專利名稱：透平葉片、特別是蒸汽透平的工作葉片及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種透平葉片，特別是蒸汽透平的工作葉片以及用于制造透平葉片的方法。
背景技術(shù)：
公知的透平葉片通?？招幕?qū)嵭挠山饘俨牧侠缦皲撝圃觳⒗缬糜谡羝钙?。在蒸汽透平中，由透平輸送的蒸汽的熱能被轉(zhuǎn)換成機(jī)械功。蒸汽透平為此包括至少一個(gè)高壓側(cè)的蒸汽入口和至少一個(gè)低壓側(cè)的蒸汽出口。穿過透平延伸的軸，所稱的透平轉(zhuǎn)子利用透平葉片驅(qū)動(dòng)。通過轉(zhuǎn)子與發(fā)電機(jī)連接，蒸汽透平例如可以產(chǎn)生電能。為驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)子，典型地具有工作葉片和導(dǎo)向葉片，其中，工作葉片固定在轉(zhuǎn)子上并隨同其旋轉(zhuǎn)，而導(dǎo)向葉片相反大多固定設(shè)置在透平外殼上(備選地設(shè)置在導(dǎo)向葉片承載件上)。導(dǎo)向葉片負(fù)責(zé)將蒸汽有利流動(dòng)導(dǎo)過透平，以取得盡可能高效的能量轉(zhuǎn)換。在這種轉(zhuǎn)換中，蒸汽入口與蒸汽出口之間的走向中蒸汽的焓降低。在此，無論是蒸汽的溫度還是壓力均有所下降。出于效率原因，追求所輸送的與從蒸汽透平所稱的末級(jí)所要排出的蒸汽之間盡可能高的焓效率。在此方面，具有優(yōu)點(diǎn)的是所要排出的蒸汽相當(dāng)?shù)偷膲毫?。由于透平的低壓部分?nèi)達(dá)到飽和蒸汽狀態(tài)，蒸汽中凝結(jié)的水分沉積并在透平內(nèi)構(gòu)成水滴。旋轉(zhuǎn)的工作葉片以高能量撞擊由蒸汽流攜帶的水滴，從而它們受到相應(yīng)的磨損。因?yàn)橥ㄟ^這種效應(yīng)(“液滴撞擊侵蝕”)本身硬化鋼受到剝蝕，所以實(shí)踐中為加工盡可能耐用的工作葉片或?yàn)閺哪┘?jí)中定期更換受到侵蝕的工作葉片產(chǎn)生很高的開支。此外，蒸汽透平的末級(jí)大多是在最大通流面積或轉(zhuǎn)子的最大轉(zhuǎn)速相關(guān)方面受到限制的標(biāo)準(zhǔn)組件，因?yàn)樘貏e是在該區(qū)域內(nèi)離心力導(dǎo)致工作葉片材料內(nèi)的高拉應(yīng)力。就此而言， 特別是在該區(qū)域內(nèi)期望使用具有相應(yīng)更低質(zhì)量輕型結(jié)構(gòu)(例如輕金屬)的透平葉片。但實(shí)踐中這種方案從一開始就由于相應(yīng)的輕型材料由于液滴撞擊侵蝕更快磨損而失敗。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的因此在于，使透平葉片在降低重量的同時(shí)可以達(dá)到比較高的耐磨強(qiáng)度。該目的依據(jù)本發(fā)明通過按權(quán)利要求1所述的透平葉片或按權(quán)利要求15所述用于制造透平葉片的方法得以實(shí)現(xiàn)。從屬權(quán)利要求涉及本發(fā)明具有優(yōu)點(diǎn)的進(jìn)一步構(gòu)成。依據(jù)本發(fā)明的透平葉片的特征在于，透平葉片的至少一個(gè)區(qū)段通過具有基體和在所述基體中埋入的纖維的纖維復(fù)合材料構(gòu)成，并且所述基體具有在其中和/或其上分布地布置的納米顆粒。通過透平葉片至少部分由纖維復(fù)合材料構(gòu)成，具有優(yōu)點(diǎn)地降低了重量。在此以簡(jiǎn)單方式進(jìn)入纖維復(fù)合材料基體內(nèi)或積聚在基體上的納米顆?？梢匀〉靡幌盗械膬?yōu)點(diǎn)。例如納米顆粒進(jìn)入基體內(nèi)可以提高纖維與基體之間的附著性。備選或附加地，積聚在基體上的納米顆?？梢蕴岣吲c透平葉片相鄰段的附著性，和/或如果積聚的納米顆粒構(gòu)成透平葉片外表面的話，可以顯著提高耐侵蝕性。透平葉片的僅一個(gè)或多個(gè)表面段可以通過纖維復(fù)合材料構(gòu)成，特別是在透平葉片工作時(shí)承受特別高的侵蝕負(fù)荷和/或由于其與轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)軸相當(dāng)大的距離而相當(dāng)強(qiáng)地產(chǎn)生離心力產(chǎn)生的部位上。在這種背景下，優(yōu)選至少一個(gè)徑向最外面的和/或沿圓周速度方向定向的表面段通過纖維復(fù)合材料構(gòu)成。其余的表面段和/或芯部區(qū)域(也在表面的纖維復(fù)合區(qū)下面)為此可以由其他材料(例如其他纖維復(fù)合材料或輕金屬)構(gòu)成。在另一種實(shí)施方式中，基本上透平葉片的整個(gè)表面通過纖維復(fù)合材料構(gòu)成。例如工作時(shí)由于葉片根部固定在透平轉(zhuǎn)子上而被覆蓋并因此不直接處于蒸汽流動(dòng)內(nèi)的透平葉片根部區(qū)域內(nèi)的表面段可以除外。在一種實(shí)施方式中，纖維復(fù)合材料是透平葉片的芯部上的外側(cè)的纖維復(fù)合層。芯部在此例如由與纖維復(fù)合材料不同的其他纖維復(fù)合材料制成。這一點(diǎn)既可以適用于僅部分，也可以適用于基本上全部通過所述纖維復(fù)合材料構(gòu)成的葉片表面。作為芯部材料優(yōu)選依據(jù)目的在其機(jī)械特性方面選取或優(yōu)化的纖維復(fù)合材料。與此相關(guān)例如徑向上縱向延伸的纖維復(fù)合芯具有優(yōu)點(diǎn)，其纖維具有徑向上的優(yōu)先定向，特別是例如作為貫通芯部基本上全部徑向尺寸的纖維構(gòu)成。上面已經(jīng)提到的、形成必要時(shí)設(shè)置的透平葉片芯部的“其他纖維材料”，可與(第一次提到的)纖維復(fù)合材料例如在基體(樹脂系統(tǒng))方面和/或在纖維類型方面有所不同。 在一種特殊的實(shí)施方式中，設(shè)置例如CFK (碳纖維加強(qiáng)的塑料)制成的芯部，具有GFK (玻璃纖維加強(qiáng)的塑料)制成的(第一次提到的)“纖維材料”的表面層。在該舉例中，兩種基體材料不同或相同(例如二者作為環(huán)氧樹脂構(gòu)成)。作為對(duì)兩種材料(芯部材料與構(gòu)成透平葉片表面區(qū)域的材料)之間纖維類型中區(qū)別的備選或附加，纖維長(zhǎng)度(或纖維長(zhǎng)度分布)和/或纖維定向(或纖維定向分布)也可以不同。如果具有納米顆粒的纖維復(fù)合材料作為透平葉片的由“其他纖維復(fù)合材料”構(gòu)成的芯部上的外側(cè)的纖維復(fù)合層，并在此具有作為基體材料的同一人造樹脂系統(tǒng)，那么透平葉片的制造具有優(yōu)點(diǎn)地采用滲透步驟進(jìn)行，其中例如在模具內(nèi)滲透在模具內(nèi)加入的纖維材料。透平葉片的至少一個(gè)表面區(qū)域內(nèi)所要提供的納米顆粒例如可以在滲透步驟之前混入到為此所使用的液態(tài)或粘稠的樹脂系統(tǒng)中。為取得基體的體積內(nèi)納米顆粒不均勻的濃度，考慮納米顆粒在滲透步驟期間以可變的濃度添加到流入模具內(nèi)的樹脂系統(tǒng)?？梢允雇钙饺~片的纖維復(fù)合芯和表面的纖維復(fù)合層更加通用并彼此獨(dú)立構(gòu)成的另一種制造方法在于，在第一步驟中基本上制成葉片芯(例如由僅部分硬透的“其他纖維復(fù)合材料”制成)，并在第二步驟中透平葉片的至少一部分或基本上全部表面通過(第一次提到的)纖維復(fù)合材料構(gòu)成。第一步驟中制成(例如CFK)的葉片芯在此例如可以利用表面積聚的其他纖維材料在第二步驟中滲透，以便透平葉片的相關(guān)表面作為(例如GFK制成的)涂層構(gòu)成。為取得這種涂層內(nèi)納米顆粒不均勻的濃度，可以在滲透步驟期間再次變化地添加納米顆粒。備選或附加地，可以設(shè)想各要滲透的纖維材料在其滲透之前就加入納米顆粒。在前面提到的所有制造方法中，也可以考慮纖維材料事先添加到液態(tài)或粘稠的樹脂系統(tǒng)中。這一點(diǎn)例如特別是對(duì)透平葉片的表面層具有重要意義，以便在該部位上加入相當(dāng)短的纖維和/或無序的纖維。如果透平葉片除了依據(jù)本發(fā)明具有納米顆粒的纖維復(fù)合材料外，還具有其他芯部材料(優(yōu)選“其他纖維材料”，但也可以設(shè)想例如金屬)，那么該芯部可以空心或?qū)嵭臉?gòu)成。為選取或構(gòu)成所述形成葉片表面的至少一個(gè)區(qū)段的纖維復(fù)合材料，存在多種可能性。在一種優(yōu)選的實(shí)施方式中，例如埋入其中的纖維明顯短于在該表面段的兩個(gè)點(diǎn)之間沿相關(guān)表面段測(cè)得的最大距離。換句話說，在所述相關(guān)表面段上觀察沒有普遍貫通的纖維。特別是對(duì)于葉片長(zhǎng)度Im或更長(zhǎng)的透平葉片來說例如具有優(yōu)點(diǎn)的是，纖維分別具有1-lOcm，特別是l-5cm范圍內(nèi)的長(zhǎng)度。在一種實(shí)施方式中，單個(gè)纖維的長(zhǎng)度在相當(dāng)窄的范圍內(nèi)圍繞纖維長(zhǎng)度的平均值變化。其中例如包括這種情況，即纖維長(zhǎng)度分布的上四分位數(shù)最高是纖維長(zhǎng)度分布的下四分位數(shù)的1.5倍。但在這里需要指出的是，在本發(fā)明的框架內(nèi)不一定非得為該相關(guān)的表面區(qū)域統(tǒng)一規(guī)定纖維長(zhǎng)度分布。確切地說，也可以具有局部變化的纖維長(zhǎng)度分布，特別是局部變化的平均纖維長(zhǎng)度。纖維長(zhǎng)度明顯小于葉片長(zhǎng)度(例如小至少10倍)的優(yōu)點(diǎn)首先在于，與貫通的纖維布置相比，可以取得纖維復(fù)合物更佳的延展性和均勻性。例如出于相同的原因，優(yōu)選纖維無序地埋入基體內(nèi)，也就是存在全部(至少在表面平面中延伸的)纖維定向的主要部分。這一點(diǎn)不應(yīng)排除在這種無序的纖維定向中統(tǒng)計(jì)上觀察到(特別是例如在徑向上)存在優(yōu)先方向。在此，優(yōu)先方向的程度和/或定向局部地在該相關(guān)的表面段上變化。在考慮到纖維復(fù)合材料的延展性和均勻性的情況下，相比其作為織物、編織物或類似織物的埋入，優(yōu)選纖維以松散形式或以無紡布的形式進(jìn)行埋入。事實(shí)證明特別具有優(yōu)點(diǎn)的是，纖維復(fù)合材料內(nèi)纖維的比例處于20-70%體積百分比，特別是30-60%體積百分比的范圍內(nèi)。至于纖維的選擇，原則上可以考慮從纖維復(fù)合技術(shù)領(lǐng)域公知和使用的所有纖維 (例如碳纖維、合成塑料纖維、天然纖維等)。在一種優(yōu)選的實(shí)施方式中，例如將玻璃纖維埋入基體內(nèi)。對(duì)于選取基體材料來說，原則上也可以考慮從纖維復(fù)合技術(shù)領(lǐng)域公知的材料。纖維復(fù)合材料的基體例如由環(huán)氧樹脂、聚酰亞胺、氰酸酯或酚醛樹脂組成。對(duì)于工作葉片在蒸汽透平低壓范圍這里特別重要的使用情況來說，例如熱固性的基體如具有里面埋入玻璃纖維的環(huán)氧樹脂具有特別重要的意義。概念“納米顆?！碧貏e是指典型尺寸在IO-IOOnm范圍內(nèi)的微粒。事實(shí)證明，例如在基體內(nèi)合成制造的顆?？梢愿纳评w維的附著性并提高透平葉片表面上透平葉片的耐侵蝕性。在一種優(yōu)選的實(shí)施方式中，納米顆?；旧暇鶆蚍植嫉夭贾迷诶w維復(fù)合材料的基體內(nèi)。為達(dá)到這一點(diǎn)，納米顆?？梢匀缟纤鎏砑拥缴形从不幕w材料內(nèi)并與其混合。在該步驟中，也可以添加所要埋入的纖維，只要這些纖維沒有例如作為纖維半成品(例如織物、編織物、無紡布等)單獨(dú)設(shè)置在透平葉片的芯部材料上。
在一種優(yōu)選的實(shí)施方式中，基體中的納米顆粒的比例小于30%重量百分比，特別是處于5-20%重量百分比的范圍內(nèi)。在一種優(yōu)選的實(shí)施方式中，納米顆粒積聚在表現(xiàn)為制成的透平葉片表面的基體表面上，其中，在此進(jìn)一步優(yōu)選這些納米顆?；旧暇鶆蚍植嫉夭贾迷谠摫砻嫔稀Ｔ谝环N實(shí)施方式中，基體表面上納米顆粒的比例大于70%重量百分比，特別是處于90-100%重量百分比的范圍內(nèi)。在考慮到納米顆粒的濃度在表面上優(yōu)選較大并在基體的體積內(nèi)優(yōu)選較小的情況下，依據(jù)一種更特殊的實(shí)施方式，至少在構(gòu)成葉片表面區(qū)的基體材料的最外層區(qū)域內(nèi)設(shè)置納米顆粒濃度的梯度(顆粒濃度向葉片內(nèi)部下降)。在一種實(shí)施方式中，納米顆粒的材料從氧化鋁、碳化硅、氧化硅、氧化鋯和氧化鈦組成的集合(包括它們的組合)中選擇。特別是可以使用具有基本上球狀形狀和/或具有 10-50nm范圍內(nèi)典型尺寸的這種材料中的納米顆粒。透平葉片通過纖維復(fù)合材料構(gòu)成的表面段的結(jié)構(gòu)局部可變，并因此例如可以匹配預(yù)料的侵蝕負(fù)荷和機(jī)械負(fù)荷。這種可變性例如可以涉及纖維的比例、類型、長(zhǎng)度和布置(定向或定向分布)，但也可以涉及基體中的納米顆粒的比例。依據(jù)本發(fā)明的構(gòu)成也可以具有優(yōu)點(diǎn)地與本身公知的其他防侵蝕措施相組合，例如像單獨(dú)構(gòu)成的(例如金屬的)葉片前棱邊。


下面借助附圖所示的實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說明。其中圖1示出傳統(tǒng)蒸汽透平的示意圖；圖2示出依據(jù)第一實(shí)施例透平葉片的側(cè)視圖；圖3示出依據(jù)第二實(shí)施例透平葉片的側(cè)視圖；圖4示出依據(jù)第三實(shí)施例透平葉片的側(cè)視圖；以及
圖5示出一種變化的實(shí)施例中圖4的細(xì)節(jié)。
具體實(shí)施例方式圖1示出蒸汽透平1，包括用于(例如通過可控閥)輸送新鮮蒸汽的高壓側(cè)的蒸汽輸入管道2和低壓側(cè)的蒸汽排出管道3，該蒸汽排出管道例如通向(未示出的)蒸汽回路的冷凝器，在加熱冷凝物后從該蒸汽回路重新產(chǎn)生新鮮蒸汽(“冷凝蒸汽式透平機(jī)”)。在蒸汽透平1正常運(yùn)行時(shí)，新鮮蒸汽例如以約102bar的壓力和約500°C的溫度通過透平1輸入端上的輸入管道2輸入。在透平1的走向中蒸汽膨脹，從而無論是其壓力，還是其溫度均降低。在透平1的輸出端上，蒸汽通過輸出管道3例如以約KTbar和約40°C 重新排出(例如0. 05bar和33°C )。所輸送的蒸汽的熱能首先轉(zhuǎn)換成機(jī)械旋轉(zhuǎn)功。軸向上穿過透平1延伸的透平轉(zhuǎn)子 4通過固定在其上面的工作葉片5驅(qū)動(dòng)并再通過必要時(shí)設(shè)置的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)6驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)7。與所示實(shí)施例不同的是，透平1備選或附加地可以驅(qū)動(dòng)例如泵、壓縮機(jī)或其他單元，正如實(shí)現(xiàn)大型化工過程經(jīng)常所需的那樣。在透平1的內(nèi)部，軸向上觀察工作葉片5與導(dǎo)向葉片8交替，后者負(fù)責(zé)將蒸汽有利地流動(dòng)導(dǎo)過透平1。導(dǎo)向葉片8固定在透平外殼的內(nèi)側(cè)面上并徑向向內(nèi)從其伸出。
6
正如從圖1所看到的那樣，透平1在所示的舉例中包括總計(jì)6個(gè)葉片環(huán)對(duì)8、5。在考慮到能量轉(zhuǎn)換時(shí)盡可能高的效率情況下，具有優(yōu)點(diǎn)的是，低壓側(cè)(在最后的葉片環(huán)對(duì)8、5之后)通過輸出管道3排出的蒸汽盡可能低的最終壓力。隨著蒸汽進(jìn)入飽和蒸汽區(qū)減壓，實(shí)踐中伴隨而來的是液滴撞擊侵蝕的嚴(yán)重問題， 其導(dǎo)致透平低壓部分內(nèi)工作葉片的高度磨損。在所示的舉例中，也就是涉及到圖1靠右設(shè)置的透平1的工作葉片5，其屬于第二膨脹段或低壓級(jí)組1-2，相反處于圖1左側(cè)的葉片則屬于第一膨脹段或高壓級(jí)組1-1。對(duì)于在透平走向中最后的葉片對(duì)8、5(末級(jí))的工作葉片，除了液滴撞擊侵蝕外還有高離心力負(fù)荷，其例如導(dǎo)致工作葉片5的材料內(nèi)徑向上的高拉應(yīng)力。下面參照?qǐng)D2-4對(duì)工作葉片的幾個(gè)實(shí)施例進(jìn)行說明，它們具有優(yōu)點(diǎn)地在質(zhì)量相當(dāng)?shù)偷耐瑫r(shí)具有相當(dāng)高的耐侵蝕性。后面介紹類型的透平葉片特別是可以在圖1所示類型的安裝環(huán)境下，例如作為蒸汽透平1的低壓區(qū)1-2或末級(jí)內(nèi)的工作葉片5使用。圖2示出透平工作葉片10，具有用于固定在透平轉(zhuǎn)子上的葉片根部12和用于將蒸汽的熱能轉(zhuǎn)換成透平轉(zhuǎn)子機(jī)械旋轉(zhuǎn)功的葉片體14。葉片10的特殊之處在于，其基本上整個(gè)表面通過具有基體和在所述基體中埋入的纖維的纖維復(fù)合材料16構(gòu)成，并且所述基體至少在靠近葉片表面的體積區(qū)域內(nèi)含有在其中分布地布置的納米顆粒。備選或附加地，納米顆?？梢灾苯臃e聚在葉片表面(外基體表面)上。纖維復(fù)合材料16例如是玻璃纖維-環(huán)氧樹脂復(fù)合物，其中，材料16內(nèi)的纖維部分約為50%體積百分比以及其中納米顆粒例如為基本上球狀的碳化硅顆粒，典型(例如平均)直徑約為10-30nm，其在基體體積內(nèi)的比例約為10-20%重量百分比并向葉片表面增大 (例如超過70%重量百分比)。在制造葉片10時(shí)，首先由“其他纖維復(fù)合材料”(與材料16不同)，備選地由金屬材料例如像鋼或鈦構(gòu)成葉片根部12連同與其整體連接的空心或?qū)嵭牡娜~片芯部18。隨后纖維復(fù)合葉片芯部18的整個(gè)表面加裝纖維復(fù)合材料16的層，也就是利用這種材料涂層。為此存在的可能性在于，將尚未硬化的基體材料(例如環(huán)氧樹脂)與玻璃纖維或玻璃纖維段、納米顆粒和硬化劑(用于形成反應(yīng)樹脂系統(tǒng))混合并涂覆在葉片芯部18上。 為實(shí)現(xiàn)納米顆粒濃度向葉片表面所提到的增大，例如可以附加將納米顆粒以增加的量摻雜到用于滲透的人造樹脂流內(nèi)，和/或在滲透結(jié)束后將這種附加的納米顆粒直接積聚在基體表面上和/或積聚到表面的基體體積內(nèi)。，如果所述積聚在尚未硬透(或無論如何沒有完全硬透的)基體上進(jìn)行，后者相當(dāng)簡(jiǎn)單實(shí)現(xiàn)并產(chǎn)生良好結(jié)果。另一種可能性在于，首先將半成品形式的玻璃纖維(例如玻璃纖維布等)覆蓋到葉片的芯部18的表面上并將樹脂系統(tǒng)連同納米顆粒在另一步驟(滲透)中涂覆。用于構(gòu)成纖維復(fù)合材料的這種方法從現(xiàn)有技術(shù)中廣泛公開并因此在這里無須贅述。例如為滲透和后面(例如熱)硬透基體材料可以使用可加熱的模具。在用于制造透平葉片10的上述變型方案中，納米顆粒也可以在相關(guān)的纖維材料利用液態(tài)或粘稠的基體材料滲透之前就積聚在相關(guān)的纖維材料上。這作為對(duì)納米顆粒集成的備選或附加在滲透期間和/或之后。由于由此產(chǎn)生葉片10的纖維復(fù)合物比例，與由金屬制造的葉片相比具有優(yōu)點(diǎn)地降低了重量。纖維復(fù)合材料16的表面層此外特別是在納米顆粒在基體內(nèi)和/或基體表面上基本均勻分布的情況下，使機(jī)械特性得到明顯改善并提高了耐侵蝕性，并因此在冷凝蒸汽式透平機(jī)低壓范圍內(nèi)使用的情況下消除液滴撞擊侵蝕的問題。在其他實(shí)施例的后面說明中，為相同作用的部件使用相同的附圖符號(hào)，分別通過小寫字母補(bǔ)充與所述實(shí)施方式的區(qū)別。在此方面，基本上僅涉及與已經(jīng)介紹的實(shí)施例的不同之處，此外對(duì)此的表述參閱前面實(shí)施例的說明。圖3示出依據(jù)另一實(shí)施例的葉片10a。與依據(jù)圖2的葉片10的區(qū)別在于，該葉片 IOa中僅葉片表面徑向最外面的區(qū)段通過已經(jīng)介紹類型的纖維復(fù)合材料16a構(gòu)成。纖維復(fù)合材料16a在所示的例子中一定程度上形成葉片10的徑向外側(cè)的殼罩。在該區(qū)域內(nèi)，質(zhì)量降低特別有效減少透平運(yùn)行中的離心力負(fù)荷(與旋轉(zhuǎn)軸較大的距離)。此外，該區(qū)域運(yùn)行中承受相當(dāng)大的水流撞擊負(fù)荷(較大的圓周速度)。作為由纖維復(fù)合材料16a構(gòu)造在葉片表面的相關(guān)區(qū)域上的備選，可以考慮葉片表面的多個(gè)單獨(dú)的區(qū)域以這種方式進(jìn)行改變。圖4示出例如上面已經(jīng)介紹類型的透平葉片IOb并在該圖的右半部分以放大示意圖示出本發(fā)明框架內(nèi)纖維在相關(guān)表面段16b內(nèi)的優(yōu)選無序布置。在圖4右半部分的視圖中，此外示出在該舉例中單個(gè)纖維的相當(dāng)緊密地環(huán)繞平均纖維長(zhǎng)度變化的長(zhǎng)度。表面平面內(nèi)部的纖維定向在此是“完全無序的”或隨機(jī)的。圖5以與圖4右半部分相應(yīng)的視圖示出同樣無序的纖維定向，但其具有優(yōu)先方向 (圖中垂直)。上述透平葉片和/或如上所述制造的透平葉片優(yōu)選用作蒸汽透平的低壓范圍的工作葉片，特別是末級(jí)的工作葉片。
權(quán)利要求
1.透平葉片，特別是蒸汽透平的工作葉片，其特征在于，透平葉片(10)的至少一個(gè)區(qū)段通過具有基體和在所述基體中埋入的纖維的纖維復(fù)合材料(16)構(gòu)成，并且所述基體具有在其中和/或其上分布地布置的納米顆粒。
2.按權(quán)利要求1所述的透平葉片，其中，纖維材料(16)構(gòu)成透平葉片(10)的表面的至少一個(gè)區(qū)段。
3.按權(quán)利要求1或2所述的透平葉片，其中，基本上透平葉片(10)的整個(gè)表面通過所述纖維復(fù)合材料(16)構(gòu)成。
4.按前述權(quán)利要求之一所述的透平葉片，其中，所述纖維復(fù)合材料(16)是透平葉片 (10)的芯部(18)上的外側(cè)的纖維復(fù)合層。
5.按權(quán)利要求4所述的透平葉片，其中，所述芯部(18)由與所述纖維復(fù)合材料(16)不同的其他纖維復(fù)合材料組成。
6.按前述權(quán)利要求之一所述的透平葉片，其中，所述纖維復(fù)合材料(16)的纖維分別具有1-lOcm，特別是l-5cm范圍內(nèi)的長(zhǎng)度。
7.按前述權(quán)利要求之一所述的透平葉片，其中，所述纖維復(fù)合材料(16)的纖維無序地埋入基體內(nèi)。
8.按前述權(quán)利要求之一所述的透平葉片，其中，所述纖維復(fù)合材料(16)內(nèi)纖維的比例處于20-70%體積百分比，特別是30-60%體積百分比的范圍內(nèi)。
9.按前述權(quán)利要求之一所述的透平葉片，其中，在所述纖維復(fù)合材料(16)的基體內(nèi)埋入玻璃纖維。
10.按前述權(quán)利要求之一所述的透平葉片，其中，納米顆?；旧暇鶆蚍植嫉夭贾迷谒隼w維復(fù)合材料(16)的基體內(nèi)，和/或基本上均勻分布地布置在所述纖維復(fù)合材料(16) 基體的表面上。
11.按前述權(quán)利要求之一所述的透平葉片，其中，在所述纖維復(fù)合材料(16)的基體中納米顆粒的比例小于30%重量百分比，特別是處于5-20%重量百分比的范圍內(nèi)。
12.按前述權(quán)利要求之一所述的透平葉片，其中，在基體的表面上納米顆粒的比例大于 70%重量百分比，特別是處于90-100%重量百分比的范圍內(nèi)。
13.按前述權(quán)利要求之一所述的透平葉片，其中，納米顆粒的材料從氧化鋁、碳化硅、氧化硅、氧化鋯和氧化鈦組成的集合中選擇。
14.蒸汽透平，具有至少一個(gè)按前述權(quán)利要求之一所述的透平葉片(10)。
15.用于制造透平葉片(10)、特別是蒸汽透平的工作葉片的方法，其特征在于，在此透平葉片(10)的至少一個(gè)區(qū)段通過具有基體和在所述基體中埋入的纖維的所述纖維復(fù)合材料(16)構(gòu)成，其中，所述基體具有在其中和/或其上分布地布置的納米顆粒。
16.按權(quán)利要求1-13之一所述的透平葉片(10)和/或按權(quán)利要求15所述的工作葉片的制造方法在蒸汽透平(1)的末級(jí)(1-2)中的應(yīng)用。
全文摘要
為使透平葉片(10)在降低重量的同時(shí)(例如對(duì)液滴撞擊侵蝕)可以達(dá)到比較高的耐磨強(qiáng)度，依據(jù)本發(fā)明，透平葉片(10)的至少一個(gè)區(qū)段通過具有基體和在所述基體中埋入的纖維的纖維復(fù)合材料(16)構(gòu)成，其中，基體具有在其中和/或其上分布地布置的納米顆粒。透平葉片(10)例如可以作為在冷凝蒸汽式透平(1)的末級(jí)(1-2)內(nèi)的工作葉片(5)使用。
文檔編號(hào)F01D5/28GK102264999SQ201080003765
公開日2011年11月30日 申請(qǐng)日期2010年1月20日 優(yōu)先權(quán)日2009年1月28日
發(fā)明者A·伯恩特, A·朗坎普, C·埃伯特, H·卡皮察, H·蔡寧格, M·曼泰, R·菲塞爾, T·比尼施 申請(qǐng)人:西門子公司