專利名稱：用于制造帶有涂層的透平動(dòng)葉片的方法及用于軸流式透平轉(zhuǎn)子的動(dòng)葉片圈的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于制造帶有涂層的透平動(dòng)葉片的方法，其中，在透平動(dòng)葉片上涂覆至少一個(gè)保護(hù)層，以及，在透平動(dòng)葉片葉身的葉片頂端引入至少一個(gè)凹槽用于調(diào)整透平動(dòng)葉片的固有頻率。此外，本發(fā)明還涉及一種用于軸流式透平轉(zhuǎn)子的透平動(dòng)葉片圈。
背景技術(shù)：
已知，透平動(dòng)葉片配設(shè)有保護(hù)層，因此該透平動(dòng)葉片在燃?xì)廨啓C(jī)內(nèi)工作時(shí)具有提高的壽命。在這里，經(jīng)常在澆鑄制成的透平動(dòng)葉片上涂敷型號(hào)為
MCrAlY的抗腐層作為保護(hù)層。在此，該保護(hù)層的涂敷在其表面的這個(gè)區(qū)域完成，該區(qū)域在燃?xì)廨啓C(jī)工作時(shí)遭受熱燃?xì)?。該區(qū)域包括透平動(dòng)葉片的葉身以及平臺(tái)，在該平臺(tái)上有所述葉身成型。除抗腐層以外，還可以在前面所述區(qū)域涂敷隔熱層，以便熱燃?xì)獗M可能少地將熱量傳入透平動(dòng)葉片的基材中。
另外還已知，透平動(dòng)葉片在燃?xì)廨啓C(jī)工作時(shí)會(huì)遭受振動(dòng)激勵(lì)?；谵D(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)會(huì)形成振動(dòng)激勵(lì)，在該轉(zhuǎn)子上固定所述透平動(dòng)葉片。該透平動(dòng)葉片的葉身通過撞在其上的熱燃?xì)庖材鼙患?lì)產(chǎn)生振動(dòng)。因?yàn)樗鐾钙絼?dòng)葉片的葉身(從熱燃?xì)饬鲃?dòng)的方向看)在透平導(dǎo)向葉片圈后旋轉(zhuǎn)，通過熱燃?xì)獾闹芷谛宰矒?，就能激?lì)這個(gè)透平動(dòng)葉片發(fā)生振動(dòng)。因此，每個(gè)透平動(dòng)葉片必須具有足夠高的固有頻率，以使得由轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速和熱燃?xì)夥謩e以各自的激勵(lì)頻率引起的振動(dòng)激勵(lì)不會(huì)導(dǎo)致葉身產(chǎn)生不被許可的高頻振動(dòng)。相應(yīng)地，在現(xiàn)有技術(shù)中這樣設(shè)計(jì)所述透平動(dòng)葉片，即，使其固有頻率偏離固定式燃?xì)廨啓C(jī)的激勵(lì)頻率。因此，在開發(fā)設(shè)計(jì)透平動(dòng)葉片的過程中應(yīng)該注意，制成的透平動(dòng)葉片總的來說要滿足自然諧振方面的要求。
因此，在透平動(dòng)葉片制造過程中規(guī)定，對(duì)每個(gè)單獨(dú)的透平動(dòng)葉片的振動(dòng)特性都要進(jìn)行檢驗(yàn)。只要所述透平動(dòng)葉片不能滿足固有頻率的給定值時(shí)，就棄掉該透平動(dòng)葉片或借助合適的措施來操縱該透平動(dòng)葉片，使該透平動(dòng)葉片在此之后適合工作并滿足固有頻率的要求。已知，為了使那些僅僅基于其振動(dòng)特性規(guī)定不能用于燃?xì)廨啓C(jī)的透平動(dòng)葉片還能獲得應(yīng)用，在透平動(dòng)葉片的葉身的端側(cè)引入凹槽，亦即開設(shè)凹穴，由此可以在透平動(dòng)葉片的可振動(dòng)的自由端減小其葉片質(zhì)量。通過減小透平動(dòng)葉片的質(zhì)量可積極地影響它的振動(dòng)特性。通過特別是在其外側(cè)的一端去除質(zhì)量可提高葉片的固有頻率。
此外業(yè)已公知的是，對(duì)之前應(yīng)用在燃?xì)廨啓C(jī)中的透平動(dòng)葉片采取一些延長(zhǎng)使用壽命的措施。這些措施包括一方面消除工作過程中產(chǎn)生的裂紋，另一方面更新設(shè)置在透平動(dòng)葉片上的保護(hù)層。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于，提供一種用于制造帶有涂層的透平動(dòng)葉片的方法，其固有頻率滿足在固定式燃?xì)廨啓C(jī)中使用該透平動(dòng)葉片的要求。另一個(gè)目的在于，提供一種動(dòng)葉片圈，其動(dòng)葉片尤其不受由熱燃?xì)庖鸬恼駝?dòng)激勵(lì)的影響。
與該方法相關(guān)的目的通過一種具有如權(quán)利要求1所述特征的方法實(shí)現(xiàn)，其中，從屬權(quán)利要求反映本發(fā)明方法有利的設(shè)計(jì)。與所述動(dòng)葉片圈相關(guān)的目
的通過權(quán)利要求9所述的技術(shù)特征實(shí)現(xiàn)。
本發(fā)明從該認(rèn)識(shí)出發(fā)，即，應(yīng)該在給透平動(dòng)葉片涂層之后引入凹槽用于調(diào)節(jié)固有頻率。只有在透平動(dòng)葉片涂層之后才可達(dá)到最終外形和最終重量，其中，所述透平動(dòng)葉片的固有頻率(諧振頻率)也取決于此。尤其是在透平動(dòng)葉片上涂敷抗腐層后導(dǎo)致質(zhì)量顯著增加，并由此使得所涉及的透平動(dòng)葉片的固有頻率減小。因此，產(chǎn)生危險(xiǎn)，即，所述透平動(dòng)葉片的固有頻率到達(dá)振動(dòng)頻率的附近，以致在燃?xì)廨啓C(jī)工作時(shí)更可能產(chǎn)生損害透平動(dòng)葉片或葉身或縮短其壽命的振動(dòng)激勵(lì)。在燃?xì)廨啓C(jī)工作時(shí)連續(xù)地受到振動(dòng)激勵(lì)并連續(xù)振動(dòng)的透平動(dòng)葉片，斷裂危險(xiǎn)增大且壽命縮短。該透平動(dòng)葉片由于振動(dòng)激勵(lì)受到的
負(fù)載也稱作HCF負(fù)載(高周疲勞)。
本發(fā)明建議，特別是對(duì)于那些已經(jīng)用過的透平動(dòng)葉片，亦即那些已經(jīng)消耗了一部分壽命并應(yīng)該通過所謂的整修(翻新)而延長(zhǎng)使用壽命的透平動(dòng)葉片，為將它們應(yīng)用在固定的燃?xì)廨啓C(jī)中，對(duì)它們進(jìn)行調(diào)整。因?yàn)樗稣蕹３０ńo透平動(dòng)葉片去涂層以及在前面提到的區(qū)域再次涂層，所以在涂層之后對(duì)該翻新的透平動(dòng)葉片要進(jìn)行固有頻率的檢查，其中，必要時(shí)通過在葉片頂端去掉質(zhì)量來改善葉片頂端的振動(dòng)特性。通過在透平動(dòng)葉片的自由端去除 質(zhì)量，使固有頻率偏離激勵(lì)頻率。
經(jīng)常在翻新透平動(dòng)葉片的時(shí)候，也對(duì)燃?xì)廨啓C(jī)實(shí)施了所謂的升級(jí)(現(xiàn)代 化)，這應(yīng)通過許可熱氣溫度的提升致使燃?xì)廨啓C(jī)有較高的功率輸出及改善 的效率。該較高的許可熱氣溫度致使，必須將比原設(shè)計(jì)厚度更大的抗腐層和 隔熱層涂在所述去除過涂層的透平動(dòng)葉片上，因此，這個(gè)透平動(dòng)葉片也可承 受較高的溫度。該較大的涂層厚度導(dǎo)致質(zhì)量增加。為了補(bǔ)償質(zhì)量增加和再次 達(dá)到透平動(dòng)葉片原有的振動(dòng)特性，在葉片頂端的端側(cè)朝透平動(dòng)葉片的根部方 向打一個(gè)孔。由此，在透平動(dòng)葉片的自由端移除與振動(dòng)關(guān)系重大的質(zhì)量。在 透平轉(zhuǎn)子中安裝透平動(dòng)葉片之后使得這些透平動(dòng)葉片組成按本發(fā)明的、用于 透平轉(zhuǎn)子的葉片圈，那么，該透平尤其不受熱燃?xì)庖l(fā)的葉片振動(dòng)激勵(lì)的影 響。優(yōu)選地在此按照本發(fā)明的方法制造葉片圈中所有的透平動(dòng)葉片。
打孔的深度最深可達(dá)所述葉身(相對(duì)于透平動(dòng)葉片在固定式燃?xì)廨啓C(jī)中 的安裝位置的)徑向長(zhǎng)度的50%。這是可行的，因?yàn)樵谠搮^(qū)域中，葉片中出 現(xiàn)相對(duì)較小的機(jī)械負(fù)載并且雖然有大的離心力也允許削弱材料橫斷面。優(yōu)選 地沿著葉身中心線打多個(gè)鉆孔。所述中心線不必在此穿過所打的孔。該孔也 可以配置在葉身中心線的兩側(cè)。總之，通過這樣配置保持了透平動(dòng)葉片的完 整性和強(qiáng)度不受影響。在此規(guī)定，當(dāng)通過在葉身中打鉆孔應(yīng)該去掉給定大小 的質(zhì)量時(shí)，不應(yīng)打較大數(shù)量的淺孔而應(yīng)該打較小數(shù)量的較深的孔。
該方法也可優(yōu)選應(yīng)用在具有內(nèi)冷卻式葉身的透平動(dòng)葉片中。在這種情況 下，在葉片的這樣一些位置上配置所述鉆孔，即，在吸力側(cè)和壓力側(cè)的葉片 壁之間的所謂支撐肋與這些鉆孔交匯。此外，有選擇地或附加地可在葉片的 后緣段內(nèi)引入鉆孔，在該后緣段處吸力面和壓力面匯聚在一起。為了避免透 平動(dòng)葉片在鉆孔或凹槽的內(nèi)部被腐蝕，可以規(guī)定，開設(shè)鉆孔之后，借助栓塞 或焊料在表面封閉其開口。然而這些鉆孔在此并未被填充滿，而是使空的孔 腔保留了下來。


下面根據(jù)附圖詳細(xì)闡述本發(fā)明，圖中相同的附圖標(biāo)記表示相同作用的部
件。附圖中
圖1示出按本發(fā)明的用于制造帶有涂層的透平動(dòng)葉片的方法；
5圖2示出用于翻新用過的透平動(dòng)葉片的流程和方法；
圖3是一個(gè)葉片頂端側(cè)開設(shè)有鉆孔的透平動(dòng)葉片的葉身的立體透視圖4是根據(jù)本發(fā)明的內(nèi)冷卻式透平動(dòng)葉片的橫截面圖。
具體實(shí)施例方式
圖1中表示按本發(fā)明的方法10。該用于制造帶涂層的透平動(dòng)葉片的方法 10包括第一步驟12中的在透平動(dòng)葉片上涂覆保護(hù)層。其中，該保護(hù)層優(yōu)選型 號(hào)為MCrAlY的抗腐層?？蛇x地也可以配置雙層保護(hù)層，該保護(hù)層作為粘結(jié) 層包括型號(hào)為MCrAlY的涂層，在其上的外側(cè)還涂敷有陶瓷隔熱層(隔熱的 TBC層)。因?yàn)樗鐾钙絼?dòng)葉片通常是澆鑄出來的并且相應(yīng)地包含澆鑄而成的 基體，通過涂敷保護(hù)層特別是抗腐層，其質(zhì)量進(jìn)一步增大。在第二個(gè)方法步 驟14中，可以通過在所述透平動(dòng)葉片葉身的葉片頂端引入凹槽來補(bǔ)償隨質(zhì)量 增大而引起的透平動(dòng)葉片頻率的變化。在此規(guī)定，在所述透平動(dòng)葉片的端側(cè) 引入這樣多和這樣深的凹槽，直到透平動(dòng)葉片滿足固有頻率方面的要求為 止。在此，有可能出現(xiàn)這樣的情況，即，盡管應(yīng)用了按本發(fā)明的方法，但仍 沒能足夠大地影響該葉片的固有頻率以使葉片滿足頻率方面的要求。在這種 情況下，該透平動(dòng)葉片不適合進(jìn)一步應(yīng)用。
圖2中表示方法20，其中使用過的，即已經(jīng)在固定式燃?xì)廨啓C(jī)運(yùn)行時(shí)用 過的透平動(dòng)葉片，通過再處理過程(所謂的整修)部分翻新。此整修用作增長(zhǎng) 透平動(dòng)葉片壽命的方式。因此，在第一方法步驟22中，所述透平動(dòng)葉片遭受 到燃?xì)廨啓C(jī)工作時(shí)的熱燃?xì)?。在檢查或維修燃?xì)廨啓C(jī)時(shí)，拆除透平動(dòng)葉片并 只要該葉片可以再處理就進(jìn)行再處理程序。在此，再處理程序包括步驟24， 在該步驟中，必要時(shí)將涂層的透平動(dòng)葉片去掉涂層。例如當(dāng)保護(hù)層中存在中 等大小或較大的裂紋時(shí)，或部分剝落或磨損而使得實(shí)際厚度縮小到低于必要 的最小量時(shí)，必須除去涂層。在下面可選的步驟26中，必要時(shí)通過已知修復(fù) 工藝可消除在透平動(dòng)葉片的基材中產(chǎn)生的裂紋。在下一步驟28中，隨后將一 層或兩層保護(hù)層重新涂敷在透平動(dòng)葉片上。緊跟其后在最后一步驟30中，在 葉片頂端的端側(cè)朝透平動(dòng)葉片的根部方向開設(shè)鉆孔，用于調(diào)整透平動(dòng)葉片的 固有頻率。
圖3中部分地表示了一個(gè)透平動(dòng)葉片40的透視圖。所述透平動(dòng)葉片40包 括眾所周知的、圖中未示出的樅樹形葉片根部，在該根部上連接有一個(gè)圖中
6未示出的葉片平臺(tái)。在該葉片平臺(tái)上配置有一個(gè)自由懸伸的葉身42,該葉身 截面呈水滴狀并設(shè)計(jì)成按空氣動(dòng)力學(xué)彎曲。所述葉身42包括壓力面44和吸力 面46。圖3僅示出了葉片頂端48,它位于葉身42在該平臺(tái)上的固定端的對(duì)面。 所述葉身42在葉片頂端48與葉片平臺(tái)之間具有高度H，該高度是相對(duì)于其在 一個(gè)軸流固定式燃?xì)廨啓C(jī)中的安裝位置而沿徑向測(cè)得的。所述按空氣動(dòng)力學(xué) 彎曲的葉身42包括一條中心線50，該中心線在吸力面46和壓力面44之間從葉 片前緣到后緣。所述葉身中心線50在圖中用點(diǎn)劃線的形式表示。沿葉身中心 線50分布設(shè)置例如四個(gè)鉆孔52狀的凹槽，這些鉆孔從葉身42的端側(cè)朝透平動(dòng) 葉片40的根部方向延伸。借助所述鉆孔52在透平動(dòng)葉片40的自由端減小了葉 片重量，由此將固有頻率推移到更高的頻率。
借助設(shè)置于葉片端側(cè)的鉆孔可以使其固有頻率偏移大約10%。圖3中所 示葉身42在此未冷卻。
圖4表示通過按本發(fā)明方法制造的透平動(dòng)葉片40的葉身42的橫截面。該 截面截取自葉片頂端48區(qū)域。按圖4所示，該透平動(dòng)葉片40包括一個(gè)澆鑄制 成的基體41，不僅在該基體的吸力面一側(cè)還是壓力面一側(cè)都涂敷有一保護(hù)層 54。該保護(hù)層54顯著增加了透平動(dòng)葉片40的質(zhì)量，從而導(dǎo)致固有頻率變小。 為了補(bǔ)償這種固有頻率的偏移，在葉身42的端側(cè)開設(shè)鉆孔52。所述鉆孔52設(shè) 置在葉身42中的這樣一些位置上，即，在這些位置上，存在于葉身內(nèi)部的支 撐肋56與壓力面或吸力面一側(cè)的葉片壁44, 46相連。也可以^L定，在透平動(dòng) 葉片40的后緣區(qū)域開設(shè)鉆孔52，在該后緣區(qū)域處，吸力面一側(cè)的壓力壁46與 壓力面 一側(cè)的葉片壁44合為 一體，這些鉆孔在此優(yōu)選地分布于葉身中心線段 上。
因此，總的來說本發(fā)明建議一種用于制造帶涂層的透平動(dòng)葉片40的方 法，該葉片的頻率特性可以特別簡(jiǎn)單地與所要求的邊界條件相匹配。為此規(guī) 定，在給透平動(dòng)葉片涂層之后，在透平動(dòng)葉片40葉身42的葉片頂端48中引入 凹槽。由此才是供了一種方法，用該方法可以特別筒單和可變化地調(diào)整透平葉 片的振動(dòng)特性。因此可以減少透平動(dòng)葉片40的廢品率。同樣也可對(duì)由于設(shè)計(jì) 改變而不能使用的透平動(dòng)葉片進(jìn)行調(diào)節(jié)，使這些透平動(dòng)葉片再次滿足至少在 固定頻率方面的要求。也能用按本發(fā)明的方法在整修過程中翻新已用過的透 平動(dòng)葉片，然后重新予以應(yīng)用。
權(quán)利要求
1.一種用于制造帶有涂層的透平動(dòng)葉片(40)的方法(10，20)，其中，將至少一層保護(hù)層涂于透平動(dòng)葉片(40)上，以及，為了調(diào)整所述透平動(dòng)葉片(40)的固定頻率，在所述透平動(dòng)葉片(40)葉身(42)的葉片頂端(48)引入至少一個(gè)凹槽，其特征在于，在給所述透平動(dòng)葉片(40)涂層之后引入所述凹槽。
2. 按權(quán)利要求l所述的方法(IO, 20)，其中，在所述葉片頂端(48)處朝 所述透平動(dòng)葉片(40)葉片#^部的方向開:^殳鉆孔(52)作為所述凹槽。
3. 按權(quán)利要求1或2所述的方法(IO， 20),其中，所述孔的深度最大 可達(dá)所述葉身(42)-相對(duì)于所述透平動(dòng)葉片(40)的安裝位置的-徑向長(zhǎng)度的 50%。
4. 按權(quán)利要求1-3之一所述的方法(10, 20),其中，開設(shè)多個(gè)沿著所述 葉身中心線(50)分布的孔(52)。
5. 按權(quán)利要求1-4之一所述的方法(10， 20),該方法在去除透平動(dòng)葉片 (40)的涂層之后實(shí)施。
6. 按權(quán)利要求1-5之一所述的方法(10, 20)，該方法應(yīng)用于帶有內(nèi)冷卻 式葉身(42)的透平動(dòng)葉片(40)。
7. 按權(quán)利要求1-6之一所述的方法(10， 20)，其中，重新封閉所述凹槽。
8. 按權(quán)利要求1-7之一所述的方法(10， 20)，其中，在所述透平動(dòng)葉片 上涂敷抗腐層和/或隔熱層作為所述保護(hù)層(54)。
9. 一種用于軸流式透平轉(zhuǎn)子的動(dòng)葉片圈，其有一定數(shù)量的透平動(dòng)葉片 按權(quán)利要求1-8之一所述的方法制造。
10. 按權(quán)利要求9所述的動(dòng)葉片圈，其中，全部透平動(dòng)葉片按權(quán)利要求 1-8之一所述的方法制造。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于制造帶涂層的透平動(dòng)葉片的方法和一種用于軸流式透平轉(zhuǎn)子的動(dòng)葉片圈。通過該方法，可以使透平動(dòng)葉片的頻率特性特別簡(jiǎn)便地滿足所需邊界條件。為此建議，在給該透平動(dòng)葉片(40)涂層之后，隨之在透平動(dòng)葉片(40)葉身(42)的葉片頂端引入凹槽。
文檔編號(hào)F01D5/16GK101663465SQ200880012147
公開日2010年3月3日 申請(qǐng)日期2008年4月10日 優(yōu)先權(quán)日2007年4月23日
發(fā)明者法希·阿瑪?shù)?申請(qǐng)人:西門子公司