[发明专利]具有负CTE特征的涡轮构件

说明书

技术领域

本发明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。

背景技术

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。

发明内容

该需要通过本发明解决，本发明提供了一种包括负热膨胀系数("CTE")结构的金属构件。

根据本发明的一个方面，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。

根据本发明的另一个方面，负CTE结构刚性地附接到内表面。

根据本发明的另一个方面，负CTE结构与金属壁整体形成。

根据本发明的另一个方面，金属壁形成燃气涡轮发动机的翼型件的部分。

根据本发明的另一个方面，金属壁为翼型件的压力侧壁或吸力侧壁。

根据本发明的另一个方面，负CTE结构包括六边形单元的重复阵列。

根据本发明的另一个方面，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。

根据本发明的另一个方面，负CTE结构包括具有方形形状的单元的二维阵列。

根据本发明的另一个方面，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。

根据本发明的另一个方面，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。

根据本发明的另一个方面，负CTE结构与内表面整体形成。

根据本发明的另一个方面，壁为燃气涡轮发动机翼型件的压力侧壁或吸力侧壁。

根据本发明的另一个方面，负CTE结构包括六边形单元的重复阵列。

根据本发明的另一个方面，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。

根据本发明的另一个方面，负CTE结构包括具有方形形状的单元的二维阵列。

根据本发明的另一个方面，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

本发明可连同附图参照以下描述来最佳地理解，在附图中：

图1为根据本发明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为根据本发明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为根据本发明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为根据本发明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