[發明專利]用于進行受約束式激光鉆孔的方法和系統

有效

• 申請號: 201610010498.9
• 申請日: 2016-01-08
• 公開（公告）號: CN105772957B
• 公開（公告）日: 2020-10-23
• 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: B23K26/388
• 分類號: B23K26/388;B23K26/70;B23K26/12
• 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

提供一種在構件中鉆出孔的方法。方法包括：將受約束式激光鉆機的受約束式激光射束引導向構件的近壁；以及利用傳感器感測沿著受約束式激光射束的射束軸線被引導遠離構件的光的特性。方法還包括基于用傳感器感測的光的特性而確定一個或多個操作狀況。一個或多個操作狀況包括下者中的至少一個：受約束式激光鉆機鉆出的孔的深度；以及受約束式激光鉆機的受約束式激光射束被引導到其中的材料。這種方法可允許更適當地控制受約束式激光鉆機。

技術領域

本公開涉及使用受約束式(confined)激光鉆機在構件中鉆出一個或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，某些翼型件由高合金金屬鑄造成，并且隔熱涂層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，當在燃氣渦輪的構件中鉆出孔時確定激光鉆機的穿透的方法和系統將是有益的。更具體而言，當在燃氣渦輪的構件中鉆出孔時基于在這種鉆孔過程期間確定的一個或多個操作狀況而確定激光鉆機的穿透的方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，提供一種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的受約束式激光射束引導向構件的近壁，以在構件的近壁中鉆出孔。受約束式激光射束限定射束軸線，并且近壁定位成鄰近構件中限定的腔體。方法還包括用傳感器感測沿著射束軸線被引導遠離構件的光的特性。方法還包括基于用傳感器感測的光的特性而確定一個或多個操作狀況。一個或多個操作狀況包括下者中的至少一個：受約束式激光鉆機鉆出的孔的深度；以及受約束式激光鉆機的受約束式激光射束被引導到其中的材料。

在本公開的一個示例性實施例中，提供一種在構件的近壁中鉆出孔的系統。系統包括受約束式激光鉆機，其使用限定射束軸線的受約束式激光射束。受約束式激光鉆機構造成鉆出通過構件的近壁的孔，并且近壁定位成鄰近構件限定的腔體。系統還包括傳感器，其定位成感測沿著射束軸線被引導遠離構件的近壁的光的特性。系統還包括控制器，其可操作地連接到傳感器。控制器構造成基于用傳感器感測的光的特性而確定一個或多個操作狀況。一個或多個操作狀況包括下者中的至少一個：鉆出的孔的深度；以及激光鉆機的受約束式激光射束被引導到其中的材料。