CN1321759C - 带芯的蒸汽透平叶片及其制造方法 - Google Patents

带芯的蒸汽透平叶片及其制造方法 Download PDF

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Abstract

采用熔模铸造法使蒸汽透平叶片形成中空的结构或者形成具有重量轻的格子(10，20，30)的内芯。该工艺也用来整体形成具有各种结构的楔形榫(11，21，31)的蒸汽透平叶片，这包括切向枞树状楔形榫(11)，切向槽状楔形榫(21)和轴向燃气透平类型的楔形榫(31)。该熔模铸造工艺也可以用来在蒸汽透平叶片的一端整体铸造盖子(12，22，32)。

Description

带芯的蒸汽透平叶片及其制造方法
技术领域
本发明涉及蒸汽透平叶片的熔模铸造法，特别地，本发明提供一种熔模铸造重量轻且结构安全可靠的蒸汽透平叶片的方法。
背景技术
目前的蒸汽透平叶片是由板状坯料机加工成的，因此为实心叶片。这包括带有常见的切向枞树状楔形榫，切向槽状楔形榫和轴向入口状楔形榫的蒸汽透平叶片。
蒸汽透平设计要考虑的一个关键设计因素是由叶片重量引起的转子应力。但是采用上述制造方法很难在不损坏机械整体性的情况下减小叶片重量。
在现有技术中，高压、中压蒸汽透平动叶的翼主要是由板状坯料机加工定制而成的部件，这样，这些实心翼就必然地重量大并且需要有效的转子结构来支撑它们。
发明内容
采用熔模铸造法在不损坏结构整体性的情况下，制造较轻的叶片来替代采用传统方式加工成的实心叶片是最好不过的。本发明实现了这一目的，提供一种重量轻而且结实坚固的蒸汽透平翼。
为了本发明的目的，根据本发明的一个方面，提供一种形成蒸汽透平叶片翼的方法，所述方法包括：采用熔模铸造工艺形成具有格子的蒸汽透平叶片翼的内芯。
根据本发明的另一方面，提供一种在蒸汽透平中使用的蒸汽透平叶片翼，包括格子内芯。
更进一步说，本发明提出中空蒸汽透平叶片的一种熔模铸造方法。为了在保持机械整体性的同时减小重量，该中空的蒸汽透平叶片也可以包括在翼内设置的形成交叉沟槽的格子。这种新的结构设计采用坚固耐用的熔模铸造法，便于采用形成一体的盖子(或者叶片围带)设计，并且为冷却透平叶片提供了潜在的能力。
形成沟槽的格子以相对的角度设置以产生一个位于翼内的具有良好应力分布的交叉肋结构。该设计结构优选不具有内部主肋，但是如果出于机械设计考虑，需要这样的主肋的话，可以设置主肋。
形成沟槽的格子是由高度连接的陶瓷芯件形成的，这使得熔模铸件具有很高的屈服率。此种结构设计使得翼具有较低的总重量，这利于减小相应的转子结构和整个组件的尺寸。
该新的结构设计的优点有：重量减轻，并且由于重量减小使得转子的热瞬时响应特性得到改进。此外，熔模铸造工序便于设计部件，例如形成一体的盖子。并且，此独创工艺可以通过改变内部几何结构(格子的密度)来形成适应于特定目的的设计部件。
相对于传统的燃气透平设计来说，采用熔模铸造方法铸造产量高。最后，采用熔模铸造为冷却蒸汽透平叶片提供了潜在能力。
附图说明
图1为蒸汽透平叶片翼的剖面图，该翼具有格子内芯，并且叶片具有切向的枞树状楔形榫；
图2为蒸汽透平叶片翼的剖面图，该翼具有格子内芯，并且叶片具有切向槽状楔形榫；和
图3为蒸汽透平叶片翼的剖面图，该翼具有格子内芯，并且叶片具有轴向入口状楔形榫。
具体实施方式
由于常规蒸汽透平设计定制的特点，蒸汽透平叶片是按照传统的方式采用灵活的加工方法由板状坯料制造而成。本申请的发明人第一个认识到：如同燃气透平产品一样，随着蒸汽透平产品更多地被构造或者预先设计，蒸汽透平叶片设计结构的重复利用使得熔模铸造生产工艺更可行。
本申请的发明人也第一个认识到：虽然熔模铸造可以使叶片重量大大减轻，但是传统的带有一些内部径向肋的燃气透平芯易碎的特点经常导致陶瓷芯高破损率和铸件壁厚度不一致。提出的该熔模铸造方法解决了这些问题。
图1至3以剖面图的形式示出采用格子10，20，30的结构。格子10，20，30分别提供了更耐于制造的高坚硬度的陶瓷芯。可选地，这些蒸汽透平叶片可以由没有格子内芯的熔模铸件制成，以便形成中空的结构。
但是，格子10，20，30允许更多地控制终端产品的壁厚，并且，相对于传统的具有大的内腔的产品而言，改善了其机械整体性。图1示出具有切向枞树状楔形榫11的蒸汽透平叶片，图2示出具有切向槽状楔形榫21的蒸汽透平叶片，图3示出具有轴向入口状楔形榫11的蒸汽透平叶片。
格子交叉沟槽或者肋的角度范围优选在一个壁面上为25度至55度，在相对壁面上则为-25度至-55度。沟槽大小和肋厚度的比值优选为4∶1至1∶1。例如，该比值范围的中点值处，0.1英寸厚的肋要布置成相距0.25英寸。
熔模铸造工艺也可以浇注设计部件，例如形成一体的的盖子12，22，32，这些形成一体的的盖子减少叶片端部蒸汽沟槽的泄漏。铸造叶片和与之相连的转子的重量的减轻改善了热瞬时响应特性，使其与静止的壳体结构更加一致，改善瞬时响应，保持更紧密的间隙并改进了组件的性能。
在构造的蒸汽透平生产线上，随着蒸汽沟槽的重复使用，高压和中压叶片会在每个设备中重复使用。这使得铸造工具和铸造叶片作为生产工艺是可行的。铸造法通过使用芯可以大大减轻叶片的重量和相连的转子的质量。
虽然已经通过本发明目前被认为最切实可行的优选实施例对本发明进行了说明，但是可以理解，本发明不仅仅限于上面所述的实施例，相反，本发明覆盖包含在在后的权利要求的精神和范围之内的各种修改和等价布置方案。

Claims (12)

1、一种形成蒸汽透平叶片翼的方法，所述方法包括：采用熔模铸造工艺形成具有格子(10，20，30)的蒸汽透平叶片翼的内芯。
2、如权利要求1所述的方法，其中将盖子(12，22，32)与具有格子(10，20，30)的蒸汽透平叶片翼整体铸造。
3、如权利要求1所述的方法，其中将形成的蒸汽透平叶片翼与切向枞树状楔形榫(11)整体铸造。
4、如权利要求1所述的方法，其中将形成的蒸汽透平叶片翼与切向槽状楔形榫(21)整体铸造。
5、一种在蒸汽透平中使用的蒸汽透平叶片翼，包括格子(10，20，30)内芯。
6、如权利要求5所述的蒸汽透平叶片翼，还包括在一端形成的盖子(12，22，32)。
7、如权利要求5所述的蒸汽透平叶片翼，还包括切向枞树形楔形榫(11)。
8、如权利要求5所述的蒸汽透平叶片翼，还包括切向槽状楔形榫(21)。
9、如权利要求5所述的蒸汽透平叶片翼，还包括轴向入口状楔形榫(31)。
10、如权利要求6所述的蒸汽透平叶片翼，还包括切向枞树形楔形榫(11)。
11、如权利要求6所述的蒸汽透平叶片翼，还包括切向槽状楔形榫(21)。
12、如权利要求6所述的蒸汽透平叶片翼，还包括轴向入口状楔形榫(31)。
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