[發明專利]用于發動機構件的局部熱處理和熱學管理系統

無效

• 申請號: 201380062608.0
• 申請日: 2013-10-10
• 公開（公告）號: CN104812525A
• 公開（公告）日: 2015-07-29
• 發明（設計）人: T.J.特拉普;T.F.布羅德里克;J.魯特;G.費爾斯通
• 申請（專利權）人: 通用電氣公司
• 主分類號: B23P6/00
• 分類號: B23P6/00;F01D5/00;F01D25/28
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 李強;譚祐祥

技術領域

公開的實施例大體涉及渦輪發動機構件的熱學管理和熱處理。更具體地，當前實施例涉及用于發動機構件的局部化的熱學管理和熱處理的方法。

背景技術

在燃氣渦輪發動機中，空氣在壓縮機中加壓并且在燃燒器中與燃料混合以用于生成熱的燃燒氣體，熱的燃燒氣體向下游流動穿過渦輪級。這些渦輪級從燃燒氣體提取能量。高壓渦輪首先接收來自燃燒器的熱的燃燒氣體，并且包括定子噴嘴組件，該定子噴嘴組件引導燃燒氣體向下游穿過一排從支撐轉子盤徑向向外延伸的高壓渦輪轉子葉片。在兩級渦輪中，第二級定子噴嘴組件定位在第一級葉片的下游，之后是一排從第二支撐轉子盤徑向向外延伸的第二級轉子葉片。這導致燃燒氣體能轉化成機械能。

第一和第二轉子盤通過相應的用于在操作期間給壓縮機供應動力的高壓轉子軸聯接至壓縮機。多級的低壓渦輪可或不可跟隨多級的高壓渦輪，并且可通過第二軸聯接至布置在壓縮機的上游的風扇。

在燃燒氣體向下游流動穿過渦輪級時，能量從中被提取并且燃燒氣體的壓力降低。燃燒氣體可繼續穿過若干個低級渦輪。這會旋轉軸，軸繼而旋轉一個或多個壓縮機。

壓縮機、渦輪和旁通風扇可具有類似的構造。每一個可具有包括轉子盤和一套從轉子盤徑向向外延伸的葉片的轉子組件。壓縮機、渦輪和旁通管道風扇共用這個基本的構造。然而，在葉片中轉子盤的構造的材料以及轉子盤和葉片的形狀和大小在燃氣渦輪的這些不同的區域中變化。葉片可與盤整合并且以冶金的方式結合至盤。這種類型的結構被稱為葉盤(“葉片盤”)。備選地，葉片可諸如通過楔形榫連接而機械地附接至盤。對于盤的備選，可利用鼓輪。

在運轉期間，變得必要的是定期地在局部區修理發動機構件，諸如葉片、殼體、框架和/或葉盤。例如，渦輪和壓縮機葉片在一段使用時間之后可受到外物損傷，諸如由于在氣流中夾帶的撞擊葉片的微粒。損傷的其它來源包括尖端磨損、氧化、熱疲勞破裂、以及來自上面描述的來源的腐蝕。最后，葉片的部分可能需要替換。有時這要求尖端部分的替換。其它時候，葉片的大部分必須被替換。因為僅葉片的有限片段通常具有外物損傷，所以期望僅替換包含損傷的片段。

工件或發動機構件的部分的替換的一個問題是當工件或發動機構件的替換部分被焊接上時構件和盤或鼓輪的現有部分變成散熱器。這可改變在遠離焊接區的區中的現有構件和盤或鼓輪的冶金結構，這是非常不期望的。例如，當使用基于鈦的金屬時，它們也可在金屬的表面上形成α殼體(alpha?case)。例如，某些材料加熱到超過大約315攝氏度(600華氏度)可導致在構件上形成不期望的累積的易碎層，例如α殼體。高級的發動機構件具有苛刻的尺寸，其可由于整個構件的熱處理而被改變或損傷。該α殼體于是必須通過化學過程來移除，其將金屬從零件移除。這可導致在零件中的公差的改變，并致使它們不適合于使用。

在替換零件被焊接上之后，替換零件還可能需要被熱處理以消除應力。然而，期望的是熱應用或暴露不會引起翼型件的先前未損傷部分的損傷或削弱。該局部處理比使整個零件經歷熱循環是更期望的。

已知局部熱處理方法的一個問題在于過程控制方法一直是缺乏的。因此，構件可能過熱或加熱不足。局部熱處理的使用已經被限制。

將會期望的是降低或排除這些和其它在原位局部化的焊接和后來的熱處理中關聯的問題。

進一步期望的是表面氧化或α殼體形成被限制，并且已修理的構件維持例如尺寸精度、微觀結構和機械性能的必須遵守的要求。

發明內容

根據至少一個實施例，一種用于發動機構件的熱學管理的方法，包括：將發動機構件定位在至少一個工具中；將第一工具區域定位在發動機構件上；將第二工具區域定位在發動機構件上；用至少一個加熱塊加熱前述發動機構件的局部化的區；使冷卻流體遠離工件要熱處理的區傳遞至第一和第二工具區域的冷卻部分；限制熱量與冷卻流體一起穿過工件散失；管理工件的熱處理的冷卻時間。

根據備選的實施例，一種熱學管理的方法，包括：將第一工件和第二工件定位在至少一個具有內部腔的工具中；使流體傳遞進入內部腔中的至少一個以冷卻第一和第二工件的部分；通過電阻加熱來焊接至少一個工具中的第一工件和第二工件以形成接連的工件；控制接連的工件的冷卻的速率，以減慢穿過至少一個工具的電阻加熱元件或焊接電極中的至少一個的冷卻的速率。