CN105246619B - 用于制造涡轮机的转子叶片的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于制造涡轮机的转子叶片(10)的方法，该方法包括制造铸件毛坯的步骤，该铸件毛坯的跟部具有厚度(130)横向增大的下游唇缘(121)，使得该唇缘具有与上述轴线大致平行的上游面(134)，所述方法包括另外的步骤，所述另外步骤为加工所述增大的厚度，使得下游唇缘具有相对于上述横轴倾斜的上游面(138)。

Description

用于制造涡轮机的转子叶片的方法

技术领域

本发明涉及用于制造涡轮发动机的转子刀片的方法，具体地，本发明涉及低压涡轮机的转子刀片。

背景技术

低压涡轮的转子刀片包括叶片，该叶片的一端通过平台连接至根部，该叶片的另一端连接至支承刃缘密封件的跟部。该刀片的根部接合在具有互补形状例如具有楔形截面的凹槽中，该凹槽形成在该涡轮的圆盘的周缘上。该圆盘具有环形阵列的刀片，该刀片的平台在内部限定所述涡轮中气体流的流动范围，所述跟部在外部限定所述流动范围。

所述跟部的刃缘密封件相对于所述圆盘的纵轴径向向外延伸，用于与围绕该圆盘且由所述涡轮的壳体支承的、由耐磨材料制成的环状件以摩擦的方式相互作用，以限制气体从所述流动范围泄漏出来，即，限制所述刀片的跟部与所述壳体之间的泄漏。

在现有技术中，刀片的刃缘密封件是平直的，即，该刀片的刃缘密封件与该刀片的纵轴大致平行。

所述刃缘密封件通过使用模具进行铸造而制造而成，该模具包括用于制造该刃缘密封件的空腔。该刃缘密封件固化之后，通过在与所述刀片的纵轴大致平行的方向上朝外侧径向地移动该模具来移除该模具。

已经提出使用具有刃缘密封件的刀片，该刃缘密封件相对于该刀片的纵轴倾斜。因为所述倾斜的刃缘密封件提供了更好的密封，限制了气体从流动范围中泄漏出来，所以所述倾斜的刃缘密封件更有效。

在所述倾斜的刃缘密封件通过铸造而制造而成的情况下，应当通过在与该刃缘密封件的倾斜面大致平行的方向上朝外侧径向地移动模具来移除该模具。

然而，实际上，这个解决方案并不可行。刀片的跟部通过使用材料织物进行铸造而形成，其中，所述材料织物将两个刃缘密封件连接，并且所述材料织物通过后续加工而被移除。该材料织物是该刀片的叶片超出该刀片的跟部的延伸，并且对于由DS200类型的各向异性材料(镍基合金)制成的刀片而言是必不可少的，以便确保在铸造步骤中纹理在形成期间在叶片中的方向是正确的。该材料织物的设计要求铸造模具平行于刀片的纵轴以平移的方式移动，以便能够移除该铸造模具，否则便不能够脱模。

因此，在现有技术中，通过铸造来制造转子刀片的、倾斜且通过上述类型的材料织物连接的刃缘密封件是不可能的。

本发明的目的特别地在于提供该问题的简单、有效且经济的解决方案。

发明内容

本发明提出了一种用于制造涡轮发动机的转子刀片的方法，该刀片包括叶片，该叶片的一端连接至根部，该叶片的另一端连接至支承上游刃缘密封件和下游刃缘密封件的跟部，该上游刃缘密封件和下游刃缘密封件相对于该刀片的纵轴至少部分倾斜，该方法包括制造所需加工的铸件毛坯的步骤，其特征在于，所述下游刃缘密封件通过铸造成形为具有横向加工余量，使得所述刃缘密封件具有与上述轴线大致平行的上游面，并且其特征在于，该方法包括另外的步骤，所述另外的步骤为加工所述加工余量，使得所述下游刃缘密封件具有相对于上述轴线倾斜的上游面。

现有技术的上述缺点通过所述下游刃缘密封件的“平直的”上游面而消除，其中，所述下游刃缘密封件的“平直的”上游面允许通过沿着所述刀片的纵轴进行平移来移除模具。所述刀片的上游刃缘密封件已具有倾斜方向，所述下游刃缘密封件的上游部分也必须被加工以便同样具有倾斜方向。

本发明使得能够将用于制造刀片的铸造工具保持得很简易，因而使得能够减少铸造工具的成本。本发明还使得能够在单个脱模步骤中获得刃缘密封件，这简化了制造方法。此外，由于加工余量而造成的增加至铸件毛坯的多余质量相对较低。成品刀片的质量实际上并未改变，因为所述加工余量的整体将通过加工而被移除。

有利地，所述刃缘密封件通过使用模具进行铸造而制造而成，其中，在所述刃缘密封件固化之后，通过在与所述刀片的纵轴大致平行的方向上朝外侧以平移的方式移动所述模具而将所述模具从所述刀片移除。

通过使用磨削砂轮或者任何其它适合的技术来执行所述加工。

所述刃缘密封件相对于上述轴线能够具有不同的倾斜角度。

所述上游面优选地(沿着所述刀片的纵轴)基本上延伸过所述下游刃缘密封件的整个轴向尺寸。

所述铸件毛坯优选地由各向异性材料，特别是镍基材料，制成。

本发明还涉及一种用于对涡轮发动机转子刀片的跟部的上游刃缘密封件和下游刃缘密封件进行铸造的模具，该模具包括用于形成所述上游刃缘密封件的第一空腔和用于形成所述下游刃缘密封件的第二空腔，所述空腔通向所述模具的用于限定所述刀片的跟部的外表面的大致平坦的平面，其特征在于，所述第一空腔包括相对于所述平面的法线倾斜的下游面，所述第二空腔包括与所述法线大致平行的上游面。

本发明还涉及一种待加工以制造涡轮发动机转子刀片的铸件毛坯，该铸件毛坯包括叶片，该叶片的一端连接至根部，该叶片的另一端处连接至支承上游刃缘密封件和下游刃缘密封件的跟部，该上游刃缘密封件相对于该刀片的纵轴至少部分倾斜，其特征在于，该下游刃缘密封件包括与上述轴线大致平行的上游面和相对于所述轴线倾斜的下游面。

在特定实施方式中，所述上游刃缘密封件相对于上述轴线倾斜大约30°，所述下游刃缘密封件的下游面相对于所述轴线倾斜大约15°。

所述铸件毛坯的刃缘密封件能够通过材料织物而相互连接。

附图说明

参照附图阅读通过非限制性示例给出的以下描述内容，将更好地理解本发明，并且本发明的其它细节、特征和优点将变得明显，其中，在附图中：

-图1是涡轮发动机的低压涡轮的转子刀片的示意性立体图；

-图2是图1的刀片的根部(所述根部支承平直的刃缘密封件)的示意性放大立体图；

-图3是转子刀片的根部以及用于铸造所述根部的倾斜刃缘密封件的模具的示意性立体图；

-图4是另一支承倾斜刃缘密封件的刀片根部的示意性立体图；

-图5是铸件毛坯的根部的示意性立体图；

-图6是图5的根部的另一示意性立体图；

-图7是在加工图5的根部的下游刃缘密封件之后，图5的根部的另一示意性立体图；以及

-图8是用于铸造刃缘密封件的模具的示意性立体图。

具体实施方式

首先参照图1，图1示出了涡轮发动机的低压涡轮的转子刀片10，所述刀片包括叶片12，叶片12的一端通过平台14连接至根部16，叶片12的另一端连接至支承刃缘密封件20的跟部18，其中，根部16在此具有楔形截面，所述刃缘密封件20(相对于涡轮的纵轴A)朝外侧径向延伸。

图2示出了跟部18，跟部18的刃缘密封件是平直的，即，跟部18的刃缘密封件平行于刀片的纵轴X延伸，图3示出了具有相对于所述轴线X倾斜的刃缘密封件的跟部。

刀片10通过铸造例如通过失蜡技术而制成。铸造过程使得能够获得铸件毛坯，该铸件毛坯将被加工以对叶片的不同部分进行最后整型。该过程特别地通过使用包括有空腔的模具来实现，该空腔用于制造所述刃缘密封件。

在所述刃缘密封件平直的(图2)情况下，通过平行于轴线X朝外侧(箭头22)以平移的方式移动所述模具来移除该模具。在所述刃缘密封件倾斜的(图3)的情况下，应当通过在平行于所述刃缘密封件的倾斜面的方向上朝外侧(箭头24)以平移的方式移动模具26来移除模具26。

然而，后述操作实际上是不可行的，尤其因为在铸件毛坯中，所述刃缘密封件是通过材料织物相互连接的，其中，所述材料织物要求在平行于轴线X的方向上移除上述模具。

本发明使得该问题能够被解决，这是因为下游刃缘密封件被制造成具有横向加工余量(或者沿上述轴线A的轴向加工余量)，该横向加工余量用于便于在优选方向上(沿着轴线X)移除模具并且用于被后续加工。

图4示出了通过根据本发明的方法所获得的转子刀片100的跟部118(呈连续线型)以及铸件毛坯101的相对应的部分(呈虚线)。

铸件毛坯101将例如通过磨削被加工而成。在示出的实施方式中，所述铸件毛坯的加工部分是：跟部118的上游端和下游端、刃缘密封件120、121的径向外端、上述材料织物128以及设置在所述下游刃缘密封件上的上述加工余量130。在本发明的特定实施方式中，下游刃缘密封件121在其径向外端处的厚度约为1mm，而在其径向内端处的厚度约为3.7mm，加工余量约为1mm至2mm。

图5和图6示出了根据本发明的铸件毛坯101的跟部118，图7示出了在加工下游刃缘密封件121之后的所述跟部118。

上游刃缘密封件120从下游定向至上游，朝向外侧且面向上游。所述密封件包括上游面130和下游面132，上游面130和下游面132相对于所述刀片的纵轴X倾斜例如大约30°。

铸件毛坯101的下游叶片121包括上游面134(位置与上游刃缘密封件120相反)和下游面136，其中，上游面134与轴线X大致平行，下游面136相对于所述轴线X倾斜，从下游定向至上游，朝向外侧且面向上游。上游面(相对于轴线A，或者相对于轴线X的轴向尺寸)基本上延伸过刃缘密封件121的整个径向尺寸，并且在上游面的径向外端处连接至该刃缘密封件的径向外缘，在上游面的径向内端处连接至跟部118的径向外表面。

下游刃缘密封件121的加工，特别是该下游刃缘密封件121的上游端的加工，使得能够在相对于轴线X倾斜例如大约15°的所述密封件上形成上游面138。图4示出了通过加工所去除的材料的量。应当指出的是，该量的大部分是在基部的区域或者下游刃缘密封件121的径向内端中去除的。

图8示出了用于制造跟部118的刃缘密封件120、121的模具150，所述模具包括用于形成所述刃缘密封件的空腔152、154，其中，所述空腔通向用于限定跟部118的外表面的平面156。用于形成上游刃缘密封件120的空腔152包括面158，该面158相对于所述平面的法线160倾斜，并且用于限定所述上游刃缘密封件120的下游面132。用于形成所述下游刃缘密封件121的空腔154在所述空腔152一侧包括平行于法线160的面162，在与所述空腔152相对的一侧包括相对于所述法线倾斜的面164。模具150还包括凹槽166，该凹槽166通向平面156并且将两个空腔152、154连接，所述凹槽用于容纳用于形成上述材料织物的材料。

Claims (11)

1.一种用于制造涡轮发动机的转子刀片(10)的方法，所述刀片包括叶片(12)，所述叶片(12)的一端连接至根部(16)，所述叶片(12)的另一端连接至支承上游刃缘密封件和下游刃缘密封件的跟部(18)，所述上游刃缘密封件和下游刃缘密封件相对于所述刀片的纵轴(X)至少部分倾斜，所述方法包括制造待加工的铸件毛坯的步骤，其特征在于，所述下游刃缘密封件(121)通过铸造成形为具有横向加工余量(130)，使得所述下游刃缘密封件(121)具有与所述纵轴大致平行的上游面(134)，并且所述方法包括另外的步骤，所述另外的步骤为加工所述加工余量，使得所述下游刃缘密封件具有相对于所述纵轴倾斜的上游面(138)。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述上游刃缘密封件(120)和下游刃缘密封件(121)通过使用模具(150)进行铸造而制造而成，所述上游刃缘密封件和下游刃缘密封件固化之后，通过在与所述刀片的所述纵轴(X)大致平行的方向上朝外侧移动所述模具(150)而将所述模具(150)从所述刀片移除。

3.根据权利要求1或权利要求2所述的方法，其特征在于，使用磨削砂轮来进行所述加工。

4.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述上游刃缘密封件(120)和下游刃缘密封件(121)相对于所述纵轴具有不同的倾斜角度。

5.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述上游面(134)基本上延伸过所述下游刃缘密封件(121)的整个轴向尺寸。

6.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述铸件毛坯由各向异性材料制成。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述各向异性材料是镍基材料。

8.一种用于对涡轮发动机转子刀片的跟部(118)的上游刃缘密封件(120)和下游刃缘密封件(121)进行铸造的模具(150)，该模具包括用于形成所述上游刃缘密封件的第一空腔(152)和用于形成所述下游刃缘密封件的第二空腔(154)，所述空腔通向所述模具的用于限定所述刀片的所述跟部的外表面的大致平坦的平面(156)，其特征在于，所述第一空腔包括相对于所述平面的法线(160)倾斜的下游面(158)，所述第二空腔包括与所述法线大致平行的上游面。

9.一种待加工以制造涡轮发动机转子刀片的铸件毛坯(101)，该铸件毛坯包括叶片，所述叶片的一端连接至根部，所述叶片的另一端连接至支承上游刃缘密封件(120)和支承下游刃缘密封件(121)的跟部(118)，所述上游刃缘密封件相对于所述刀片的纵轴至少部分倾斜，其特征在于，所述下游刃缘密封件包括与所述纵轴大致平行的上游面(134)和相对于所述纵轴倾斜的下游面(136)。

10.根据权利要求9所述的铸件毛坯，其特征在于，所述上游刃缘密封件(120)相对于所述纵轴倾斜30°，所述下游刃缘密封件(121)的所述下游面(136)相对于所述纵轴倾斜15°。

11.根据权利要求9或权利要求10所述的铸件毛坯，其特征在于，所述上游刃缘密封件和下游刃缘密封件通过材料织物(128)而相互连接。