CN1378890A - 制造涡轮机叶片的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种制造空心型材状涡轮机叶片(1)的方法,为保持特别小的故障或废品率,按照本发明,第一核心件(10)通过一些近似圆柱形的间隔件(14)与另一核心件(10)相联结和/或与铸模相连接,核心件(10)在铸模中留下的空腔由叶片材料浇铸而成,在拆除留在涡轮机叶片中的核心件(10)和间隔件(14)之后,用填塞件将间隔件(14)所形成的孔封闭。

Description

制造涡轮机叶片的方法

                        技术领域

本发明涉及一种制造一空心型材式涡轮机叶片的方法。

                        背景技术

燃气轮机在许多领域中用于驱动发电机或工作机器。其中，燃料中所含能量被用来产生涡轮机轴的旋转运动。为此，燃料在一燃烧室中燃烧，由一台压气机压缩的气体被送入该燃烧室中。通过在燃烧室中燃烧燃料而生成的高温高压工作介质穿过一个接在燃烧室后的涡轮机单元，并在那里膨胀做功。工作介质通过将其动量转移给涡轮机叶片，使涡轮机轴产生旋转运动。为此，在涡轮机轴上设置一些成型的动叶片。它们与固定设置在涡轮机壳体上的静叶片配合，以引导涡轮机单元中的流体介质。为了适合于引导流体介质，涡轮机叶片通常具有一个沿着叶片轴线延伸的成型叶片。

为了实现特别有利的效率，出于热动力原因，在这种燃气轮机中，从燃烧室中排出并进入涡轮机单元中的工作介质的排出温度非常高，大约为1200℃至1300℃。在这种高温下，燃气轮机的部件，特别是涡轮机叶片承受比较高的热负荷。为了在这种运行条件下也能够保证各部件具有较高的可靠性和较长的寿命，相关的构件通常设计成可冷却。

在现代燃气轮机中，涡轮机叶片因此通常设计成所谓的空心翼型。为此，成型叶片在其内部区域(也称之为叶片核)具有空腔，其内可以充入冷却介质。通过这样构成的冷却介质通道，各叶片的受热区域，特别是受热负荷区域可以受到冷却介质的冷却。这样就得到了一种特别有利的冷却作用和特别高的运行安全性，因为冷却介质管道在各叶片内部占据了较大的空间区域，并且冷却介质被引导到距那些承受热烟气的表面尽可能近的地方。另一方面，为了在这种设计中保证叶片有足够的机械稳定性和承载能力，各涡轮机叶片中可以设置多个流动通道，即，在叶型内部设置许多供冷却介质流过的、由较薄的壁彼此隔开的冷却介质通道。

这种涡轮机叶片通常通过铸造制成。为此，将叶片材料浇铸到一个轮廓与所希望的叶型相适应的铸模中。为了制成所谓叶片核或者冷却介质流动通道，在浇铸时将所谓核心件置入铸模中，在后面的铸造过程中还要将这些核心件从叶片体中取出，从而形成冷却介质通道所需的空心腔。在制造带有多个由分隔壁彼此隔开的冷却介质通道的涡轮机叶片时，在铸模中设置形状特定的适合的核心件。为了在铸造过程中使这些核心件相互之间并且相对于铸模保持正确的位置，通常用间隔保持件使这些核心件相互连接和/或与铸模连接。这些间隔件在随同核心件一起拆除后留下了不希望出现的附加空腔，这些空腔妨碍了原来规定的各核心区域相互间、特别是它们与涡轮机叶片外部区域之间在流动技术上的相互分开。为此，间隔件通常设计成尖锐形状(spitzzulaufend)，以便可靠地排除不可接受的大孔的形成。间隔件的设计应使在铸造涡轮机叶片的过程中在各点上都尽可能得到一个连续的并且各间隔件不完全穿过的表面或者隔离壁。尽管如此，铸造出的涡轮机叶片在间隔件的位置上通常还是有薄弱处，这些薄弱区域至少在某些成问题的区域内会造成局部裂纹。因此，在这样制造的涡轮机叶片中故障或废品率比较高。

                        发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种制造带有空心轮廓的涡轮机叶片的方法，通过这种方法可以得到非常小的故障或废品率。

这一技术问题按照本发明是这样来解决的，即，第一核心件通过一些近似圆柱形的间隔件与另一个核心件和/或与铸模连接，核心件在铸模中留下的空腔由叶片材料浇铸形成，在拆除涡轮机叶片中的核心件和间隔件之后，用填塞件将由间隔件形成的孔封闭。

本发明基于如下的考虑，即，在制造涡轮机叶片时可能出现故障的原因恰恰在于那些由连接核心件时所使用的尖锐形间隔件所造成的薄弱处。这些薄弱点一方面破坏某些问题点处的叶片材料的稳定性，另一方面，在检验材料时很难或者根本无法查出。所以，在材料中会留有未被发现的薄弱点，这些点在以后会由于形成裂纹而导致涡轮机叶片的完全报废。

为了有效地解决这种问题，用圆柱状的间隔件来代替锥形或尖锐的间隔件。这虽然在铸造涡轮机叶片的材料中也留下了薄弱点，但很容易就会发现。在放弃使薄弱点在制造涡轮机叶片时特别小的原则的情况下规定，在容忍较大的薄弱点的情况下，使这些点容易被发现。接着，通过装入填塞件有效地、并且不会对以后涡轮机叶片的工作造成影响地封闭住这些能可靠地被发现的薄弱点。

间隔件长度的选择优选能使其两端超出成型的叶型轮廓，这样，在铸造涡轮机叶片时在各种情况下形成完全穿过各结构的孔。

为了当涡轮机叶片在较为不利的运行条件下运转时，也能保证对由间隔件所留下的孔的密封，按照一有利的实施方式，在插入填塞件后将其镦压到相应的孔中。通过这样的镦压保证了各填塞件在其宽度上膨胀，从而使得它们与相应的孔的边缘密切地形状吻合并力传递地连接。这样就特别有效地封闭了孔。

为了进一步保证填塞件留在相应的孔中，在装入后，将它们焊接在相应的孔中。

可以采用一种适当的销状件作为填塞件。然而比较有利的是，采用暗铆钉(Blindnieten)或射钉销(Einschlagpins)作为填塞件。

本发明的优点主要在于，由于有意容忍在首先铸造出的叶片体中出现较大的孔，所以，由间隔件引起的叶片体中的薄弱点可以很清楚地识别出来。因此，可以可靠地避免隐藏的薄弱点。通过接着装入填塞件，保证了对各孔特别有效的封闭，所以，即使在不利的运行条件下，涡轮机叶片也特别能够承受负荷。此外，间隔件的尺寸可以设计得较大，因此，只需较少的间隔件就可在铸造过程中可靠地定位核心件。由此，还整体上减少了出现的孔或薄弱点的数量，所以，在重新封闭这些孔时的费用特别小。

                        附图说明

下面结合附图详细地描述本发明的一个实施例，附图中：

图1是一个成型的涡轮机叶片的横截面图。

图2示出一个核心件。

图3示出分别具有不同结构形状的一些填塞件。

各附图中相同的部件以相同的附图标记表示。

                     具体实施方式

图1中示出涡轮机叶片1的横截面，其用于一台图中未详细示出的燃气轮机。涡轮机叶片1包括一个沿着叶片轴线延伸的也称之为叶型的叶片翼型板2。从图1中可以看出，叶片翼型板2是成型叶片或者说具有弯曲表面。这样就保证了特别有利地引导流过燃气轮机的工作介质。

由于热动力的原因，从燃烧室中流出的工作介质的流出温度比较高，例如为1200℃至1300℃。为了在这种运行条件下仍然使燃气轮机各部件具有很高的可靠性和长寿命，除其它一些部件外，涡轮机叶片也必须设计成可冷却。为此，叶片2内包括一些集成在一起的空腔4、6，这些空腔均用作冷却介质的流动通道。空腔4因具有一个较大的横截面而作为冷却介质的主流动通路。然而，为了机械稳定性，正是在横截面较大的冷却介质通道处，涡轮机叶片1的结构部件需要较大的壁厚。另一方面，努力使冷却介质的流动通道尽可能接近涡轮机叶片1的受到热烟气冲击的表面。为了在机械稳定性较高的情况下也能保证这一点，除了构成冷却介质的主流动通道的第一空腔4外还设置第二空腔6，这些通道较紧密地设置在涡轮机叶片1的表面之下。这些第二通道6构成冷却介质的旁通道，并与第一空腔4在流入侧和流出侧连通。

在制造涡轮机叶片1时采用一个铸模，其具有一个与所需的涡轮机叶片1的外轮廓相适配的空腔。为了制造空腔4、6，在该铸模的外轮廓中定位与所期望形成的空腔4和6相对应的所谓核心件，随后将叶片材料浇注到铸模中，这样，通过核心件的设置使得叶片材料不会占据所设置的空腔4和6。在叶片材料凝固后，将核心件拆除，从而在铸造的涡轮机叶片1中保留出空腔4和6。

图2中示出了一个用于制造一个第二空腔6的核心件10。该核心件10包括一个基板12，其形状与各空腔6所需的轮廓相对应。为了在铸造过程中在空间上定位并固定核心件10，在基板12上另外设置一些间隔件14。

在此，各间隔件14基本上为圆柱状，其长度使其完全穿透在其空间区域内设置的叶型轮廓。在本实施例中，间隔件14的长度超过包围各空腔6的材料壁的厚度。间隔件14的自由端锚固在铸模或一个相邻的核心件中，因此得到一种即使在铸造过程中也基本上稳定的结构。

在铸造完毕，叶片材料凝固后，在所铸成的叶片体上那些设置过间隔件14的各点上具有穿孔。这些穿孔很容易被识别出，且因此易于进行继续处理。为此，用适当的填塞件封闭在拆除核心件和间隔件后留在涡轮机叶片1中的由间隔件14造成的孔。图3中示出了不同类型的一些填塞件。

图3示出多种可供选择的具有不同形状的填塞件，它们均可以将间隔件14所留下的孔封闭。可以为各孔设置一个射钉销20作为填塞件，该销在其倒勾式的中间区域中包括一个锥形结构的成型块22。也可以采用一种单侧镦锻的射钉销24，该射钉销特别适合于封闭这样的孔，即该孔的一侧还具有限制原来孔通道的伸出部分26。然而，对于一个完全穿透的孔，也可以采用一个完全穿透的销28，该销装入孔内后，从两侧对其进行镦锻。正是通过这种镦锻，使销28的中部形成增厚段，并由此形成非常好的密封作用。

也可以采用一个插入通孔中的销30，在这种情况下，孔的端部区域带有倒角。镦锻后销30的端部区域变形，销的材料也由此填入孔的倒斜角区内。此外，还可以采用一种端部带有一焊接帽34的销32，由此可通过焊接来形成密封。

Claims (5)

1.一种制造空心型材式涡轮机叶片(1)的方法，其中，利用一些近似圆柱形的间隔件(14)将第一核心件(10)与另一核心件连接起来和/或与一铸模连接起来，并且核心件(10)在铸模中留下的空腔(4、6)由叶片材料浇铸而成，在拆除核心件(10)和间隔件(14)后，用填塞件封闭在涡轮机叶片(1)中留下的、由间隔件(14)所造成的孔。

2.如权利要求1所述的方法，其中，所述填塞件在装入各孔中后被镦粗。

3.如权利要求1或2所述的方法，其中，所述填塞件在装入各孔中后被焊接。

4.如权利要求1至3中任一项所述的方法，其中，采用暗铆钉作为填塞件。

5.如权利要求1至3中任一项所述的方法，其中，采用射钉销(24)作为填塞件。

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