CN113924444A - 制造用于涡轮机的火焰管的方法 - Google Patents

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古伊劳姆·西埃里·科廷
金-保尔·迪迪埃·奥特雷特
梅赫迪·代利巴
托马斯·塞巴斯蒂恩·亚历山大·格雷西
尼库拉斯·罗兰德·久伊·萨瓦里
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Abstract

本发明涉及制造用于涡轮机的火焰管(1)的方法，所述火焰管(1)围绕轴线(X)延伸且包括通过端壁(4)或顶壁彼此连接的环形径向的内壁(2)和环形径向的外壁(3)，内壁(2)、外壁(3)以及端壁(4)限定内部体积(5)，其特征在于，所述端壁(4)的至少一部分形成包括彼此连接且彼此间隔开的第一部分(7)和第二部分(8)的双层壁(6)，以限定通向所述内部体积(5)的冷却空气流的流动通道(9)，其特征在于，所述流动通道(9)包括至少一个空气入口开口(13)，双层壁(6)的第一部分和第二部分(7、8)通过延伸到冷却空气流的流动通道(9)中的连接区域或桥接部(10)连接，所述火焰管(1)通过增材制造来制造。

Description

制造用于涡轮机的火焰管的方法
技术领域
本发明涉及一种制造用于涡轮机，特别是用于直升机或飞机的涡轮机的火焰管的方法。
背景技术
涡轮机通常在涡轮机内的气体流动方向上从上游到下游包括风扇、一或多个压缩机级(例如，低压压缩机和高压压缩机)、燃烧室、一或多个涡轮级(例如，高压涡轮和低压涡轮)和排气喷嘴。
燃烧室由上游连接到腔室底部环形壳体的同轴内部和外部旋转壳体限定。腔室的外部壳体固定到涡轮机的外部壳层，腔室的内部壳体固定到内部壳层或连接到外部壳体。
燃烧室还包括火焰管或炉，其为气体燃烧的场所。
火焰管可以是环形和直接流通的。在此情况下，其包括在上游端通过底壁或端壁接合的环形壁，和包括用于安装在燃烧室上的燃料喷射器的通道的孔口的整流罩。
替代地，火焰管可以是反向流动的且具有成角的环形形状，从而允许气流在涡轮机的下游朝向涡轮机返回。气流随后依次从下游到上游，并且随后回到燃烧室的下游。在此情况下，喷射器通常安装在火焰管的端表面或头部表面处。
特别是从FR 2 996 289得知反向流动火焰管。火焰管通常由从压制的金属薄片获得的若干部分形成，随后组装在一起。这些部分还经历机械加工操作，特别是钻孔。
此制造方法实施起来相对较长且成本较高，且不允许对冲压部件的几何形状的简单修改。实际上，此类修改需要更换冲压模具，这尤其昂贵。
另外，端壁经受高热应力，必须减小所述热应力以防止火焰管的过早损坏。
本发明旨在提供这些问题的简单、可靠且便宜的技术方案。
发明内容
为这个目的，本发明涉及一种用于制造用于涡轮机的火焰管的方法，所述火焰管围绕轴线延伸且包括通过端壁或顶壁彼此连接的径向内部环形壁和径向外部环形壁，内壁、外壁和端壁限定内部体积，所述端壁的至少部分形成双层壁，所述双层壁包括彼此连接且间隔开的第一部分和第二部分，以限定通向所述内部体积的冷却空气流的流动通道，所述流动通道包括至少一个空气进入开口，双层壁的第一部分和第二部分通过延伸到冷却空气流的流动通道中的连接区域或桥接部连接，所述火焰管通过增材制造来制造。
此类方法可在单件式中产生复杂结构的火焰管，而不需要许多且昂贵的额外机械加工或组装步骤，从而直接获得已完成的或几乎已完成的火焰管，准备用于涡轮机中。
双层壁和空气循环通道的存在允许双层壁的第二部分被冷却，从而限制端壁损坏的风险。
连接区域或桥接部确保双层壁的机械强度、校准对应通道的通道横截面和/或允许制造双层壁的第二部分。
火焰管可以是整体的，也就是说，由单件制成。
举例来说，除切割或去毛刺操作之外，可在无再加工操作的情况下制造火焰管。
可以例如借助于激光束或电子束对粉末进行烧结或选择性熔融来制造火焰管。
此方法通常包括一个步骤，在此步骤期间在制造板上沉积具有受控厚度的金属、金属合金或陶瓷的粉末的第一层，随后包括用加热构件(激光束或电子束)加热粉末层的预定区域的步骤，且通过对每一额外层逐片重复这些步骤继续进行直到获得最终部分。用于通过对粉末进行选择性熔融或选择性烧结来制造零件的工具和方法例如描述于以申请人名义的法国专利申请案FR 3 030 323中。
至少一个连接区域或桥接部可包括至少一个截头圆锥形区域或扩口区域。截头圆锥形区域或扩口区域可从双层壁的第一部分扩张到第二部分。
至少一个连接区域或桥接部可包括第一部分侧面上的至少一个第一圆锥形区域或扩口区域和第二部分侧面上的至少一个第二圆锥形区域或扩口区域，第二圆锥形区域或扩口区域具有大于第一圆锥形区域或扩口区域的扩张角度的扩张角度。
举例来说，扩张角度可定义为对应的截头圆锥形区域的圆锥的角度。第二截头圆锥形区域或扩口区域因此比第一截头圆锥形区域或扩口区域扩张得更多。
连接区域或桥接部能够以至少一个周向延伸行布置。
连接区域或桥接部可在圆周上沿着所述行均匀分布。
连接区域或桥接部能够以多个行的形式布置，多个行各自在周向方向上延伸且在径向和/或轴向方向上彼此偏移。
双层壁的第一部分可包括通向冷却空气流通道的多穿孔，所述多穿孔形成空气入口开口。
火焰管可通过堆叠层来制造，层的堆叠方向平行于火焰管的轴线。
火焰管可由钴基或镍基合金制成。
本说明书还涉及用于制造用于涡轮机的火焰管的方法，所述火焰管围绕轴线延伸且包括通过端壁或顶壁彼此连接的径向内部环形壁和径向外部环形壁，内壁、外壁和端壁限定内部体积，其特征在于所述端壁的至少部分形成包括彼此连接且间隔开的第一部分和第二部分的双层壁，以限定通向所述内部体积的冷却空气流的流动通道，所述流动通道包括至少一个空气入口开口，所述火焰管通过增材制造整体地，也就是说以单件制造。
术语“轴向”、“径向”和“周向”是相对于火焰管的旋转轴定义的。
此类方法可在单件式中产生复杂结构的火焰管，而不需要许多且昂贵的额外机械加工或组装步骤，从而直接获得已完成的或几乎已完成的火焰管，准备用于涡轮机中。
举例来说，除切割或去毛刺操作之外，可在无再加工操作的情况下制造火焰管。
双层壁和空气循环通道的存在允许冷却双层壁的第二部分，从而限制端壁损坏的风险。火焰管可例如借助于激光束或电子束对粉末进行烧结或选择性熔融来制造。
此方法通常包括一个步骤，在此步骤期间在制造板上沉积具有受控厚度的金属、金属合金或陶瓷的粉末的第一层，随后包括用加热构件(激光束或电子束)加热粉末层的预定区域的步骤，且通过对每一额外层逐片重复这些步骤继续进行直到获得最终部分。用于通过对粉末进行选择性熔融或选择性烧结来制造零件的工具和方法例如描述于以申请人名义的法国专利申请案FR 3 030 323中。
火焰管可通过堆叠层来制造，层的堆叠方向平行于火焰管的轴线。
火焰管可由镍基或钴基合金制成。
双层壁的第二部分可位于火焰管的内部体积的侧面上，所述第二部分包括连接到双层壁的第一部分的第一端和冷却空气流通道在其处通向所述内部体积的第二自由端。
第二端可以是双层壁的第二部分的径向内部端。
双层壁的第一部分和第二部分可通过延伸到冷却空气流通道中的连接区域或桥接部连接。
连接区域或桥接部确保双层壁的机械强度和/或校准对应通道的通道横截面和保证此双层壁的可制造性。
连接区域或桥接部可平行于层的堆叠方向而延伸。
双层壁的第一部分可包括通向冷却空气流通道的多穿孔，所述多穿孔形成空气入口开口。
火焰管可具有空气流引导壁，所述空气流引导壁连同端壁一起限定冷却空气引导通道，所述通道通向平行于端壁的内部空间，所述空气引导通道具有至少一个空气入口开口。
特别地，空气引导通道可包括形成众多空气入口的多个穿孔。
引导壁可经由延伸到对应通道中的连接区域或桥接部连接到端壁。
径向内壁和/或径向外壁可包括与端壁相对定位的紧固凸缘。
内壁和/或外壁可具有例如通过粗制方法获得的多个穿孔。
所述凸缘中的至少一个可包括在凸缘与对应内壁或外壁之间的连接区域附近的多穿孔。
凸缘中的至少一个可具有延伸穿过对应的多穿孔的冷却片。
这些冷却片和多穿孔允许促进对对应的凸缘的冷却。
所述冷却片和开口可围绕圆周均匀分布。
多穿孔中的至少一个或每一个可包括具有正方形、矩形或菱形形状区域和三角形形状区域的部分。
径向外壁可包括用于安装燃料喷射器的开口。
上述方法可包括将衬套安装在所述开口中以用于安装喷射器的步骤。
衬套可通过转动或压接安装。
衬套可具有机械加工的内径。
附图说明
图1为通过根据本发明的方法制造的火焰管的横截面半视图，
图2为图1的火焰管的一部分的横截面和透视图，
图3为详细示出双层壁的一个实施例的透视图，
图4为详细示出双层壁的另一实施例的透视图，
图5为详细地且部分分开地示出图4的双层壁的透视图，
图6为图4和图5的双层壁的横截面图，
图7为示出根据本发明的另一实施例的双层壁的横截面图，
图8为示出具备外部凸缘的外壁的区域的另一实施例的详细透视图，
图9为示出火焰管的端壁和引导壁的一部分的透视细节，
图10为示出具备引导壁的火焰管的区域的详细透视图，
图11为示出具备引导壁的火焰管的区域的详细横截面图，
图12为示出将特别是引导壁连接到端壁的桥接部的结构的细节视图，
图13为示出火焰管在通过增材制造来制造的期间的定向的视图。
具体实施方式
图1和图2示出使用根据本发明的制造方法获得的火焰管1。火焰管1为环形的且围绕轴线X延伸。火焰管1由单件制成且包括通过端壁或顶壁4彼此连接的径向内部环形壁2和径向外部环形壁3，内壁2、外壁3和端壁4限定内部体积5。
所述端壁4的一部分形成包括彼此连接且彼此间隔开的第一部分7和第二部分8的双层壁6，以限定通向所述内部体积5的冷却空气流的流动通道9。
双层壁6的第二部分8位于火焰管1的内部体积5的侧面上。第二部分8包括连接到双层壁6的第一部分7的第一径向外部端和冷却空气流通道9在其处通向所述内部体积5的第二径向内部自由端8a。
双层壁6的第一部分7和第二部分8通过延伸到流动通道9中的连接区域或桥接部10连接。
如在图3到7中更好地看出，每个桥接部10沿着轴线延伸且具有连接到双层壁6的第一部分7的第一端11(图6)和连接到双层壁6的第二部分8的第二端12。每个桥接部11在本文中具有朝向第二部分8的大体上扩张的形状。
在图3到图7中所示的实施例中，每个桥接部10包括位于第一部分7的侧面上的第一截头圆锥形区域10a和位于第二部分8的侧面上的第二截头圆锥形区域10b。第二截头圆锥形区域10b比第一截头圆锥形区域10a扩张得更多。换句话说，第二截头圆锥形区域10b的圆锥角大于第一截头圆锥形区域10a的圆锥角。桥接部10还可包括将端部11、端部12中的至少一个连接到双层壁6的对应部分7、对应部分8的锥形或圆形区域。
桥接部10以行布置，该行彼此径向偏移和/或轴向偏移。同一行的桥接部10围绕轴线X规则地分布在圆周上。
桥接部10的长度、其直径和/或其彼此间的间隔可在双层壁6内变化。举例来说，具有较小直径和/或彼此进一步间隔开的较长的桥接部10可位于需要相应通道内的改良的空气流的区域中。
所述流动通道9包括由设置于双层壁6的第一部分7中的多穿孔形成的空气入口开口13。多穿孔13沿着第一部分7的表面规则地分布在桥接部10的第一端11之间。
火焰管1进一步包括用于冷却空气流的引导壁15，其与端壁限定冷却空气引导通道16，通向内部体积5的通道16平行于端壁4。所述空气引导通道16还包括形成空气入口的多穿孔17和连接引导壁15和端壁4的连接区域或桥接部18。引导通道16径向朝内打开且能够形成覆盖端壁4的空气膜。
径向内壁2和径向外壁3还分别具有与端壁4相对轴向定位的内部附接凸缘19和外部附接凸缘20。
每个紧固凸缘19、紧固凸缘20在对应凸缘19、对应凸缘20与对应内壁2或对应外壁3之间的连接区域附近具有多穿孔21。
外壁3进一步包括由边缘26包围的圆形开口25。开口25意图用于安装燃料喷射构件，未绘示。衬套27通过在所述开口25中压接或转动而安装。可通过机械加工获得衬套27的内径。
火焰管1通过增材制造，特别地通过例如借助于激光束或电子束对粉末进行烧结或选择性熔融而整体地制造，也就是说，以单件(除不属于单件式火焰管的衬套之外)制造。
此方法包括一个步骤，在此步骤期间在制造板上沉积具有受控厚度的金属、金属合金的粉末的第一层，随后包括用加热构件(激光束或电子束)加热粉末层的预定区域的步骤，且通过对每一额外层逐片重复这些步骤继续进行直到获得最终部分。
双层壁6的第一部分7的区域可附接到板，且随后例如通过机械加工而剥离，以将制造件1与板分离。
用于通过对粉末进行选择性熔融或选择性烧结来制造零件的工具和方法例如描述于以申请人名义的法国专利申请案FR 3 030 323中。
单件式火焰管1可因此通过堆叠层来制造，层的堆叠方向平行于火焰管1的X轴。
层具有例如20微米到80微米的厚度。
火焰管1例如由钴基或镍基合金制成。
单件式火焰管1的不同区域优选地相对于层的堆叠轴线具有轻微的倾斜。因此，除边缘26和端壁4的一部分之外，火焰管1的其它区域与层堆叠方向形成小于60°的角。众所周知，制造支撑件可用于具有较多倾斜的区域。
每个桥接部18具有连接到端壁4的第一端30(图12)和连接到引导壁15的第二端31。第二端31可包括朝向引导壁15扩张的连接区域32。
径向内壁2和径向外壁3还分别具有与端壁4相对轴向定位的内部附接凸缘19和外部附接凸缘20。
每个紧固凸缘19、紧固凸缘20在对应凸缘19、对应凸缘20与对应内壁2或对应外壁3之间的连接区域附近具有多穿孔21。
凸缘19、凸缘20中的至少一个(例如，径向外部凸缘20)包括在外部凸缘20与外壁3之间的对应的多穿孔21处延伸的冷却片33(图8)。这些冷却片33和多穿孔21用于促进对对应的凸缘20的冷却。
每个多穿孔13、多穿孔17、多穿孔21可具有正方形、矩形或菱形形状区域和三角形形状区域(图10)的横截面。
外壁3进一步包括由边缘26包围的圆形开口25。开口25意图用于安装燃料喷射构件和紧固销，未绘示。将衬套27压接到所述开口25中。可通过机械加工获得衬套27的内径。
火焰管1通过增材制造，特别地通过例如借助于激光束或电子束对粉末进行烧结或选择性熔融而整体地制造，也就是说，以单件(除不属于单件式火焰管的衬套之外)制造。
此方法包括一个步骤，在此步骤期间在制造板34(图13)上沉积具有受控厚度的金属或金属合金的粉末的第一层，随后包括用加热构件(激光束或电子束)加热粉末层的预定区域的步骤，且通过对每一额外层逐片重复这些步骤继续进行直到获得最终部分。
用于通过对粉末进行选择性熔融或选择性烧结来制造零件的工具和方法例如描述于以申请人名义的法国专利申请案FR 3 030 323中。
单件式火焰管1可因此通过堆叠层而制造，图13中由箭头29示出的层的堆叠方向平行于火焰管1的X轴。
层具有例如20微米到80微米的厚度。
火焰管1例如由镍基或钴基合金制成。
单件式火焰管1的不同区域优选地相对于层的堆叠轴线具有轻微的倾斜。因此，除边缘、端壁4的部分、双层壁6中的连接区域和桥接部头部10之外，火焰管1的其它区域与层堆叠方向形成小于60°的角。众所周知，制造支撑件可用于具有较多倾斜的区域。

Claims (9)

1.制造用于涡轮机的火焰管(1)的方法，所述火焰管(1)围绕轴线(X)延伸且包括通过端壁(4)或顶壁彼此连接的环形径向的内壁(2)和环形径向的外壁(3)，所述内壁(2)、所述外壁(3)以及所述端壁(4)限定内部体积(5)，其特征在于，所述端壁(4)的至少一部分形成双层壁(6)，所述双层壁包括彼此连接且彼此间隔开的第一部分(7)和第二部分(8)，以限定通向所述内部体积(5)的冷却空气流的流动通道(9)，其特征在于，所述流动通道(9)包括至少一个空气入口开口(13)，所述双层壁(6)的第一部分和第二部分(7、8)通过延伸到所述冷却空气流的流动通道(9)中的连接区域或桥接部(10)连接，所述火焰管(1)通过增材制造来制造。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，通过例如借助于激光束或电子束对粉末进行烧结或选择性熔融来制造所述火焰管(1)。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，至少一个连接区域或桥接部(10)包括至少一个截头圆锥形区域或扩口区域(10a、10b)。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述截头圆锥形区域或扩口区域(10a、10b)从所述双层壁(6)的第一部分(7)向第二部分(8)扩张。
5.根据权利要求3或4所述的方法，其特征在于，至少一个连接区域或桥接部(10)包括位于所述第一部分(7)的侧面上的至少一个第一圆锥形或扩口区域(10a)和位于所述第二部分(8)的侧面上的至少一个第二圆锥形区域或扩口区域(10b)，第二圆锥形区域或扩口区域(10b)具有比第一圆锥形区域或扩口区域(10a)的扩张角度更大的扩张角度。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的方法，其特征在于，连接区域或桥接部(10)以至少一个周向延伸行的形式布置。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的方法，其特征在于，所述双层壁(6)的第一部分(7)包括通向所述冷却空气流的流动通道(9)中的多穿孔(13)，所述多穿孔(13)形成空气入口开口(13)。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的方法，其特征在于，所述火焰管通过堆叠层制造，层的堆叠方向平行于所述火焰管(1)的轴线(X)。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的方法，其特征在于，所述火焰管(1)由钴基或镍基合金制成。
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