CN1926250A - 具有固有压应力的构件、产生固有压应力的方法以及产生固有压应力的装置 - Google Patents

具有固有压应力的构件、产生固有压应力的方法以及产生固有压应力的装置 Download PDF

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Abstract

本发明涉及具有固有压应力的构件、用于产生固有压应力的方法以及产生固有压应力的装置。本发明的方法包括借助于至少两个压力产生装置(25，25’，25”)在凸、凹弯曲区域(例如透平叶片的叶根区域)局部地、匹配地、受控地引入固有压应力。

Description

具有固有压应力的构件、产生固有压应力的方法 以及产生固有压应力的装置
技术领域
本发明涉及一种根据权利要求1或2的前序部分的具有固有压应力的构件，一种如权利要求10所述的用于产生具有固有压应力的构件的方法，以及一种如权利要求36所述的用于产生固有压应力的装置。
背景技术
在高载荷机械构件中，通常会引入固有压应力，从而使该构件能够承受更高的应力。这部分地是通过透平(蒸汽轮机、燃气轮机)叶片的冷杉形叶根实现的。
固有压应力可以通过滚轧引入。另一种产生固有压应力的可能是压力喷丸处理。美国专利5911780说明了这种用于产生固有压应力的方法。
美国专利5492447公开了一种利用激光器在转子部件内产生固有压应力的方法。
一种类似的方法在EP 731184 B1中公开。
WO 01/15866 A1说明了一种构件的表面处理方法，其中，至少一个喷射参数在磨蚀喷射过程中与构件的轮廓线相匹配。
DE 19742137 A1说明了一种用于产生固有压应力的轧制装置。
US 4428213公开了一种构件，其中第一区域以及紧接着是整个构件，被以较小的强度进行喷丸处理。
EP 0230165 A1和EP 1125695 A2公开了一种机器人，其引导刀具相对于待加工构件移动。
US 4937421公开了一种激光辐射方法及其相关装置，其中，激光器的激光被分成两束，以便在待加工构件上形成一个更大的照射表面，从而实现更短的加工时间。这两束激光被共同导引并且在入射角、强度上具有相同的参数，以及被共同导引在一个保持装置内。
根据现有技术的构件并没有为对局部不同的工作应力的期望要求提供用于异常工作状态的足够的强度。
发明内容
因此，本发明的技术问题就是要克服这一问题。
通过一种根据权利要求1或2的构件，一种如权利要求10所述的方法，以及一种如权利要求36所述的用于在构件内产生固有压应力的装置，解决了上述技术问题。
在从属权利要求中列出了其它的优选实施形式。
在从属权利要求中列出的实施形式可以以优选的方法和手段进行组合。
附图说明
在附图中：
图1和图2示出了一个具有弯曲表面的构件；
图3示出了用于实施本发明的方法的装置的一种示意布置；
图4、图18和图19示出了固有压应力的横向(示意)曲线；
图5至图13、图20、图21示出了本发明的方法的不同阶段；
图15示出了透平叶片；
图14示出了构件深度方向上承受的固有压应力；
图16示出了燃气轮机；
图17示出了蒸汽轮机。
具体实施方式
                           构件
图1示出了具有表面5的构件1。构件1可以是蒸汽轮机(图17)或燃气轮机的一个构件，诸如飞机涡轮机或者用于发电的透平100(图16)。这些构件例如透平叶片120、130、342、354、燃烧室衬层或者其它的外壳部分。
构件1、120、130、342、354的表面5由例如多个表面区域(在此处是两个表面区域4、6)组成。表面区域6(例如叶片的叶身区域40，图15)是例如平的或仅有一次弯曲，而表面区域4则多次地弯曲。在表面5及其表面区域4和/或6有不同的并且不为零的固有压应力σE。构件1、120、130、342、354具有表面区域4的凹弯曲区域7，该区域例如在构件1、120、130、342、354的使用时，相对于表面区域4的另一凸弯曲区域10承受更高的机械应力。
构件1、120、130、342、354的表面4具有至少部分的凹弯曲区域7(谷11)和凸弯曲区域10(圆形的山顶12)，因此有局部的最大值10’和局部的最小值7’。凸弯曲区域10、12例如与凹弯曲区域7、11相连。
例如，在将构件1、120、130、342、354装配到一起后，在凹弯曲区域7、11中有一个与凸弯曲区域10、12中的机械应力相比更高的外部机械应力。
在表面区域4中，可以通过表面处理工艺引入固有压应力σE。这借助于适当的压力产生装置25(图3)实现，例如以滚轧、喷丸处理或激光辐射的方式。
图2以示例的方式将透平叶片13(图15)的部分区域表示为组装后的构件1，即将在其固定区域16(图15)具有冷杉形或燕尾形结构的叶片叶根43(图15)表示为多次弯曲的表面区域4。
叶片叶根43设置于例如相应的成形盘22中，并被保持于该处。又将盘22设置在燃气轮机100(图16)或蒸汽轮机(图17)的轴103上。尤其是在凹弯曲区域7、11内出现高的机械载荷。因此，就要求构件1在该区域局部地受到下述方式的作用：通过部分地补偿局部拉伸应力而可以承受更高的拉伸应力。然而，这必须受控地并根据几何形状以局部的不同固有压应力σE实现。透平叶片13也可以固定在轴103上。
图3示意地示出了压力产生装置25和构件1、120、130、342、354是如何相对于彼此移动的。根据本发明，构件1、120、130、342、354中的固有压应力σE从表面区域4起向内沿构件1、120、130、342、354的深度产生。这尤其可以通过滚轧、激光辐射或者喷丸处理来实现。下面以示例的方式参照喷丸处理详细解释本发明的方法。原则上，类似地对滚轧或者其它产生固有压应力的方法进行参数选择。(喷丸的机械冲量对应于激光的功率密度或者滚轧装置的挤压力)
喷丸射流喷嘴25作为压力产生装置以一定的速度喷射出喷射物28(喷丸)，所述喷射物构成了微粒束29、尤其是喷丸射流29。喷丸28、尤其是射流喷丸碰到构件1的表面区域4上并由于其机械冲量而在表面区域4上产生射流冲击压力，从而在该处产生固有压应力σE。喷丸射流喷嘴25可以通过激光器31的激光束34控制成使其精确地位于预定范围内并被沿着弯曲轮廓引导。尤其是，可以调整距离、入射角α(即，喷丸射流喷嘴25与表面区域4、6内的表面5所成的角度)。入射角α例如小于90°，并尤其是在80°到85°之间。
同样，喷丸射流29的射流冲击压力可以通过喷丸射流喷嘴25调节。其它的参数是喷射物28的尺寸、喷射物28的材料或者喷嘴开口的形状(激光方式：射流形状；滚轧方式：工具形状)。
例如，构件1被牢固地夹持，其中，例如在第一步骤中，激光器31在CNC的控制下用其激光射束34扫描构件1的表面区域4。在此，构件1或者安装在CNC机上并相对于激光器1移动，或者反过来。通过构件1的表面区域4的扫描而采集构件1的精确几何形状。通过特定区域(例如凹弯曲区域7)的设定值，确定用喷丸射流喷嘴25处理的区域。同样，可以在采集表面区域4后例如自动的进行计算，以确定哪块区域承受了特别高的机械载荷并因而相应地确定会由喷丸射流29产生的固有压应力σE的应变和大小。
通过要产生的固有压应力σE的大小也确定与待喷射处理的凹或凸区域7、10有关的喷丸射流喷嘴25的参数。这涉及一种方法，利用该方法，表面区域4在加工中以不同的参数局部地、有针对性地得到处理，使得根据该方法的实施在整个表面上设置局部地预先限定的，然而却不同的固有压应力σE。
例如，具有固有压应力σE的整个表面区域4，对应于透平叶片13、120、130、342、354的冷杉形的叶片叶根43的表面。在此情形下，局部不同的含义是：形成若干区域，这些区域在实施该方法后具有高的和低的且不为零的固有压应力σE。
因此，具体而言，在凹弯曲区域7、11内产生了高的固有压应力σE，而在其它的凸弯曲区域10、12内则产生了较小的固有压应力σE。尤其是没有弯曲区域7、10是保持未受处理的，因此至少一个凸弯曲区域10和一个凹弯曲区域7在它们的整个表面区域内具有固有压应力σE。对喷丸射流29的控制是通过激光器31和例如通过CNC机实现的，该CNC机相对于构件1移动喷丸射流29，以便使不同的区域7、10受到喷射处理。
图4A示出了固有压应力σE在x-y平面内的一种示例分布。在具有较高固有压应力σE的凹弯曲区域7、11内，x-y平面内有固有压应力σE的最大值70。凸弯曲区域10、12具有较低固有压应力σE的平台74。然而，最大值70和区域7、11的所有值都高于平台74的值。在此，局部不同的固有压应力含义是，在凹弯曲区域7、11内的固有压应力σE高于有较低固有压应力σE的凹弯曲区域10、12内的平台74中的固有压应力σE。
图4B示出了固有压应力σE在x-y平面内的另一种示例分布。在具有较高固有压应力σE的凹弯曲区域7、11内，x-y平面内有固有压应力σE的最大值70。凸弯曲区域10、12具有较低固有压应力σE的最大值73。然而，最大值70高于最大值73。在此，局部不同的固有压应力的含义是，在区域7、11内的固有压应力σE中的最大值70高于有较低固有压应力σE的凸弯曲区域10、12内的最大值73。虽然如图4B所示，凹弯曲区域7、11同凸弯曲区域10、12相比具有位置上较低的固有压应力σE，尤其是在凹弯曲区域7、10之间的过渡区域内，然而这意味着，为了限定具有较高固有压应力σE和较低固有压应力σE的区域，并不可以逐点地对固有压应力σE进行比较，而是根据最大值70、73的大小。
图18示出了根据本发明的构件1。
凹弯曲区域7具有最小值7’，其具有一个确定的曲率半径R。曲率半径R在最小值7’处以已知的方法和手段确定。其中有较高的固有压应力σE的凹弯曲区域7、11的宽度81，至少为该曲率半径R的3-5倍，并且尤其是围绕该最小值7’居中地设置。在具有宽度81的凹弯曲区域7、11上沿纵向轴线37方向连接有至少一个具有较低固有压应力σE的凸弯曲区域10、12。
具有较高固有压应力σE的凹弯曲区域7、11内的固有压应力σE比具有较低固有压应力σE的凸弯曲区域10内的固有压应力σE至少提高30％，或50％，或60％，特别是75％。
凹弯曲区域7内的固有压应力σE的大小也可以与构件1、120、130、342、354的材料的屈服点Rp相关。
例如，可以采用屈服点Rp0.2，其中固有压应力σE例如为屈服点Rp0.2的至少30％，特别是至少50％。
构件1，或者说是透平叶片13、120、130、342、354的叶片叶根43，沿方向17垂直于纵向轴线37地从例如一个端部91延伸到另一端部94(图19)。凹弯曲区域7、11是具有3至5倍R的宽度(＝81)的弯曲表面，围绕着最小值7’在方向17上彼此相连而成的线85。凹弯曲区域7、11沿方向17延伸过构件1、120、130的宽度，也就是从端部91延伸到端部94。宽度81是该弯曲轮廓曲线绕最小值7’的长度。
                    现有技术的方法
根据现有技术，仅使用单个喷丸射流喷嘴35，因此可以首先只产生高固有压应力σE，然后再产生低的固有压应力σE，或者反过来。
图5示出了构件1、13、120、130、342、354的表面5的部分区域。
在第一方法步骤中，以高的射流冲击压力进行凹弯曲区域46的喷丸处理。在接下来的一个步骤，以具有较小射流冲击压力的喷丸射流对另一相邻区域49进行处理(图6)。
该方法可以应用于新生产的构件1、120、130、342、354以及再次翻新的构件1、120、130、342、354。
再次翻新的含义是，构件1在使用后在可能的情况下会清除涂层或者检查裂缝，从而在可能的情况下进行修理。然后会重新产生固有压应力σE。
图7示出了用于实现该方法的根据现有技术的装置。
在这一装置中仅使用了喷丸射流喷嘴25。
在第一步骤中，在区域46(凹弯曲区域)内引入高的射流冲击压力。通过喷丸射流喷嘴25或构件1的运动(如箭头所示)，例如通过入射角的改变，喷丸射流29会被引导到其中产生了较小的射流冲击压力的区域49(凹弯曲区域)。
这可以通过下述方式实现：使用于区域46内的喷丸28以较低的速度并从而以较低的机械冲量运动，或者使喷丸射流喷嘴25向区域49内喷射较小直径58的喷丸28。
如果喷丸28具有较小直径，就会由于例如喷丸材料具有不同的硬度而产生不同的射流冲击压力。因此，可以用例如陶瓷材料作为硬材料，而用金属材料作为软材料。
与较小的喷丸58相比，大的喷丸55在相同的速度下产生较大的射流冲击压力。
同样可能的是，使用小的陶瓷喷丸和大的金属喷丸。为了例如实现磨蚀作用或者降低粗糙度以及平整，喷丸的不同材料、直径和形状的其它组合可能也是可以考虑的。
                      本发明的方法
在根据本发明使用多个喷丸射流喷嘴25、25’、25”、25、25””时，它们可以
(a)在时间上一个接一个地单个或者成对地，或者
(b)同时地被运行。
在喷丸射流喷嘴25、25’、25”、25、25””被同时运行的情况下，喷丸射流喷嘴25、25’、25”、25、25””可以在空间上具有相同高度(图9)或者彼此相对设置，也就是说，一个或多个喷丸射流喷嘴向前，而另外的一个或多个喷嘴向后(图10、图11)。
图8示出了用于实现本发明的方法的装置2。在这种装置2中，可以使用例如多个，至少两个，在此是三个喷丸射流喷嘴25、25’、25”。
因此，可以首先使用喷丸射流喷嘴25，以便对区域46(凹弯曲区域)施加高的射流冲击压力。
在第二步骤中，仅使用另外的喷丸射流喷嘴25’、25”，以便向区域49(凹弯曲区域)施加较小的射流冲击压力(例如用于平整)。
同样，可以同时运行图8中所示意地示出的三个喷丸射流喷嘴25、25’、25”(用于产生固有压应力和平整)。
其中，产生例如较小射流冲击压力的一个或两个喷丸射流喷嘴25’、25”可以同样地向区域46(也就是向区域52喷射，图6)内喷射(图10、图11)。
在此，喷丸射流喷嘴25就产生了高的射流冲击压力并对凹弯曲区域46进行喷射，而同喷丸射流喷嘴25相比，第二或者其它的喷丸射流喷嘴25’、25”则产生较小的射流冲击压力并至少对凸弯曲区域49进行喷射。
同样，喷丸射流喷嘴25可以具有较小直径58的喷丸28，以便产生高的强度和高的固有压应力，而喷丸射流喷嘴25’、25”则喷射具有较大直径55的喷丸28，其在区域49内产生小的强度和较小的固有压应力，并同时进到区域46内，以便平整该区域(图20)。参数的选择可以适应于对于固有压应力大小和平整度的相应要求。
同样，单个的喷丸射流喷嘴25可以具有不同直径55、58的喷丸，并且同时对确定的区域(在此为区域46、49)进行喷射处理(图21)。
无论喷丸射流喷嘴25、25’、25”是同时地还是在时间上一个接一个地被运行，都可以为每个喷丸射流喷嘴25、25’、25”设置不同的参数。
作为喷丸射流喷嘴25、25’、25”的参数可以选择射流冲击压力、喷射物28的大小、喷射物28的材料或入射角α。尤其是喷丸射流喷嘴25和喷丸射流喷嘴25’、25”具有不同的参数，特别是不同的射流冲击压力。
喷丸射流喷嘴25、25’、25”可以并排地(即如图9所示地)设置在一个高度上或者一个接一个地设置(图10、图11)。
预先设定喷丸射流喷嘴25、25’、25”的不同参数，并使区域46、49经过例如一个工作过程。这看起来像是例如这样：喷丸射流喷嘴25、25’、25”具有例如一个固定位置，并且构件1安装在移动的底座(CNC机)上并且在喷丸射流喷嘴25、25’、25”下方移动。构件1也可以来回移动，以便对区域46、49进行多次喷射处理。通过这样的措施，在其中形成有不同的固有压应力的区域7、10不会用喷丸射流依次地施加。这带来了显著的时间优点。构件1的表面5上的受喷丸射流喷嘴25喷射处理的区域可以是圆形或者椭圆形的，其中各个区域彼此相邻设置。
图9示出了区域46、49的俯视图以及喷丸射流喷嘴25、25’、25”由此示意性地采用的布置。喷丸射流喷嘴25、25’、25”在此设置于相同高度上。
喷丸射流喷嘴25、25’、25”在一移动装置26内移动通过区域46、49。这可以由一个工作步骤实现，其中全部三个喷丸射流喷嘴25、25’和25”同时被运行，从而由喷丸射流喷嘴25使区域46产生较高的固有压应力σE而使相邻的区域49产生低的固有压应力σE。
喷丸射流喷嘴25和喷丸射流喷嘴25’、25”也可以在时间上一个接一个地被运行。因此，在第一步骤中，可以仅有在区域46中形成高的固有压应力σE的喷丸射流喷嘴25被运行。在第二或者其它的步骤中，喷丸射流喷嘴25不再被运行，而是在与区域46相邻的区域49中产生低的固有压应力σE的喷丸射流喷嘴25’、25”被运行。喷嘴25’、25”也可以与喷嘴25相对设置(图11)。其中，喷丸射流喷嘴例如整体地安装在一个支架，并被整体地移动，即使喷丸射流喷嘴25、25’、25”并不同时被运行(也即进行喷丸处理)。
图10示出了在区域46和49中产生固有压应力σE的另一种可能性。
喷丸射流喷嘴25’、25”的开口在此例如纵向地构造，或者在构件1、120、130、342、354上形成一个纵向的入射面，并且覆盖例如区域49以及与其相邻的区域46。这在例如对区域46进行平整时是所期望的。喷丸射流喷嘴25’和25”由此在空间上与喷丸射流喷嘴25相对地设置在移动装置内。喷丸射流喷嘴25是例如向前的，而喷丸射流喷嘴25’、25”则是例如向后的。在此，喷丸射流喷嘴25、25’、25”也可以在时间上共同地或者一个接一个地被运行。
因此，可以将喷嘴25用于产生固有压应力σE，而将喷嘴25’、25”用于平整。
其中，喷丸射流喷嘴例如整体地安装在一个支架上并被整体地移动，即使喷丸射流喷嘴25、25’、25”并不同时被运行(也即进行喷丸处理)。
图11示出喷丸射流喷嘴的另一种布置。在此使用了五个喷丸射流喷嘴25、25’、25”、25、25””。各个喷丸射流喷嘴25、25’、25”、25、25””的参数可以各自不同并符合所期望的要求。
因此，例如喷丸射流喷嘴25、25’、25”可以用于产生固有压应力σE，而例如喷丸射流喷嘴25、25””可以用于平整。
喷丸射流喷嘴25覆盖区域46，而喷丸射流喷嘴25’、25”仅仅覆盖相应的相邻区域49。
在空间上位于后面的喷丸射流喷嘴25、25””用于平整并覆盖此处例如区域46以及区域49。其中，喷丸射流喷嘴例如整体地安装在一个支架上并被整体地移动，即使喷丸射流喷嘴25、25’、25”并不同时被运行(也即进行喷丸处理)。
图12将透平叶片13示出为构件1，该透平叶片带有在固定区域16以冷杉形式构成的叶片叶根43。该叶片叶根43具有凹弯曲区域7，该区域中会有高的固有压应力σE；还具有凸弯曲区域10，其中会有与凹弯曲区域7相比较小的固有压应力σE。
叶片叶根43具有例如三个波谷或者说是凹槽11’、11”、11，其中例如三个喷丸射流喷嘴25、25’、25”在其参数上固定地相对于第一凹槽11’进行调节。透平叶片13或者构件1沿着一个与喷丸射流喷嘴25、25’、25”相对的方向17偏移，以使得整个凹槽11’受到喷射处理。对于其它的凹槽11”和11可以重复这一过程，或者对应于凹槽11”和11有可以同时加工所有凹槽的其它喷丸射流喷嘴。
图13示意地示出，凹槽11’、11”、11的边缘同样受到喷射处理，以便产生固有压应力σE。此外已知的是，构件1本身是弯曲的。
图14示出了构件1中通过喷射过程形成的固有压应力σE的理论变化。
在此图中，相对于构件1的深度d记录了固有压应力σE。固有压应力σE的最大值67并不在构件1的表面4上，也就是说，并不在d＝0处。而是在构件1的内部(d＞0)。虚线表示的曲线61示出了固有压应力σE的曲线。
然而期望的是，固有压应力σE的最大值在构件1的表面5上。曲线64的实线表示固有压应力σE的期望曲线。
期望曲线64可以例如如下所述地实现。
在第一工作过程中，凹弯曲区域7、10受到高的射流冲击压力的喷射处理。在第二工作过程，同一区域7、10受到较小强度的喷射处理，从而使构件1表面5上的最大值发生偏移。不过，这点也可以如上面描述的那样在一个工作过程中实现。
这样就实现了使固有压应力σE的最大值位于表面5上或者接近于表面5，并且尽管如此，在构件1内也有固有压应力σE的高的渗透深度。
图15示出了可以用本发明的方法进行处理的构件13。图15以透视图的形式示出透平叶片13(例如用于蒸汽轮机的透平叶片)，该透平叶片沿着纵向轴线37延伸。在现有的透平叶片13中，动叶片1的所有区域40、19、43都使用实心的金属材料。在此，透平叶片13可以通过铸造工艺、锻造工艺、铣削工艺或它们的组合而制造。透平叶片13具有沿纵向轴线一个接一个地设置的固定区域16、与其相邻接的叶片台19以及叶片的叶身区域40。在固定区域16构造有叶片叶根43，该叶片叶根用于将透平叶片13固定在未示出的流体机械的盘22上。叶片叶根43构造成锤头状。其它的构造，例如冷杉形(图2)或燕尾形也是可能的。冷杉形叶片叶根43至少在凹弯曲区域7和与该区域相邻接的凸弯曲区域10具有不为零的固有压应力，以使得在叶片叶根的表面上大面积地(甚至是整个表面)具有固有压应力。
图16示意地示出燃气轮机100的一个纵向剖面。燃气轮机100在其内部具有一个安装成围绕转动轴线102转动的转子103，该转子也被称为透平转子。沿着转子103连续地设置有进气壳体104、压缩机105、具有多个同轴设置的烧嘴107的例如环形燃烧室110(尤其是圆环形燃烧室106)、透平108以及排气壳体109。圆环形燃烧室106与例如圆环状的热燃气通道111相连通。例如四个一个接一个地相连的透平级112在该处构成透平108。每个透平级112由两个叶片环构成。从工作介质113流动方向上看去，在热燃气通道111中，由动叶片120构成的叶片列125跟随着导向叶片列115。
在此，导向叶片130固定在定子143上，而叶片列125的动叶片120例如借助于透平叶轮盘133安装在转子103上。在转子103上连接有发电机或作功机械(未示出)。
在燃气轮机100工作期间，空气135被压缩机105经由进气壳体104吸入并压缩。在压缩机105的透平侧做好准备的压缩空气被引导到烧嘴107并在该处与燃烧介质相混合。然后，混合物形成工作介质113而在燃烧器110中发生燃烧。
工作介质113从该处起沿热燃气通道111流过导向叶片130和动叶片120。工作介质113以传送脉动的方式在所述动叶片120上膨胀，以使得动叶片120驱动转子103，而使转子驱动与其相连的作功机械。
暴露于热工作介质113的构件承受在燃气轮机100的运行期间的热负载。除了环形燃烧室106内所铺设的热屏蔽石以外，沿工作介质113流动方向看去的第一透平级112的导向叶片130和动叶片120会承受最大的热负载。为了承受该处普遍的温度，要借助于冷却剂对其进行冷却。同样，该基层可以具有一种取向结构，即，该基层单结晶(SX结构)或者仅具有纵向取向的晶粒(DS结构)。铁、镍或钴基的超合金可以作为材料使用。同样，叶片120、130可以具有防腐蚀涂层(MCrAlX；M是由铁(Fe)、钴(Co)、镍(Ni)组成的组中的至少一种元素，X表示钇(Y)和/或稀土元素中的至少一种元素)和保温的绝热层。该绝热层由例如ZrO2，Y2O4-ZrO2构成，也就是说，该层在氧化钇和/或氧化钙和/或氧化镁下是不稳定、半稳定或者完全稳定的。通过适当的涂层工艺(例如电子束物理蒸发沉积(EB-PVD))，在绝热层中产生杆状晶粒。
导向叶片130具有朝向透平108的内部壳体138的导向叶片叶根(在此未示出)以及与该导向叶片叶根位置相对的导向叶片顶部。该导向叶片顶部朝向转子103，并牢固地固定在定子143的固定环140上。
在图17中示例性地示出了蒸汽轮机300、303，其具有沿着转动轴线306延伸的透平轴309。
该蒸汽轮机具有高压透平部分300和中压透平部分303，它们分别具有内部壳体312和围绕该内部壳体的外部壳体315。高压透平部分300呈例如罐形结构的形式。中压透平部分303呈双流的形式。同样可能的是，将中压透平部分303构造成单流的形式。沿着转动轴线306，在高压透平部分300和中压透平部分303之间设置有轴承318，其中透平轴309在轴承318中具有一个轴承区321。透平轴309安装在靠近高压透平部分300的另一轴承324上。在该轴承324的区域内，高压透平部分300具有轴密封345。透平轴309由另外两个轴密封345相对于中压透平部分303的外部壳体315密封。高压透平部分300内的透平轴309在高压蒸汽进汽区域348和排汽区域351之间具有高压动叶片组354、357。高压动叶片组354、357与其所属的、未详细描述的动叶片一起表示一个第一叶片组区域360。中压透平部分303具有中部进汽区域333。在进汽区域333内，透平轴309具有径向对称的轴屏蔽装置363，即盖板，其一方面将蒸汽流分成中压透平部分303的双流，一方面防止热蒸汽与透平轴309直接接触。透平轴309在中压透平部分303内具有一个带有中压动叶片354、342的第二叶片组区域366。流动通过该第二叶片组区域366的热蒸汽通过逸流喷管369从中压透平部分303流出至通过流体技术相连的、未示出的低压透平部分。
例如，透平轴309由两个透平轴部分309a和309b组成，它们在轴承318的区域彼此牢固地相连接。

Claims (39)

1.一种构件(1，13，120，130，342，354)，该构件有表面(5)，该表面具有至少两个表面区域(4，6)，其中，至少一个表面区域(4，6)有局部不同且不为零的固有压应力(σE)，
其特征在于，
该表面区域(4，6)由至少一个凹弯曲区域(7，11)和至少一个凸弯曲区域(10，12)组成，它们尤其彼此相邻接，与凸弯曲区域(10，12)相比凹弯曲区域(7，11)具有较高的固有压应力(σE)，凹弯曲区域(7，11)在最小值(7’)处具有一个曲率半径(R)，凹弯曲表面区域(7，11)具有至少该曲率半径(R)的三到五倍的宽度(81)。
2.一种构件(1，13，120，130，342，354)，该构件有表面(5)，该表面具有至少两个表面区域(4，6)，其中，至少一个表面区域(4，6)有局部不同且不为零的固有压应力(σE)，
其特征在于，
该表面区域(4，6)由至少一个凹弯曲区域(7，11)和至少一个凸弯曲区域(10，12)组成，它们尤其彼此相邻接，与凸弯曲区域(10，12)相比凹弯曲区域(7，11)具有较高的固有压应力(σE)，在凹弯曲区域(7，11)的固有压应力(σE)的大小至少为构件(1，13，120，130，342，354)的材料的屈服点(Rp)、尤其是屈服点(Rp0.2)的30％，尤其是50％。
3.如权利要求1所述的构件，其特征在于，在凹弯曲区域(7，11)的固有压应力(σE)的大小至少为构件(1，13，120，130，342，354)的材料的屈服点(Rp)、尤其是屈服点(Rp0.2)的30％，尤其是50％。
4.如权利要求2或3所述的构件，其特征在于，该固有压应力(σE)至少为构件(1，13，120，130，342，354)的材料的屈服点(Rp)、尤其是屈服点(Rp0.2)的60％。
5.如权利要求1或2所述的构件，其特征在于，凹弯曲区域(7，11)中的固有压应力(σE)比具有较低固有压应力(σE)的凸弯曲区域(10，12)中的固有压应力(σE)高至少50％，尤其是75％。
6.如权利要求1或2所述的构件，其特征在于，构件(1)是透平叶片(120，130，342，354)，其在一个固定区域(16)或叶片叶根(43)具有弯曲的表面区域(4)，尤其是呈冷杉或燕尾形的表面区域，并且该弯曲的表面区域、尤其是整个表面区域(4)具有固有压应力(σE)。
7.如权利要求1至6中任一项所述的构件，其特征在于，至少一个区域(7，10)具有带有至少一个最大值(70，73)和/或一个平台(74)的固有压应力(σE)大小的横向分布，并且凹弯曲区域(7)的最大值(70)高于凸弯曲区域(10)的最大值(73)或平台(74)。
8.如权利要求1、2或6所述的构件，其特征在于，构件(1，13，120，130，342，354)至少部分地具有带有弯曲表面(7，10)的区域(7，10)，并且尤其是整个多次弯曲区域(7，10)具有固有压应力(σE)。
9.如权利要求1至8中任一项所述的构件，其特征在于，构件(1)是蒸汽轮机(300，303)或者燃气轮机(100)的构件，尤其是透平叶片(120，130，342，354)。
10.一种制造构件(1，13，120，342，354)的方法，尤其是制造如权利要求1至9中一项或多项所述的构件的方法，其中，用至少一个压力产生装置(25)至少部分地在构件(1，13，120，130，342，354)的表面区域(4，6)上产生局部不同且不为零的固有压应力(σE)，
其特征在于，
使用至少两个喷丸射流喷嘴(25，25’，25”，25，25′)、尤其是三个或五个喷嘴，并且尤其至少两个喷丸射流喷嘴(25，25’，25”，25，25′)被同时运行，以便在构件(1，13，120，130，342，354)中产生固有压应力(σE)和/或进行平整。
11.如权利要求10所述的方法，其特征在于，用该方法处理弯曲的、尤其是多次弯曲的表面区域(4，6)，该表面区域尤其至少具有一个凹弯曲区域(7，11)和一个凸弯曲区域(10，12)。
12.如权利要求10所述的方法，其特征在于，固有压应力(σE)通过至少一个适于滚轧的压力产生装置(25)产生。
13.如权利要求10所述的方法，其特征在于，固有压应力(σE)通过利用至少两个喷丸射流喷嘴作为压力产生装置(25)的喷丸处理产生。
14.如权利要求10所述的方法，其特征在于，固有压应力(σE)通过利用至少两个激光器作为压力产生装置(25)的激光辐射产生。
15.如权利要求13所述的方法，其特征在于，喷丸射流喷嘴(25，25’，25”，25，25′)在时间上间隔开地一个接一个地被运行。
16.如权利要求13或15所述的方法，其特征在于，为该至少两个喷丸射流喷嘴(25，25’，25”，25，25′)使用不同的、可调的参数。
17.如权利要求13或16所述的方法，其特征在于，选择射流冲击压力、喷射物(28)的大小(55，58)、喷射物(28)的材料、入射角(α)或射流形状作为喷丸射流喷嘴(25，25’，25”，25，25′)的参数。
18.如权利要求13、16或17所述的方法，其特征在于，为喷丸射流喷嘴(25，25’，25”，25，25′)使用不同的参数，尤其是不同的射流冲击压力和喷丸直径(55，58)，其中，至少一个喷丸射流喷嘴(25，25’，25”，25，25′)产生固有压应力(σE)而其它的喷丸射流喷嘴(25’，25”，25，25′)则进行平整。
19.如权利要求13或18所述的方法，其特征在于，至少一个喷丸射流喷嘴(25，25”，25，25′)产生高的射流冲击压力，并且至少一个第二或其它的喷丸射流喷嘴(25’，25”，25，25′)产生与该至少一个喷丸射流喷嘴(25)的射流冲击压力相比较小的射流冲击压力。
20.如权利要求13、15或19所述的方法，其特征在于，在第一方法步骤中，以高的射流冲击压力进行喷丸处理，而在第二步骤中，以低于第一方法步骤中射流冲击压力的射流冲击压力进行喷丸处理。
21.如权利要求13、15或19所述的方法，其特征在于，在第一方法步骤中，以低的射流冲击压力进行喷丸处理，而在第二步骤中，以高于第一方法步骤中射流冲击压力的射流冲击压力进行喷丸处理。
22.如权利要求13或20所述的方法，其特征在于，在第一方法步骤中，对所述至少一个凹弯曲区域(7，11)进行喷丸处理，而在第二方法步骤中，对所述至少一个凸弯曲区域(10，12)进行喷丸处理。
23.如权利要求21所述的方法，其特征在于，在第一方法步骤中，对所述至少一个凸弯曲区域(10，12)进行喷丸处理，而在第二方法步骤中，对所述至少一个凹弯曲区域(7，11)进行喷丸处理。
24.如权利要求13所述的方法，其特征在于，为喷丸射流喷嘴(25，25’，25”，25，25′)设置不同的参数，然后，构件(1，120，130，342，354)的凹弯曲区域(7，11)和凸弯曲区域(10，12)一起以一次或多次通过该区域(7，10)的方式而受到喷射处理。
25.如权利要求10到24所述的方法，其特征在于，压力产生装置(25到25′)或构件(1，120，130，342，354)以滚轧、喷丸处理或激光辐射的方式受控地进行。
26.如权利要求25所述的方法，其特征在于，所述的受控进行是由激光器(31，34)实现的。
27.如权利要求17、20或24所述的方法，其特征在于，通过具有较小射流冲击压力和/或较大直径(58)的喷丸(28)的喷丸处理，平整事先已经以高的射流冲击压力进行了喷射处理的区域(46)。
28.如权利要求13所述的方法，其特征在于，喷丸射流喷嘴(25，25’，25”，25，25′)的喷丸射流(29)包含不同直径(55，58)的喷丸(28)。
29.如权利要求13所述的方法，其特征在于，喷丸射流喷嘴(25，25’，25”，25，25′)的喷丸射流(29)包含不同硬度的材料的喷丸(28)。
30.如权利要求17、28或29所述的方法，其特征在于，喷丸(28)由陶瓷和/或金属组成。
31.如权利要求10所述的方法，其特征在于，用该方法对蒸汽轮机(300，303，25)或燃气轮机(100)的构件(1)、尤其是透平叶片(13，120，130，342，354)或者热屏蔽元件(155)，进行喷射处理。
32.如权利要求17所述的方法，其特征在于，调节至少一个喷丸射流喷嘴(25，25’，25”，25，25′)的喷射装置与构件(1，120，130，342，354)的弯曲表面(4)之间的入射角(α)，该入射角(α)小于90°，尤其是在80°到85°之间。
33.如权利要求14或20所述的方法，其特征在于，在第一方法步骤中，以一个确定的射流冲击压力进行一个区域(7，10)的喷丸处理，而在第二方法步骤中，以较小的射流冲击压力对同一区域(7，10)进行喷射处理，以使得固有压应力的最大值正好移动到构件(1)的表面(5)或接近于构件(1)的表面(5)。
34.如权利要求25或26所述的方法，其特征在于，构件(1，120，130，342，354)或压力产生装置(25，25’，25”，25，25′)的引导和控制是通过CNC机实现的。
35.如权利要求11所述的方法，其特征在于，该方法实施于透平叶片(13，120，130，342，354)，该透平叶片在一个固定区域(16)具有弯曲表面(4)，尤其是冷杉形或燕尾形结构。
36.一种用于在构件(1，13，120，30，342，354)内产生固有压应力的装置(2)，尤其是用于实施如权利要求10至35中一项或多项所述的方法的装置，该装置至少具有一个压力产生装置(25，25’，25”，25，25′)，其特征在于，该装置(2)具有至少两个压力产生装置(25，25’，25”，25，25′)、尤其是其参数被不同地设置的喷丸射流喷嘴(25，25’，25”，25，25′)，其中，尤其至少一个压力产生装置(25’，25”，25，25′)对表面进行平整，且尤其至少另外一个压力产生装置(25，25’，25”，25，25′)产生固有压应力(σE)。
37.如权利要求36所述的装置，其特征在于，该装置(2)具有三个压力产生装置(25，25’，25”)。
38.如权利要求36所述的装置，其特征在于，作为喷丸射流喷嘴(25，25’，25”，25，25′)的参数，喷丸(28)的材料和/或喷丸(28)的大小(55，58)和/或射流冲击压力和/或压力产生装置(25，25’，25”，25，25′)与待喷射处理的表面(4)之间的角度是可以调节的。
39.如权利要求36至38所述的装置，其特征在于，该装置(2)具有移动装置，尤其是CNC机，借助于该移动装置，构件(1，13，120，130，342，354)和/或该至少一个压力产生装置(25，25’，25”，25，25′)可以相对于彼此移动。
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