渦輪機(jī)葉片、相對應(yīng)的渦輪機(jī)和制造渦輪葉片的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明公開的主題的實(shí)施例大體涉及制造渦輪機(jī)葉片的方法、以該方法制造的渦輪機(jī)單零件式空心葉片和使用該葉片的渦輪機(jī)。
【背景技術(shù)】
[0002]在“油和氣”的領(lǐng)域，一直在尋找用于渦輪機(jī)葉片的改善的解決方案。
[0003]改善可能不僅涉及例如葉片的翼型部的形狀和大小的功能方面，還涉及葉片的安裝、維護(hù)以及特別是制造。
[0004]關(guān)于制造，必須理解在“油和氣”的領(lǐng)域中小批量生產(chǎn)也是常見的，這是因?yàn)橛袝r(shí)要為特定客戶研發(fā)(或至少定制)解決方案。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]因此，至少在制造方面存在對改善渦輪機(jī)的葉片的普遍需求。
[0006]理想的是具有高性能和低生產(chǎn)成本。
[0007]對于本發(fā)明的一個(gè)重要考慮是制造方法可受到所要制造的葉片的具體構(gòu)造的積極影響。
[0008]本發(fā)明的第一方面是渦輪機(jī)的葉片。
[0009]根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，渦輪機(jī)的葉片包括翼型部；翼型部縱向延伸；翼型部由外表面?zhèn)认虻叵薅ǎ灰硇筒烤哂?D和扭轉(zhuǎn)的形狀且具有內(nèi)腔；葉片是單個(gè)零件。此外，葉片被設(shè)計(jì)用于轉(zhuǎn)子或定子陣列；轉(zhuǎn)子或定子限定了徑向和軸向；翼型部的外表面具有前緣和后緣；前緣和/或后緣隨著徑向上的移動(dòng)而在軸向上向后或向前移位(shift);內(nèi)腔基本上沿翼型部的整個(gè)縱向長度延伸。
[0010]在該情況下，添加式(additive)制造是特別有效和有利的。
[0011]本發(fā)明的第二方面是渦輪機(jī)。
[0012]根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例，渦輪機(jī)包括布置成渦輪機(jī)級的轉(zhuǎn)子或定子陣列的多個(gè)葉片；葉片具有上面陳列的特征。
[0013]本發(fā)明的第三方面是制造渦輪機(jī)葉片的方法。
[0014]根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例，以單個(gè)零件制造渦輪機(jī)葉片的方法使用添加式制造；渦輪機(jī)葉片具有上面陳列的特征。
[0015]葉片、渦輪機(jī)和制造方法的優(yōu)勢技術(shù)特征在詳細(xì)的描述中陳列。
【附圖說明】
[0016]并入本文且構(gòu)成說明書一部分的附圖示出本發(fā)明的實(shí)施例并與描述一起解釋這些實(shí)施例。在附圖中:
[0017]圖1非常示意性地顯示渦輪機(jī)的直線空心葉片的側(cè)視圖，
[0018]圖2非常示意性地顯示渦輪機(jī)的直線扭轉(zhuǎn)空心葉片的側(cè)視圖，
[0019]圖3非常示意性地顯示根據(jù)本發(fā)明的渦輪機(jī)的第一3d形狀的空心葉片的側(cè)視圖，
[0020]圖4非常示意性地顯示根據(jù)本發(fā)明的渦輪機(jī)的第二 3d形狀的空心葉片的側(cè)視圖，
[0021]圖5A顯示根據(jù)本發(fā)明的渦輪機(jī)的扭轉(zhuǎn)空心葉片的來自側(cè)向觀察點(diǎn)的立體圖，
[0022]圖5B顯示根據(jù)相同的視圖并來自相同的觀察點(diǎn)的圖5A的葉片，其中僅僅已經(jīng)考慮在不同水平面的一組橫截面以及前緣和后緣，以及
[0023]圖5C顯示圖5A的葉片的俯視圖。
[0024]應(yīng)指出，為了附圖的易讀性，圖5A和圖5B和圖5C未顯示葉片的內(nèi)腔。
【具體實(shí)施方式】
[0025]以下示例性的實(shí)施例的描述參考附圖。在不同附圖中的相同的參考編號標(biāo)識(shí)相同或類似的元件。下面詳細(xì)的描述不限制本發(fā)明。相反，本發(fā)明的范圍由所附的權(quán)利要求書限定。
[0026]貫穿說明書，參考“一個(gè)實(shí)施例”或“實(shí)施例”表示結(jié)合實(shí)施例描述的具體的特征、結(jié)構(gòu)、或者特性被包括在公開的主題的至少一個(gè)實(shí)施例中。因此，詞語“在一個(gè)實(shí)施例中”或“在實(shí)施例中”在貫穿說明書的不同地方的出現(xiàn)不是必然地涉及相同實(shí)施例。此外，在一個(gè)或更多實(shí)施例中的具體的特征、結(jié)構(gòu)或特性可以以任何合適的方式組合。
[0027]在圖1中，顯示有渦輪機(jī)葉片10，其包括翼型部11、鄰近于翼型部11的第一端的(小的)護(hù)罩部12和鄰近于翼型部11的第二端的(小的)根部13 ;腔14位于翼型部11的內(nèi)部且?guī)缀跹匾硇筒?1的全長延伸；腔14是完全封閉的。
[0028]在圖2中，顯示有渦輪機(jī)葉片20 ;這樣的葉片特別難于以合理的成本來制造；該實(shí)施例將在下面被使用來解釋本發(fā)明。
[0029]—般地，根據(jù)本發(fā)明的渦輪機(jī)的葉片(20)包括翼型部(21);翼型部(21)縱向地延伸(例如從鄰近于葉根23的第一端到鄰近于護(hù)罩22的第二端)；翼型部(21)由外表面(也被稱為“翼型表面”)側(cè)向地限定；翼型部(21)是3D形狀且具有內(nèi)腔(24);葉片是單個(gè)零件。
[0030]—般地，“3D形狀”是指不具有圓柱對稱性的形狀。更具體地，在本發(fā)明的情況中，它是指從下平面形狀延伸到上平面形狀的實(shí)體形狀，其中實(shí)體形狀從下平面形狀到上平面形狀的發(fā)展是非直線的。
[0031]在圖2的實(shí)施例中，“3D形狀”是由于翼型部21是“扭轉(zhuǎn)的”而產(chǎn)生的。
[0032]在圖2的實(shí)施例中，腔24位于翼型部21的內(nèi)部并沿著翼型部21的幾乎全長延伸；腔24是完全封閉的。更一般地，根據(jù)本發(fā)明，翼型內(nèi)腔優(yōu)選地沿翼型部的全長的至少40%到100%縱向延伸。
[0033]內(nèi)腔24具有(非常)類似于翼型部21的實(shí)體形狀的實(shí)體形狀；因此，在該實(shí)施例中，腔24也是“扭轉(zhuǎn)的”。
[0034]翼型部和內(nèi)腔的“扭轉(zhuǎn)”特性僅在圖2中示意性地顯示。
[0035]在圖2的實(shí)施例中，葉片20進(jìn)一步包括根部22和/或護(hù)罩部23。
[0036]根據(jù)本發(fā)明，如就圖2的實(shí)施例而論，翼型部和/或翼型內(nèi)腔可以是扭轉(zhuǎn)的。
[0037]在最常見的情況下，3D形狀的扭轉(zhuǎn)翼型是通過沿典型地限定最后所得的翼型的前緣和后緣的兩個(gè)引導(dǎo)弧移動(dòng)和調(diào)節(jié)翼型區(qū)段所產(chǎn)生的掃掠表面。按引導(dǎo)弧行動(dòng)，所產(chǎn)生的翼型區(qū)段能沿著翼展方向旋轉(zhuǎn)和成比例變化，從而形成非常復(fù)雜的三維(即3D)的形狀，但是保持平滑的空氣動(dòng)力表面的連續(xù)性和相切的要求。
[0038]根據(jù)本發(fā)明，渦輪機(jī)葉片典型地被設(shè)計(jì)用于轉(zhuǎn)子或定子陣列；轉(zhuǎn)子或定子限定徑向和軸向；翼型部的外表面具有前緣和后緣兩者。
[0039]根據(jù)本發(fā)明，前緣可以隨徑向移動(dòng)而在軸向向后移位(見圖4)。
[0040]根據(jù)本發(fā)明，前緣可以隨徑向移動(dòng)而在軸向向前移位(見圖3)。
[0041]根據(jù)本發(fā)明，后緣可以隨徑向移動(dòng)而在軸向向后移位(見圖4)。
[0042]根據(jù)本發(fā)明，后緣可以隨徑向移動(dòng)而在軸向向前移位(見圖3)。
[0043]因此，存在很多種可能性，包括那些其中前緣或后緣不移位的。
[0044]詞語“向前”和“向后”是指當(dāng)渦輪機(jī)處于運(yùn)行狀態(tài)時(shí)環(huán)繞翼型部的流體的流動(dòng)方向；在圖3和圖4中，流動(dòng)方向用標(biāo)記“F”的箭頭指出。
[0045]在圖3和圖4中，使用類似于圖1和圖2中的那些的數(shù)字參考標(biāo)號；另外，35和45是如緣，并且36和46是后緣。
[0046]在圖3和圖4的實(shí)施例中，翼型內(nèi)腔具有(非常)類似于翼型部的實(shí)體形狀的實(shí)體形狀；因此，“向前和/或向后移位”屬性不僅適用于翼型部的實(shí)體形狀，也適用于翼型內(nèi)腔的實(shí)體形狀。
[0047]在圖2，圖3和圖4的實(shí)施例中，除了鄰近于根部和護(hù)罩以及在翼型部的端封閉內(nèi)腔的非常短的部分(即，材料層)，內(nèi)腔基本上沿著翼型部的整個(gè)縱向長度延伸。
[0048]要指出的是，根據(jù)本發(fā)明，“向前和/或向后移位”屬性以及“扭轉(zhuǎn)”屬性中的一個(gè)或多個(gè)也可組合。
[0049]根據(jù)本發(fā)明的具體的實(shí)施例，翼型部可具有從外表面延伸到至少一個(gè)翼型內(nèi)腔的一個(gè)或多個(gè)通道；這些通道典型地是孔或槽。
[0050]根據(jù)本發(fā)明的具體的實(shí)施例，翼型部的至少一個(gè)內(nèi)腔可延伸進(jìn)入葉片的根部和/或護(hù)罩部，S卩，可與其它內(nèi)外腔連通。
[0051]如下面將更清楚的那樣，由于根據(jù)本發(fā)明的葉片的實(shí)際的制造方法是基于添加式制造，至少兩個(gè)孔(甚至非常小)被關(guān)聯(lián)到每個(gè)內(nèi)腔以便在翼型內(nèi)腔被完全地封閉的情況下排出在添