具有负CTE特征的涡轮构件制造技术

一种涡轮构件(10)包括：具有相对的内表面和外表面的金属壁(24,26,228)，壁构造成用于引导燃气涡轮发动机中的燃烧气流；以及刚性地附接到其中一个表面的金属负CTE结构(48,50,54)。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术大体上涉及涡轮构件，并且更具体地涉及用于高温环境中的涡轮构件。
技术介绍
典型燃气涡轮发动机包括涡轮机核心，其具有成串流关系的高压压缩机、燃烧器和高压涡轮。核心可以以已知方式操作来生成主气流。高压涡轮包括一个或多个级，其从主气流取得能量。各个级均包括静止涡轮喷嘴，随后是承载涡轮叶片的下游转子。这些\热区段\构件在促进金属合金的热腐蚀和氧化的极高温度的环境中操作。在现有技术中，热区段构件通常由具有良好抗高温蠕变的镍基或钴基合金(通常称为\超级合金\)铸造成。这些合金主要设计成满足机械性质要求，诸如蠕变断裂强度和疲劳强度。铸造过程控制成产生期望的微观结构，例如，定向固化(\DS\)或单晶(\SX\)。单晶微观结构是指没有结晶晶界的结构。单晶铸造需要晶种元件(即，用于冷却的成核点)，以及冷却期间对温度的小心控制。然而，此结构的产生很昂贵且具有相对低的制造产量。因此，所需的是一种具有较高的高温蠕变和应力破裂抗性的燃气涡轮发动机构件。
技术实现思路
该需要通过本专利技术解决，本专利技术提供了一种包括负热膨胀系数(\CTE\)结构的金属构件。根据本专利技术的一个方面，一种涡轮构件包括：具有相对的内表面和外表面的金属壁，壁构造成用于引导燃气涡轮发动机中的燃烧气流；以及刚性地附接到其中一个表面的金属负CTE结构。根据本专利技术的另一个方面，负CTE结构刚性地附接到内表面。根据本专利技术的另一个方面，负CTE结构与金属壁整体形成。根据本专利技术的另一个方面，金属壁形成燃气涡轮发动机的翼型件的部分。根据本专利技术的另一个方面，金属壁为翼型件的压力侧壁或吸力侧壁。根据本专利技术的另一个方面，负CTE结构包括六边形单元的重复阵列。根据本专利技术的另一个方面，负CTE结构包括大体上沙漏形单元的重复二维阵列，各个单元均具有由两个间隔开的凸形壁接合的两个间隔开的凹形壁。根据本专利技术的另一个方面，负CTE结构包括具有方形形状的单元的二维阵列。根据本专利技术的另一个方面，壁包括相对的间隔开的外层，以及具有填充它们之间的空间的负CTE结构。根据本专利技术的另一个方面，一种用于制造构件的方法包括：将金属粉末沉积在工作面上；从定向能量源引导射束来以对应于构件的截面层的图案熔化粉末；在循环中重复沉积和熔化的步骤来以逐层方式构造壁，壁具有相对的内表面和外表面，壁构造成用于引导燃气涡轮发动机中的燃烧气流；以及使金属负CTE结构与其中一个表面整体形成。根据本专利技术的另一个方面，负CTE结构与内表面整体形成。根据本专利技术的另一个方面，壁为燃气涡轮发动机翼型件的压力侧壁或吸力侧壁。根据本专利技术的另一个方面，负CTE结构包括六边形单元的重复阵列。根据本专利技术的另一个方面，负CTE结构包括大体上沙漏形单元的重复二维阵列，各个单元均具有由两个间隔开的凸形壁接合的两个间隔开的凹形壁。根据本专利技术的另一个方面，负CTE结构包括具有方形形状的单元的二维阵列。根据本专利技术的另一个方面，壁包括相对的间隔开的外层，以及具有填充它们之间的空间的负CTE结构。附图说明本专利技术可连同附图参照以下描述来最佳地理解，在附图中：图1为根据本专利技术的方面构建的示例性涡轮构件的示意性透视图；图2为示例性负CTE结构的示意图；图3为另一个示例性负CTE结构的示意图；图4为另一个示例性负CTE结构的示意图；图5为图1的涡轮构件的示意性截面视图；图6为沿图5的线6-6截取的视图；图7为根据本专利技术的方面构建的增材制造设备的局部截面示意性侧视图；图8为沿图7的线8-8截取的视图；图9为根据本专利技术的方面构建的增材制造设备的局部截面示意性侧视图；图10为沿图9的线10-10截取的视图；图11为根据本专利技术的方面构建的增材制造设备的局部截面示意性侧视图；图12为沿图11的线12-12截取的视图；图13为涡轮构件的壁的一部分的示意性平面视图；以及图14为沿图13的线14-14截取的视图。具体实施方式参看附图，其中相同的参考标号表示贯穿各个视图的相同元件，图1示出了示例性涡轮叶片10。涡轮叶片10包括常规燕尾部12，其可具有包括柄脚的任何适合形式，柄脚接合转子盘(未示出)中的燕尾槽的互补的柄脚，以用于在其在操作期间旋转时将叶片10固持至盘。叶柄14从燕尾部12沿径向向上延伸，且终止于平台16，平台16从柄部14沿侧向向外突出且包绕柄部14。中空翼型件18从平台16沿径向向外延伸且延伸到热气流中。翼型件具有在平台16和翼型件18的接合处的根部20，以及在其径向外端处的末梢22。翼型件18具有在前缘28处和在后缘30处接合在一起的凹形压力侧壁24和凸形吸力侧壁26。压力侧壁24和吸力侧壁26共同构成外围壁，其包围内部空间，外围壁具有面向内部空间的内表面，以及面向外部环境的相对的外表面。翼型件18可采用适合于从热气流获得能量且引起转子盘的旋转的任何构造。翼型件18可包括多个后缘冷却孔32，或其可在翼型件18的压力侧壁24上包括一定数目的后缘放出槽口(未示出)。翼型件18的末梢22由末梢盖34封闭，末梢盖34可整体结合到翼型件18，或单独地形成且附接到翼型件18。直立的声响器末梢36从末梢盖34沿径向向外延伸，且设置成紧邻组装的发动机中的静止护罩(未示出)，以便最大限度减少越过末梢22的气流损失。声响器末梢36包括与压力侧末梢壁40成间隔开的关系设置的吸力侧末梢壁38。末梢壁40和38整体结合到翼型件18，且分别形成压力侧壁24和吸力侧壁26的延伸部。压力侧末梢壁40和吸力侧末梢壁38的外表面分别形成与压力侧壁24和吸力侧壁26的外表面连续的表面。多个膜冷却孔44穿过翼型件18的外壁。膜冷却孔44与翼型件18的内部空间(未示出)连通。如图5和图6中所见，翼型件18的内部可包括由内壁46限定的冷却通路的复杂布置，诸如蛇形构造。为了具有足够的蠕变断裂强度和疲劳强度，且为了抵抗热腐蚀和氧化，涡轮叶片10由诸如具有良好抗高温蠕变的镍基或钴基合金(通常称为\超级合金\)的材料制成。包括此超级合金的所有材料响应于温度的变化膨胀或收缩。称为热膨胀系数或\CTE\的材料性质使材料的尺寸(即，体积或线性大小)的变化与温度的变化有关。大体上，CTE分别表示为αV=1/V(dV/dT)或αL=1/L(dL/dT)，其中α表示CTE、V体积、L长度和T温度。包括超级合金的大多数材料具有正CTE，这意味着在认作是均质物质(例如，矩形固体)时，其大小随增加的温度增大。正CTE是由于蠕变的增长和由于破裂的潜在构件故障的影响因素。即使组成材料具有正CTE，但一些结构由于其几何形状呈现出负CTE。换言之，结构的大小随增加的温度而减小。如本文使用的用语\负CTE结构\指呈现出该性质的任何结构。图2-图4示出了呈现出负CTE的若干已知的结构的示例。图2为包括单元48的重复二维阵列的蜂窝结构，其中各个单元48均为由壁63限定的规则六边形本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种涡轮构件(100)，包括：具有相对的内表面和外表面的金属壁(24,26,228)，所述壁构造成用于引导燃气涡轮发动机中的燃烧气流；以及刚性地附接到所述表面中的一个的金属负CTE结构(48,50,54)。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2013.11.14 US 61/9041881.一种涡轮构件(100)，包括：
具有相对的内表面和外表面的金属壁(24,26,228)，所述壁构造成用于引导燃气涡轮发动机中的燃烧气流；以及
刚性地附接到所述表面中的一个的金属负CTE结构(48,50,54)。
2.根据权利要求1所述的构件(10,228)，其特征在于，所述负CTE结构(48,50,54)刚性地附接到所述内表面。
3.根据权利要求1所述的构件(10,228)，其特征在于，所述负CTE结构与所述金属壁(24,26,228)整体地形成。
4.根据权利要求1所述的构件(10,228)，其特征在于，所述金属壁(24,26)形成燃气涡轮发动机翼型件(18)的部分。
5.根据权利要求4所述的构件(10,228)，其特征在于，所述金属壁(24,26)为所述翼型件的压力侧壁(24)或吸力侧壁(26)。
6.根据权利要求1所述的构件(10,228)，其特征在于，所述负CTE结构包括六边形单元(48)的重复阵列。
7.根据权利要求1所述的构件(10,228)，其特征在于，所述负CTE结构包括大体上沙漏形单元(50)的重复二维阵列，各个单元均具有由两个间隔开的凸形壁(52')接合的两个间隔开的凹形壁(52)。
8.根据权利要求1所述的构件(10,228)，其特征在于，所述负CTE结构包括具有方形形状的单元(54)的重复二维阵列。
9.根据权利要求1所述的构件(10,228)，其特征在于，所述壁(228)包括相对的间...

【专利技术属性】
技术研发人员：TJ罗克斯特罗，MFX小吉吉利奥蒂，WT卡特，DH阿博特，
申请(专利权)人：通用电气公司，
类型：发明
国别省市：美国;US