CN104968895A - 涡轮机转子叶片 - Google Patents

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Abstract

一种用于涡轮机转子叶片，所述叶片在其远端处具有踵部，所述踵部包括：具有在下侧的第一边缘(201)和在上侧的第二边缘(202)的平台(2)；具有在下侧的第一端部(301)和在上侧的第二端部(302)的至少一个密封元件，所述密封元件具有在所述第一和第二端部(301、302)之间从所述平台(2)径向向外延伸的密封顶部；其特征在于，对于至少一个密封元件，所述踵部(105)包括：在所述边缘(201、202)中的一个边缘上，沿与所述边缘(201、202)对应的所述密封元件的所述端部(301、302)延伸的形成碗部(5)的部分，所述形成碗部(5)的部分适于接纳耐磨材料的铺放。

Description

涡轮机转子叶片
技术领域
本发明涉及一种涡轮机的转子叶片。本发明还涉及一种用于在涡轮机的转子叶片上铺放耐磨材料的方法。
背景技术
现有的涡轮机的转子叶片包括位于叶片堆叠轴两侧的上侧和下侧。这种叶片例如是涡轮级的叶片。参照图1，这种叶片在其远端103处具有踵部105。
每个踵部105包括具有在下侧的第一边缘201和在上侧的第二边缘202的平台2。每个踵部105包括具有在下侧的第一端部301和在上侧的第二端部302的至少一个密封唇口3。密封唇口3例如能够与定子衬套(例如耐磨衬套)协作以便限制叶片和与转子同心的套管之间的摩擦。
密封唇口3具有在第一端部301和第二端部302之间从所述平台2径向向外延伸的密封唇口顶部。径向方向是指与涡轮机的轴正交的方向。
在其近端102处，叶片包括例如根部104，叶片通过根部104附接到涡轮机的转子的盘上。多个可移动叶片可附接到转子盘上，然后这些叶片的踵部105边对边地放置以形成圆环。一个这种圆环能够在外部限定穿过涡轮机的气流通道并由此限制可能的气体泄漏。
为了抑制叶片在运转中所受的振动，使用围绕叶片的堆叠轴的扭应力将叶片安装在其转子盘上。堆叠轴是指穿过叶片的最低段的重心的轴，其离涡轮机的近端最近并且与涡轮机的轴正交。
因此，设计踵部105的平台2以便通过主要沿侧边缘201和202的所述第二部分，挤压每个叶片的相邻叶片来给予每个叶片扭应力。为了增加叶片的相互支撑以及尤其是避免踵部105的跨越以及尽可能地将应力从一个叶片传输到其相邻叶片，已知的是在两个密封唇口3和4的两个端部301和302之间沿第一边缘201和/或第二边缘202提供具有三个部分的呈“Z”字形的轮廓，“Z”的中心部件具有凸边缘。这个边缘被设计用于接纳一层耐磨材料以便保护踵部105免受与相邻叶片的摩擦。
按照惯例，耐磨材料的铺放是在粗糙铸件完成上。然而，要被铺放的数量相对较少并且要被铺放的表面可能是最小的以便不会增加叶片的质量以及以便限制所使用材料的数量。因此在耐磨材料的铺放期间发生溢出并且在对叶片进行机械加工之后溢出仍然持续是常见的。然后，就需要通过对叶片进行手动修整来移除溢出。然而，考虑到边缘和铺放的尺寸小，这种手动修整步骤仍然是困难的。此外，这个步骤是昂贵的，这是因为一方面该步骤使得叶片的制造方法更复杂并且延长了必需的附加检验步骤，另一方面该步骤产生了大量的废品。
此外，这种踵部105必须具有特殊的剖面和凸边，并且对于粗糙部件还涉及更复杂的制造。
发明内容
本发明的目的在于弥补上述缺陷。
为达到上述目的，本发明提供了一种涡轮机的转子叶片，所述叶片在其远端处具有踵部，所述踵部包括：
具有在下侧的第一边缘和在上侧的第二边缘的平台；
具有在下侧的第一端部和在上侧的第二端部的至少一个密封唇口，所述密封唇口具有在所述第一端部和第二端部之间从所述平台径向向外延伸的密封唇口顶部；
对于至少一个密封唇口，所述踵部包括在其至少一个边缘上沿与所述边缘对应的所述密封唇口的所述端部延伸的形成杯部的部分，所述形成杯部的部分被设计用于接纳耐磨材料的铺放。
本发明有利地通过以下(单独的或技术上任何可能的组合)特征实施：
-铺放在由此形成的每个杯部中的一层耐磨材料；
-对于至少一个密封唇口，所述踵部包括位于所述第一边缘的沿所述密封唇口的所述第一端部延伸的第一形成杯部的部分和位于所述第二边缘的沿所述密封唇口的所述第二端部延伸的第二形成杯部的部分，所述第一形成杯部的部分和第二形成杯部的部分被设计用于接纳耐磨材料的铺放；
-每个形成杯部的部分包括在密封唇口的对应端部的两侧上延伸的两个壁部，所述壁部形成所述杯部的侧边，并且所述密封唇口的所述端部形成所述杯部的底部；
-上游密封唇口和下游密封唇口；
-所述耐磨材料为钨铬钴合金类型；
-所述叶片在制造前是粗造的叶片部件；
-所述叶片是机械加工的叶片。
本发明进一步提供一种用于在涡轮机的转子叶片上铺放耐磨材料的方法，所述方法包括下列步骤：
-提供涡轮机的转子叶片的这种粗糙部件；
-在每个形成的杯部内铺放一层耐磨材料；以及
-对所述杯部的延伸超过所铺放的耐磨材料层的所述壁部进行机械加工。
进一步地，所述方法可包括对耐磨层的表面和形成机械加工的杯部的部分的表面进行打磨以便使其光滑的步骤。
附图说明
本发明的其他特征和有益之处将通过下面的一个实施例给出描述。在附图中：
图1为现有技术中涡轮机的转子叶片的详图；
图2示出了本发明实施例的示例中的涡轮机的转子叶片；
图3a示出了没有铺放耐磨材料的图2中的叶片的密封唇口；
图3b示出了铺放了耐磨材料的图3a中的叶片的密封唇口；
图4a为本发明实施例的实例的沿粗糙的转子叶片部件的踵部的径向轴的视图；
图4b为本发明实施例的示例的在应用到方法的图5a的粗糙部件之后，沿涡轮机的转子叶片的踵部的径向轴的视图；
图5a为图4a中踵部的透视图；
图5b为铺放了耐磨材料之后的图5a中的踵部的透视图；
图5c为经过机械加工和打磨之后的图5b中的踵部的透视图；
图6以图表的形式示出了本发明实施例的一个示例的方法。
具体实施方式
叶片的示例
叶片的一般结构
参见图2至图5c中涡轮机的转子叶片的示例。这种叶片例如可以是(例如处于低压阶段的)涡轮喷气飞机的叶片。
叶片包括位于堆叠轴两侧的下侧部和上侧部。因此，叶片可包括沿叶片的堆叠轴延伸的翼面101。翼面101在叶片的近端102和远端103之间延伸。
叶片包括位于其近端102的根部104，叶片通过根部104附接到例如涡轮机的转子的盘上。该盘可以驱动叶片围绕涡轮机的轴旋转。
踵部
叶片在其远端103处具有踵部105。踵部105可以以下列方式来制造：当多个可移动叶片附接到转子盘时，该多个叶片的踵部105边对边地设置以便形成限定出围绕叶片的旋转轴的回转表面的旋转环。这个环尤其能够限定用于在翼面101之间循环的气流的通道的外表面，并由此限制了在叶片的远端103处可能的气体泄漏。
踵部105包括具有在下侧的第一边缘201和在上侧的第二边缘202的平台2。第一边缘201和第二边缘202例如是相对的侧边缘。平台2可以在外部限定在叶片101之间循环的气流通道。
密封唇口
踵部105包括至少一个密封唇口3。密封唇口3具有在下侧的第一端部301和在上侧的第二端部302。密封唇口3具有在所述第一端部301和第二端部302之间从所述平台2径向向外延伸的密封唇口顶部。踵部105可包括上游密封唇口3和下游密封唇口4，上游和下游是根据气流的方向限定的。上游密封唇口3和下游密封唇口4可以以下列方式制造：当多个可移动叶片附接到转子盘时，叶片的密封唇口3和4被边对边地设置以便形成沿叶片的旋转轴的旋转环，这个环实质上是包含在径向平面内。这种环能够限制叶片和定子、或围绕他们的定子套管之间存在的间隙，以便限制在这个位置处可能的气体泄漏。
平台2的向上游密封唇口3的上游延伸的部件构成上游部分203或上游扰流板。平台2的向下游密封唇口4的下游延伸的部分构成下游部分205或下游扰流板。平台2在上游部分203与下游部分205之间具有在上游密封唇口3和下游密封唇口4之间延伸的中心部件204。
为了让抑制叶片在运转中所受的振动，可使用围绕叶片的堆叠轴的扭应力将叶片安装在其转子盘上。因此，平台2可以按照以下方式规定其尺寸：通过主要沿密封唇口3和4的端部在踵部105处挤压每个叶片的相邻叶片来给予每个叶片扭应力。
形成杯部的部分
对于至少一个密封唇口3(例如对于每个密封唇口3)，踵部105包括在其边缘201和202中的至少一个边缘上沿与边缘201或202对应的密封唇口3的端部301或302延伸的至少一个形成杯部5的部分，该形成杯部5的部分被设计用于接纳耐磨材料7的铺放。因此，对于至少一个密封唇口3(例如对于所有的密封唇口3)，踵部105可以包括位于第一边缘201处的沿密封唇口3的第一端部301延伸的第一形成杯部5的部分和位于第二边缘202处的沿密封唇口3的第二端部302延伸的第二形成杯部5的部分，第一形成杯部5的部分和第二形成杯部5的部分被设计用于接耐磨材料7的铺放。与现有技术相比，沿密封唇口3的端部301或302的形成杯部5的部分允许硬化这个密封唇口3，并由此更好地承受由与邻近的踵部105接触所造成的荷载。引用的附图表示在上游密封唇口3处的形成杯部5的部分，但是这个形成杯部5的部分可以作为选择地或作为补充地出现在下游密封唇口4处。
每个形成杯部5的部分可包括在对应的密封唇口3的端部的两侧上延伸的两个壁部501和502。因此，这些壁部形成两个面部501和502，两个面部501和502形成了杯部5的侧壁，并且密封唇口3的端部形成了杯部5的底部。这些壁部501和502在随后的机械加工中可被重新加工。
耐磨材料的铺放
因此，叶片可包括铺放在由此形成的每个杯部5内的一层耐磨材料7。构成叶片的材料通常具有差的耐磨性，但是耐磨材料能够通过保护遭受磨损的部件来延长叶片的寿命。
耐磨材料7层可以通过将具有高硬度的特殊合金的板材钎焊到杯部5来得到。
耐磨材料7层可以通过将熔融的合金加载到这个侧面来得到。必要的加热可以是来自例如覆盖有惰性气体的电弧或者甚至是来自激光束。耐磨材料7可以是基于钴的合金(例如钴、铬钨和碳的合金)，例如这些在市场上出售的以“钨铬钴合金”为商标名称的具有良好的耐磨性的这种类型的合金。耐磨材料7还可以在机械加工之前通过施加钴铬钨合金在来自铸造厂的粗糙叶片上制造。密封唇口3中存在杯部5能够以少量进行铺放并且没有任何溢出风险。实际上，形成杯部5的部分在铺放熔融材料期间的作用如同“沟槽”，通过杯部5的边缘来限制溢出。然后，在允许得到机械加工的叶片的随后的机械加工期间，可以移除杯部5的壁部的延伸超过铺放的耐磨材料的边缘。
因此，杯部5的壁部501和502必须具有足够的厚度以便在铺放熔融耐磨材料期间不会被完全熔化。然而，在铺放步骤之后，壁部的状况可在机械加工期间进行修改。因此，对于壁部501和502来说，例如1.5毫米的厚度是足够的。同样地，耐磨材料7的铺放不需要有缺陷，因为耐磨材料层的形状在随后的机械加工以及可能的打磨期间可以进行修改。
这种叶片还允许沿着密封唇口3铺放钨铬钴合金，由于密封唇口3支撑耐磨材料7所保护的区域，所以钨铬钴合金为叶片提供了更长的寿命。此外，这种叶片允许自动地铺放耐磨材料并且不再需要任何人工操作。由于材料本身沿杯部5分布，因此，更容易实现少量材料的铺放。因此，在机械加工之后，可以得到一层耐磨材料7。耐磨材料7层具有例如1毫米或更大的厚度。
此外，这种叶片不需要随后的检验阶段，形成杯部5的部分避免了任何溢出并且该部分的最终形状是在机械加工后得到。其结果是用于铺放耐磨材料的简化方法，并且是更广泛的制造涡轮机的转子叶片的方法。
方法示例
这里结合图6描述用于在涡轮机的转子叶片上铺放耐磨材料的方法。该方法包括提供上述的如图5a所示的用于涡轮机的粗糙转子叶片的第一步骤601。该方法包括上述的在形成的每个杯部中铺放一层耐磨材料7以得到如图5b所示的踵部105的第二步骤。该方法包括对杯部5的壁部501和502的延伸超过所铺放的耐磨材料7层的边缘进行机械加工，以便得到如图5c所示的机械加工的叶片的第三步骤603。
该方法可以包括对耐磨材料7层的表面和经过机械加工之后形成杯部5的部分的表面进行打磨以便使之光滑的第四步骤604。

Claims (9)

1.一种用于涡轮机的转子叶片，所述叶片在其远端(103)处具有踵部(105)，所述踵部(105)包括：
-具有在下侧的第一边缘(201)和在上侧的第二边缘(202)的平台(2)；
-具有在下侧的第一端部(301)和在上侧的第二端部(302)的至少一个密封唇口(3、4)，所述密封唇口(3、4)具有在所述第一端部(301)和第二端部(301)之间从所述平台(2)径向向外延伸的密封唇口顶部；
其特征在于，对于至少一个密封唇口(3、4)，所述踵部(105)包括：在所述边缘(201、202)中的一个边缘上，沿与所述边缘(201、202)对应的所述密封唇口(3、4)的所述端部(301、302)延伸的至少一个形成杯部(5)的部分，所述形成杯部(5)的部分被设计用于接纳耐磨材料(7)的铺放；以及
通过加载熔融合金在由此形成的每个杯部(5)内铺放一层耐磨材料(7)。
2.根据权利要求1所述的转子叶片，其特征在于，对于至少一个密封唇口(3、4)，所述踵部(105)包括位于所述第一边缘(201)的沿所述密封唇口(3、4)的所述第一端部(301)延伸的第一形成杯部(5)的部分和位于所述第二边缘(202)的沿所述密封唇口(3、4)的所述第二端部(302)延伸的第二形成杯部(5)的部分，所述第一形成杯部(5)的部分和第二形成杯部(5)的部分被设计用于接纳耐磨材料(7)的铺放。
3.根据权利要求1所述的转子叶片，其特征在于，每个形成杯部(5)的部分包括在对应的所述密封唇口(3、4)的端部(301、302)的两侧上延伸的两个壁部(501、502)，所述壁部(501、502)形成所述杯部的侧壁，并且所述密封唇口(3、4)的所述端部(301、302)形成所述杯部(5)的底部。
4.根据权利要求1所述的转子叶片，其特征在于，所述转子叶片包括上游密封唇口(3)和下游密封唇口(4)。
5.根据权利要求1所述的转子叶片，其特征在于，所述耐磨材料为钨铬钴合金类型。
6.根据权利要求1所述的涡轮机的转子叶片，其特征在于，所述叶片在进行机械加工之前是粗造的叶片部件。
7.根据权利要求1所述的涡轮机的转子叶片，其特征在于，所述叶片是机械加工的叶片。
8.一种用于在涡轮机的转子叶片上铺放耐磨材料的方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：
-在进行机械加工之前提供涡轮机的转子叶片的粗糙部件，所述部件在其远端(103)处具有踵部(105)，所述踵部(105)包括：
具有在下侧的第一边缘(201)和在上侧的第二边缘(202)的平台(2)；
具有在下侧的第一端部(301)和在上侧的第二端部(302)的至少一个密封唇口(3、4)，所述密封唇口(3、4)具有在所述第一端部(301)和第二端部(302)之间从所述平台(2)径向向外延伸的密封唇口顶部，使得对于至少一个密封唇口(3、4)，所述踵部(105)包括：在所述边缘(201、202)中的一个边缘上，沿与所述边缘(201、202)对应的所述密封唇口(3、4)的所述端部(301、302)延伸的至少一个形成杯部(5)的部分，所述形成杯部(5)的部分被设计用于接纳耐磨材料(7)的铺放；
-铺放一层耐磨材料(7)到形成的每个杯部(5)内；以及
-对所述杯部(5)的延伸超过所铺放的耐磨材料(7)层的侧壁(501、502)进行机械加工。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述方法进一步包括对所述耐磨材料(7)层的表面和形成机械加工的杯部(5)的部分的表面进行打磨，以便使其光滑的步骤。
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