬化成外部环铸件。分别形成内部环和外部环的内部环铸件和外部环铸件同心地定向，其中，各叶状件的翼型部分位于并横跨在内部环与外部环之间，并且形成内部环铸件和外部环铸件的金属材料相比于形成叶状件的金属材料具有更低的熔点。
一些示例性方法还包括：分别将每个叶状件的第一表面特征对准在第一模具模型中；并且分别将每个叶状件的第二表面特征对准在第二模具模型中，该第二模具模型同心地包围第一模具模型。通过用模制铸造用砂填充第一模具模型与第二模具模型之间的空隙空间并将每个叶状件的翼型部分包封在铸造用砂中来制造中间模。移除第一模具模型和第二模具模型，使第一表面特征分别从中间模径向向内突出，并且使第二表面特征分别从中间模径向向外突出。制造内部模并且将内部模同心地定向在中间模内，在中间模与内部模之间留出第一环形空隙，该第一环形空隙与第一表面特征连通。制造外部模并且将外部模定向成同心地包围中间模，在中间模与外部模之间留出第二环形空隙，该第二环形空隙与第二表面特征连通。将熔融金属分别浇注在第一环形空隙和第二环形空隙中，从而分别包封第一表面特征和第二表面特征。所浇注的熔融金属相比于形成各叶状件的金属具有更低的熔点。使熔融金属硬化，从而将第一表面特征包封在内部环铸件中并且将第二表面特征包封在外部环铸件中。此后，将内部模、中间模和外部模从端部壳体移除。
本文中描述的本发明的示例性实施方式的各个特征可以以任何组合或子组合共同或各自应用。
附图说明
在以下结合附图的详细描述中进一步描述了本发明的示例性实施方式，在附图中：
图1是已知的燃烧涡轮发动机的部分剖视立体图，其以穿过燃气涡轮发动机的截面示出进气端壳体、排气端壳体和中间壳体；
图2是已知的进气端壳体的立体图；
图3是已知的排气端壳体的立体图；
图4是根据本文中描述的示例性实施方式的用于燃烧涡轮发动机的端部壳体的立体图；
图5是根据本文中描述的示例性实施方式的预制的叶状件的立体图；
图6是图5的叶状件的端柄部嵌置在用虚线勾勒的外部环铸件内的局部详细端视图，该端柄部包括倒圆的周向倒角和拔模轮廓柄部；
图7是替代性实施方式的叶状件的端柄部嵌置在用虚线勾勒的外部环铸件内的局部详细端视图，叶状件和外部环铸件两者都包括形成在其中的冷却通道；
图8是用于铸造图4的端部壳体的内部环和外部环的砂模模具组件的平面图，该砂模模具组件将预制的叶状件的第一端柄部和第二端柄部嵌置并捕获在熔融的铸件中，其中，顶部模具被从模具组件移除；
图9是图8的砂模模具组件的沿图8的截面线9-9截取的正视剖视图，其中，顶部模具覆盖模具组件的其余部分；
图10是用于制造图8和图9的模具组件的中间模的模具模型和嵌置的叶状件在用铸造用砂填充叶状件之间的空隙之前的立体图；
图11是图10的模具模型的详细立体图，其示出了定位槽，该定位槽在模具模型组装和随后的中间模的制造期间用作叶状件柄部的支承；以及
图12是在用铸造用砂填充叶状件之间的空隙并且随后移除图10和图11的模具模型之后的完成的中间模组件的平面图。
为了有助于理解，在可能的情况下，使用相同的附图标记来指示图中共有的相同元件。这些图未按比例绘制。
具体实施方式
本文中公开的示例性实施方式被用在用于燃烧涡轮发动机的端部壳体或中间壳体中。叶状件由第一金属预制，比如通过锻造或铸造预制。有利地，在铸造内部环和外部环之前，叶状件被形成为所需尺寸并且/或者被抛光。预制的叶状件的端部被嵌置在型腔内，然后用熔融的第二金属填充型腔，该第二金属相比于第一金属具有更低的熔点。预制的叶状件的两端分别包括第一柄部和第二柄部，第一柄部和第二柄部分别具有第一表面特征和第二表面特征，比如横向于叶状件的中心轴线定向的周向延伸的倒角。在内部环和外部环铸造过程期间，第一柄部和第二柄部及其相应的表面特征被包封在熔融的第二金属中。第二金属相比于第一金属具有更低的熔化温度。例如，在一些实施方式中，形成叶状件的第一金属是不锈钢，并且形成内部环和外部环的第二金属是铁。铁的熔点比不锈钢的熔点低大约350摄氏度。
一旦内部环铸件和外部环铸件硬化，第一表面特征和第二表面特征——例如从叶状件的翼型部分向外突出的周向倒角——就分别阻止叶状件与内部环和外部环分离。在其他实施方式中，利用第一表面特征和第二表面特征的其他轮廓，通过非限制性示例，其他轮廓比如是形成在叶状件柄部中的凹部或通孔、比如用于将涡轮叶片根部锚定至转子轴的枞树形柄部、T形或狗骨形球状突出部等。
在一些实施方式中，叶状件由锻造不锈钢制成，并且内部环铸件和外部环铸件是形成在砂模铸造模具中的砂模铸铁。在一些实施方式中，叶状件由熔模铸造不锈钢形成并且包括叶状件冷却通道，叶状件冷却通道与形成在内部环或外部环中的或形成在两个环中的环形冷却通道连通。在一些实施方式中，第一表面特征和第二表面特征还包括从周向倒角沿着叶状件中心轴线向外定向的第一锥形柄部和第二锥形柄部或第一拔模轮廓柄部和第二拔模轮廓柄部。具有锥形轮廓的第一拔模轮廓柄部和第二拔模轮廓柄部在砂模模具成型期间有助于与模具模型内的匹配的定位槽对准以及随后分离，该砂模模具限定了内部环铸件和外部环铸件的轮廓。
图4至图6示出了示例性的进气端壳体50，进气端壳体50包括内部环52，内部环52与外部环54同心地对准。预制的叶状件60被定向并固定在内部环52与外部环54之间，从而保持环同心对准。预制的长形金属叶状件60限定了中心轴线(“CA”)。在叶状件60的两端分别具有第一柄部62和第二柄部70，第一柄部62和第二柄部70分别包括横向于中心轴线CA定向的第一表面特征和第二表面特征。此处，第一表面特征和第二表面特征是第一周向倒角64和第二周向倒角72，第一周向倒角64和第二周向倒角72从位于中间的翼型部分78向外突出。第一周向倒角64和第二周向倒角72分别被嵌置在内部环52和外部环54的铸件内，以用于分别阻止叶状件60与内部环和外部环分离。叶状件60的位于第一柄部62与第二柄部70之间的翼型部分68具有前缘80和后缘82。第一柄部62和第二柄部70的第一表面特征和第二表面特征还分别包括第一拔模轮廓柄部66和第二拔模轮廓柄部74，第一拔模轮廓柄部66和第二拔模轮廓柄部74分别从第一周向倒角64和第二周向倒角72沿着叶状件中心轴线CA向外定向，并且具有分别终止于第一梢部68和第二梢部76的逐渐减小的锥形轮廓。
图7示出了预制的叶状件90的外端部的替代性实施方式，预制的叶状件90包括冷却通道100，冷却通道100与形成在铸造的外部环54’中的环形冷却通道101连通。环形冷却通道101和铸造的外部环54’以虚线示出。预制的叶状件90是熔模铸件，但是替代性的，已知的预制技术包括子部件的复合焊接。预制的叶状件90的第二柄部部分92与叶状件60的第二柄部部分70类似，并且包括第二周向倒角94，即，第二表面特征，第二周向倒角94从位于中间的翼型部分102向外突出，并且第二周向倒角94被嵌置在外部环54’的铸件内，以用于阻止叶状件90与外部环54’分离。预制的叶状件90包括类似的第一表面特征，该第一表面特征被嵌置在内部环(未示出)中。叶状件90的翼型部分102具有前缘104和后缘106。第二柄部92的第二表面特征还包括第二拔模轮廓柄部96，第二拔模轮廓柄部96从第二周向倒角94沿着叶状件90的中心轴线向外定向并且具有终止于第二梢部98的逐渐减小的锥形轮廓。如图7中所示，示例性叶状件90包含位于第二梢部98内和翼型部分102内的叶状件冷却通道100。
本发明的另外的示例性实施方式的特征在于一种用于通过预制多个长形金属叶状件110来制造如图8至图12中所示的用于燃烧涡轮发动机的端部壳体或中间壳体108的方法。在一些实施方式中，在将叶状件110组合到铸件中之前，将叶状件110形成为所需的尺寸并且/或者抛光，因为叶状件110作为独立的部件更易于操纵和加工。预制的叶状件具有中心轴线“CA”。叶状件110的两端分别具有第一柄部112和第二柄部114，第一柄部112和第二柄部114分别包括第一表面特征和第二表面特征，如先前关于示例性实施方式的叶状件60和90所描述的(例如，倒圆的倒角、通孔、枞树形轮廓等)。第一柄部112和第二柄部114的第一表面特征和第二表面特征横向于叶状件中心轴线CA定向。叶状件110具有位于相应的第一柄部112与第二柄部114之间的翼型部分116。在铸造内部环120和外部环122之前，通过将叶状件110对准在径向的、大致扇形的环形或圆形模型中，将第一柄部112同心地定向在内部圆形模型中，并且将第二柄部114同心地定向在外部圆形模型中，来进一步制造端部壳体108。
通过使用模具模型140来便于将第一柄部112和第二柄部114对准在相应的环形或圆形模型中。参照图10至图12，一些示例性方法还包括分别将每个叶状件110的第一表面特征112对准在第一模具模型142中，并且分别将每个叶状件的第二表面特征114对准在第二模具模型144中，第二模具模型144同心地包围第一模具模型142。形成在第一模具模型142中的第一定位槽146与第一柄部112的梢部接合，同时形成在第二模具模型144中的第二定位槽148与第二柄部114的梢部接合，如图11中所示。互锁的定位槽146或148及其对应的柄部112或114对叶状件110以及第一模具模型142和第二模具模型144进行导引并使叶状件110与第一模具模型142和第二模具模型144对准。将柄部112或114中的拔模轮廓柄部与对应的定位槽146或148中的匹配的凹形拔模轮廓结合有助于在模具模型142和144组装期间的对准以及在模具模型拆卸期间更容易的分离。
通过用模制铸造用砂填充第一模具模型142与第二模具模型144之间的空隙空间(参见图10)，将每个叶状件110的翼型部分包封在铸造用砂中，从而制造中间模126。如图12中所示，将第一模具模型142和第二模具模型144移除，第一表面特征112分别从中间模126径向向内突出，并且第二表面特征114分别从中间模126径向向外突出。将与叶状件60和90的实施方式中示出的柄部类似的柄部112或114中的拔模轮廓柄部与对应的定位槽146或148中的匹配的凹形拔模轮廓结合有助于在模具模型142和144组装期间的对准以及在模具模型拆卸期间更容易的分离。
参照图8至图9，制造内部模124并且将内部模124同心地定向在中间模126内，从而在中间模126与内部模124之间留出第一环形空隙134，第一环形空隙134与第一表面特征112连通。制造外部模128并且将外部模128定向成同心地包围中间模126，从而在中间模126与外部模128之间留出第二环形空隙136，第二环形空隙136与第二表面特征连通。在一些实施方式中，如果壳体具有叶状件冷却通道，比如图7的叶状件90，则外部模128也包含叶状件冷却通道。内部模124、中间模126和外部模128搁置在底部模具130上；随后所有这些模具被顶部模具132覆盖，底部模具130和顶部模具132为第一环形空隙134和第二环形空隙136建立了周缘边界。顶部模具132包括用于将熔融金属分别浇注到第一环形空隙134和第二环形空隙136中的端口或其他孔口(未示出)。熔融金属分别包封第一表面特征112和第二表面特征114并分别将第一表面特征112和第二表面特征114嵌置。如前所述，在许多实施方式中，所浇注的熔融金属相比于形成各叶状件的金属具有更低的熔点。熔融金属硬化，从而将第一表面特征112包封在新形成的内部环120铸件中，并且将第二表面特征包封在新形成的外部环122铸件中。此后，将内部模124、中间模126和外部模128从未加工的端部壳体或中间壳体108移除，随后，将未加工的端部壳体或中间壳体108形成为所需的尺寸、精加工并检查以供操作使用。
在完成铸造和后续处理时，端部壳体或中间壳体108包括金属铸造的环形的内部环120和金属铸造的环形的外部环122，该内部环120现在与各第一柄部112的第一表面特征连接，该外部环122现在与各第二柄部114的第二表面特征连接。分别形成内部环120和外部环122的内部环铸件和外部环铸件同心地定向，其中，各叶状件110的翼型部分位于并横跨在这些环之间。在一些实施方式中，如前所述，形成内部环120和外部环122的铸件的金属材料相比于形成叶状件110的金属材料具有更低的熔点。在其他实施方式中，叶状件和环都由具有类似熔点的类似材料制成，比如钢制叶状件和钢制环。如前所述，在其他制造方法实施方式中，用在发动机20的热区域中的端部壳体或中间壳体包含流体冷却的叶状件、比如图7的叶状件90以及环形冷却通道。
尽管本文中已经详细示出并描述了包含本发明的各种实施方式，但是其他人可以容易地设想仍然包含所要求保护的发明的许多其他变化的实施方式。本发明不限于将其应用于构造的示例性实施方式细节以及说明书中阐述的或附图中示出的部件的布置。本发明能够具有其他实施方式并且能够以各种方式实践或实施。另外，应当理解的是，本文中使用的措辞和术语是出于描述的目的，而不应被视为限制。本文中的“包含”、“包括”或“具有”及其变型的使用旨在涵盖其后列出的项目及其等同物以及附加项目。除非另有说明或限制，否则术语“安装”、“连接”、“支承”和“联接”及其变型被广泛使用并且涵盖直接和间接的安装、连接、支承以及联接。此外，“连接”和“联接”不限于物理连接或联接、机械连接或联接、或者电连接或联接。
Claims (20)
1.一种用于燃烧涡轮发动机的端部壳体或中间壳体，所述端部壳体或中间壳体包括：
多个预制的长形金属叶状件，所述多个预制的长形金属叶状件分别具有：
中心轴线；
分别位于所述叶状件的两端的第一柄部和第二柄部，所述第一柄部和所述第二柄部分别包括横向于所述中心轴线定向的第一表面特征和第二表面特征；以及
翼型部分，所述翼型部分位于相应的所述第一柄部与所述第二柄部之间；
金属铸造的环形的内部环，所述第一表面特征分别嵌置并包封在内部环铸件内；
金属铸造的环形的外部环，所述第二表面特征分别嵌置并包封在外部环铸件内；
所述内部环铸件和所述外部环铸件分别形成同心地定向的所述内部环和所述外部环，其中，各叶状件的所述翼型部分位于并横跨在所述内部环与所述外部环之间，并且形成所述内部环铸件和所述外部环铸件的金属材料相比于形成所述叶状件的金属材料具有更低的熔点。
2.根据权利要求1所述的端部壳体或中间壳体，其中，所述叶状件由锻造不锈钢制成，所述叶状件被铸造就位在所述内部环铸件和所述外部环铸件内，并且各环铸件是铸铁。
3.根据权利要求1所述的端部壳体或中间壳体，其中，所述叶状件包括位于所述叶状件中的叶状件冷却通道，所述叶状件由铸造不锈钢制成，并且所述叶状件被铸造就位在所述内部环铸件和所述外部环铸件内；并且各环铸件是铸铁并且包括位于所述环铸件中的环形冷却通道，所述环形冷却通道与所述叶状件冷却通道连通。
4.根据权利要求1所述的端部壳体或中间壳体，所述第一表面特征和所述第二表面特征还分别包括第一周向倒角和第二周向倒角，所述第一周向倒角和所述第二周向倒角从所述翼型部分向外突出并分别嵌置在内部铸件和外部铸件内，以用于分别阻止所述叶状件与内部环和外部环分离。
5.根据权利要求4所述的端部壳体或中间壳体，所述第一表面特征和所述第二表面特征还分别包括第一拔模轮廓柄部和第二拔模轮廓柄部，所述第一拔模轮廓柄部和所述第二拔模轮廓柄部分别从所述第一周向倒角和所述第二周向倒角沿着所述叶状件的中心轴线向外定向并且分别具有终止于第一梢部和第二梢部的逐渐减小的锥形轮廓。
6.一种燃烧涡轮发动机，包括：
外部壳体，所述外部壳体具有轴向进气端部和轴向排气端部；
端部壳体，所述端部壳体联接至所述外部壳体的所述轴向进气端部或所述轴向排气端部，所述端部壳体具有：
多个预制的长形金属叶状件，所述多个预制的长形金属叶状件分别具有：
中心轴线；
分别位于所述叶状件的两端的第一柄部和第二柄部，所述第一柄部和所述第二柄部分别包括横向于所述中心轴线定向的第一表面特征和第二表面特征；以及
翼型部分，所述翼型部分位于相应的所述第一柄部与所述第二柄部之间；
金属铸造的环形的内部环，所述第一表面特征分别嵌置并包封在内部环铸件内；
金属铸造的环形的外部环，所述第二表面特征分别嵌置并包封在外部环铸件内；
所述内部环铸件和所述外部环铸件分别形成同心地定向的所述内部环和所述外部环，其中，各叶状件的所述翼型部分位于并横跨在所述内部环与所述外部环之间，并且形成所述内部环铸件和所述外部环铸件的金属材料相比于形成所述叶状件的金属材料具有更低的熔点。
7.根据权利要求6所述的发动机，所述端部壳体还包括由锻造不锈钢制成的叶状件，所述叶状件被铸造就位在所述内部环铸件和所述外部环铸件内；并且各环铸件是铸铁。
8.根据权利要求6所述的发动机，所述端部壳体还包括下述叶状件：该叶状件包括位于该叶状件中的叶状件冷却通道，该叶状件由铸造不锈钢制成，并且该叶状件被铸造就位在所述内部环铸件和所述外部环铸件内；并且各环铸件是铸铁并且包括位于所述环铸件中的环形冷却通道，所述环形冷却通道与所述叶状件冷却通道连通。
9.根据权利要求6所述的发动机，所述端部壳体还包括：第一表面特征和第二表面特征，所述第一表面特征和所述第二表面特征分别包括第一周向倒角和第二周向倒角，所述第一周向倒角和所述第二周向倒角从所述翼型部分向外突出并分别嵌置在内部铸件和外部铸件内，以分别用于阻止所述叶状件与所述内部环和所述外部环分离。
10.根据权利要求9所述的发动机，所述端部壳体还包括：第一表面特征和第二表面特征，所述第一表面特征和所述第二表面特征分别包括第一拔模轮廓柄部和第二拔模轮廓柄部，所述第一拔模轮廓柄部和所述第二拔模轮廓柄部分别从所述第一周向倒角和所述第二周向倒角沿着所述叶状件的中心轴线向外定向并且分别具有终止于第一梢部和第二梢部的逐渐减小的锥形轮廓。
11.一种用于制造用于燃烧涡轮发动机的端部壳体或中间壳体的方法，所述方法包括：
制造多个长形金属叶状件，所述多个长形金属叶状件分别具有：
中心轴线；
分别位于所述叶状件的两端的第一柄部和第二柄部，所述第一柄部和所述第二柄部分别包括横向于所述中心轴线定向的第一表面特征和第二表面特征；以及
翼型部分，所述翼型部分位于相应的所述第一柄部与所述第二柄部之间；
将所述叶状件对准在圆形模型中，其中，所述第一柄部定向在内部环圆形模型中，并且所述第二柄部定向在外部圆形模型中；
铸造金属的环形的内部环，将所述第一表面特征分别嵌置并包封在熔融金属内，所述熔融金属随后硬化成内部环铸件；
铸造金属的环形的外部环，将所述第二表面特征分别嵌置并包封在熔融金属内，所述熔融金属随后硬化成外部环铸件；
所述内部环铸件和所述外部环铸件分别形成同心地定向的所述内部环和所述外部环，其中，各叶状件的所述翼型部分位于并横跨在所述内部环与所述外部环之间，并且形成所述内部环铸件和所述外部环铸件的金属材料相比于形成所述叶状件的金属材料具有更低的熔点。
12.根据权利要求11所述的方法，其中，所述叶状件由锻造不锈钢制成；并且各环铸件是铸铁。
13.根据权利要求11所述的方法，其中，所述叶状件包括位于所述叶状件中的叶状件冷却通道，并且所述叶状件由铸造不锈钢制成；并且各环铸件是铸铁并且包括位于所述环铸件中的环形冷却通道，所述环形冷却通道与所述叶状件冷却通道连通。
14.根据权利要求11所述的方法，还包括：将所述第一表面特征和所述第二表面特征制造成分别具有第一周向倒角和第二周向倒角，其中，所述第一周向倒角和所述第二周向倒角从所述翼型向外突出；以及将所述第一周向倒角和所述第二周向倒角分别嵌置在其内部铸件和外部铸件中，以分别用于阻止所述叶状件与内部环和外部环分离。
15.根据权利要求14所述的方法，还包括将所述第一表面特征和所述第二表面特征形成为分别具有第一拔模轮廓柄部和第二拔模轮廓柄部，所述第一拔模轮廓柄部和所述第二拔模轮廓柄部分别从所述第一周向倒角或所述第二周向倒角沿着所述叶状件的中心轴线向外定向并且分别具有终止于第一梢部和第二梢部的逐渐减小的锥形轮廓。
16.根据权利要求11所述的方法，还包括在铸造所述内部环和所述外部环之前对所述叶状件的所述翼型部分的外表面轮廓进行抛光。
17.根据权利要求11所述的方法，还包括：
分别将每个叶状件的所述第一表面特征对准在第一模具模型中；
分别将每个叶状件的所述第二表面特征对准在第二模具模型中，所述第二模具模型同心地包围所述第一模具模型；
通过用模制铸造用砂填充所述第一模具模型与所述第二模具模型之间的空隙空间并将每个叶状件的翼型部分包封在所述铸造用砂中来制造中间模；
移除所述第一模具模型和所述第二模具模型，使所述第一表面特征分别从所述中间模径向向内突出，并且使所述第二表面特征分别从所述中间模径向向外突出；
制造内部模并且将所述内部模同心地定向在所述中间模内，在所述中间模与所述内部模之间留出第一环形空隙，所述第一环形空隙与所述第一表面特征连通；
制造外部模并且将所述外部模定向成同心地包围所述中间模，在所述中间模与所述外部模之间留出第二环形空隙，所述第二环形空隙与所述第二表面特征连通；
将熔融金属分别浇注在所述第一环形空隙和所述第二环形空隙中，从而将所述第一表面特征和所述第二表面特征分别包封在所述熔融金属中，所述熔融金属相比于各叶状件具有更低的熔点；
使所述熔融金属硬化，将所述第一表面特征包封在所述内部环铸件中并且将所述第二表面特征包封在所述外部环铸件中；以及
将所述内部模、所述中间模和所述外部模从所述端部壳体移除。
18.根据权利要求17所述的方法，还包括：将所述叶状件制造成在所述叶状件中具有叶状件冷却通道；以及在所述内部环或所述外部环中的至少一者中形成环形冷却通道，所述环形冷却通道与所述叶状件冷却通道连通。
19.根据权利要求17所述的方法，还包括：
将所述第一表面特征和所述第二表面特征制造成分别具有第一周向倒角和第二周向倒角以及第一拔模轮廓柄部和第二拔模轮廓柄部，其中，所述第一周向倒角和所述第二周向倒角从所述翼型部分向外突出，所述第一拔模轮廓柄部和所述第二拔模轮廓柄部分别从所述第一周向倒角和所述第二周向倒角沿着所述叶状件的中心轴线向外定向，所述第一拔模轮廓柄部和所述第二拔模轮廓柄部分别具有终止于第一梢部和第二梢部的逐渐减小的锥形轮廓；
将所述第一模具模型设置成具有第一定位槽，所述第一定位槽具有与所述第一拔模轮廓柄部相对应的一致匹配轮廓，并且将所述第一拔模轮廓柄部插入所述第一定位槽中；
将所述第二模具模型设置成具有第二定位槽，所述第二定位槽具有与所述第二拔模轮廓柄部相对应的一致匹配轮廓，并且将所述第二拔模轮廓柄部插入所述第二定位槽中；
通过用模制铸造用砂填充所述第一模具模型与所述第二模具模型之间的空隙空间并将每个叶状件的翼型部分包封在所述铸造用砂中来制造中间模；
将所述第一模具模型和所述第二模具模型移除，分别将第一槽和第二槽与相应的第一拔模轮廓柄部和第二拔模轮廓柄部分离，使所述第一周向倒角和所述第一拔模轮廓柄部分别从所述中间模径向向内突出，并使所述第二周向倒角和所述第二拔模轮廓柄部分别从所述中间模径向向外突出。
20.根据权利要求19所述的方法，还包括：
将所述中间模的轴向底面和嵌置的叶状件安置在底部模具上；
将所述内部模安置在所述底部模具上并且同心地位于所述中间模内，在所述底部模具、所述中间模和所述内部模之间留出第一环形空隙，所述第一环形空隙与所述第一表面特征连通；
将所述外部模安置在所述底部模具上并且同心地包围所述中间模，在所述底部模具、所述中间模和所述外部模之间留出第二环形空隙，所述第二环形空隙与所述第二表面特征连通；
将顶部模具安置在所述底部模具、所述中间模和所述外部模上，覆盖所述第一环形空隙和所述第二环形空隙；以及
将熔融金属浇注到所述第一环形空隙和所述第二环形空隙中。
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| CN115570105A (zh) * | 2022-11-21 | 2023-01-06 | 中国航发四川燃气涡轮研究院 | 一种双层壁涡轮叶片的制造方法 |
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