MXPA00012569A

MXPA00012569A - Superficie de articulo con alambres de metal y metodo para hacerla.

Info

Publication number: MXPA00012569A
Application number: MXPA00012569A
Authority: MX
Inventors: Ching-Pang Lee
Original assignee: Gen Electric
Priority date: 1999-12-20
Filing date: 2000-12-15
Publication date: 2003-04-25
Also published as: CA2327875C; IL140186A; EP1111323B1; EP1111323A2; US6399217B1; ATE489598T1; DE60045274D1; MY129511A; BR0005933B1; EP1111323A3; SG97994A1; BR0005933A; CA2327875A1; IL140186A0; JP2001214702A

Abstract

Una superficie (12) de una articulo (10), por ejemplo una superficie de flujo de fluido externa, incluye una pluralidad de alambres de metal (14) longitudinalmente de los alambres (14) a lo largo de la superficie de articulo (12). El articulo (10) puede estar en la forma de un componente de un aparato, por ejemplo un componente de un motor de turbina de gas, los alambres (14) se unen a lo largo y modifican las caracteristicas de superficie del articulo (10). Tambien, el articulo (10) puede estar en forma de una capa de union, por ejemplo una cinta de cobresoldado, incluyendo los alambres de metal (14) que estan a lo largo de una superficie (12) de la capa.

Description

SUPERFICIE DE ARTICULO CON ALAMBRES DE METAL Y MÉTODO PARA HACERLA ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN Esta invención se refiere a artículos que tienen una superficie expuesta a un flujo de fluido, y de manera más particular a artículos, por ejemplo componentes de un aparato generador de energía, que tiene una superficie sobre la cual un fluido calentado fluye. Ciertos componentes de un aparato generador de energía, por ejemplo componentes de un motor de turbina de gas, operan o están expuestos a una corriente calentada de fluido tal como aire, productos de combustión, etc. Por ejemplo, las superficies de los miembros de las aspas de un motor de turbina de gas (incluyendo alas delgadas de aspas y ventiladores) bielas, y pasos de flujo de fluido interno del motor, corriente debajo de la sección del combustor, son calentadas por un flujo de fluido, incluyendo aire y productos de combustión, dentro del motor. Desde un punto de vista del diseño de un motor, es deseable operar el motor a temperaturas relativamente altas. Algunas veces, estas temperaturas son más altas que las que ciertas aleaciones de metales de las cuales están hechos los componentes pueden soportar eficientemente. En este caso, los componentes requieren enfriamiento o disipación de calor de una superficie para mantener las temperaturas de los componentes dentro de rangos aceptables. En otras situaciones, dicho enfriamiento se requiere para mantener coincidencias térmicas adecuadas entre los componentes cooperantes para control de tensión o espacio libre, como es bien conocido en la técnica. Para mejorar la efectividad de enfriamiento total de un componente, es deseable tener un área de superficie de transferencia de calor grande, particularmente en la superficie del flujo de fluido expuesta a un fluido que actúa como un refrigerante. Por lo tanto, se ha propuesto aplicar a, o generar en, una superficie de artículo turbuladores para disipación de calor de un componente. En general, los turbuladores son protuberancias dispuestas en una superficie para mejorar la transferencia de calor de la superficie. Por ejemplo, los artículos que tienen turbulación, y métodos para proporcionar turbulación se describen en la Solicitud Co-Pendiente de Patente de los Estados Unidos de Norteamérica Número de Serie 09/304276 Hasz y coinventores presentada el 3 de mayo de 1999. Las relaciones entre la transferencia de calor de una superficie y la separación y perfil del turbulador se han informado en "Efectos de la Separación y Perfil del Turbulador en Fricción y Transferencia de Calor en un Canal" por Taslim y Spring, (Revista de Termofísica y Transferencia de Calor, Volumen 8, No. 3, Julio - Septiembre de 1994). El enfriamiento de choque de una superficie texturizada de un conjunto de motor de turbina de gas se describe la Patente de los Estados Unidos de Norteamérica Número de Serie 5,353,865 -Adiutori y coinventores (patentada el 11 de Octubre de 1994.). El mejoramiento de la transferencia de calor de una superficie que incluye partículas como turbuladores es significante. Sin embargo, es deseable tener un control más preciso del área de superficie del turbulador para transferencia de calor desde una superficie y colocación del turbulador y unión a una superficie. Además, el mejoramiento de la fuerza y control de flujo de fluido de la superficie del artículo a través de una superficie con un turbulador puede mejorar la vida y eficiencia del componente. BREVE DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN En una modalidad, la presente invención proporciona un artículo que comprende una superficie de artículo, y una pluralidad de alambres de metal discretos unidos longitudinalmente de los alambres a lo largo de la superficie del artículo. En una modalidad, los alambres de metal están en forma de alambres tejidos o mallas de alambre. En otra modalidad, el artículo es una cinta, por ejemplo una cinta de cobresoldado que comprende una base y una pluralidad de alambres de metal discretos longitudinalmente de los alambres a lo largo de una superficie del artículo. BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS La Figura 1, es una vista en perspectiva, en corte fragmentada de un artículo que incluye una pluralidad de alambres de metal discretos de sección transversal generalmente circular unida longitudinalmente a lo largo de una superficie de artículo. La Figura 2, es una vista agrandada en corte fragmentada de un alambre de la Figura 1 que muestra la unión con la superficie del artículo. La Figura 3, es una vista agrandada en corte fragmentada de un alambre discreto que tiene una sección transversal cuadrada generalmente rectangular unida a una superficie de artículo. La Figura 4, es una vista agrandada en corte fragmentada de un alambre discreto que tiene una sección transversal generalmente triangular unida a una superficie de artículo. Las Figuras 5, 6, 7, y 8 son vistas en perspectiva en corte fragmentadas en forma de diagrama de formaciones de alambre tejido generalmente de tres dimensiones o mallas de alambre unidas longitudinalmente de los alambres a lo largo de una superficie de artículo, los alambres tienes secciones transversales rectangulares, triangulares (con lados rectos o parabólicos) o circulares. DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN Los turbuladores para disipación de calor de una superficie se describen específicamente en ejemplos de la técnica anterior principalmente en la forma de partículas de material o botones o miembros generalmente hemisféricos unidos con una superficie de artículo. En esa forma general, estos turbuladores, aunque ayudan en la disipación de calor, no refuerzan la superficie de un artículo ni ayudan a controlar el flujo de fluido a través o a lo largo de una superficie de artículo. De conformidad con una modalidad de la presente invención, un turbulador en la forma de un alambre de metal, un alambre tejido, cuando se une longitudinalmente a lo largo de una superficie de artículo, proporciona la combinación de disipación de calor de una superficie de artículo mientras se incrementa la fuerza de la superficie de artículo y la vida operativa potencial del artículo.

Como se usa en la presente, un "alambre" significa un miembro alargado que generalmente tiene una longitud por lo menos 5 veces la sección transversal del alambre. Además, la colocación particular de una pluralidad de alambres a lo largo de una superficie del artículo en el cual fluye el fluido o en el cual el fluido choca, proporciona un control de flujo de capa de frontera deseado en la superficie de artículo. Por ejemplo, si los alambres están colocados sustancialmente paralelos al flujo, el fluido se guía de manera más suave en la superficie, mejorando la eficiencia aerodinámica en un flujo de aire; si los alambres se colocan en un ángulo al flujo, se proporciona una mayor o deseada turbulencia. De conformidad con formas de la presente invención, el grado de disipación de calor de una superficie, y/o la fuerza de la superficie de un artículo se puede mejorar y controlar de manera más precisa. La aplicación de dichos alambres, incluyendo mallas y alambres tejidos, se puede realizar en la fabricación inicial de un artículo o se puede hacer después de la operación de servicio. Los alambres de metal, que se pueden hacer por extrusión a longitudes relativamente largas y en una variedad de tamaños y formas transversales, pueden proporcionar resistencia a una superficie de artículo a lo largo de la dirección del alambre. Por lo tanto, el uso de un miembro de este tipo unido a una superficie permite que la selección de un metal, aleación, tamaño y configuración de los alambres se haga apropiadamente para el refuerzo de la superficie así como control de flujo de fluido, disipación de calor y, si se desea, protección ambiental. En una modalidad, el material del cual están hechos los alambres es diferente del de la superficie de artículo. Para mejoramiento en la resistencia de la superficie y en la disipación de calor, los alambres pueden hacerse de un metal o aleación que tenga una mayor conductividad térmica y por lo menos una propiedad de resistencia mecánica, por ejemplo, resistencia a la tensión, mayor que la de la superficie de artículo. Una modalidad de la presente invención se muestra en la vista en perspectiva en corte fragmentada de la Figura 1. Un artículo mostrado generalmente en 10 comprende un sustrato metálico 11 que incluye la superficie de artículo 12. Unida longitudinalmente a la superficie 12 se encuentra una pluralidad de alambres de metal 13, mostrados generalmente en una sección transversal circular. En esa modalidad, los alambres 14 están colocados en ia superficie 12 en una matriz generalmente paralela, separados entre ellos. Sin embargo, se debe comprender que, si se desea o mediante disposición aleatoria, uno o más alambres 14 pueden estar cercanamente adyacentes o tocarse o estar unidos a uno o más alambres adyacentes. Por ejemplo, se puede hacer una configuración apropiada para ajustar la disipación de calor de la superficie 12 y/o para reforzar o mejorar las propiedades mecánicas de la superficie 12. Aunque se muestra una configuración generalmente paralela en la Figura 1, como se mencionó anteriormente, los alambres de la pluralidad se pueden colocar a un ángulo entre ellos, o la matriz puede estar en forma de alambres tejidos o una malla de alambre, por ejemplo como se muestra en las Figuras 5-8. La vista en corte fragmentada y agrandada de la Figura 2, muestra un alambre discreto 14 de la pluralidad de alambres en la Figura 1 unidos a lo largo de la longitud dei alambre a la superficie de artículo 12 a través de una aleación de unión 16, por ejemplo una aleación de cobresoldado de metal. Las vistas en corte fragmentadas agrandadas de las Figuras 3 y 4 muestran alambres 14 en diferentes formas transversales y unidos a la superficie de artículo 12 a través de una aleación de unión apropiada 16. Las vistas en perspectiva en corte fragmentadas de las Figuras 5 a 8 muestran, en forma de diagrama, varias modalidades de alambres 14 como formaciones de alambre tejido o redes de alambre, mostradas generalmente en 18, unidas con la superficie de artículo 12 generalmente longitudinalmente de los alambres en las estructuras de alambres. Estas formaciones proporcionan un efecto de turbulación de tres dimensiones para la superficie 12. La Figura 5 muestra los alambres generalmente de sección transversal rectangular (por ejemplo cuadrada) como en la Figura 3. La Figura 6 muestra los alambres generalmente de sección transversal triangular con lados sustancialmente rectos como en la Figura 4. La Figura 7, muestra los alambres generalmente de sección transversal triangular con lados de tipo sustancialmente parabólicos. La Figura 8 muestra los alambres generalmente de sección transversal circular como se muestra en la Figura 2. U n medio conveniente para colocar, disponer y unir la pluralidad de alambres en una superficie de artículo utiliza una capa preparada de aleación de cobresoldado, por ejemplo una cinta u hoja de cobresoldado que tiene los alambres de metal colocados en la misma como se desee. Las capas preparadas que incluyen una aleación de cobresoldado han sido ampliamente descritas y son de uso común en la técnica de unión de metales. Una forma incluye una aleación de cobresoldado, seleccionada apropiadamente para los materiales o aleaciones que se van a unir. Algunas veces, la aleación de cobresoldado, se coloca en una capa no metálica de material que se descompondrá sustancialmente sin residuos al calentarla a una temperatura de cobresoldado. En otras modalidades, la aleación de cobresoldado está en forma de una aleación sin aglutinante. Ejemplos de estas capas y materiales de los cuales están hechas se utilizan y describen ampliamente en la técnica, por ejemplo en la arriba identificada Solicitud Co-Pendiente de Patente de los Estados Unidos de Norteamérica Número de Serie 09/304276. Otros medios para colocar, disponer y unir la pluralidad de alambres en una superficie de artículo utiliza una pasta de aleación de bronce que incluye un polvo de bronce y un aglutinante de tipo transitorio. Una variedad de estas pastas para cobresoldado están disponibles comercialmente. Como se usa en la presente, un artícu lo que comprende una superficie de artículo y una pluralidad de alambres de metal discretos, en cualquier forma, unidos a la superficie incluye, pero no está limitado a, una porción de cobresoldado, por ejemplo una pasta de cobresoldado, hoja de cobresoldado o cinta de cobresoldado, incluyendo una aleación de cobresoldado de metal, que lleva los alambres. Un ejemplo de un artículo que tiene una superficie de metal que pueden incluir formas de la presente invención es un componentes de motor de turbina que requiere enfriamiento para mantener las temperaturas del componentes dentro de rangos aceptables o para mantener las coincidencias térmicas deseadas para control de tensión o espacio libre. Ejemplos de estos componentes incluyen aspas de turbina, ventiladores de turbina, bielas, refuerzos y varias estructuras de soporte incluyendo un fluido externo o superficie de flujo de aire sobre la cual fluye un fluido en forma de aire, solo o con productos de combustión. En algunas modalidades, el fluido de enfriamiento tal como aire, es dirigido para chocar en una superficie de artículo para enfriamiento por choque. Como se usa en la presente con relación al flujo de fluido, el término "aire" pretende incluir, como sea apropiado, aire y productos de combustión. Generalmente, estos artículos o superficies están hechos de una aleación de alta temperatura a base de uno o más de Fe, Ni y Co. Para uso de formas de la presente invención en superficies externas de flujo de fluido de tales artículos o superficies, se prefiere que los alambres de metal tengan un tamaño transversal del rango de aproximadamente 0.0025 - 0.254 cm. Se puede realizar una forma de la presente invención para modificar o mejorar una superficie de un artículo operado en servicio. Por ejemplo, una superficie externa de metal de flujo de fluido de un artículo que ha sido operado en un motor de turbina de gas se puede modificar y mejorar apropiadamente uniendo mediante cobresoldado, a dicha superficie, longitudinalmente de los alambres, la pluralidad de alambres de metal, incluyendo alambres en forma de alambres tejidos o mallas de alambres. Esta práctica puede mejorar la disipación de calor de la superficie, mejorar la resistencia de la superficie, controlar el flujo de fluido de la sistema, etc. como se mencionó anteriormente. En una evaluación de la presente invención , un tubo de diámetro externo de 0.9525 cm de una aleación de alta temperatura disponible comercialmente como aleación Hastalloy-X se envolvió con una cinta de bronce de 0.0127 cm incluyendo un aglutinante transitorio y recubierto con un adhesivo en un lado. La cinta de bronce incluye una aleación de cobresoldado a base de Ni del tipo N i-Cr-Si llamada algunas veces aleación de cobresoldado GE81. Un alambre de aleación Hastalloy-X de 0.0508 cm de una sección transversal de forma generalmente circular se enrolló alrededor del tubo en la cinta de bronce con una separación de aproximadamente 0.3175 cm entre las envolturas de alambre. Entones esta muestra se cobresoldó en un horno de vacío por 30 minutos a 1 147.74°C para permitir que el aglutinante se descomponga de la cinta de bronce y el horno se estabilice. De esta manera, el alambre se unió cobrasoldando el alambre a lo largo de su longitud al diámetro externo del tubo y, después del enfriamiento, proporcionó una forma de la presente invención. En otra evaluación de la presente invención, cada una de una pluralidad de piezas del alambre de la aleación de Hastalloy-X arriba mencionada se soldó por puntos de resistencia longitudinalmente del alambre en una superficie de una hoja de bronce de aleación a base de Ni de 0.00381 cm. Nominalmente, la hoja comprendía por peso, 19% de Cr, 7.3% de Si, 1.5% B, con el resto de Ni. No se incluyó un aglutinante transitorio no se incluyó en la hoja. Entonces, esta hoja cargada de alambres se soldó por puntos de resistencia en una placa de metal de una aleación algunas veces denominada aleación GTD-222 y después se unió a la superficie de placa mediante cobresoldado en un horno de vacío por 30 minutos a 1147.74°C. El alambre de la Hastalloy-X tuvo una conductividad térmica y resistencia a ia tensión mayor que la de la superficie de la aleación GTD-222. De esta manera, la disipación de calor y las propiedades de resistencia de la superficie de la placa se incrementaron. Este ejemplo representa otra forma de la presente invención. En otra evaluación adicional de la presente invención, el alambre de la aleación Hastalloy-x arriba mencionado se proporcionó en forma de una red o malla de alambre. La malla se soldó por puntos de resistencia a lo largo de la longitud de alambres en la malla a la superficie de la hoja de bronce de aleación a base de Ni de 0.00381 cm arriba mencionada. La hoja que incluía la malla se cobresoldó al vacío por 30 minutos a 1147.74°C a una superficie de una placa de aleación GTD-222 , proporcionando otro ejemplo que representa la presente invención. Como se mencionó anteriormente, una variedad de pastas de bronce incluyendo un polvo de aleación de cobresoldado y un aglutinante transitorio están disponibles comercialmente. La práctica de la presente invención puede incluir aplicar una pasta de bronce a una superficie de un artículo y después insertar los alambres, en cualquier forma, en la pasta longitudinalmente de los alambres antes del cobresoldado. La presente invención se ha descrito con relación a una variedad de formas, modalidades, ejemplos, métodos y materiales específicos. Sin embargo, se debe comprender que pretenden se típico, y de ninguna manera limitantes del alcance de la presente invención. Los expertos en las diferentes técnicas involucradas comprenderán que la invención puede tener variaciones y modificaciones sin apartarse del alcance de las reivindicaciones anexas.

Claims

REIVINDICACIONES 1.Un artículo (10) que comprende: una superficie de artículo (12); y, una pluralidad de alambres de metal (14) unidos longitudinalmente de los alambres (14) a lo largo de la superficie de artículo (12).
2. El artículo (10) de la reivindicación 1, en el cual: la superficie de artículo (12) es una superficie de artículo metálica (12) que tiene una primer conductividad térmica y una primer propiedad de resistencia mecánica; y, los alambres (14) son de un metal diferente del de la superficie de artículo metálica (12).
3. El artículo (10) de la reivindicación 2, en el cual los alambres (14) tienen una segunda conductividad térmica mayor que la primer conductividad térmica.
4. El artículo (10) de la reivindicación 2, en el cual los alambres (14) tienen una segunda propiedad de resistencia mecánica mayor que la primer propiedad de resistencia mecánica.
5. El artículo (10) de la reivindicación 4, en el cual los alambres (14) tienen una segunda conductividad térmica mayor que la primera conductividad térmica.
6. El artículo (10) de la reivindicación 2, en el cual la pluralidad de alambres de metal discretos (14) están colocados sustancialmente paralelos entre ellos.
7. El artículo (10) de la reivindicación 2, en el cual por lo menos uno de la pluralidad de alambres (14) está colocado sustancialmente a un ángulo con otro alambre (14).
8. El artículo (10) de la reivindicación 7, en el cual los alambres (14) están en una forma seleccionada del grupo que consiste de malla de alambre (18) y alambres tejidos (18).
9. El artículo (10) de la reivindicación 1, en el cual la superficie de artículo (12) es una superficie de flujo de fluido (12) en la cual el fluido fluye en una dirección de flujo de fluido.
10. El artículo (10) de la reivindicación 9, en el cual los alambres de metal (14) están unidos generalmente a lo largo de la dirección de flujo de fluido.
11. El artículo (10) de la reivindicación 9, en el cual por lo menos uno de una pluralidad de alambres (14) está unido a un ángulo a ia dirección del flujo de fluido.
12. El artículo (10) de la reivindicación en la forma de un artículo de motor de turbina de gas en el cual: la superficie de flujo de fluido (12) es una superficie externa (12) del artículo (10) en el cual fluye aire en una dirección de flujo de aire; y, los alambres (14) están unidos a la superficie externa (12) generalmente a lo largo de la dirección del flujo de aire.
13. El artículo (10) de la reivindicación 9, en la forma de un artículo de motor de turbina de gas en el cual: la superficie de flujo de fluido (12) es una superficie externa (12) del artículo (10) sobre el cual fluye aire en una dirección de flujo de aire; y, por lo menos uno de la pluralidad de alambres (14) está colocado sustancialmente a un ángulo a otro alambre (14).
14. El artículo (10) de la reivindicación 13, en el cual los alambres (14) están en una forma seleccionada del grupo que consiste de malla de alambre (18) y alambres tejidos (18).
15. Un artículo (10) en la forma de una capa de unión que incluye una superficie de artículo (12) en el cual: la superficie de artículo (12) es la superficie de una material de unión; y una pluralidad de alambres de metal (14) se encuentran longitudinalmente de los alambres (14) por la superficie de artículo (12).
16. El artículo (10) de la reivindicación 15, en el cual los alambres (14) están colocados sustancialmente paralelos entre ellos.
17. El artículo (10) de la reivindicación 15, en el cual por lo menos uno de la pluralidad de alambres (14) está colocado a un ángulo con otro alambre (14).
18. El artículo (10) de la reivindicación 17, en el cual los alambres (14) están en una forma seleccionada del grupo que consiste de malla de alambre (18) y alambres tejidos (18).
19. Un método para modificar una superficie de flujo de fluido externa (12) de un artículo operado en servicio (10) que comprende unir una pluralidad de alambres de metal (14) longitudinalmente dei alambre (14) a lo largo de la superficie de flujo de fluido externa ( 1 2) .
20. El método de la reivindicación 19, en et cual ia pluralidad de alambres de metal (14) están dispuestos sustancialmente paralelos entre ellos.
21 . El método de la reivindicación 19 en el cual por lo menos uno de la pluralidad de alambres (14) está colocado sustancialmente a un ángulo con otro alambre (14) .
22. El método de la reivindicación 21 , en el cual los alambres ( 14) están en una forma seleccionada del grupo que consiste de malla de alambre ( 18) y alambres tejidos (18).