CN112689699B - 可移动叶片 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于涡轮喷气发动机的涡轮的由钛和铝合金制成的可移动叶片(1)，包括桨叶(2)和在桨叶(2)的远端处的至少一个根部(3)。所述根部(3)具有至少一个与另一直接相邻的叶片(1)接触的方位角接触表面(31，32)。被称为抗磨损材料(6)的硬质耐磨材料被沉积在至少一个方位角接触表面(31，32)上。在所述至少一个方位角接触表面(31，32)中形成有腔(5)，该抗磨损材料(6)被沉积在该腔(5)中。

Description

可移动叶片

技术领域

本发明涉及涡轮叶片领域

背景技术

在涡轮喷气发动机中，涡轮回收来自气体燃烧的一部分能量，以运行风扇、压缩机和附件。通常，存在两个压缩机模块和两个涡轮模块(高压和低压)。

在构成涡轮的部件中，移动轮和喷嘴起着重要的作用。

实际上，在燃烧室之后，气体将在喷嘴中膨胀。这将使该气流加速并使其偏转。在该气流的影响下，也具有偏转器的移动轮发生旋转。该能量被用于运行风扇、低压压缩机和高压压缩机。使偏转的气流变直的固定定子位于移动轮之间。

每个移动轮由多个叶片组成。每个叶片基本上包括具有抽吸侧和压力侧以及两个端部的桨叶(pale)。在桨叶的近端(靠近旋转轴线)处，叶片具有安装基部。在桨叶的远端处，叶片具有根部(talon)，特别位于涡轮的低压部分中。

通常，根部包括至少两个被称为摩擦条的上肋(在方位角方向上延伸)，其使得能够确保与壳体的动态密封。

此外，根部通常包括两个方位角接触表面。每个方位角接触表面与移动轮的相邻叶片接触。每个方位角接触表面具有硬质材料(最通常为钴基的)的沉积物，该硬质材料不同于叶片的材料(最通常是镍基的)。硬质材料的层被称为抗磨损材料。抗磨损材料的使用是公知的，例如可以参考文献WO2014/118456，其描述了在摩擦条上的应用抗磨损材料。

一旦叶片安装在移动轮中的环中，抗磨损材料通过叶片之间的接触实现缓冲，从而耗散每个叶片的自然模式的振动能量。此功能用于防止振动疲劳断裂。

根据发动机的构型的类型，目前的抗磨损材料通过使用KC28WN或 KD28CS类型的合金进行TIG(钨惰性气体)焊接来固定的。在钛和铝合金制成的叶片的特殊情况下，无法完成TIG焊接。因此，有必要通过另一渠道来施加抗磨损材料。在这种特殊情况下，抗磨损材料通过热喷涂来施加。等离子体喷涂方法被用于沉积钴基沉积物，该钴基沉积物的组分可以具有钴-钼-铬-硅 (CoMoCrSi)。随后不会对这种过厚的沉积物采取机械加工。正是这种沉积物起到了抗磨损材料的作用。

然而，在这两种情况下，抗磨损材料都有变松动的趋势。于是有必要剥离根部，然后再次在其上沉积抗磨损材料，这是费时且昂贵的。

在这种情况下，有必要提供抗磨损材料被持久地固定的叶片。

发明内容

根据第一方面，本发明涉及一种用于涡轮喷气发动机涡轮的钛和铝合金的移动叶片，该移动叶片包括桨叶和在桨叶的远端处的至少一个根部。该根部具有至少一个与另一个直接相邻的叶片接触的方位角接触表面。被称为抗磨损材料的硬质耐磨材料被沉积在至少一个方位角接触表面上。凹槽被形成在所述至少一个方位角接触表面中。抗磨损材料被沉积在凹槽中。

在一种特别有利的方式中，凹槽使得能够紧固相对于方位角接触表面凹入的抗磨损材料。因此，抗磨损材料和根部之间的交界(紧固)区域较少地暴露于摩擦和冲击，这使得能够保证更好的抗磨损材料强度。此外，将抗磨损材料紧固在凹槽中使得能够仅在凹槽的表面上为紧固做准备工作，而这与在所有方位角接触表面上都为紧固做准备工作的已知装置不同(即，准备工作最通常包括改变表面状况)。此外，沉积在凹槽中的抗磨损材料的厚度可以比已知装置的抗磨损材料的厚度更大(抗磨损材料的厚度在这里由凹槽的深度限定)。

所述抗磨损材料可以与凹槽齐平。

这种布置允许精确地保持根部的方位角尺寸，而不会在方位角接触表面增加超出厚度。

根据特定的布置，每个方位角接触表面可以具有限定人字形轮廓的多个相继的面。每个方位角接触表面可以对于每个面包括一种抗磨损材料。

凹槽可具有介于2μm至4μm之间的粗糙度。

凹槽的深度可以介于0.1mm到0.5mm之间。

根据另一方面，本发明涉及一种用于涡轮喷气发动机的涡轮的移动轮，所述移动轮包括多个根据本发明的叶片。叶片沿周向定位，每个叶片的方位接触表面与两个其它相邻叶片的方位接触表面接触。根据另一方面，本发明涉及一种制造根据本发明的叶片的方法，所述方法的特征在于该方法包括以下步骤：

(a)制造包括根部的叶片，

(b)在根部的方位角接触表面中形成凹槽，

(c)在凹槽中沉积抗磨损材料。

根据特定的布置，步骤(b)可以包括通过放电来机械加工凹槽的阶段。

根据另一特定的布置，步骤(b)可以包括铣削凹槽的阶段。

步骤(b)可以包括对凹槽进行喷砂的阶段，以使凹槽具有介于2μm到4 μm之间的粗糙度。

步骤(c)可以包括将抗磨损材料热喷涂到凹槽中的阶段。

附图说明

本发明的其它特征和优点仍将通过下面的描述来揭示，这些描述纯粹是说明性的而不是限制性的，并且必须参照附图来阅读，其中：

-图1是根据本发明的叶片的概略视图；

-图2是根据本发明的叶片的第一方位角接触表面的局部视图；

-图3是根据本发明的叶片的第二方位角接触表面的局部视图；

-图4是凹槽的局部剖视图。

具体实施方式

通用构架

本发明涉及一种用于涡轮喷气发动机的涡轮的钛和铝合金的移动叶片1，该移动叶片包括桨叶2和位于桨叶2远端的根部3。

叶片1的参考系被限定为包括纵向轴线X(对应于涡轮喷气发动机的纵向轴线，即，转子的旋转轴线)，与纵向轴线X正交的径向轴线Z，以及方位角轴线Y(即，切向的，与径向轴线Z和纵向轴线X都正交)。

根据这里所示的实施例，根部3具有两个与另一直接相邻的叶片1接触的方位角接触表面31和32。所述“另一叶片”实际上是相同的移动轮的相邻叶片，优选地与当前描述的叶片1相同。

两个方位角接触表面31、32是相对的。叶片1的表面31与另一直接相邻的叶片1的表面32接触。通常(并且如附图所示)，可以任意地设置：表面31 是用于叶片1的吸力侧表面，而表面32是用于叶片1的压力侧表面。

此外，根部3具有一系列被称为摩擦条4的肋。在运行中，摩擦条4使得能够确保叶片1和外壳(未示出)之间的动态密封。

通常，叶片1可以由钛和铝的合金制造。

凹槽

根据此处所示的实施例，在至少一个(优选地，在每个)方位角接触表面 31和32中形成有凹槽(empreinte)5。需规定的是，在方位角接触表面31和 32中的凹槽5的数量不是限制性的。如果需要，方位角接触表面31或32可以具有例如两个或三个凹槽5。根据特定的布置，凹槽形成在方位角接触表面31 或32中的摩擦条4之间。

下面将详细描述制造凹槽5的方法。

参照图2和图3，每个凹槽5可以覆盖基本上为平行六面体的区域。在这种情况下，有利地，每个凹槽5覆盖基本上矩形的区域。

从图4中可以看出，每个凹槽5可以具有基本上平坦的底壁51和将底壁 51连接到方位角接触表面31或32的圆角或倒角52。

每个凹槽5的深度可以在0.1毫米到0.5毫米之间。所谓深度是指相应的方位角接触表面31或32的平面(在与该表面平面正交的方向上)与底壁51的平面之间的尺寸，或者至少是相应的方位角接触表面的平面与凹槽5的最深点之间的尺寸。

优选地，每个凹槽5可以具有基本上等于0.25毫米的深度。

此外，每个凹槽5可以具有在2微米到5微米之间的粗糙度。粗糙度限定了每个凹槽5的表面的条件。这里提出的粗糙度区间使得能够保证抗磨损材料 6在凹槽5中被适当地紧固。

抗磨损材料

被称为抗磨损材料6的硬质耐磨材料被沉积在每个凹槽5中。所谓沉积是指以一种方式或另一种方式将物质施加到凹槽5中，以便获得紧固到凹槽5中的抗磨损材料6。

随后将详细描述沉积抗磨损材料6的优选方法，但是有利地，所述材料以液体、固体或糊状状态施加，使得在凹槽中就地产生抗磨损材料6。

抗磨损材料6可以是钴基合金。根据特定布置，抗磨损材料6可具有以下组分：钴-钼-铬-硅(CoMoCrSi)。

优选地，每个抗磨损性材料6与其所在的凹槽5齐平。换句话说，抗磨损材料6的可见表面稍微延伸超过方位角接触表面31或32。根据优选的布置，抗磨损材料6以从它所在的凹槽5小于60微米的方式齐平。换句话说，根据优选的布置，抗磨损材料6延伸超过方位角接触表面31或32小于60微米。

制造方法

叶片1的制造方法优选地包括以下步骤：

(a)制造包括根部3的叶片1，根部3在该阶段是“正常”的根部，即与现有技术一致，即，不具有凹槽5。

(b)在该方位角接触表面31或32中，或在每个方位角接触表面31或32 中，形成至少一个凹槽5，

(c)在所述凹槽5或每个凹槽5中沉积抗磨损材料6。

制造叶片1的步骤(a)可以通过铸造、锻造和/或机械加工来进行。

通常形状的叶片1的制造是根据已知的方法完成的，因此将不会在此处展开描述。

换句话说，不是直接产生具有设置有凹槽5的根部3的叶片1，而是通过去除材料来在随后形成凹槽。然而，应当注意，本发明不限于这种制造方法，也完全可以直接制造具有直接设置有凹槽5(例如通过铸造)的根部3的叶片1，即使这更复杂。

根据特定的布置，步骤(b)可以包括通过放电来机械加工凹槽5的阶段。

根据另一特定的布置，步骤(b)可以包括铣削凹槽5的阶段。

值得注意的是，可以完成通过放电或铣削进行的机械加工，以由最初没有凹槽5的“未加工的”根部3形成凹槽5；或者可以在已经具有凹槽5的根部3 上完成通过放电或铣削进行的机械加工，以改善其表面状况。

不管选择的用于获得设置有凹槽5的根部3的实施例(特别是如果凹槽5 在随后形成在根部3中的机械加工模式)如何，凹槽5的表面状态可以被修改以改变其粗糙度。

因此，优选地，步骤(b)可以包括对凹槽5进行喷砂的阶段，以使凹槽具有介于2μm到4μm之间的粗糙度。

最后，抗磨损材料6被沉积(即，紧固)在每个凹槽5中。优选地，紧固抗磨损材料6的步骤(c)可以通过等离子喷涂来完成。替代性地，步骤(c) 可以例如通过TIG焊接来完成。

在运行条件下的表现

在运行条件下，多个叶片被紧固到环中以形成移动轮(未示出)。

方位角接触表面31、32重合，并且每个叶片1的抗磨损材料6有利地与相邻叶片1的抗磨损材料6接触。

抗磨损材料6使得能够吸收叶片1的振动以及叶片间1的冲击。抗磨损材料6的硬度使得它们能够吸收冲击和摩擦，同时保留根部3的由较软材料制成的其余部分。

在特别有利的方式中，将抗磨损材料6紧固在凹槽5中使得抗磨损材料能够相对于凹槽5以及方位角接触表面31和32齐平，从而使抗磨损材料6相对于方位角接触表面31或32仅具有非常小的超出厚度，这限制了叶片1的间隙。

此外，将抗磨损材料6沉积在凹槽5中使得抗磨损材料6的交界附连区相对于方位角接触表面31或32凹陷，并因此较少暴露于冲击。此外，将抗磨损材料6定位在凹槽5中使得能够加强对抗磨损材料6的保持。事实上，一方面，由于抗磨损材料6在其沉积过程中的部分地熔融，抗磨损材料通过抗磨损材料 6的交界区与凹槽5的表面的交结来保持。另一方面，抗磨损性材料在凹槽5 中嵌入地连接，抗磨损性材料由凹槽5的边缘保持。因此，可以防止抗磨损材料6发生可能的剪切剥离。

此外，紧固在凹槽5中的抗磨损材料6在稍微齐平的同时可以具有比已知装置的抗磨损材料6的厚度更大的厚度(抗磨损材料6的厚度在此处从凹槽5 的底部限定)，因此更坚固和更耐冲击。

因此，本发明提出了一种叶片1，耐磨材料6被持久地紧固在该叶片中。

Claims (10)

1.一种用于涡轮喷气发动机的涡轮的钛和铝合金的移动叶片(1)，所述移动叶片包括桨叶(2)和在所述桨叶的远端处的至少一个根部(3)，所述根部(3)具有至少一个与另一直接相邻的叶片(1)接触的方位角接触表面，被称为抗磨损材料(6)的硬质耐磨材料被沉积在至少一个方位角接触表面(31，32)上，所述叶片(1)的特征在于，在所述至少一个方位角接触表面(31，32)中形成有凹槽(5)，所述抗磨损材料(6)被沉积在所述凹槽(5)中，每个方位角接触表面(31，32)具有限定人字形轮廓的多个相继的面，每个方位角接触表面(31，32)对于每个面包括一种抗磨损材料(6)。

2.根据权利要求1所述的叶片(1)，其特征在于，所述抗磨损材料(6)与所述凹槽(5)齐平。

3.根据权利要求1所述的叶片(1)，其中，所述凹槽(5)具有介于2μm到4μm之间的粗糙度。

4.根据权利要求1所述的叶片(1)，其中，所述凹槽(5)具有介于0.1mm到0.5mm之间的深度。

5.一种用于涡轮喷气发动机的涡轮的移动轮，所述移动轮包括多个根据权利要求1所述的叶片(1)，所述叶片沿周向定位，其中，每个叶片(1)的方位角接触表面(31，32)与两个其它相邻叶片(1)的方位角接触表面(31，32)接触。

6.一种制造根据权利要求1所述的叶片(1)的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

(a)制造包括根部(3)的叶片(1)，

(b)在所述根部(3)的方位角接触表面(31，32)中形成凹槽(5)，

(c)在所述凹槽(5)中沉积抗磨损材料(6)。

7.根据权利要求6所述的方法，其中，步骤(b)包括通过放电来机械加工所述凹槽(5)的阶段。

8.根据权利要求6所述的方法，其中，步骤(b)包括铣削所述凹槽(5)的阶段。

9.根据权利要求6所述的方法，其中，步骤(b)包括对所述凹槽(5)进行喷砂的阶段，使得所述凹槽具有介于2μm到4μm之间的粗糙度。

10.根据权利要求6所述的方法，其中，步骤(c)包括将所述抗磨损材料(6)等离子喷涂到所述凹槽(5)中的阶段。

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