[發明專利]用于受約束式激光鉆孔的方法和系統

在審

• 申請號: 201610010485.1
• 申請日: 2016-01-08
• 公開（公告）號: CN105772953A
• 公開（公告）日: 2016-07-20
• 發明（設計）人: S.E.麥克道爾;胡兆力;A.D.達林;D.A.塞里諾
• 申請（專利權）人: 通用電氣公司
• 主分類號: B23K26/382
• 分類號: B23K26/382;B23K26/146
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 劉林華;肖日松

技術領域

本公開涉及使用受約束式(confined)激光鉆機來在渦輪的構件中鉆出一個或更多個孔的方法和系統。

背景技術

渦輪廣泛地用于工業和商業操作中。用來產生電功率的典型的商業蒸汽或燃氣渦輪包括交替級的固定和旋轉翼型件。例如，固定導葉可附連到固定構件，諸如包圍渦輪的殼體，以及旋轉葉片可附連到轉子，轉子沿著渦輪的軸向中心線定位。壓縮工作流體(諸如但不限于蒸汽、燃燒氣體或空氣)流過渦輪，并且固定導葉使壓縮工作流體加速且將壓縮工作流體引導到后續級的旋轉葉片上，以對旋轉葉片施加運動，因而使轉子轉動且做功。

渦輪的效率大體隨著壓縮工作流體的溫度的升高而增加。但是，在渦輪內的過高溫度可減小渦輪中的翼型件的壽命，并且因而增加與渦輪相關聯的維修、維護和停機。因此，各種設計和方法被開發來對翼型件提供冷卻。例如，冷卻介質可供應到翼型件內部的腔體，以對流性地和/或傳導性地從翼型件移除熱。在特定實施例中，冷卻介質可通過翼型件中的冷卻通路流出腔體，以在翼型件的外表面上提供膜冷卻。

隨著溫度和/或性能標準持續增加，用于翼型件的材料變得越來越薄，從而使翼型件的可靠制造越來越困難。例如，翼型件可由高合金金屬鑄造成，并且隔熱涂層可應用在翼型件的外表面上，以增強熱保護。水射流可用來通過隔熱涂層和外表面而產生冷卻通路，但是水射流可使隔熱涂層的部分碎裂。備選地，在通過電子放電機(EDM)產生冷卻通路之后，隔熱涂層可應用在翼型件的外表面上，但是這需要額外處理，以移除覆蓋新形成的冷卻通路的任何隔熱涂層。此外，當冷卻孔的尺寸減小而冷卻孔的數量增加時，在涂覆過程之后使冷卻孔重新開口的這個過程變得越來越難，并且需要更多的勞動時間和技術。

利用聚焦激光射束的激光鉆機還可用來產生通過翼型件的冷卻通路，而減少隔熱涂層碎裂的風險。但是，激光鉆機可能需要精確控制，因為腔體存在于翼型件內。一旦激光鉆機穿透翼型件的近壁，傳統的方法持續操作激光鉆機可導致損害腔體的相對的側，潛在地導致翼型件受損，這必須整修或丟棄。

因此，用于在燃氣渦輪的構件中鉆出孔的改進的方法和系統將是有益的。更具體而言，方用于在燃氣渦輪的構件中鉆出孔且在這種鉆孔過程期間確定一個或更多個操作狀況的法和系統將是特別有用的。

發明內容

本發明的各方面和優點下面在以下描述中闡述，或可根據描述而顯而易見，或可通過實踐本發明來學習。

在本公開的一個示例性方面，提供了一種用于在構件的近壁中鉆出孔的方法。方法包括將受約束式激光鉆機定位在構件的近壁的預定距離內。方法還包括將受約束式激光鉆機的受約束式激光射束向構件的近壁的外表面引導來在構件的近壁中鉆出孔。受約束式激光射束包括液體柱和激光。液體柱由液體組成。方法還包括利用傳感器感測存在于構件的近壁外部的來自受約束式激光射束的液體量。方法還包括基于構件的近壁外部感測到的液體量確定受約束式鉆機的受約束式激光射束穿過構件的近壁的穿透。

在本公開的一個示例性實施例中，提供了一種用于確定在構件的近壁中的孔的受約束式激光鉆孔中的穿透的系統。系統包括利用受約束式激光射束的受約束式激光鉆機。受約束式激光射束包括激光和液體柱，液體柱由液體組成。受約束式激光鉆機構造成穿過構件的近壁鉆出孔。構件的近壁定位鄰近于由構件限定的腔。系統還包括傳感器，其定位在構件的近壁外部，且構造成確定存在于構件的近壁外部的來自受約束式激光射束的液體量，系統還包括與傳感器可操作地通信的控制器。控制器構造成基于由傳感器確定存在的液體量來確定受約束式激光射束穿過構件的近壁的穿透。

本發明的第一技術方案提供了一種用于在構件的近壁中鉆出孔的方法，方法包括：將受約束式激光鉆機定位在構件的近壁的預定距離內；將受約束式激光鉆機的受約束式激光射束向構件的近壁的外表面引導來在構件的近壁中鉆出孔，受約束式激光射束包括液體柱和激光，液體柱由液體組成；利用傳感器感測存在于構件的近壁外部的來自受約束式激光射束的液體量；以及基于構件的近壁外部感測到的液體量確定受約束式鉆機的受約束式激光射束穿過構件的近壁的穿透。

本發明的第二技術方案是在第一技術方案中，構件為燃氣渦輪的翼型件。

本發明的第三技術方案是在第一技術方案中，傳感器包括相機。

本發明的第四技術方案是在第三技術方案中，傳感器的相機對準受約束式激光鉆機。

本發明的第五技術方案是在第三技術方案中，傳感器的相機對準構件的近壁中的孔。