專利名稱：葉片和燃氣輪機的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種在流體機械中使用的葉片，它包括葉根、平臺區(qū)和葉身，該葉身從葉片前緣到葉片后緣有葉片寬度以及從平臺區(qū)到葉身頂端有葉片高度，以及，該葉身由至少一個基體段和在至少一個所述葉緣區(qū)域內(nèi)的至少一個與該基體段形狀閉合連接的邊緣段構(gòu)成。
由US 4786234已知如上所述的模塊組合式結(jié)構(gòu)的渦輪葉片。在那里公開的葉身由多個部分或區(qū)段組成。其中不同的區(qū)段沿葉片高度分割。按一種改型方案，US 4786234展示了一種沿葉片寬度方向分割的葉身，在這種情況下尤其葉身的前緣和后緣設計為單獨的可沿徑向移動的構(gòu)件。
為了在一種包括一個基體段和兩個鑄造的平臺的導向葉片上使用US4786234的例如后面介紹的那種設計，兩個平臺中至少一個必須有一口，可沿徑向移動的葉片邊緣可通過它插在葉身上。在這種情況下需要采取特殊的結(jié)構(gòu)性措施，例如在葉身與平臺之間過渡區(qū)內(nèi)的密封措施，這些對于制造和工作都是不利的。
因此本發(fā)明的目的是，在延長使用壽命的同時，提供一種結(jié)構(gòu)可選擇并簡化的模塊組合式葉片。此外，本發(fā)明的目的還在于提供一種降低維護和制造成本的流體機械。
針對葉片的目的通過權(quán)利要求1的特征達到，以及后一個目的通過權(quán)利要求14的特征達到。在從屬權(quán)利要求中說明有利的設計。
為達到上述目的，本發(fā)明建議，形狀閉合的連接通過成形在區(qū)段之一上的沿葉片高度方向彼此間隔的多個凸塊構(gòu)成，另一個區(qū)段設置為至少部分插入這些凸塊之間。
這種連接可以實現(xiàn)特別簡單地裝配葉片后緣或葉片前緣，因為邊緣段設計為可橫向于葉片邊緣移動。因此，在按本發(fā)明的葉片中，更換邊緣段可以在不拆卸葉片的情況下進行，這導致縮短修理時間。此外，通過這種模塊組合式結(jié)構(gòu)，可以有針對性地更換葉身上承受高負荷和如上所述易損壞的葉片邊緣。這延長了受較少磨損的基體段的使用壽命。此外，可更換的區(qū)域可有針對性地滿足機械和熱力學方面的要求，從而導致降低成本。
此外，通過分成區(qū)段可以制造用于各種葉片尺寸的標準區(qū)段，由此可以通過標準化進一步降低與使用和磨損有關的費用。在這方面有利的是各區(qū)段有不同的尺寸，從而可以優(yōu)化組合各種耐磨的區(qū)域。這種連接可以通過壓配合、釬焊、熔焊、粘結(jié)或銷釘連接實現(xiàn)。有利地，區(qū)段連接面水平和/或垂直定向。
按一項有利的設計可以達到一種特別有效的連接，即，基體段和邊緣段分別有多個凸塊和處于凸塊之間的凹槽。為了構(gòu)成形狀閉合的嚙合，設在兩個區(qū)段之一上的凸塊可以形狀閉合地插入另一個區(qū)段與之對置的凹槽內(nèi)。為此尤其在工作葉片中可以實現(xiàn)葉片邊緣可靠地固定，因為在工作時沿徑向作用在邊緣段上的離心力可通過基體段的一個與之橫向延伸的區(qū)段連接面補償。
按一項特別有利的設計，一個沿葉片邊緣方向延伸的固定銷釘防止這些區(qū)段相對運動，為此它橫向地貫穿兩個區(qū)段。通過各個凸塊的嚙合造成一些互相插接的重疊區(qū)，一個對齊的孔可以通過它們延伸，在孔內(nèi)插入固定銷釘。
另一項有利的設計規(guī)定，構(gòu)成葉身的區(qū)段用不同的材料制造。這是有利的，因為存在一些遭受高機械負荷的區(qū)域和一些遭受高熱負荷的區(qū)域，所以采用不同材料可以使葉身在其分段式結(jié)構(gòu)中最佳地適應各自的磨損條件。在這方面按本發(fā)明的另一個教導，區(qū)段的一部分用一種熱導率特別高的材料制造，以及另一部分用耐高溫的材料制造。
在這里作為材料可考慮使用陶瓷材料、金屬、合金和塑料。此外，按本發(fā)明的另一個教導規(guī)定，在所述區(qū)段上施加涂層。由此可以有針對性地進一步影響該區(qū)段的特性。
為了減輕重量，區(qū)段可以有空腔。在這里這些空腔可以充填一種與區(qū)段材料不同的材料。例如可以涉及泡沫材料。以此方式可有針對性地影響區(qū)段的強度特性。
恰當?shù)?，葉片設計為導向葉片或工作葉片。特別有利的是，將這種葉片使用在燃氣輪機內(nèi)。
由下面對附圖的說明得出本發(fā)明其他特征和優(yōu)點，附圖示意表示用于一流體機械的葉身的模塊組合式葉片邊緣的一種實施方式。其中

圖1表示按本發(fā)明的帶有一后緣段的葉片的透視圖2表示按本發(fā)明的帶有一后緣段的葉片的示意性局部剖視圖；圖3表示帶有另一種后緣段的葉片的示意性側(cè)視圖；圖4表示按本發(fā)明的帶有一前緣段的葉片的透視圖；以及圖5表示按本發(fā)明的帶有一前緣段的葉片的示意性局部剖視圖。
流體機械為了將流動能轉(zhuǎn)換為旋轉(zhuǎn)能或反之將旋轉(zhuǎn)能轉(zhuǎn)換為流動能使用葉片級，它們由相鄰排列的工作葉片和導向葉片組成。其中，導向葉片安裝在機器的殼體上，而工作葉片直接與轉(zhuǎn)子連接。
按本發(fā)明的包括一個分段式后緣的葉片1表示在圖1至3中。葉片1本身有一個平臺2a和一個葉身3，葉身有葉片前緣4和葉片后緣5。用虛線表示成形在葉身3上端部5a上的第二平臺2b。葉身3由一個基體段3b和一個后緣段3c組成。如在葉身3上端部5a處可看到的那樣，基體段3b有多個空腔6。當強度足夠時，它們用于減少葉片質(zhì)量，為的是減小工作時的機械及熱負荷。在這里可以用一種泡沫材料充填一個或多個空腔6，以提高葉身3的強度。
后緣段3c在葉片后緣5的區(qū)域內(nèi)有沿葉片高度H間隔的凸塊7，它們形狀閉合地插入在基體段3b上對置的凹槽8內(nèi)，從而使兩個區(qū)段3b、3c互相形狀閉合地嚙合。凸塊7和凹槽8僅僅沿部分葉片高度延伸。持久的連接可通過壓配合或在裝配后通過釬焊或熔焊建立。這一設計必要時也可以適用于工作葉片，因為存在一個橫向于離心力定向的用于可裝配的后緣段3c的區(qū)段連接面11，它用作在工作時作用在后緣段3c上的離心力的支座。
圖2用局部剖面表示在后緣段3c與基體段3b之間的銷釘連接。在基體段3b內(nèi)設凹槽8，它們與設在后緣段3c內(nèi)的另一些凹槽9對置，以及在凹槽內(nèi)分別插入一個銷釘狀固定件10。為了裝配，固定件10例如設計為壓配合裝入后緣段3c內(nèi)，以及接著通過沿著橫向于葉片后緣5方向的移動以相同的方式固定在基體段3b上。
圖3表示另一種設計的渦輪導向葉片，它有兩個分別設在葉身3端部的平臺2a、2b。在葉片后緣5，部分葉身3設計為可更換的后緣段3c。葉片1的基體段3b有一個在兩個凸塊7之間的凹槽8，其中完全裝入所述后緣段3c。凸塊7和后緣段3c為了它們的固定和/或為了保險被一個銷釘狀固定件10沿葉片后緣5的方向貫穿，它可以從平臺2b的一側(cè)置入，以及接著可與平臺2b焊接。因此平臺2b在葉片后緣5的區(qū)域內(nèi)可過渡到所述基體段3b作為凸塊7，從而在此過渡區(qū)可以避免復雜的結(jié)構(gòu)并例如取消密封件。當然這種結(jié)構(gòu)也可以使用于葉片1承受高負荷的葉片前緣4。此外，葉片1的兩個葉片邊緣12也可以同時設計為分段式的。
類似于圖1和2，在圖4和5中表示葉片前緣4相對于葉身3的分段式結(jié)構(gòu)。在這里，前緣段3a與基體段3b之間的連接，在圖4中借助一種由凸塊7與凹槽8構(gòu)成的嚙合以及在圖5中借助一種用銷釘狀固定件10的銷釘連接建立。
通過將葉片分割成多個部分可以降低鑄造精度，這有助于降低成本。此外，當導向葉片再加工時可以只替換已磨損的邊緣。
特別有利的是這些區(qū)段可用具有不同強度特性及熱導率的不同材料制成，以使葉片低成本地適應具體的要求。
權(quán)利要求
1.一種在流體機械中使用的葉片(1)，其包括一葉根、一平臺區(qū)和一葉身(3)，該葉身(3)從葉片前緣(4)到葉片后緣(5)有葉片寬度以及從平臺區(qū)到葉身頂端有葉片高度，以及，該葉身由至少一個基體段(3b)和在所述葉片前后緣(4、5、12)至少之一的區(qū)域內(nèi)的至少一個與該基體段(3b)形狀閉合連接的邊緣段(3a、3c)構(gòu)成，其特征為所述形狀閉合的連接通過成形在所述區(qū)段(3a、3b、3c)之一上沿葉片高度方向間隔的凸塊(7)構(gòu)成，另一區(qū)段(3a、3b、3c)設置為至少部分插入所述各凸塊之間。
2.按照權(quán)利要求1所述的葉片，其特征為所述基體段(3b)和邊緣段(3a、3c)分別有多個凸塊(7)和處于凸塊之間的凹槽(8)；以及，為了構(gòu)成形狀閉合的嚙合，設在這兩個區(qū)段(3a、3b、3c)之一上的凸塊(7)形狀閉合地插入另一個區(qū)段(3a、3b、3c)對置的凹槽(8)內(nèi)。
3.按照權(quán)利要求1或2所述的葉片(1)，其特征為一個沿葉片邊緣(4、5、12)方向延伸的銷釘狀固定件防止所述區(qū)段(3a、3b、3c)相對運動，為此它橫向地貫穿兩個區(qū)段(3a、3b、3c)的凸塊(7)。
4.按照權(quán)利要求1至3之一所述的葉片(1)，其特征為所述區(qū)段(3a、3b、3c)用不同的材料制造。
5.按照權(quán)利要求1至4之一所述的葉片(1)，其特征為至少一個區(qū)段(3a、3b、3c)用一種熱導率特別高的材料制造。
6.按照權(quán)利要求1至5之一所述的葉片(1)，其特征為至少一個區(qū)段(3a、3b、3c)用一種耐高溫的材料制造。
7.按照權(quán)利要求1至6之一所述的葉片(1)，其特征為至少一個區(qū)段(3a、3b、3c)用一種陶瓷材料制造。
8.按照權(quán)利要求1至7之一所述的葉片(1)，其特征為至少一個區(qū)段(3a、3b、3c)用一種金屬和/或用一種合金制造。
9.按照權(quán)利要求1至8之一所述的葉片(1)，其特征為至少一個區(qū)段(3a、3b、3c)用一種塑料制造。
10.按照權(quán)利要求1至9之一所述的葉片(1)，其特征為在所述區(qū)段(3a、3b、3c)上加涂層。
11.按照權(quán)利要求1至10之一所述的葉片(1)，其特征為至少一個區(qū)段(3a、3b、3c)具有一空腔。
12.按照權(quán)利要求11所述的葉片(1)，其特征為向所述空腔(6)內(nèi)充填一種與區(qū)段材料不同的材料。
13.按照權(quán)利要求1至12之一所述的葉片(1)，其特征為所述葉片設計為導向葉片或工作葉片。
14.一種具有按照權(quán)利要求1至13之一所述葉片的燃氣輪機。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種在流體機械中使用的葉片(1)，其包括一葉根、一平臺區(qū)和一葉身(3)，該葉身(3)從葉片前緣(4)到葉片后緣(5)有葉片寬度以及從平臺區(qū)到葉身頂端有葉片高度，以及該葉身由至少一個基體段(3b)和在這兩個葉片前后緣(4、5、12)至少之一的區(qū)域內(nèi)的至少一個與該基體段(3b)形狀閉合連接的邊緣段(3a、3c)構(gòu)成。為了在延長使用壽命的同時提供一種結(jié)構(gòu)可選擇并簡化的模塊組合式葉片，建議，所述形狀閉合的連接通過至少兩個成形在區(qū)段(3a、3b、3c)之一上的沿葉片高度方向間隔的一些凸塊(7)構(gòu)成，另一個區(qū)段(3a、3b、3c)設置為至少部分插入各凸塊之間。
文檔編號F01D5/12GK1798905SQ200480015288
公開日2006年7月5日 申請日期2004年5月27日 優(yōu)先權(quán)日2003年6月18日
發(fā)明者托拜厄斯·布卡爾, 邁克爾·丹克特, 法思·阿馬德, 邁克爾·朔伊爾倫, 格諾特·蘭 申請人:西門子公司