用于制造流動(dòng)力機(jī)器的葉片的方法和流動(dòng)力機(jī)器的葉片的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種用于制造流動(dòng)力機(jī)器的葉片（11）的方法和此葉片。根據(jù)本發(fā)明建議以例如選擇性激光熔融的附加的制造方法制造部件（19），而基體（18）通過鑄造制造。葉片部件（19）可由另外的材料制成或例如帶有如脫水縫隙（24）的功能。優(yōu)點(diǎn)在于與使用附加的制造方法相關(guān)的成本僅對(duì)于其中例如必須實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的幾何形狀的部件（19）出現(xiàn)。具有基體（18）的形式的剩余的部件，包括葉片板體（27）、葉片根（28）和葉片頂（29）可成本廉價(jià)地構(gòu)造為鑄件或鈑金件。
【專利說明】用于制造流動(dòng)力機(jī)器的葉片的方法和流動(dòng)力機(jī)器的葉片
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及用于制造流動(dòng)力機(jī)器的葉片特別是導(dǎo)葉的方法，其中制造葉片的基體且將此基體與至少一個(gè)將基體補(bǔ)充為制成的葉片的葉片部件保持連接。此外，本發(fā)明涉及用于流動(dòng)力機(jī)器的葉片，所述葉片由機(jī)器和至少一個(gè)與基體保持連接的葉片部件制成。
【背景技術(shù)】
[0002]前述類型的葉片部件及其制造方法例如根據(jù)DE102006030365B3所描述。在此，涉及應(yīng)被提供以不可見的標(biāo)記的葉片。此標(biāo)記表示了對(duì)葉片的基體進(jìn)行補(bǔ)充而使得實(shí)現(xiàn)了附加的功能的葉片部件，即使得葉片通過合適的檢測(cè)裝置可與一定的葉片類型相關(guān)。
[0003]此外，從DE102009048665A1中已知通過附加的制造方法可制造渦輪機(jī)葉片。在此，整個(gè)葉片以例如選擇性激光熔融的附加制造方法制造，其中在葉片的空的內(nèi)部空間內(nèi)可制造復(fù)雜的幾何支承結(jié)構(gòu)。這有助于節(jié)約部件質(zhì)量而制造穩(wěn)定的葉片。在此，以附加的制造方法在葉片內(nèi)部?jī)?nèi)且在與葉片內(nèi)部相比堅(jiān)固的葉片壁區(qū)域內(nèi)制造了纖細(xì)的支承結(jié)構(gòu)。
[0004]根據(jù)EP1620225B2也已知可通過借助于快速制造過程制造對(duì)于渦輪機(jī)葉片的待維修的位置的替代部件而維修渦輪機(jī)葉片。
[0005]從EP2218530A1中可知用于燃?xì)鉁u輪機(jī)的部件的生成性制造方法。其中建議可生成地制造以之制造渦輪機(jī)葉片的葉片環(huán)的葉片部分。此葉片部分也可直接在制成的預(yù)先準(zhǔn)備的載體上進(jìn)行。此載體同時(shí)是制成的渦輪機(jī)葉片的構(gòu)造部分。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是給出流動(dòng)力機(jī)器的葉片的制造方法，以所述制造方法可相對(duì)好地實(shí)現(xiàn)對(duì)于葉片的不同的要求。此外，本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是給出用于流動(dòng)力機(jī)器的葉片，所述葉片相對(duì)好地適應(yīng)于與使用相關(guān)的要求且在此制造是成本廉價(jià)的。
[0007]此任務(wù)以前述方法根據(jù)本發(fā)明通過如下方式解決，即以附加的制造方法制造葉片的僅至少一個(gè)葉片部件，而通過另外的方法制造也承載了葉片部件的葉片的基體。以此，可有利地制造形成了葉片質(zhì)量的大部分的葉片的基體。對(duì)此基體上通常具有與對(duì)葉片的通過葉片部件所形成的一定的區(qū)域不同的要求。例如，葉片部件可以是葉片的來流區(qū)域，所述來流區(qū)域例如在蒸汽渦輪機(jī)中受到特別地侵蝕性的載荷。此葉片部件可通過根據(jù)本發(fā)明所使用的附加的制造方法由另外的材料制成。因此，僅需通過附加的制造方法制造葉片部件的此區(qū)域。有利地，可因此實(shí)現(xiàn)整個(gè)葉片的與制造相關(guān)的低的制造時(shí)間。此外，附加的制造方法特別地適用于制造小的結(jié)構(gòu)，因?yàn)樵隗w積更大的結(jié)構(gòu)的情況下，制造成本明顯升高。通過制造基體，例如通過鑄造或組裝鈑金件制造基體，一方面，可通過廉價(jià)的制造方法制造大量的葉片質(zhì)量，另一方面，對(duì)于對(duì)其提出特殊要求的部件區(qū)域，可使用單獨(dú)地適合于此要求的附加的制造方法制造所述部件區(qū)域。
[0008]作為附加的制造方法，特別合適的是選擇性激光熔融。在此，可根據(jù)本發(fā)明的方法的有利構(gòu)造，使用選擇性激光熔融或另外的附加的制造方法，在用作基礎(chǔ)的基體上直接制造補(bǔ)充的葉片部件。在此應(yīng)注意到，總是要求用于附加的制造方法的基礎(chǔ)。這用于制造分層地制造的葉片部件的第一層。如果基體用作基礎(chǔ)，則因此有利地已形成基體和葉片部件之間的連接，使得葉片部件從基礎(chǔ)的隨后的去除和葉片部件與基體的連接不必進(jìn)行。此制造方法特別地適合于渦輪機(jī)葉片的批量生產(chǎn)，其中適合于接收基體的工具可使用在附加的制造方法的機(jī)器內(nèi)。
[0009]本發(fā)明的另一個(gè)有利的構(gòu)造在于使至少一個(gè)補(bǔ)充的葉片部件作為特殊的部件制造為帶有適合于基體的接合面，且材料結(jié)合地接合在基體上。此方式的優(yōu)點(diǎn)是在用于附加的制造方法的機(jī)器中(在下文中也簡(jiǎn)稱為附加的制造設(shè)備)不必安裝葉片的基體。而是葉片部件可同時(shí)與另外的葉片部件在可供用于附加的制造方法的設(shè)備使用的基礎(chǔ)上制造。葉片部件從基礎(chǔ)分離之后，基礎(chǔ)通過接合面與葉片的基體連接，例如通過焊合或焊接連接。
[0010]后者方法也特別好地適合于維修方法，其中使用帶有損傷的葉片作為基體，所述損傷通過在損傷的區(qū)域內(nèi)產(chǎn)生空隙而被去除，且制造用于空隙的配合件作為補(bǔ)充的葉片部件。如果例如空隙以CNC銑切在葉片內(nèi)產(chǎn)生，則在空隙內(nèi)如此形成的接合面的幾何數(shù)據(jù)已存在。此幾何數(shù)據(jù)可直接使用在附加的制造方法中，以形狀精確地制造配合件。在此，基體從所使用的葉片形成，即通過以引入空隙而消除損傷位置來實(shí)現(xiàn)?；w因此是提供有空隙的葉片。配合件是待補(bǔ)償?shù)娜~片部件。在放入此配合件之后，損傷的葉片被維修，且可以以另外的壽命循環(huán)投入使用。
[0011]當(dāng)然，配合件也可直接在葉片內(nèi)制造，這通過在附加的制造方法的設(shè)備中將所述配合件定位為使得通過形成配合件可將空隙以材料填補(bǔ)累實(shí)現(xiàn)。根據(jù)方法，在此用于附加的制造方法的接合面僅二維地選擇。
[0012]作為用于制造葉片部件的材料，可一般地使用與基體的材料不同的材料。特別地，在維修方法中，對(duì)于配合件(葉片部件)也可使用與維修前為損傷的區(qū)域所提供的材料不同的材料。在此，事實(shí)可能是葉片已經(jīng)歷損傷，而力圖通過選擇更硬的材料來改進(jìn)在此危險(xiǎn)區(qū)域內(nèi)的部件特征。因此，可有利地事后為由于制造成本原因而制成單件的葉片通過維修方法提供以改進(jìn)的特征。特別地，在此可改進(jìn)耐磨損性。葉片的基體可例如如通常情況由鎳基合金(例如，在燃?xì)鉁u輪機(jī)的情況中)制造或由鉻鋼(在蒸汽渦輪機(jī)的情況中)制造。在維修時(shí)或也在制造葉片時(shí)可對(duì)于葉片部件使用鈷基合金，所述鈷基合金與鎳基合金或鉻鋼相比具有改進(jìn)的耐磨損性。
[0013]本發(fā)明的特別有利的構(gòu)造在于制造多個(gè)補(bǔ)充的葉片部件，所述葉片部件直接對(duì)接且一起給出了用于基體的補(bǔ)償結(jié)構(gòu)。在此，補(bǔ)充結(jié)構(gòu)的尺寸超過了所使用的附加的制造設(shè)備的結(jié)構(gòu)尺寸容量。有利地，也此方式也可制造自身大于一定的制造設(shè)備的通?？芍圃斓慕Y(jié)構(gòu)尺寸的補(bǔ)充結(jié)構(gòu)。單獨(dú)的葉片部件在接合在基體前組裝或單獨(dú)的葉片部件相繼地與基體連接，其中分別也實(shí)現(xiàn)了與直接與此葉片部件對(duì)接的另外的葉片部件的連接。也可直接在葉片的基體上制造出一起形成了補(bǔ)充結(jié)構(gòu)的葉片部件，其中此基體在附加的制造設(shè)備中分別在葉片部件制造結(jié)束之后必須移動(dòng)，以此可在基體上直接制造出相鄰的葉片部件。此夕卜，本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題以前述葉片根據(jù)本發(fā)明通過如下方式解決，即使得將基體補(bǔ)充為制成的葉片的葉片部件是附加地制造的部件。以此，達(dá)到了以上所述的優(yōu)點(diǎn)。
[0014]根據(jù)本發(fā)明的葉片的有利的構(gòu)造可建議在至少一個(gè)葉片部件內(nèi)整合葉片的另外的功能。功能理解為葉片必須滿足的且通過葉片部件有利地以簡(jiǎn)單的方式可實(shí)現(xiàn)的功能。特別地，另外的功能可包括脫水縫隙，所述脫水縫隙導(dǎo)致了葉片的相對(duì)復(fù)雜的幾何形狀，且因此以其最終幾何形狀可無后處理而附加地制造。在此，可使用如下情況，即通過附加的制造方法也可無問題地制造底切，使得脫水縫隙后的葉片內(nèi)部?jī)?nèi)的中空空間在附加的制造方法期間形成。
[0015]另外的功能可通過葉片部件實(shí)現(xiàn)。例如，根據(jù)前述DE102006030365B3可實(shí)現(xiàn)葉片的標(biāo)記。在此，部件例如在葉片的表面內(nèi)的空隙內(nèi)以可磁化的材料被附加地制造出所要求的磁性可讀取的標(biāo)志，且然后在第二附加的制造步驟中以葉片的材料填充。
[0016]根據(jù)DE102009048665A1的支承結(jié)構(gòu)也可在例如鑄造的基體上制造，使得不必附加地制造葉片的整個(gè)外壁。在基體用作支承結(jié)構(gòu)的附加制造的基礎(chǔ)時(shí)，此方法特別有利地執(zhí)行。
[0017]此外，在葉片的內(nèi)部?jī)?nèi)附加地制造冷空氣口和與此冷空氣口連接的通道結(jié)構(gòu)。冷空氣口可例如在渦輪機(jī)葉片中用于在受到最強(qiáng)熱負(fù)荷的渦輪機(jī)葉片上產(chǎn)生由冷空氣形成的膜，且因此降低熱負(fù)荷。
[0018]也可在葉片的內(nèi)部?jī)?nèi)附加地制造磨損指示。在此，例如可涉及由顏色上與其余的葉片材料不同的材料所制成的葉片區(qū)域。在葉片表面的由于磨損導(dǎo)致的磨蝕之后，此材料在一定時(shí)間之后可出現(xiàn)且允許通過觀察進(jìn)行葉片的磨損控制。這可特別地在總是受到強(qiáng)熱負(fù)荷的且因此以與葉片基體不同的材料附加地制造的葉片區(qū)域內(nèi)進(jìn)行。例如，可在安裝附加的材料層時(shí)使得例如由陶瓷微粒制成的顏料僅出現(xiàn)在一個(gè)層內(nèi)，其中通過層的層厚度唯一地限定在與制成的葉片部件的何種距離下嵌入顏料。在染色的層上方在葉片材料上施加的層在其厚度上精確地對(duì)應(yīng)于所允許的由于磨損導(dǎo)致的磨蝕。此類磨損指示可例如使用在葉片的來流邊緣上。
[0019]脫水縫隙可在蒸汽渦輪機(jī)的導(dǎo)葉的情況下特別地提供在吸力側(cè)和壓力側(cè)上。對(duì)于使用在蒸汽渦輪機(jī)的濕蒸汽區(qū)域內(nèi)的膨脹區(qū)域內(nèi)的導(dǎo)葉，通常提供此脫水縫隙。此葉片典型地由鈑金件形成，其中兩個(gè)葉片組裝為形成中空空間。此鈑金件被相互焊接。
[0020]為保證從靠近壁的流動(dòng)中導(dǎo)出水，通過在脫水縫隙上施加負(fù)壓將凝結(jié)的水從葉片的表面甩出。以此，可降低水膜的厚度，這導(dǎo)致導(dǎo)葉的磨損的降低。使用脫水縫隙的另外的可能性在于可通過此脫水縫隙提供蒸汽，所述蒸汽將葉片表面加熱且將處在葉片表面上的水膜汽化，且防止新的水膜的形成。
[0021]縫隙的布置可與抽吸水或提供水蒸汽的要求相適應(yīng)，其中可給出復(fù)雜的縫隙幾何形狀。這可有利地特別簡(jiǎn)單地通過附加的制造方法產(chǎn)生。在設(shè)計(jì)中的改變可單獨(dú)地通過軟件技術(shù)實(shí)現(xiàn)且在附加制造方法期間直接引入到生產(chǎn)中，而無需制造如檢具或沖壓模具的新的工具。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0022]本方面的另外的細(xì)節(jié)在下文中根據(jù)附圖描述。相同的或相應(yīng)的附圖元素在單獨(dú)的圖中分別提供以相同的附圖標(biāo)號(hào)且僅針對(duì)各圖之間的差異多次進(jìn)行解釋。各圖為:
[0023]圖1至圖3示出了用于制造葉片的根據(jù)本發(fā)明的方法的實(shí)施例的選擇的步驟，其中所制造的葉片分別在橫截面圖中圖示，[0024]圖4在橫截面中示出了根據(jù)本發(fā)明的葉片的實(shí)施例，和
[0025]圖5在俯視圖中示意性地示出了根據(jù)本發(fā)明的葉片的另外的實(shí)施例。
【具體實(shí)施方式】
[0026]在圖1中圖示了葉片11，其中所述葉片例如是蒸汽渦輪機(jī)的導(dǎo)葉。此葉片具有來流邊緣12，所述來流邊緣在葉片11的持續(xù)運(yùn)行中被腐蝕性地侵蝕。在圖1中示意了損傷13。
[0027]根據(jù)圖2，現(xiàn)在預(yù)先準(zhǔn)備維修方法。前方的葉片邊緣的區(qū)域例如通過切削被去除，以此產(chǎn)生了空隙14。如從圖3中可見，對(duì)此空隙通過激光熔融制造了配合件15，所述配合件15精確地具有空隙的構(gòu)造且因此又產(chǎn)生了設(shè)計(jì)給定的葉片形狀的輪廓16 (見圖1和圖2)。如從圖1中可見，由于損傷13，實(shí)際的葉片輪廓與維修前的設(shè)計(jì)給定的葉片輪廓不同。
[0028]在圖3中為詳細(xì)圖示可如何附加地制造配合件。為此，對(duì)于選擇性的激光熔融使用通用的設(shè)備，其中零件在金屬粉末床中以激光束通過局部熔融而逐層地制造。為此，粉末床分別被補(bǔ)充粉末層且部件在此粉末層中通過局部熔融制造。然后，在下一個(gè)粉末層中進(jìn)行下一層的制造。在此，可例如直接使用設(shè)計(jì)給定的葉片幾何形狀的CAD數(shù)據(jù)。作為制造配合件15的基礎(chǔ)，可使用空隙14的表面17或使用在附加的制造設(shè)備中可供使用的工件臺(tái)的基礎(chǔ)。
[0029]根據(jù)圖3的被維修的部件包括基體18，所述基體18由初次制造葉片11時(shí)所使用的材料制成。配合件15形成了葉片部件，所述葉片部件在根據(jù)圖3的實(shí)施例中也由另外的材料制造。雖然基體使用鎳基合金，但葉片部件現(xiàn)在由鈷基合金制成。以此，改進(jìn)了此葉片區(qū)域內(nèi)的耐磨損性。
[0030]根據(jù)圖4的葉片可例如是渦輪機(jī)葉片，其中在葉片的表面上的可能的層未圖示。由鑄件形成基體18，所述鑄件形成了用于待制造的空的渦輪機(jī)葉片的下殼層(Unterschale)。在此下殼層中通過例如激光熔覆(在激光熔融中，下殼層具有作為基礎(chǔ)的平面，因?yàn)橛糜诜勰拥娜コ罕仨氃谄渖匣瑒?dòng)，見下文，三維的幾何形狀僅通過激光熔覆或微熔覆實(shí)現(xiàn))的附加的制造方法產(chǎn)生了具有空間柵格20的形式的支承結(jié)構(gòu)，所述空間柵格20在相同的制造過程中通過覆蓋結(jié)構(gòu)21封閉。覆蓋結(jié)構(gòu)21在制成的葉片11內(nèi)形成上殼層(Oberschale)，使得空間柵格20處在通過上殼層和下殼層形成的中空空間中。此外，覆蓋結(jié)構(gòu)具有冷空氣孔22，使得通過在中空空間內(nèi)產(chǎn)生負(fù)壓可在葉片的表面上形成冷空氣膜。此冷空氣孔22也可提供在基體18內(nèi)。所述基體18可例如由鑄件形成，其中冷空氣孔可通過鉆孔制造。
[0031]也可構(gòu)思如下的制造，即通過激光熔融將根據(jù)圖4的零件18和空間柵格20 —起制造，且然后以在此方案中例如通過鈑金件彎曲而常規(guī)地制造的覆蓋件21覆蓋。在此，制造平臺(tái)的面與圖面平行。
[0032]構(gòu)造為導(dǎo)葉的葉片11在圖5中在俯視圖中圖示。形成導(dǎo)葉的另外的葉片Ila也在俯視圖中圖示。導(dǎo)葉11可使用在蒸汽渦輪機(jī)中?？梢姸鄠€(gè)葉片部件19，所述葉片部件19 一起給出了具有脫水縫隙24的補(bǔ)充結(jié)構(gòu)23。所述脫水縫隙24與以虛線示意的抽吸通道25連接，使得可抽吸形成在葉片11上的液體膜。
[0033]補(bǔ)充結(jié)構(gòu)23由三個(gè)葉片部件19構(gòu)造為三件式。葉片部件19的每個(gè)足夠小，因此可在未詳細(xì)圖示的附加的制造設(shè)備中制造。圖中示出了部件一般地在所使用的附加的制造設(shè)備中可具有的最大尺寸26。因此可見，補(bǔ)充結(jié)構(gòu)23不可制造為單獨(dú)的葉片部件。
[0034]此外，在圖5中可見基體除葉片體27外也具有相對(duì)大的葉片跟28和葉片頂29。這三個(gè)部件區(qū)域可單件地制造為導(dǎo)葉的基體18。補(bǔ)充結(jié)構(gòu)23僅由三個(gè)具有帶有脫水縫隙24的相對(duì)復(fù)雜的幾何形狀的葉片部件19形成。
【權(quán)利要求】
1.一種用于制造流動(dòng)力機(jī)器的葉片特別是導(dǎo)葉的方法，其中制造葉片(11)的基體(18)且將所述基體(18)與至少一個(gè)將基體(18)補(bǔ)充為制成的葉片(11)的葉片部件(19)保持連接，其中，僅至少一個(gè)葉片部件(19)以附加的制造方法直接在基體(18)上制造，其特征在于， 多個(gè)補(bǔ)充的葉片部件直接相互對(duì)接且一起給出了用于基體(18)的補(bǔ)充結(jié)構(gòu)(23)，所述補(bǔ)充結(jié)構(gòu)(23)的尺寸超過了所使用的附加的制造設(shè)備的結(jié)構(gòu)尺寸容量。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，至少一個(gè)補(bǔ)充的葉片部件(19)以制造方法在用作基礎(chǔ)的基體(18)上制造。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，至少一個(gè)補(bǔ)充的葉片部件(19)作為特殊的部件制造為帶有與基體(18)匹配的接合面且材料結(jié)合地接合在基體(18)上。
4.根據(jù)前述權(quán)利要求中一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，至少一個(gè)補(bǔ)充的葉片部件(19)由與基體不同的材料制成。
5.根據(jù)前述權(quán)利要求中一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，使用帶有損傷的葉片(11)作為基體(18)，通過在所述損傷的區(qū)域內(nèi)產(chǎn)生空隙去除所述損傷，且制造用于空隙的配合件(15)作為補(bǔ)充的葉片部件(19)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，為配合件(15)選擇與損傷區(qū)域內(nèi)葉片(11)的原始材料不同的材料，所述不同的材料導(dǎo)致在此區(qū)域內(nèi)葉片(11)的特性的改進(jìn)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，特性的改進(jìn)在于耐磨損性的改進(jìn)。
8.一種用于流動(dòng)力機(jī)器的葉片(11)，所述葉片(11)包括基體(18)和至少一個(gè)保持與此基體連接的葉片部件(19)，其特征在于，提供由附加地制造的部件構(gòu)成的多個(gè)葉片部件(19)。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的葉片(11)，其特征在于，在至少一個(gè)葉片部件(19)內(nèi)整合了葉片(11)的另外的功能。
10.根據(jù)權(quán)利要求8或9所述的葉片(11)，其特征在于，另外的功能由脫水縫隙形成。
【文檔編號(hào)】B22F5/04GK103717347SQ201280037324
【公開日】2014年4月9日 申請(qǐng)日期:2012年7月20日 優(yōu)先權(quán)日:2011年8月1日
【發(fā)明者】J.戈勒, F.克恩斯托克, O.雷姆, M.謝弗 申請(qǐng)人:西門子公司