專利名稱：制造渦輪機(jī)葉片的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種制造一空心型材式渦輪機(jī)葉片的方法。
背景技術(shù)：
燃?xì)廨啓C(jī)在許多領(lǐng)域中用于驅(qū)動發(fā)電機(jī)或工作機(jī)器。其中，燃料中所含能量被用來產(chǎn)生渦輪機(jī)軸的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動。為此，燃料在一燃燒室中燃燒，由一臺壓氣機(jī)壓縮的氣體被送入該燃燒室中。通過在燃燒室中燃燒燃料而生成的高溫高壓工作介質(zhì)穿過一個接在燃燒室后的渦輪機(jī)單元，并在那里膨脹做功。工作介質(zhì)通過將其動量轉(zhuǎn)移給渦輪機(jī)葉片，使渦輪機(jī)軸產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)運(yùn)動。為此，在渦輪機(jī)軸上設(shè)置一些成型的動葉片。它們與固定設(shè)置在渦輪機(jī)殼體上的靜葉片配合，以引導(dǎo)渦輪機(jī)單元中的流體介質(zhì)。為了適合于引導(dǎo)流體介質(zhì)，渦輪機(jī)葉片通常具有一個沿著葉片軸線延伸的成型葉片。
為了實(shí)現(xiàn)特別有利的效率，出于熱動力原因，在這種燃?xì)廨啓C(jī)中，從燃燒室中排出并進(jìn)入渦輪機(jī)單元中的工作介質(zhì)的排出溫度非常高，大約為1200℃至1300℃。在這種高溫下，燃?xì)廨啓C(jī)的部件，特別是渦輪機(jī)葉片承受比較高的熱負(fù)荷。為了在這種運(yùn)行條件下也能夠保證各部件具有較高的可靠性和較長的壽命，相關(guān)的構(gòu)件通常設(shè)計成可冷卻。
在現(xiàn)代燃?xì)廨啓C(jī)中，渦輪機(jī)葉片因此通常設(shè)計成所謂的空心翼型。為此，成型葉片在其內(nèi)部區(qū)域(也稱之為葉片核)具有空腔，其內(nèi)可以充入冷卻介質(zhì)。通過這樣構(gòu)成的冷卻介質(zhì)通道，各葉片的受熱區(qū)域，特別是受熱負(fù)荷區(qū)域可以受到冷卻介質(zhì)的冷卻。這樣就得到了一種特別有利的冷卻作用和特別高的運(yùn)行安全性，因?yàn)槔鋮s介質(zhì)管道在各葉片內(nèi)部占據(jù)了較大的空間區(qū)域，并且冷卻介質(zhì)被引導(dǎo)到距那些承受熱煙氣的表面盡可能近的地方。另一方面，為了在這種設(shè)計中保證葉片有足夠的機(jī)械穩(wěn)定性和承載能力，各渦輪機(jī)葉片中可以設(shè)置多個流動通道，即，在葉型內(nèi)部設(shè)置許多供冷卻介質(zhì)流過的、由較薄的壁彼此隔開的冷卻介質(zhì)通道。
這種渦輪機(jī)葉片通常通過鑄造制成。為此，將葉片材料澆鑄到一個輪廓與所希望的葉型相適應(yīng)的鑄模中。為了制成所謂葉片核或者冷卻介質(zhì)流動通道，在澆鑄時將所謂核心件置入鑄模中，在后面的鑄造過程中還要將這些核心件從葉片體中取出，從而形成冷卻介質(zhì)通道所需的空心腔。在制造帶有多個由分隔壁彼此隔開的冷卻介質(zhì)通道的渦輪機(jī)葉片時，在鑄模中設(shè)置形狀特定的適合的核心件。為了在鑄造過程中使這些核心件相互之間并且相對于鑄模保持正確的位置，通常用間隔保持件使這些核心件相互連接和/或與鑄模連接。這些間隔件在隨同核心件一起拆除后留下了不希望出現(xiàn)的附加空腔，這些空腔妨礙了原來規(guī)定的各核心區(qū)域相互間、特別是它們與渦輪機(jī)葉片外部區(qū)域之間在流動技術(shù)上的相互分開。為此，間隔件通常設(shè)計成尖銳形狀(spitzzulaufend)，以便可靠地排除不可接受的大孔的形成。間隔件的設(shè)計應(yīng)使在鑄造渦輪機(jī)葉片的過程中在各點(diǎn)上都盡可能得到一個連續(xù)的并且各間隔件不完全穿過的表面或者隔離壁。盡管如此，鑄造出的渦輪機(jī)葉片在間隔件的位置上通常還是有薄弱處，這些薄弱區(qū)域至少在某些成問題的區(qū)域內(nèi)會造成局部裂紋。因此，在這樣制造的渦輪機(jī)葉片中故障或廢品率比較高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種制造帶有空心輪廓的渦輪機(jī)葉片的方法，通過這種方法可以得到非常小的故障或廢品率。
這一技術(shù)問題按照本發(fā)明是這樣來解決的，即，第一核心件通過一些近似圓柱形的間隔件與另一個核心件和/或與鑄模連接，核心件在鑄模中留下的空腔由葉片材料澆鑄形成，在拆除渦輪機(jī)葉片中的核心件和間隔件之后，用填塞件將由間隔件形成的孔封閉。
本發(fā)明基于如下的考慮，即，在制造渦輪機(jī)葉片時可能出現(xiàn)故障的原因恰恰在于那些由連接核心件時所使用的尖銳形間隔件所造成的薄弱處。這些薄弱點(diǎn)一方面破壞某些問題點(diǎn)處的葉片材料的穩(wěn)定性，另一方面，在檢驗(yàn)材料時很難或者根本無法查出。所以，在材料中會留有未被發(fā)現(xiàn)的薄弱點(diǎn)，這些點(diǎn)在以后會由于形成裂紋而導(dǎo)致渦輪機(jī)葉片的完全報廢。
為了有效地解決這種問題，用圓柱狀的間隔件來代替錐形或尖銳的間隔件。這雖然在鑄造渦輪機(jī)葉片的材料中也留下了薄弱點(diǎn)，但很容易就會發(fā)現(xiàn)。在放棄使薄弱點(diǎn)在制造渦輪機(jī)葉片時特別小的原則的情況下規(guī)定，在容忍較大的薄弱點(diǎn)的情況下，使這些點(diǎn)容易被發(fā)現(xiàn)。接著，通過裝入填塞件有效地、并且不會對以后渦輪機(jī)葉片的工作造成影響地封閉住這些能可靠地被發(fā)現(xiàn)的薄弱點(diǎn)。
間隔件長度的選擇優(yōu)選能使其兩端超出成型的葉型輪廓，這樣，在鑄造渦輪機(jī)葉片時在各種情況下形成完全穿過各結(jié)構(gòu)的孔。
為了當(dāng)渦輪機(jī)葉片在較為不利的運(yùn)行條件下運(yùn)轉(zhuǎn)時，也能保證對由間隔件所留下的孔的密封，按照一有利的實(shí)施方式，在插入填塞件后將其鐓壓到相應(yīng)的孔中。通過這樣的鐓壓保證了各填塞件在其寬度上膨脹，從而使得它們與相應(yīng)的孔的邊緣密切地形狀吻合并力傳遞地連接。這樣就特別有效地封閉了孔。
為了進(jìn)一步保證填塞件留在相應(yīng)的孔中，在裝入后，將它們焊接在相應(yīng)的孔中。
可以采用一種適當(dāng)?shù)匿N狀件作為填塞件。然而比較有利的是，采用暗鉚釘(Blindnieten)或射釘銷(Einschlagpins)作為填塞件。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)主要在于，由于有意容忍在首先鑄造出的葉片體中出現(xiàn)較大的孔，所以，由間隔件引起的葉片體中的薄弱點(diǎn)可以很清楚地識別出來。因此，可以可靠地避免隱藏的薄弱點(diǎn)。通過接著裝入填塞件，保證了對各孔特別有效的封閉，所以，即使在不利的運(yùn)行條件下，渦輪機(jī)葉片也特別能夠承受負(fù)荷。此外，間隔件的尺寸可以設(shè)計得較大，因此，只需較少的間隔件就可在鑄造過程中可靠地定位核心件。由此，還整體上減少了出現(xiàn)的孔或薄弱點(diǎn)的數(shù)量，所以，在重新封閉這些孔時的費(fèi)用特別小。


下面結(jié)合附圖詳細(xì)地描述本發(fā)明的一個實(shí)施例，附圖中圖1是一個成型的渦輪機(jī)葉片的橫截面圖。
圖2示出一個核心件。
圖3示出分別具有不同結(jié)構(gòu)形狀的一些填塞件。
各附圖中相同的部件以相同的附圖標(biāo)記表示。
具體實(shí)施例方式
圖1中示出渦輪機(jī)葉片1的橫截面，其用于一臺圖中未詳細(xì)示出的燃?xì)廨啓C(jī)。渦輪機(jī)葉片1包括一個沿著葉片軸線延伸的也稱之為葉型的葉片翼型板2。從圖1中可以看出，葉片翼型板2是成型葉片或者說具有彎曲表面。這樣就保證了特別有利地引導(dǎo)流過燃?xì)廨啓C(jī)的工作介質(zhì)。
由于熱動力的原因，從燃燒室中流出的工作介質(zhì)的流出溫度比較高，例如為1200℃至1300℃。為了在這種運(yùn)行條件下仍然使燃?xì)廨啓C(jī)各部件具有很高的可靠性和長壽命，除其它一些部件外，渦輪機(jī)葉片也必須設(shè)計成可冷卻。為此，葉片2內(nèi)包括一些集成在一起的空腔4、6，這些空腔均用作冷卻介質(zhì)的流動通道?？涨?因具有一個較大的橫截面而作為冷卻介質(zhì)的主流動通路。然而，為了機(jī)械穩(wěn)定性，正是在橫截面較大的冷卻介質(zhì)通道處，渦輪機(jī)葉片1的結(jié)構(gòu)部件需要較大的壁厚。另一方面，努力使冷卻介質(zhì)的流動通道盡可能接近渦輪機(jī)葉片1的受到熱煙氣沖擊的表面。為了在機(jī)械穩(wěn)定性較高的情況下也能保證這一點(diǎn)，除了構(gòu)成冷卻介質(zhì)的主流動通道的第一空腔4外還設(shè)置第二空腔6，這些通道較緊密地設(shè)置在渦輪機(jī)葉片1的表面之下。這些第二通道6構(gòu)成冷卻介質(zhì)的旁通道，并與第一空腔4在流入側(cè)和流出側(cè)連通。
在制造渦輪機(jī)葉片1時采用一個鑄模，其具有一個與所需的渦輪機(jī)葉片1的外輪廓相適配的空腔。為了制造空腔4、6，在該鑄模的外輪廓中定位與所期望形成的空腔4和6相對應(yīng)的所謂核心件，隨后將葉片材料澆注到鑄模中，這樣，通過核心件的設(shè)置使得葉片材料不會占據(jù)所設(shè)置的空腔4和6。在葉片材料凝固后，將核心件拆除，從而在鑄造的渦輪機(jī)葉片1中保留出空腔4和6。
圖2中示出了一個用于制造一個第二空腔6的核心件10。該核心件10包括一個基板12，其形狀與各空腔6所需的輪廓相對應(yīng)。為了在鑄造過程中在空間上定位并固定核心件10，在基板12上另外設(shè)置一些間隔件14。
在此，各間隔件14基本上為圓柱狀，其長度使其完全穿透在其空間區(qū)域內(nèi)設(shè)置的葉型輪廓。在本實(shí)施例中，間隔件14的長度超過包圍各空腔6的材料壁的厚度。間隔件14的自由端錨固在鑄?；蛞粋€相鄰的核心件中，因此得到一種即使在鑄造過程中也基本上穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)。
在鑄造完畢，葉片材料凝固后，在所鑄成的葉片體上那些設(shè)置過間隔件14的各點(diǎn)上具有穿孔。這些穿孔很容易被識別出，且因此易于進(jìn)行繼續(xù)處理。為此，用適當(dāng)?shù)奶钊忾]在拆除核心件和間隔件后留在渦輪機(jī)葉片1中的由間隔件14造成的孔。圖3中示出了不同類型的一些填塞件。
圖3示出多種可供選擇的具有不同形狀的填塞件，它們均可以將間隔件14所留下的孔封閉?？梢詾楦骺自O(shè)置一個射釘銷20作為填塞件，該銷在其倒勾式的中間區(qū)域中包括一個錐形結(jié)構(gòu)的成型塊22。也可以采用一種單側(cè)鐓鍛的射釘銷24，該射釘銷特別適合于封閉這樣的孔，即該孔的一側(cè)還具有限制原來孔通道的伸出部分26。然而，對于一個完全穿透的孔，也可以采用一個完全穿透的銷28，該銷裝入孔內(nèi)后，從兩側(cè)對其進(jìn)行鐓鍛。正是通過這種鐓鍛，使銷28的中部形成增厚段，并由此形成非常好的密封作用。
也可以采用一個插入通孔中的銷30，在這種情況下，孔的端部區(qū)域帶有倒角。鐓鍛后銷30的端部區(qū)域變形，銷的材料也由此填入孔的倒斜角區(qū)內(nèi)。此外，還可以采用一種端部帶有一焊接帽34的銷32，由此可通過焊接來形成密封。
權(quán)利要求
1.一種制造空心型材式渦輪機(jī)葉片(1)的方法，其中，利用一些近似圓柱形的間隔件(14)將第一核心件(10)與另一核心件連接起來和/或與一鑄模連接起來，并且核心件(10)在鑄模中留下的空腔(4、6)由葉片材料澆鑄而成，在拆除核心件(10)和間隔件(14)后，用填塞件封閉在渦輪機(jī)葉片(1)中留下的、由間隔件(14)所造成的孔。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述填塞件在裝入各孔中后被鐓粗。
3.如權(quán)利要求1或2所述的方法，其中，所述填塞件在裝入各孔中后被焊接。
4.如權(quán)利要求1至3中任一項所述的方法，其中，采用暗鉚釘作為填塞件。
5.如權(quán)利要求1至3中任一項所述的方法，其中，采用射釘銷(24)作為填塞件。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種制造空心型材狀渦輪機(jī)葉片(1)的方法,為保持特別小的故障或廢品率,按照本發(fā)明,第一核心件(10)通過一些近似圓柱形的間隔件(14)與另一核心件(10)相聯(lián)結(jié)和/或與鑄模相連接,核心件(10)在鑄模中留下的空腔由葉片材料澆鑄而成,在拆除留在渦輪機(jī)葉片中的核心件(10)和間隔件(14)之后,用填塞件將間隔件(14)所形成的孔封閉。
文檔編號F01D5/18GK1378890SQ0210543
公開日2002年11月13日 申請日期2002年4月4日 優(yōu)先權(quán)日2001年4月4日
發(fā)明者溫弗里德·埃瑟, 邁克爾·亨德勒, 彼得·蒂曼 申請人:西門子公司