專利名稱：用于制造燃?xì)廨啓C(jī)的渦輪動葉片的澆鑄裝置和渦輪動葉片的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種根據(jù)權(quán)利要求1的前序部分所述的用于制造燃?xì)廨啓C(jī)的渦輪動葉片的澆鑄裝置。此外，本發(fā)明涉及一種根據(jù)權(quán)利要求6的前序部分所述的渦輪動葉片。
背景技術(shù)：
長期以來，從現(xiàn)有技術(shù)中已知用于制造燃?xì)廨啓C(jī)的渦輪動葉片的澆鑄裝置，也稱為鑄造裝置。如從US 5，465，780中已知，澆鑄裝置包括用于同時澆鑄多個渦輪動葉片的多個成串設(shè)置的模殼。在此，每個模殼空心地構(gòu)成，其中，空腔為待制造的渦輪動葉片的陰模。 因?yàn)闇u輪動葉片，特別是前置渦輪級的動葉片，通常必須被冷卻，所以所述渦輪動葉片同樣空心地構(gòu)成。在工作時，冷卻介質(zhì)，大多數(shù)情況下為冷卻空氣，能夠被引導(dǎo)穿過渦輪動葉片的空腔，因此渦輪動葉片具有非常長的使用壽命，并且不會由于流經(jīng)所述渦輪動葉片的熱氣流過早遭受由于熱而導(dǎo)致的損壞。在此，冷卻空氣的輸送通過設(shè)置在葉根中的孔來實(shí)現(xiàn)， 所述孔與動葉片的空腔流體連接。因此，用于制造這種類型的渦輪動葉片的模殼大多數(shù)情況下包括一個或多個鑄芯，所述鑄芯設(shè)置在澆鑄裝置的空腔中。鑄芯在其被清除后在已澆鑄的渦輪動葉片中留下空腔，在燃?xì)廨啓C(jī)工作時冷卻劑流過所述空腔。此外已知的是，澆鑄裝置具有至少一個入口通道，大多數(shù)情況下稱為澆道，通過所述入口通道，能夠在澆鑄動葉片時將鑄造材料輸入模殼的空腔中。因此，入口通道的入口孔通入限定模殼的空腔的表面中。在渦輪動葉片中證實(shí)，在工作時，冷卻通道的設(shè)置在葉根中的部段的壁導(dǎo)致裂紋產(chǎn)生和裂紋擴(kuò)展。所述裂紋能夠影響并可能縮短渦輪動葉片的使用壽命。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的目的是，提供一種具有提高了的使用壽命的渦輪動葉片，并且提供一種用于制造這樣的渦輪動葉片的澆鑄裝置。針對澆鑄裝置的目的借助根據(jù)權(quán)利要求1的特征構(gòu)成的澆鑄裝置得以實(shí)現(xiàn)。關(guān)于渦輪動葉片的目的借助根據(jù)權(quán)利要求5構(gòu)成的渦輪動葉片得以實(shí)現(xiàn)。本發(fā)明基于如下認(rèn)識，在熔體凝固期間在渦輪動葉片的葉根側(cè)的區(qū)域中的冷卻通道的壁中的裂紋產(chǎn)生與制造有關(guān)。在現(xiàn)有技術(shù)中，渦輪動葉片被符合標(biāo)準(zhǔn)地直立澆鑄，其中，空腔在模殼中構(gòu)成為，使得在底部成型渦輪動葉片的葉身的陰模，并且在其上成型平臺和葉根。在此，術(shù)語“頂部”和“底部”針對水平平面而言。用于熔融的鑄造材料的入口通常情況下同樣位于頂部，因?yàn)楸蛔C實(shí)為有利的是，渦輪動葉片以頂鑄法制成，在所述渦輪動葉片中，鑄造材料的最后凝固的位置在頂部，并且因此在質(zhì)量更大的葉根處。在從現(xiàn)有技術(shù)中已知的澆鑄裝置中，入口通道橫向于渦輪動葉片的縱軸線延伸，并且因此與水平平面接近平行地延伸，以便提供一種較低高度的澆鑄裝置。通過熔融的鑄造材料的所述橫向輸入，所述鑄造材料在從入口孔流出后流入模殼的空腔中，并且隨后落到模殼的基底上，在那里成型葉身尖端的凹部。通過繼續(xù)輸送熔融的鑄造材料，用于渦輪動葉片的葉身、平臺和葉根的空腔完全由液態(tài)的、熱的鑄造材料填滿。因?yàn)?，葉根在大多數(shù)情況下對稱地構(gòu)成為錘形或圣誕樹形，并且冷卻通道在大多數(shù)情況下定位在葉根中的中央，所以在傳統(tǒng)的澆鑄裝置中，總是出現(xiàn)下述情況，即，流入模殼的空腔中的液態(tài)的鑄造材料橫向地撞擊在定位在入口孔的上游的鑄芯上。詳細(xì)地說，熔融的鑄造材料撞擊處于中央的鑄芯的根部區(qū)域。這導(dǎo)致了，鑄芯在熱的鑄造材料的沖擊點(diǎn)上比在其它區(qū)域中更多地被加熱。鑄芯的這個更熱的區(qū)域也稱為熱點(diǎn)(Hot Spots)。相反，鑄芯的其它區(qū)域不如此過度地被加熱。在鑄造材料冷卻和在此出現(xiàn)凝固期間，與鑄芯的較冷的區(qū)域相比，在鑄造材料的鄰接鑄芯的局部較熱的區(qū)域的那些區(qū)域中出現(xiàn)鑄造材料的延遲凝固。由于鑄造材料在相應(yīng)的區(qū)域中的延遲凝固，在凝固的材料的組織結(jié)構(gòu)中出現(xiàn)擾動，所述擾動促使在工作時的裂紋產(chǎn)生和裂紋擴(kuò)展?，F(xiàn)在， 基于該認(rèn)識，本發(fā)明提出，在澆鑄渦輪動葉片時，熱的液態(tài)的鑄造材料必須進(jìn)入模殼的空腔中，使得所述鑄造材料不直接撞擊在鑄芯上?，F(xiàn)在，根據(jù)本發(fā)明，鑄造材料應(yīng)自由地且不受干擾地流入空腔中，并且撞擊在模殼底部上，所述模殼底部成型為葉片尖端。因?yàn)槿肟谠诖蠖鄶?shù)情況下在端側(cè)設(shè)置葉根的區(qū)域的中央，所以為此必要的是，鑄芯相對于葉根的縱軸線離開中心地設(shè)置。這導(dǎo)致了一種澆鑄裝置，在所述澆鑄裝置中，空腔的部分，——入口通道的假想的延長部伸入所述這個部分中——，至少在入口孔側(cè)不具有鑄芯。因此，借助根據(jù)本發(fā)明的澆鑄裝置避免了，在將流入的熱的鑄造材料填入模殼的空腔中時，所述鑄造材料橫向地撞擊在鑄芯上，并且因此產(chǎn)生熱的鑄芯區(qū)域，即所謂的熱點(diǎn)。通過避免較熱的鑄芯區(qū)域，在冷卻時也不再發(fā)生鑄造材料的局部延遲的凝固。因此，鑄造材料的凝固在總體上變得均勻，以至于能夠避免在渦輪動葉片材料的組織結(jié)構(gòu)中的擾動位置。由于避免了所述擾動位置，在工作時有效地避免在渦輪動葉片的包圍冷卻通道的葉根側(cè)的部段的材料中的裂紋產(chǎn)生和裂紋擴(kuò)展。這減少了廢品，并且延長了渦輪動葉片的使用壽命。因?yàn)殍T芯通常至少在葉根的部段中構(gòu)成為桿形，所以所述鑄芯的在模殼中的偏離中心的安置導(dǎo)致在渦輪動葉片的葉根中的冷卻通道開口相對于葉根的通常對稱的外部輪廓同樣偏離中心地設(shè)置。在這種情況下，所述對稱涉及葉根的橫截面為圣誕樹形或錘形的輪廓。模殼的表面具有用于渦輪動葉片的葉根的輪廓，所述輪廓沿著葉根中央鏡像對稱。在此，所述輪廓是圣誕樹形或錘形。在此，入口通道也設(shè)置在中央，并且鑄芯中的一個至少在入口孔的區(qū)域中偏離中心地設(shè)置，即兩者相對于根據(jù)限定位于葉根的側(cè)面的成波浪形的表面或輪廓之間且位于中央的葉根中央設(shè)置。由于鑄芯偏離中心地設(shè)置，并且由于葉根需保持緊湊，必要的是，至今為止的鑄芯的橫截面面積被分在兩個鑄芯上。通過將至今為止的、安置在中央的冷卻通道分為相應(yīng)兩個平行地偏離中心定位的冷卻通道，能夠進(jìn)一步維持用于冷空氣所必需的橫截面面積，但是其中，然后將至今為止的橫截面面積分布在相應(yīng)兩個冷卻通道上，那么所述兩個冷卻通道各具有至今為止的橫截面面積的一半。因此，在根據(jù)本發(fā)明的渦輪動葉片中，現(xiàn)有技術(shù)中存在的冷卻通道入口被分為兩個冷卻通道。這導(dǎo)致，在渦輪動葉片中，兩個孔設(shè)置在底側(cè)上，但是設(shè)置在葉根中央的兩側(cè)，其中，所述孔為用于渦輪動葉片的冷卻劑的輸送孔。因此，每個孔構(gòu)成渦輪動葉片的冷卻通道的端部。在從屬權(quán)利要求中說明了澆鑄裝置的和渦輪動葉片的有利的實(shí)施形式。
入口通道優(yōu)選通入模殼的空腔的表面的部分中，所述部分成型為渦輪動葉片的葉根的端側(cè)的凹部。因此，能夠構(gòu)成足夠大的入口通道。同時，具有設(shè)置在頂部的葉根的渦輪動葉片的頂鑄法可實(shí)現(xiàn)渦輪動葉片的澆鑄，所述渦輪動葉片的最大體積的區(qū)域，即葉根，最后凝固。可能在凝固時發(fā)生的鑄造材料的收縮能夠通過從澆口區(qū)域續(xù)流的熔融的鑄造材料來補(bǔ)償。此外，因此能夠提供一種緊湊的澆鑄裝置。優(yōu)選的是，在澆鑄裝置中，空腔的能由入口通道的假想的延長部伸入的部分完全不具有鑄芯。因此，不僅模殼的空腔在入口孔側(cè)不具有鑄芯，而且空腔的與入口孔相對置的那個區(qū)域也不具有鑄芯。根據(jù)澆鑄裝置和渦輪動葉片的實(shí)施形式和在澆鑄渦輪動葉片時設(shè)定的過程參數(shù)， 足夠的是，不是全部鑄芯都偏離中心地設(shè)置，而是僅那些特別靠近入口孔設(shè)置的鑄芯偏離中心地設(shè)置。換句話說，如果流入空腔中的鑄造材料不能到達(dá)最遠(yuǎn)離入口孔的鑄芯，那么這些鑄芯也能夠位于入口通道的所假想的延長部中，所述鑄芯的部段設(shè)置在渦輪動葉片的動葉片區(qū)域中。


現(xiàn)在，借助于在附圖中示出的實(shí)施例進(jìn)一步闡述本發(fā)明。在此，通過下面說明的裝置的特征的有利的組合獲得符合目的的實(shí)施形式。附圖中示出圖1示出澆鑄裝置的立體視圖，所述澆鑄裝置具有根據(jù)本發(fā)明設(shè)置在其中的鑄芯；并且圖2示出根據(jù)本發(fā)明的用于燃?xì)廨啓C(jī)的渦輪動葉片的立體視圖。
具體實(shí)施例方式圖1示出用于制造燃?xì)廨啓C(jī)的渦輪動葉片的澆鑄裝置10的一部分的立體示意圖。 澆鑄裝置10包括具有空腔14的至少一個模殼12。所述空腔14由表面16限定，所述表面為待制造的渦輪動葉片的陰模。在空腔14中總共設(shè)置有六個鑄芯18。在此，所述鑄芯18 總是成對地設(shè)置?？偣泊嬖谌齻€鑄芯對。當(dāng)然，在模殼12中也能夠存在更多或更少數(shù)量的鑄芯(對)。此外，在用于填充入液態(tài)的鑄造材料的模殼12中設(shè)有入口通道20。在此，所述入口通道的入口孔22通入限定空腔14的表面16中?？涨?4在模殼12中構(gòu)成為，使得渦輪動葉片的葉身尖端的陰模設(shè)置在最下面。所述表面的設(shè)置在陰模上的部分成型為動葉片葉身的凹部。再在動葉片葉身上方，表面的部分構(gòu)造為，使得成型為渦輪動葉片的平臺的陰模。緊接著渦輪動葉片的平臺并且因此以在最上面相對于水平平面設(shè)置的方式，表面16 的剩余部分成型為葉根的輪廓。入口通道20的入口孔22通入表面的規(guī)定葉根的端側(cè)的那個部分中。在此，入口通道20緊鄰在所示出的澆鑄裝置中的入口孔22的上游具有直線的縱向延伸部。在此，入口通道20的縱向延伸部相對于水平平面接近平行地或略微傾斜地延伸。在圖1中不完全地示出鑄芯18。在圖1中僅示出鑄芯18的設(shè)置在空腔14的最上面的部分中的那些部段，所述空腔規(guī)定了葉根的陰模。鑄芯18的在平臺側(cè)的區(qū)域中或在葉片側(cè)的區(qū)域中的形狀、輪廓和類型對于本發(fā)明而言不再重要，并且因此能夠任意地構(gòu)成，例如構(gòu)成為蜿蜒形、直線或者也能夠構(gòu)成為僅輕微彎曲。在此，相應(yīng)的冷卻通道也能夠部分地再次聚集到一起。分別形成對的鑄芯18彼此間隔。在此，在所述鑄芯之間的距離A大到使得熱的、 液態(tài)的鑄造材料在填充空腔14時不直接撞擊到鑄芯18上?？梢哉f，輸入空腔14中的熱的鑄造材料在兩個直接相鄰的鑄芯18之間穿流。因此，應(yīng)盡可能避免在根部區(qū)域中在流入的液態(tài)的鑄造材料和鑄芯表面之間的接觸。因此避免了具有局部升高的溫度的鑄芯區(qū)域。局部升高的鑄芯溫度是在現(xiàn)有技術(shù)中在渦輪動葉片的冷卻通道的壁上的出現(xiàn)的裂紋現(xiàn)象的原因。因此，入口通道20的縱向延伸部的假想的延長部延伸入鑄芯對的兩個鑄芯18之間的自由區(qū)域中。根據(jù)圖1的實(shí)施形式，入口通道的假想的延長部完全不具有鑄芯18。對此替代地可能的是，僅假想的延長部的在入口孔側(cè)構(gòu)成的部分不具有鑄芯18。相對于在圖1中的實(shí)施形式，這意味著，在中央示出的鑄芯對或在左側(cè)示出的鑄芯對例如也能夠分別通過唯一的鑄芯來代替，所述鑄芯的設(shè)置在葉根中的部段定位在入口通道20的假想的延長部中。但是，這假定，流入的熱的鑄造材料的可達(dá)范圍不寬到使得入流束能夠撞擊到所述可達(dá)范圍。在圖2中示出渦輪動葉片30的立體視圖，所述渦輪動葉片借助根據(jù)圖1的澆鑄裝置制成。渦輪動葉片30具有縱剖面構(gòu)造為圣誕樹形的葉根32，在所述葉根上設(shè)置有平臺 34。彎曲成流線型的葉身36連接在所述平臺34上，所述葉身在獨(dú)立的葉身尖端38處終止。 因此，渦輪動葉片30沿著縱軸線40從葉根32朝向葉身尖端38延伸。在此，縱軸線40設(shè)置為，使得所述縱軸線在中央或者與圣誕樹形的葉根32的輪廓對稱地延伸。葉根32在它的背離葉身36且橫向于縱軸線40延伸的面上具有多個孔44，所述面也稱為底側(cè)，當(dāng)將鑄芯18從經(jīng)澆鑄的渦輪動葉片30移除時，所述孔保留。在此，所述孔44設(shè)置在葉根中央的兩側(cè)，所述葉根中央在橫截面內(nèi)由縱軸線40限定，并且此外位于葉根的側(cè)面的、成波浪形的表面之間且位于中央。在此，所述孔位于具有各三個孔44的兩排中。所述孔44用于將冷卻劑導(dǎo)入渦輪動葉片30的內(nèi)部中。在此，每個孔44構(gòu)成渦輪動葉片30的冷卻通道的端部。所述冷卻通道在渦輪動葉片30的內(nèi)部中的分布對于本發(fā)明而言是不重要的。通過本發(fā)明阻止了在填充空腔14時在入口的附近的鑄芯18的不均勻的局部過熱。同時能夠?qū)崿F(xiàn)更好的填充，因?yàn)殍T芯18不再阻塞所述入口孔22。流入的熱的鑄造材料與鑄芯18的碰撞通過本發(fā)明的應(yīng)用得以阻止。此外，能夠通過熱的鑄造材料的從入口無阻礙的續(xù)流(供入)，進(jìn)一步改善了凝固，這減小了留下的固有應(yīng)力或殘余應(yīng)力，并且避免了裂紋產(chǎn)生。概括來說，本發(fā)明涉及一種用于制造燃?xì)廨啓C(jī)的渦輪動葉片30的澆鑄裝置10，其中，模殼12、所述模殼的入口和設(shè)置在其中的鑄芯18彼此定向?yàn)?，使得流入模?2的空腔 14中的鑄造材料不直接撞擊在鑄芯18上。因此避免在鑄芯18上的所謂的更熱的區(qū)域(熱點(diǎn)，Hot Spots)，所述鑄芯至今為止對鑄造材料的凝固產(chǎn)生不利的影響。因此，特別是在待制造的渦輪動葉片30的葉根32的區(qū)域中能夠?qū)崿F(xiàn)鑄造材料的改善了的凝固，這降低了在已凝固的鑄造材料的組織結(jié)構(gòu)中的擾動。由于擾動的減少或避免，避免了在葉根側(cè)的冷卻通道段的區(qū)域中的裂紋產(chǎn)生和裂紋擴(kuò)展，這提高了渦輪動葉片30的使用壽命。
權(quán)利要求
1.用于制造燃?xì)廨啓C(jī)的渦輪動葉片(30)的澆鑄裝置(10)，包括至少一個空心的模殼(12)，所述模殼的空腔(14)由表面(16)限定，并且形成待制造的所述渦輪動葉片(30)的陰模；設(shè)置在所述空腔(14)中的一個或多個鑄芯(18)；以及用于鑄造材料的至少一個入口通道(20)，所述入口通道具有通入所述表面(16)的入口孔(22)，其中，所述表面(16)在所述模殼(1 中定向?yàn)椋沟迷谌肟趥?cè)構(gòu)造有待澆鑄的所述渦輪動葉片(30)的葉根(32)，其中，用于所述渦輪動葉片(30)的所述葉根(32)的所述表面(16)在葉根中央的兩側(cè)具有對稱的圣誕樹形或錘形的輪廓，并且其中，所述入口通道00)直接在它的入口孔0 的上游具有縱向延伸部，其特征在于，所述入口通道00)設(shè)置在所述圣誕樹形或錘形的葉根輪廓之間的中央，并且所述鑄芯(18)中的一個雖然設(shè)置在入口孔側(cè)，但是偏離中心地設(shè)置，以至于所述空腔(14)的能由所述入口通道00)的假想的射束狀的延長部伸入的部分至少在入口孔側(cè)不具有鑄芯 (18)。
2.如權(quán)利要求1所述的澆鑄裝置(10)，其中，所述入口通道00)通入所述表面(16) 的部分中，所述部分成型為所述渦輪動葉片(30)的所述葉根(32)的平坦的端側(cè)06)的凹部。
3.如權(quán)利要求1或2所述的澆鑄裝置(10)，具有多個鑄芯(18)，所述鑄芯至少在所述入口孔0 的區(qū)域中設(shè)置在所述葉根中央的兩側(cè)上。
4.如權(quán)利要求1到3之一所述的澆鑄裝置(10)，其中，所述空腔(14)的能由所述入口通道00)的假想的延長部伸入的部分完全不具有鑄芯(18)。
5.用于燃?xì)廨啓C(jī)的渦輪動葉片(30)，所述渦輪動葉片沿著它的縱軸線00)具有縱截面為圣誕樹形的或錘形的葉根(32)、平臺(34)和連接在所述平臺(34)上的彎曲成流線型的葉身(36)，其中，所述葉根(32)相對于所述渦輪動葉片(30)的所述縱軸線00)在葉根中央的兩側(cè)對稱地構(gòu)成，并且在所述葉根的背離所述葉身(36)且橫向于所述縱軸線GO)延伸的底側(cè)02)上具有用于導(dǎo)入冷卻劑的一個或多個孔04)，其特征在于，所述孔G4)中的至少一個偏離中心地設(shè)置。
6.如權(quán)利要求5所述的渦輪動葉片(30)，其中，兩個所述孔04)設(shè)置在所述葉根中央的兩側(cè)。
7.如權(quán)利要求5或6所述的渦輪動葉片(30)，所述渦輪動葉片的葉根(32)具有兩個相互對置的平坦的端側(cè)(46)，并且其中，在所述端側(cè)06)之間設(shè)有至少兩排孔(44)，所述孔分別偏離中心地設(shè)置。
8.如權(quán)利要求5、6或7所述的渦輪動葉片(30)，其中，每個孔04)構(gòu)成所述渦輪動葉片(30)的冷卻通道的端部。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于制造燃?xì)廨啓C(jī)的渦輪動葉片(30)的澆鑄裝置(10)和一種由此制成的渦輪動葉片(30)。所述澆鑄裝置包括至少一個空心的模殼(12)，所述模殼的入口和設(shè)置在其中的鑄芯(18)彼此定向?yàn)?，使得流入模?12)的空腔(14)中的熱的鑄造材料不直接撞擊在鑄芯(18)上。因此，避免了在鑄芯(18)上的所謂的更熱的區(qū)域(熱點(diǎn))，所述更熱的區(qū)域直到現(xiàn)在對鑄造材料的凝固產(chǎn)生不利的影響。因此，特別是在待制造的渦輪動葉片(30)的葉根(32)的區(qū)域中能夠達(dá)到鑄造材料的改善了的凝固，這減少了在已凝固的鑄造材料的組織結(jié)構(gòu)中的擾動。由于減少或避免了所述擾動，避免了在葉根側(cè)的冷卻通道部段的區(qū)域中的裂紋產(chǎn)生和裂紋擴(kuò)展，這提高了所述渦輪動葉片(30)的使用壽命。
文檔編號F01D5/08GK102458715SQ201080027519
公開日2012年5月16日 申請日期2010年4月15日 優(yōu)先權(quán)日2009年4月20日
發(fā)明者烏韋·保羅, 法蒂·艾哈邁德 申請人:西門子公司