CN1497128A - 在翼型叶片上形成冷却孔的方法 - Google Patents

Abstract

在视线从喷嘴外部位置受到阻碍或妨碍而不能到达喷嘴的情况下，本发明可从翼型内部到外部形成用于涡轮机热气通道的翼型(12)的孔(18、20、22)。水流喷头(26)设置在翼型内腔中并以所需的倾角倾斜，利用水流和包含在水流中的磨料就可切割出穿过翼型壁的倾斜孔(18)。在喷嘴的外侧设有防护装置例如挡板或防护装置(30)，以免在没有防护装置的情况下水流会冲击而损坏喷嘴的其它部分。

Description

在翼型叶片上形成冷却孔的方法

【技术领域】

本发明涉及一种用于在设置于涡轮机的热气通道中的翼型上形成冷却孔的方法，具体地说，本发明涉及一种利用水流从翼型内形成穿过翼型壁的倾斜冷却孔的方法。

【背景技术】

用于涡轮机热气通道中的翼型气膜冷却要求形成穿过翼型壁的冷却孔。较高的燃气轮机效率和较高的燃烧和工作温度需要进行气膜冷却，以便将冷却介质例如空气引导到作为常规过热部位或翼型使用寿命限制区域的翼型区域上。假如孔是倾斜的以便使常规过热部位处于孔的视线范围内，就可对沿翼型表面例如前缘和倒角以及沿倒角附近的后缘的常规过热部位进行冷却。因此，需要形成定向的或倾斜的冷却孔来对这些区域进行气膜冷却。

在现有技术中，在翼型上形成冷却孔的方法包括采用设置在翼型内的EDM来从翼型的内部形成孔。也可采用水流来形成冷却孔，水流从翼型的外部射向翼型内部。但是，特别是在喷嘴的情况下，由于喷水装置的实际外形限制和结构，水流不能预先形成急剧倾斜的孔。也就是，在试图从喷嘴外部形成穿过翼型的急剧倾斜的孔时，喷嘴部分例如内和外环带部分与喷水装置相互干涉。具体地说，内和外环带部分与喷水装置的位置发生干涉，并妨碍了利用水流从喷嘴外到喷嘴内形成孔。因此，就需要提供一种利用水流法而在涡轮机翼型中形成视线所不能及的冷却孔的方法。

【发明内容】

根据本发明的优选实施例，设有水流喷头，该水流喷头可通过穿过翼型一个端部的开口而被容纳以便将喷嘴定位在翼型内，从而从喷嘴喷出的水流可在整个翼型壁上形成倾斜孔。因此，为了在翼型壁上形成倾斜冷却孔，水流喷头穿过端部开口而设置在翼型的内腔中。水流以一定的角度倾斜地喷出，从而在翼型相对的另一端部附近形成倾斜孔。在具有内和外环带的喷嘴的情况下，水流喷头沿翼型壁的内部布置，从而使从喷头喷出的水流与喷嘴的一个环带部分形成视线所不能及的相交。视线所不能及就意味着，出于喷水装置的实际外形限制和结构以及喷嘴的结构的原因，从翼型的外部不能形成直接沿视线方向的穿过翼型的倾斜孔。为了使喷嘴环带部分免于受形成和穿过所形成的孔的水流的切割，使用防护装置例如板来作为承受水流冲击的挡板。

因此，该装置可防止水流沿孔轴线切割环带部分。为了在喷嘴的相对端部附近形成倾斜冷却气膜孔，喷头从与待形成的孔所穿过的翼型的端部相对的翼型端部开口穿过。喷头引导从水流喷头喷出的水流沿与其它喷嘴环带的一部分相交的视线所不能及的方向形成倾斜孔。利用防护装置可使其它环带部分免受水流的切割。因此，采用本发明的方法，利用水流技术可形成穿过翼型壁的倾斜孔，其中，孔从翼型的外部是视线所不能及的。

在本发明的优选实施例中，提供一种在涡轮机翼型上形成孔的方法，其中，翼型具有确定翼型形状的壁和通过翼型一个端部上的开口就可进入的内腔，所述的方法包括以下的步骤：将水流喷头通过一个端部开口设置在翼型内腔中的一个位置上，引导喷头喷出的水流切割出一个或多个穿过翼型的至少一个壁的孔。

在本发明的另一个优选实施例中，提供一种在具有翼型的涡轮机喷嘴上形成孔的方法，其中，翼型具有确定翼型形状的壁、通过翼型一个端部上的开口就可进入的内腔和从翼型的两个相对端部处横向延伸的内和外环带部分，所述的方法包括以下的步骤：将水流喷头通过一个端部开口设置在翼型内腔中的一个位置上，引导喷头喷出的水流沿与一个环带部分相交的视线方向切割出一个或多个穿过翼型的至少一个壁的孔。

【附图说明】

图1是从外环带的顶侧所视的涡轮喷嘴的透视图，其示出了用于在喷嘴翼型中形成倾斜冷却孔的设置在喷嘴内的水流喷头；

图2是从内环带的下侧所视的喷嘴的透视图；

图3是位于翼型中的水流喷头的示意图，其示出了用于形成孔的水流流向以及内环带防护装置；

图4的放大示意图示出了用于形成穿过翼型壁的倾斜孔的喷头，同时水流冲击防护装置。

【具体实施方式】

下面参见附图，如图1所示，其示出了设置在燃气轮机热气流通路中的喷嘴10。喷嘴10包括相应地在内环带14和外环带16之间延伸的翼型12。可以理解，喷嘴10构成沿周向排列以形成一级涡轮的一部分的多个喷嘴中的一个。如前所述，喷嘴的气膜冷却是通过在翼型壁上所形成的多个孔或开口引导喷嘴中的冷却气流经过孔或开口以便对喷嘴中的常规过热部位进行冷却来实现的。

如图1所示，多个孔18、20和22分别沿前缘、翼型的侧面中部和后缘分布。可以理解，在使用时，一些孔倾斜地将冷却气流引导到相邻表面例如内或外环带或喷嘴的倒角区域。孔的倾角通常妨碍了通过外部设备形成视线所不能及的孔。

根据本发明的优选实施例，提供一种具有水流喷头26的喷水装置27，水流喷头26设置在喷嘴10的内部，具体地说是设置在喷嘴10的翼型12内。喷水装置27可以是由位于South Carolina州Clover的Huffman公司制造和销售的那种。通常，普通的水流在高压例如15000-ll0000psi的高压条件下可形成细的水流。对于本发明，水与磨料例如金刚砂或氧化铝混合以便于切割翼型的金属壁。

如图1和2所示，喷嘴10包括一个或多个分别穿过翼型12的两个相对端部的开口25和29，在使用时，冷却空气通过开口进入和排出。水流喷头26设置得穿过这些开口中的一个并容纳在翼型的内腔31(图3)中。喷头26设置成将水流射向翼型壁的内表面。水流压力与磨料一起切割出穿过喷嘴金属壁的孔。如图所示，最好设有多个孔18、20和22将冷却空气引导到喷嘴的其它表面上，例如，内和外环带14和16以及倒角28。因此，水流必须将孔形成适当的角度以使冷却空气可有效地冷却喷嘴的相邻常规过热部位。由于需要使气流流动到这些常规过热部位或沿着这些区域流动，因此，需要孔是倾斜的。但是，孔的倾角使得采用传统的加工方法不能使视线从翼型的外侧进入翼型12。通过采用具有设置在翼型内腔中的水流喷头的喷水装置，就可通过切割的方式沿视线所不能及的方向，也就是沿水流与流经孔的冷却空气所要冷却的表面相交的方向形成孔。因此，喷头可从喷嘴内部沿视线所不能及的方向指向而形成倾斜的孔。

为了避免水流直接沿从喷头喷出并穿过所形成的孔的水流的视线方向损坏或破坏喷嘴部分，例如内和外环带，采用挡板或防护装置30来保护将受水流冲击的喷嘴部分。如图3和4所示，挡板30可包括临时固定到喷嘴的一部分也就是外或内环带上的防护板，以便在水流穿过喷嘴壁进行切割而形成所需倾角的孔时接受、偏转和/或吸收水流的冲击。挡板30可由坚硬的材料制成，例如可持久和重复使用的硬质合金。另外，挡板30也可由一次性使用的金属/塑料材料或在使用时间内将衰减并具有预定使用次数的材料制成。挡板30的形状可设置成在切割孔的过程中可从喷嘴和环带的周围穿过以便临时固定到喷嘴上，或者可夹紧到喷嘴或喷嘴附近的辅助固定件上。可采用各种装置例如挡板30来使水流减慢。例如，可在防护板上设置未示出的套筒，从而在水流冲击防护板之前来消耗水流的一部分能量。

可以理解，对于小直径的孔或口18、20和22，水流必须穿过壁面的金属材料喷出。对于大直径的孔或口，在形成初始开口之后，可采用水流进行切割，也就是限定孔或口周围的边界来将孔或口扩大到所需的直径或形状。而且，可形成所需的各种结构形状的孔。例如，在喷水装置的能力范围内，孔可以是环形、椭圆形、圆形或锥形或其它任何的结构形状。

尽管上面已结合被认为是最实用和优选的实施方式对本发明进行了描述，但应当理解，这并不是要将本发明局限在所述的实施方式中，正相反，这是为了能够涵盖所有符合本发明所附权利要求书所限定技术方案的宗旨和范围的各种变型和等效结构。

Claims (10)

1.一种在涡轮机中使用的翼型(12)上形成孔(18、20、22)的方法，其中，翼型具有确定翼型形状的壁和通过翼型一个端部上的开口(25)就可进入的内腔，所述的方法包括以下的步骤：

将水流喷头(26)通过一个端部开口设置在翼型内腔中的一个位置上；和

引导从所述喷头喷出的水流而切割出一个或多个穿过翼型的至少一个壁的孔(18、20、22)。

2.根据权利要求1所述的方法，其包括将水流射向翼型的内壁部分而形成一个或多个相对于翼型表面以一定角度倾斜且穿过壁的孔。

3.根据权利要求1所述的方法，其中，翼型内腔通过位于翼型的一个相对端部处的开口(29)可进入，且包括将水流喷头通过该相对端部开口而设置在翼型内腔中的一个位置上，并引导水流切割出一个或多个穿过翼型壁的另外的孔。

4.根据权利要求3所述的方法，其包括将水流射向翼型的内壁部分而形成相对于翼型表面以一定角度倾斜且穿过壁的孔。

5.根据权利要求3所述的方法，其包括引导从穿过翼型一个端部处的开口(25)设置的喷头喷出的水流射向翼型的内壁部分，从而形成穿过该壁并朝翼型的一个相对端部倾斜的孔，和引导从穿过所述相对端部处的开口(29)设置的喷头喷出的水流射向翼型的其它内壁部分，从而形成穿过该壁并朝翼型的所述一个端部倾斜的孔。

6.根据权利要求1所述的方法，其包括引导水流沿靠近翼型前缘的翼型的至少一侧切割出一个或多个孔(18)。

7.根据权利要求1所述的方法，其包括引导水流沿靠近翼型后缘的翼型的至少一侧切割出一个或多个孔(22)。

8.根据权利要求1所述的方法，其包括将防护装置(30)设置在翼型的外部，从而形成穿过所形成的孔或多个孔射出的水流的挡板。

9.一种在具有翼型的涡轮机喷嘴上形成孔的方法，其中，翼型具有确定翼型形状的壁、通过翼型一个端部上的开口就可进入的内腔(31)和从翼型的两个相对端部处横向延伸的内和外环带部分(14、16)，所述的方法包括以下的步骤：

将水流喷头(26)通过一个端部开口而设置在翼型内腔中的一个位置上；和

引导从喷头喷出的水流而沿与一个环带部分相交的视线方向形成一个或多个穿过翼型的至少一个壁的孔(18、20、22)。

10.根据权利要求9所述的方法，其包括引导从穿过所述一个端部处的开口(25)设置的喷头(26)喷出的水流射向翼型的内壁部分，从而形成穿过该壁部分并朝翼型和环带部分的一个相对端部(29)倾斜的孔，和引导从穿过所述相对端部处的开口设置的喷头喷出的水流射向翼型的其它内壁部分，从而形成穿过该壁并朝翼型和相对的环带部分的一个端部倾斜的孔。

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