CN111386384B - 涡轮机的动叶片及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种涡轮机的转子叶片（10），包括：叶片根部（11）；叶片翼型（12），其具有流动前缘（13）、流动后缘（14）和流动导向表面（15），所述流动导向表面在流动前缘（13）和流动后缘（14）之间延伸，其中，叶片根部（11）和叶片翼型（12）的径向内区段（17）由钢材料制造，并且叶片翼型（12）的径向外区段（18）由较轻重量的材料制造。

Description

涡轮机的动叶片及其制造方法

技术领域

本发明涉及一种涡轮机的动叶片。此外，本发明涉及一种制造此类动叶片的方法。

背景技术

在涡轮机中，诸如例如在蒸汽涡轮、燃气涡轮、压缩机等中，一方面采用动叶片，且另一方面采用导向叶片。导向叶片是定子侧的固定叶片。动叶片是转子侧叶片，即与轴一起旋转的叶片。

涡轮机的动叶片包括叶片根部和叶片叶部。叶片根部用于将动叶片安装到轴或转子基体。从叶片根部出发，叶片叶部向外侧径向地延伸。动叶片的叶片叶部包括流动前缘、流动后缘和流动导向表面，所述流动导向表面在流动前缘和流动后缘之间延伸。在径向外侧，动叶片通常由叶片尖端界定。

从实践已知的动叶片是通过或者铣削或者锻造所制造的组件。

存在制造具有更低的重量的动叶片的需要。

发明内容

从此出发，本发明基于以下目的：创造一种涡轮机的新型动叶片以及一种用于制造此类动叶片的方法。

该目的通过根据本发明所述的动叶片来解决。根据本发明，叶片根部和叶片叶部的径向内区段由钢材料制造。叶片叶部的径向外区段由较轻的材料制造。就此处呈现的本发明而言，首次提出了一种涡轮机的动叶片，该动叶片的叶片叶部在径向内区段中由钢材料制造且在径向外区段中由较轻的材料制造。较轻的材料是轻金属合金材料或陶瓷材料或其组合。通过这样做，可以将涡轮机的动叶片制造为具有更低的重量。在此应指出的是，叶片叶部的内区段和外区段以牢固地材料结合的方式连接，而不仅仅是例如以形状锁合的方式连接。

根据有利的进一步发展，在叶片叶部的径向内区段和叶片叶部的径向外区段之间形成过渡区域，该过渡区域由钢材料和轻金属合金材料的混合物制造。在径向内区段和径向外区段之间提供此类过渡区域允许以特别有利的方式将叶片叶部的径向外区段联结到径向内区段。

根据有利的进一步发展，在流动前缘的区域中，从叶片根部出发，径向内区段延伸达叶片叶部的径向高度的最少10％且最多98％，优选地最多60％，特别优选地最多50％。在流动后缘的区域中，从叶片根部出发，径向内区段延伸达叶片叶部的径向高度的最少10％且最多98％，优选地最多60％，特别优选地最多50％。通过这样做，有可能制造具有低的重量的动叶片。

优先地，与流动后缘的区域中的情况相比，叶片叶部的径向内区段在流动前缘的区域中具有较小的径向延伸量，且因此叶片叶部的径向外区段在流动前缘的区域中具有较大的径向延伸量。本发明的该进一步发展是基于这样的认识，即，在流动前缘的区域中，为改善抗腐蚀性，比起在流动后缘的区域中，径向外区段应向径向内侧移动得更远。

根据有利的进一步发展，在叶片叶部的径向内区段和叶片叶部的径向外区段之间的过渡区域中形成材料凹口部（notching）和/或材料增厚部。通过过渡区域中的材料凹口部和/或材料增厚部，可以进一步改善腐蚀防护。

附图说明

从以下描述获得本发明的优选的进一步发展。本发明的示例性实施例通过附图更详细地解释而不限于此。在附图中示出了：

图1是根据本发明的第一动叶片的示意化表示；

图2是根据本发明的第二动叶片的示意化表示；

图3是根据本发明的第三动叶片的示意化表示；

图4是根据本发明的第四动叶片的示意化表示；

图5是根据本发明的第五动叶片的示意化表示；

图6是根据本发明的另外的动叶片的示意化表示。

具体实施方式

本发明涉及一种涡轮机的动叶片。涡轮机的动叶片包括叶片根部和叶片叶部。叶片根部用于将动叶片连接到转子基体或轴。

图1示出了根据本发明的涡轮机的动叶片10的第一示例性实施例。涡轮机10包括叶片根部11和叶片叶部12。叶片叶部12包括流动前缘13、流动后缘14和流动导向表面15，所述流动导向表面在流动前缘13和流动后缘14之间延伸。这些流动导向表面15中的一个被具体实现为压力侧，且另一个被体现为吸力侧。

从用于将动叶片10安装到轴或转子基体的叶片根部11观察，用于流动导向的叶片叶部12沿径向方向R具有径向高度或延伸量，其中，在直接邻接叶片根部11处，叶片叶部12的径向延伸量达到0％，且在叶片尖端12的区域中的径向外侧，叶片叶部12的径向延伸量达到100％。

依据此处呈现的本发明，叶片根部11和叶片叶部12的径向内区段17由钢材料制造，即由铁合金材料制造。叶片叶部12的径向外区段18由轻金属合金材料制造。

在图1中，过渡区域19在叶片叶部12的径向内区段17和该叶片叶部的径向外区段18之间线性地形成。

在图1的示例性实施例中，从叶片根部11出发，叶片叶部12的径向内区段17在流动前缘13的区域中以及在流动后缘14的区域中延伸远至叶片叶部12的径向高度的近似50％。

背离这种情况的是，在流动前缘13和流动后缘14的区域中，径向内区段17的径向延伸量及因此径向外区段18的径向延伸量也可以是不同的。

叶片叶部12的径向外区段18的轻金属合金材料优先地是铝合金材料或钛合金材料。

在图2的示例性实施例中，在叶片叶部12的径向内区段17和径向外区段18之间形成过渡区域19，该过渡区域19由钢材料和轻金属合金材料的混合物组成。

优先地，过渡区域19中的混合比改变，即，改变成使得在过渡区域19中，钢材料的部分从径向内侧到径向外侧减小，且轻金属合金材料的部分增大。通过这样做，可以确保叶片叶部12的径向外区段18和径向内区段17在过渡区域19上的特别有利的联结。

图3示出了图1的示例性实施例的进一步发展，其中在过渡区域19的区域中形成了材料增厚部20，即至少在流动前缘13的区域中形成了材料增厚部20。该材料增厚部20也可以延伸到吸力侧和/或压力侧和/或流动后缘14的区域中。

与形成在图3的示例性实施例中的此类材料增厚部20形成对比，如图4中所示，也可以在过渡区域19中形成材料凹部21。在此，材料凹部21至少形成在流动前缘13的区域中，并且也可以延伸到吸力侧和/或压力侧和/或流动后缘14的区域中。

在图1、图2、图3和图4的示例性实施例中，叶片叶部12的径向内区段17和叶片叶部12的径向外区段18各自在流动前缘13和流动后缘14的区域中具有大小相同的径向延伸量。

优先地，径向内区段17的径向延伸量则大约为叶片叶部12的径向延伸量的最少30％且最多70％，优选地约为最少30％且最多60％，特别优选约为最少30％且最多50％。

图5和图6示出了本发明的示例性实施例，其中径向内区段17和径向外区段18的径向延伸量在流动前缘17和流动后缘14的区域中是不同的。因此，在图5和图6的示例性实施例的区域中，与流动后缘14的区域中的情况相比，叶片叶部的径向内区段17在流动前缘13的区域中具有较小的延伸量，且因此径向外区段18在流动前缘13的区域中具有较大的延伸量。

过渡区域19分别形成在图5和图6中的叶片叶部12的这些部段17、18之间，其中优先地，钢材料和轻金属合金材料的混合物的组成再次改变。

在图6的示例性实施例中，在过渡区域19中的流动前缘13的区域中形成了材料增厚部20以及还有材料凹部21两者，即，在与径向外区段18相邻的过渡区域19中形成材料凹部21以及在与径向内区段17相邻的过渡区域19中形成材料增厚部20。

依据此处呈现的本发明，因此提出了一种涡轮机的动叶片10，其中叶片根部11和叶片叶部12的径向内区段17由钢制造，优选地通过铣削或锻造。叶片叶部12的由钢制造的径向内区段17要么后面直接是叶片叶部12的由轻金属合金材料制造的径向外区段18，要么经受形成过渡区域19，该过渡区域优先地在其组成方面改变。优先地，通过生成性制造方法（诸如，激光烧结或激光施加焊接（laser deposition welding）），来实现将叶片叶部12的该径向外区段18施加在该叶片叶部的径向内区段17上。

在通过改变钢和轻金属合金材料的混合物来形成过渡区域19期间，待施加材料的组成于是在应用生成性制造方法期间被逐渐改变。

通过在动叶片10的径向外区段18上使用较轻的材料，在高的周向速度期间，较低的力作用在叶片根部11上。由于这一点，得以使叶片根部11得到缓解。由于这一点，叶片根部11可以被具体实现为更短。

利用本发明，可以改善动叶片的抗腐蚀性，特别是还有动叶片在流动前缘13的区域中的抗腐蚀性。

此外，本发明涉及一种用于制造此类动叶片10的方法。最初，通过铣削或锻造来制造叶片根部11和叶片叶部12的径向内区段17，该叶片根部和径向内区段由钢材料制造。在此之后，通过生成性制造方法，将叶片叶部12的由轻金属合金材料制造的径向外区段18施加在叶片叶部12的径向内区段17上。优先地，将激光烧结或激光施加焊接用作生成性制造方法。

径向外区段18施加到其上的径向内区段17的剖平面优先地被具体实现为平面的或平坦的。在图5和图6的示例性实施例中，该剖平面由相对于彼此倾斜的两个平面的或平坦的子部分组成。

附图标记/字符的列表

10 动叶片

11 叶片根部

12 叶片叶部

13 流动前缘

14 流动后缘

15 表面

16 叶片尖端

17 径向内区段

18 径向外区段

19 过渡区域

20 材料增厚部

21 材料凹部

R 径向方向。

Claims (15)

1.一种涡轮机的动叶片（10），具有：

叶片根部（11），

叶片叶部（12），其包括流动前缘（13）、流动后缘（14）和流动导向表面（15），所述流动导向表面在所述流动前缘（13）和所述流动后缘（14）之间延伸，

其特征在于，

所述叶片根部（11）和所述叶片叶部（12）的径向内区段（17）通过铣削或锻造由钢材料制造，

所述叶片叶部（12）的径向外区段（18）由较轻的材料制造，

在所述叶片叶部（12）的径向内区段（17）和所述叶片叶部（12）的径向外区段（18）之间形成过渡区域（19），以及

在所述过渡区域的至少所述流动前缘（13）的区域中形成材料凹部，

其中，所述叶片叶部（12）的由轻金属合金材料制造的径向外区段（18）通过生成性制造方法施加在所述叶片叶部（12）的径向内区段（17）上。

2.根据权利要求1所述的动叶片，其特征在于，所述过渡区域由所述钢材料和所述轻金属合金材料的混合物制造。

3.根据权利要求1或2所述的动叶片，其特征在于，在所述流动前缘（13）的区域中，从所述叶片根部（11）出发，所述径向内区段（17）延伸达所述叶片叶部（12）的径向高度的最少10％且最多98％。

4.根据权利要求3所述的动叶片，其特征在于，在所述流动前缘（13）的区域中，从所述叶片根部（11）出发，所述径向内区段（17）延伸达所述叶片叶部（12）的径向高度的最少10％且最多60％。

5.根据权利要求3所述的动叶片，其特征在于，在所述流动前缘（13）的区域中，从所述叶片根部（11）出发，所述径向内区段（17）延伸达所述叶片叶部（12）的径向高度的最少10％且最多50％。

6.根据权利要求1或2所述的动叶片，其特征在于，在所述流动后缘（14）的区域中，从所述叶片根部（11）出发，所述径向内区段（17）延伸达所述叶片叶部（12）的径向高度的最少10％且最多98％。

7.根据权利要求6所述的动叶片，其特征在于，在所述流动后缘（14）的区域中，从所述叶片根部（11）出发，所述径向内区段（17）延伸达所述叶片叶部（12）的径向高度的最少10％且最多60％。

8.根据权利要求6所述的动叶片，其特征在于，在所述流动后缘（14）的区域中，从所述叶片根部（11）出发，所述径向内区段（17）延伸达所述叶片叶部（12）的径向高度的最少10％且最多50％。

9.根据权利要求1或2所述的动叶片，其特征在于，所述叶片叶部（12）的径向内区段（17）和所述叶片叶部（12）的径向外区段（18）在所述流动前缘（13）和所述流动后缘（14）的区域中具有大小相同的径向延伸量。

10.根据权利要求1或2所述的动叶片，其特征在于，与所述流动后缘（14）的区域中的情况相比，所述叶片叶部（12）的径向内区段（17）在所述流动前缘（13）的区域中具有较小的径向延伸量，且因此所述叶片叶部（12）的径向外区段（18）在所述流动前缘（13）的区域中具有较大的径向延伸量。

11.根据权利要求1或2所述的动叶片，其特征在于，与所述流动后缘（14）的区域中的情况相比，所述叶片叶部（12）的径向内区段（17）在所述流动前缘（13）的区域中具有较大的径向延伸量，且因此所述叶片叶部（12）的径向外区段（18）在所述流动前缘（13）的区域中具有较小的径向延伸量。

12.根据权利要求1或2所述的动叶片，其特征在于，在所述叶片叶部（12）的径向内区段（17）和所述叶片叶部（12）的径向外区段（18）之间的过渡区域（19）中形成材料凹部（21）和材料增厚部（20）两者。

13.根据权利要求12所述的动叶片，其特征在于，所述材料增厚部（20）至少形成在所述流动前缘（13）的区域中。

14.一种用于制造根据权利要求1至13中任一项所述的涡轮机的动叶片（10）的方法，所述方法具有以下步骤：

通过铣削或锻造来制造所述叶片根部（11）和所述叶片叶部（12）的径向内区段（17），所述叶片根部和所述叶片叶部的径向内区段由钢材料制造；

通过生成性制造方法，将所述叶片叶部（12）的由所述轻金属合金材料制造的径向外区段（18）施加在所述叶片叶部（12）的径向内区段（17）上；

其中在所述叶片叶部（12）的径向内区段（17）和所述叶片叶部（12）的径向外区段（18）之间形成过渡区域（19），以及

在所述过渡区域的至少流动前缘（13）的区域中形成材料凹部。

15.根据权利要求14所述的方法，其特征在于，利用激光烧结或激光施加焊接作为生成性制造方法。

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