[发明专利]用于制造燃气轮机的涡轮动叶片的浇铸装置和涡轮动叶片

说明书

技术领域

本发明涉及一种根据权利要求1的前序部分所述的用于制造燃气轮机的涡轮动叶片的浇铸装置。此外，本发明涉及一种根据权利要求6的前序部分所述的涡轮动叶片。

背景技术

长期以来，从现有技术中已知用于制造燃气轮机的涡轮动叶片的浇铸装置，也称为铸造装置。如从US 5,465,780中已知，浇铸装置包括用于同时浇铸多个涡轮动叶片的多个成串设置的模壳。在此，每个模壳空心地构成，其中，空腔为待制造的涡轮动叶片的阴模。因为涡轮动叶片，特别是前置涡轮级的动叶片，通常必须被冷却，所以所述涡轮动叶片同样空心地构成。在工作时，冷却介质，大多数情况下为冷却空气，能够被引导穿过涡轮动叶片的空腔，因此涡轮动叶片具有非常长的使用寿命，并且不会由于流经所述涡轮动叶片的热气流过早遭受由于热而导致的损坏。在此，冷却空气的输送通过设置在叶根中的孔来实现，所述孔与动叶片的空腔流体连接。因此，用于制造这种类型的涡轮动叶片的模壳大多数情况下包括一个或多个铸芯，所述铸芯设置在浇铸装置的空腔中。铸芯在其被清除后在已浇铸的涡轮动叶片中留下空腔，在燃气轮机工作时冷却剂流过所述空腔。

此外已知的是，浇铸装置具有至少一个入口通道，大多数情况下称为浇道，通过所述入口通道，能够在浇铸动叶片时将铸造材料输入模壳的空腔中。因此，入口通道的入口孔通入限定模壳的空腔的表面中。

在涡轮动叶片中证实，在工作时，冷却通道的设置在叶根中的部段的壁导致裂纹产生和裂纹扩展。所述裂纹能够影响并可能缩短涡轮动叶片的使用寿命。

发明内容

因此，本发明的目的是，提供一种具有提高了的使用寿命的涡轮动叶片，并且提供一种用于制造这样的涡轮动叶片的浇铸装置。

针对浇铸装置的目的借助根据权利要求1的特征构成的浇铸装置得以实现。关于涡轮动叶片的目的借助根据权利要求5构成的涡轮动叶片得以实现。

本发明基于如下认识，在熔体凝固期间在涡轮动叶片的叶根侧的区域中的冷却通道的壁中的裂纹产生与制造有关。在现有技术中，涡轮动叶片被符合标准地直立浇铸，其中，空腔在模壳中构成为，使得在底部成型涡轮动叶片的叶身的阴模，并且在其上成型平台和叶根。在此，术语“顶部”和“底部”针对水平平面而言。用于熔融的铸造材料的入口通常情况下同样位于顶部，因为被证实为有利的是，涡轮动叶片以顶铸法制成，在所述涡轮动叶片中，铸造材料的最后凝固的位置在顶部，并且因此在质量更大的叶根处。在从现有技术中已知的浇铸装置中，入口通道横向于涡轮动叶片的纵轴线延伸，并且因此与水平平面接近平行地延伸，以便提供一种较低高度的浇铸装置。通过熔融的铸造材料的所述横向输入，所述铸造材料在从入口孔流出后流入模壳的空腔中，并且随后落到模壳的基底上，在那里成型叶身尖端的凹部。通过继续输送熔融的铸造材料，用于涡轮动叶片的叶身、平台和叶根的空腔完全由液态的、热的铸造材料填满。因为，叶根在大多数情况下对称地构成为锤形或圣诞树形，并且冷却通道在大多数情况下定位在叶根中的中央，所以在传统的浇铸装置中，总是出现下述情况，即，流入模壳的空腔中的液态的铸造材料横向地撞击在定位在入口孔的上游的铸芯上。详细地说，熔融的铸造材料撞击处于中央的铸芯的根部区域。这导致了，铸芯在热的铸造材料的冲击点上比在其它区域中更多地被加热。铸芯的这个更热的区域也称为热点(Hot Spots)。相反，铸芯的其它区域不如此过度地被加热。在铸造材料冷却和在此出现凝固期间，与铸芯的较冷的区域相比，在铸造材料的邻接铸芯的局部较热的区域的那些区域中出现铸造材料的延迟凝固。由于铸造材料在相应的区域中的延迟凝固，在凝固的材料的组织结构中出现扰动，所述扰动促使在工作时的裂纹产生和裂纹扩展。现在，基于该认识，本发明提出，在浇铸涡轮动叶片时，热的液态的铸造材料必须进入模壳的空腔中，使得所述铸造材料不直接撞击在铸芯上。现在，根据本发明，铸造材料应自由地且不受干扰地流入空腔中，并且撞击在模壳底部上，所述模壳底部成型为叶片尖端。因为入口在大多数情况下在端侧设置叶根的区域的中央，所以为此必要的是，铸芯相对于叶根的纵轴线离开中心地设置。这导致了一种浇铸装置，在所述浇铸装置中，空腔的部分，——入口通道的假想的延长部伸入所述这个部分中——，至少在入口孔侧不具有铸芯。