[发明专利]用于受约束式激光钻孔的方法和系统

说明书

技术领域

本公开涉及使用受约束式(confined)激光钻机来在涡轮的构件中钻出一个或更多个孔的方法和系统。

背景技术

涡轮广泛地用于工业和商业操作中。用来产生电功率的典型的商业蒸汽或燃气涡轮包括交替级的固定和旋转翼型件。例如，固定导叶可附连到固定构件，诸如包围涡轮的壳体，以及旋转叶片可附连到转子，转子沿着涡轮的轴向中心线定位。压缩工作流体(诸如但不限于蒸汽、燃烧气体或空气)流过涡轮，并且固定导叶使压缩工作流体加速且将压缩工作流体引导到后续级的旋转叶片上，以对旋转叶片施加运动，因而使转子转动且做功。

涡轮的效率大体随着压缩工作流体的温度的升高而增加。但是，在涡轮内的过高温度可减小涡轮中的翼型件的寿命，并且因而增加与涡轮相关联的维修、维护和停机。因此，各种设计和方法被开发来对翼型件提供冷却。例如，冷却介质可供应到翼型件内部的腔体，以对流性地和/或传导性地从翼型件移除热。在特定实施例中，冷却介质可通过翼型件中的冷却通路流出腔体，以在翼型件的外表面上提供膜冷却。

随着温度和/或性能标准持续增加，用于翼型件的材料变得越来越薄，从而使翼型件的可靠制造越来越困难。例如，翼型件可由高合金金属铸造成，并且隔热涂层可应用在翼型件的外表面上，以增强热保护。水射流可用来通过隔热涂层和外表面而产生冷却通路，但是水射流可使隔热涂层的部分碎裂。备选地，在通过电子放电机(EDM)产生冷却通路之后，隔热涂层可应用在翼型件的外表面上，但是这需要额外处理，以移除覆盖新形成的冷却通路的任何隔热涂层。此外，当冷却孔的尺寸减小而冷却孔的数量增加时，在涂覆过程之后使冷却孔重新开口的这个过程变得越来越难，并且需要更多的劳动时间和技术。

利用聚焦激光射束的激光钻机还可用来产生通过翼型件的冷却通路，而减少隔热涂层碎裂的风险。但是，激光钻机可能需要精确控制，因为腔体存在于翼型件内。一旦激光钻机穿透翼型件的近壁，传统的方法持续操作激光钻机可导致损害腔体的相对的侧，潜在地导致翼型件受损，这必须整修或丢弃。

因此，用于在燃气涡轮的构件中钻出孔的改进的方法和系统将是有益的。更具体而言，方用于在燃气涡轮的构件中钻出孔且在这种钻孔过程期间确定一个或更多个操作状况的法和系统将是特别有用的。

发明内容

本发明的各方面和优点下面在以下描述中阐述，或可根据描述而显而易见，或可通过实践本发明来学习。

在本公开的一个示例性方面，提供了一种用于在构件的近壁中钻出孔的方法。方法包括将受约束式激光钻机定位在构件的近壁的预定距离内。方法还包括将受约束式激光钻机的受约束式激光射束向构件的近壁的外表面引导来在构件的近壁中钻出孔。受约束式激光射束包括液体柱和激光。液体柱由液体组成。方法还包括利用传感器感测存在于构件的近壁外部的来自受约束式激光射束的液体量。方法还包括基于构件的近壁外部感测到的液体量确定受约束式钻机的受约束式激光射束穿过构件的近壁的穿透。

在本公开的一个示例性实施例中，提供了一种用于确定在构件的近壁中的孔的受约束式激光钻孔中的穿透的系统。系统包括利用受约束式激光射束的受约束式激光钻机。受约束式激光射束包括激光和液体柱，液体柱由液体组成。受约束式激光钻机构造成穿过构件的近壁钻出孔。构件的近壁定位邻近于由构件限定的腔。系统还包括传感器，其定位在构件的近壁外部，且构造成确定存在于构件的近壁外部的来自受约束式激光射束的液体量，系统还包括与传感器可操作地通信的控制器。控制器构造成基于由传感器确定存在的液体量来确定受约束式激光射束穿过构件的近壁的穿透。

本发明的第一技术方案提供了一种用于在构件的近壁中钻出孔的方法，方法包括：将受约束式激光钻机定位在构件的近壁的预定距离内；将受约束式激光钻机的受约束式激光射束向构件的近壁的外表面引导来在构件的近壁中钻出孔，受约束式激光射束包括液体柱和激光，液体柱由液体组成；利用传感器感测存在于构件的近壁外部的来自受约束式激光射束的液体量；以及基于构件的近壁外部感测到的液体量确定受约束式钻机的受约束式激光射束穿过构件的近壁的穿透。

本发明的第二技术方案是在第一技术方案中，构件为燃气涡轮的翼型件。

本发明的第三技术方案是在第一技术方案中，传感器包括相机。

本发明的第四技术方案是在第三技术方案中，传感器的相机对准受约束式激光钻机。

本发明的第五技术方案是在第三技术方案中，传感器的相机对准构件的近壁中的孔。