[发明专利]用于制造导向叶片的方法以及导向叶片

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于制造具有叶身和叶根的涡轮机叶片的方法。本发明还涉及这种涡轮机叶片。

背景技术

涡轮机是将流动的流体(液体或气体)的内能(焓)转换成旋转能并且最终转换成机械的驱动能的流体机械。通过尽可能无涡流地层状地环流涡轮机叶片，从流体流中抽取其内能的一部分，这部分转移到涡轮机的转子叶片上。随后，经由所述内能将涡轮机轴置于转动，将可用的功率输出到耦联的做功机械上，例如输出到发电机上。转子叶片和轴是涡轮机的可运动的转子或旋转体的一部分，所述转子或旋转体设置在壳体之内。

通常，多个叶片安装在轴上。在一个平面中安装的转子叶片分别形成叶轮或转动轮。叶片轻微弯曲地成型，类似于机翼。在每个转动轮上游通常存在导向轮。所述导向轮从壳体伸入到流动的介质中并且将所述介质置于涡旋。在导向轮中产生的涡旋(动能)在随后的转动轮中用于将其上安装有转动轮叶片的轴置于旋转。

导向轮和转动轮共同表示成级。通常，依次接入多个这种级。因为导向轮静止，所以其导向叶片能够固定在壳体内部和壳体外部上，从而为转动轮的轴提供支承件。

涡轮机的导向叶片和转子叶片除了具有以空气动力学的方式作用的本来的叶身之外通常具有叶根，所述叶根也称作为平台，所述叶根相对于叶身扩宽并且具有固定设备以用于将相应的叶片例如固定在转子上或固定在壳体上。叶根和叶身通常在制造过程中一件式地共同浇铸并且随后被金属涂覆。

为了冷却涡轮机的、尤其是燃气轮机的加载热气的构件，此外使用薄膜冷却。这也适用于涡轮机叶片。在此，通过柱形的或扩散器类型的冷却空气开口，冷却介质——典型为空气——被引导到要冷却的表面上，以便形成进行保护的冷却薄膜。通过冷却空气开口相对于表面根据局部的流动关系沿着流线倾斜，得到最优的冷却效率。

在制造过程中，冷却空气孔通常通过激光或腐蚀法引入。在涡轮机导向叶片中，在叶身到平台的过渡的区域中，由于在那里出现的凹状的棱边，激光或腐蚀工具的接近在很大程度上受到限制。在叶身的压力侧和平台之间具有小于90°的角度的三维成形的叶身以及通过二次流动效应影响的流线使引入最优定向的冷却空气孔变得不可能。

因为引入最优定向的孔在冷却效率最大的情况下迄今是不可能的，变差的冷却效果必须通过增多数量的并非最优的孔来补偿。由此，冷却空气消耗增多并且叶片组的空气动力学的效率减小。这二者都引起涡轮机效率变差。

发明内容

因此，本发明的目的是，阐明一种用于制造涡轮机叶片的方法以及一种涡轮机叶片，借助其能够实现涡轮机的更高的效率。

关于方法，所述目的根据本发明通过下述方法来实现，所述方法包括下述步骤：

a)将叶身和叶根作为单独的构件制造，

b)将至少一个冷却空气开口引入到叶身或叶根中或者

引入至少两个开口，其中各至少一个开口设置在叶根和叶身中，以及

c)在步骤b)之后将叶身和叶根接合。

在此，本发明基于下述考虑：通过下述方式改进涡轮机的效率，即，能够将冷却空气孔刚好在从叶身到平台的过渡区域中关于环流的介质的流线最优地引入。然而，这仅在用于引入开口的相应的工具具有足够的运动自由度的情况下是可能的。这能够在将平台或叶根和叶身作为分开的构件制造并且在引入开口时才进行接合的情况下实现。因此，能够分别以任意的流线最优的布置将开口在没有被叶根阻碍的情况下引入到叶身中或者将开口在没有被叶身阻碍的情况下引入到叶根中。

在有利的设计方案中，制造叶根和/或叶身通过浇铸进行。由此，以具有小的错误公差的精确的形状确保构件的制造。

引入冷却空气开口有利地通过激光和/或借助于电火花腐蚀进行。由此，能够尤其简单地控制开口的轴线还有其形状。

在有利的设计方案中，冷却空气开口的轴线在叶身的外侧上指向叶根或者冷却空气开口的轴线在叶根的外侧上指向叶身。这种开口刚好在叶身和平台之间的凹状的棱边的区域中是必需的，以便确保冷却空气流沿着热气流线的最优的定向。所述开口同时借助所述方法尤其简单地制造，因为引入工具不被叶根阻碍并且所述引入工具可自由运动。

在其他的有利的设计方案中，该方法包括附加的步骤：

d)用覆层对叶根和叶身的区域涂覆。

由此在将叶根和叶身接合之后能够施加闭合的覆层，所述覆层提高构件的热学的和/或机械的耐抗性。