本發(fā)明涉及一種用于制造用于燃?xì)廨啓C(jī)的轉(zhuǎn)子葉片的方法，所述轉(zhuǎn)子葉片具有固定區(qū)域和平臺(tái)，在所述平臺(tái)上設(shè)置有以葉片尖部終止的葉片。本發(fā)明還涉及這種轉(zhuǎn)子葉片。

背景技術(shù)：

上述類型的轉(zhuǎn)子葉片在燃?xì)廨啓C(jī)中用于將熱的燃?xì)饬鞯哪芰哭D(zhuǎn)換為旋轉(zhuǎn)動(dòng)能。所述轉(zhuǎn)子葉片典型地具有由空腔貫穿的葉身，所述空腔用于引導(dǎo)冷卻空氣，所述葉身固定在所謂的平臺(tái)上。在平臺(tái)上連接有固定區(qū)域，所述固定區(qū)域用于將渦輪葉片固定在燃?xì)廨啓C(jī)的轉(zhuǎn)子或定子上。

用于燃?xì)廨啓C(jī)的轉(zhuǎn)子葉片在鑄造方面由一個(gè)工件和一種原料制造。這通常以真空精密鑄造法進(jìn)行。然而，根據(jù)當(dāng)前燃?xì)廨啓C(jī)的尤其通過提高質(zhì)量流實(shí)現(xiàn)的進(jìn)一步的效率改進(jìn)方案表明：以本方法制造的渦輪葉片可能會(huì)出現(xiàn)穩(wěn)定性問題。此外，用于制造冷卻通道的模通常是不可重復(fù)使用的。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

因此，本發(fā)明的目的是：提出開頭時(shí)提到類型的方法和轉(zhuǎn)子葉片，其能夠在特別節(jié)約資源制造的情況下實(shí)現(xiàn)燃?xì)廨啓C(jī)的特別高的效率。

根據(jù)本發(fā)明，所述目的在方法方面通過如下方式實(shí)現(xiàn)，所述方法包括下述方法步驟：

-制造加強(qiáng)部；

-圍繞加強(qiáng)部的至少一部分鑄造轉(zhuǎn)子葉片的第一部分；以及

-借助于3d打印法構(gòu)造轉(zhuǎn)子葉片的第二部分。

在轉(zhuǎn)子葉片方面通過如下方式實(shí)現(xiàn)所述目的：其中轉(zhuǎn)子葉片包括設(shè)置在內(nèi)部的加強(qiáng)部。

在此，本發(fā)明基于如下想法：關(guān)于穿過燃?xì)廨啓C(jī)的質(zhì)量流的提高，尤其第四渦輪轉(zhuǎn)子葉片級(jí)的設(shè)計(jì)方案遇到制造技術(shù)方面的極限：轉(zhuǎn)子葉片應(yīng)具有開頭描述的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，并且主動(dòng)地被冷卻。在此，尤其在第四渦輪轉(zhuǎn)子葉片級(jí)中，源于流動(dòng)面和轉(zhuǎn)速的臨界的參數(shù)和特征值的確定和評(píng)估表現(xiàn)出：需要將在葉片的上部區(qū)域中的構(gòu)件壁厚度以大約1mm在非常窄的范圍中構(gòu)成。在這樣大的構(gòu)件中，1mm的壁厚度通常是難以實(shí)現(xiàn)的。這個(gè)問題能夠通過如下方式解決：不將轉(zhuǎn)子葉片完整地一起鑄造，而是借助于3d打印法制造。在此，能夠在葉身內(nèi)部制造非常復(fù)雜的幾何結(jié)構(gòu)。問題是：借助于已知的3d打印法實(shí)現(xiàn)較低的構(gòu)件強(qiáng)度。為了提高由3d打印制造的轉(zhuǎn)子葉片的強(qiáng)度，因此提出：利用復(fù)合材料。與鋼筋混凝土的情況類似地，應(yīng)將較堅(jiān)固的材料的支撐件嵌入到基本材料中。首先制造具有所述支撐件的所述加強(qiáng)部，然后圍繞加強(qiáng)部鑄造轉(zhuǎn)子葉片的一部分，并且最后尤其借助于3d打印構(gòu)造轉(zhuǎn)子葉片的精細(xì)的部分，例如冷卻空氣通道。

在此，支撐件應(yīng)——與在鋼筋混凝土的情況下相同地——沿主負(fù)荷方向定向。這尤其涉及通過在燃?xì)廨啓C(jī)的運(yùn)行中的離心力引起的負(fù)荷，所述負(fù)荷徑向向外，即朝向葉片尖部的方向作用并且朝向葉片尖部越來越大。因此，加強(qiáng)部應(yīng)有利地包括至少一個(gè)支撐件，所述支撐件從轉(zhuǎn)子葉片尖部的區(qū)域延伸至平臺(tái)，因此即穿過整個(gè)葉身沿負(fù)荷的方向延伸。由此，實(shí)現(xiàn)葉身抵抗所產(chǎn)生的離心力而穩(wěn)定。

通過使加強(qiáng)部有利地包括支撐件的方式再進(jìn)一步改善穩(wěn)定性，所述支撐件從轉(zhuǎn)子葉片尖部的區(qū)域延伸至固定區(qū)域。由此，使從轉(zhuǎn)子葉片根部處的固定區(qū)域直至葉片尖部的整個(gè)轉(zhuǎn)子葉片結(jié)構(gòu)通過連續(xù)的支撐件而穩(wěn)定。

在方法的其他有利的設(shè)計(jì)方案中，圍繞加強(qiáng)部鑄造的上述第一部分包括固定區(qū)域。通常具有圣誕樹狀的榫槽結(jié)構(gòu)的固定區(qū)域通常不包括冷卻通道或僅包括少量冷卻通道，并因此具有不太復(fù)雜的幾何結(jié)構(gòu)。因此，所述固定區(qū)域尤其也能夠以可再次利用的形式制造。通過鑄造固定區(qū)域，所述固定區(qū)域還具有所需的強(qiáng)度并且建立與加強(qiáng)部的良好的連接。

同樣的內(nèi)容適用于平臺(tái)，所述平臺(tái)將固定區(qū)域相對(duì)于在渦輪通道中的熱氣體密封。所述平臺(tái)也能夠以可再次利用的形式鑄造進(jìn)而得到特別高的強(qiáng)度。因此，鑄造的第一部分有利地包括平臺(tái)。

在方法的其他有利的設(shè)計(jì)方案中，轉(zhuǎn)子葉片的鑄造的第一部分包括在葉身區(qū)域中的加強(qiáng)部的支撐件的至少一部分的包套。換言之：圍繞在葉身區(qū)域中的加強(qiáng)部，由實(shí)心材料鑄造包套。所述包套例如能夠以預(yù)設(shè)的厚度圍繞相應(yīng)的支撐件鑄造。由此，建立與加強(qiáng)部的連接部，所述連接部用作為用于3d打印的基板。

有利地，加強(qiáng)部由鋼制成。在此，尤其考慮當(dāng)前使用的葉片原料，例如高強(qiáng)度的鋼或合金，所述鋼或合金具有相應(yīng)高的抗拉強(qiáng)度和相對(duì)于周圍原料的高的彈性模量。這種材料由于其高的強(qiáng)度特別適合于承受在運(yùn)行中產(chǎn)生的離心力并且使轉(zhuǎn)子葉片穩(wěn)定化。此外，所述材料具有高的熔點(diǎn)，使得所述材料在葉片根部或包套的鑄造過程期間保持穩(wěn)定。

轉(zhuǎn)子葉片的借助于3d打印法構(gòu)造的第二部分有利地包括葉身的區(qū)域。剛好在此，要制造復(fù)雜的結(jié)構(gòu)例如冷卻通道，所述結(jié)構(gòu)能夠借助于3d打印特別簡單地且靈活地成形。

有利地在構(gòu)造所述第二部分時(shí)將所述冷卻通道設(shè)置到葉身的區(qū)域中。

在所述方法的有利的設(shè)計(jì)方案中，將選擇性激光熔化用作為3d打印法。在選擇性激光熔化中，將要加工的原料以粉末形式以薄層施加在轉(zhuǎn)子葉片的已鑄造的部分上。借助于激光輻射將粉末狀的原料局部地完全重熔并且在凝固之后形成固體的材料層。接著，將轉(zhuǎn)子葉片以層厚度的數(shù)值降低并且重新涂覆粉末。重復(fù)所述周期，直至所有層被重熔。

用于燃?xì)廨啓C(jī)的轉(zhuǎn)子葉片有利地借助于至此所描述的方法制造。

燃?xì)廨啓C(jī)有利地包括這種轉(zhuǎn)子葉片。

借助于本發(fā)明實(shí)現(xiàn)的優(yōu)點(diǎn)尤其在于：通過利用復(fù)合材料補(bǔ)償3d打印材料的薄弱部，并且這種方法可應(yīng)用于制造渦輪葉片。借助于所述方法，葉身的壁厚度能夠是更小的并且也能夠制造更長的轉(zhuǎn)子葉片，從而改善燃?xì)廨啓C(jī)的效率和功率。

附圖說明

根據(jù)附圖詳細(xì)地闡述本發(fā)明的實(shí)施例。其中示出：

圖1示出貫穿燃?xì)廨啓C(jī)的部分的縱剖面；

圖2示出用于轉(zhuǎn)子葉片的加強(qiáng)部；

圖3a示出具有鑄造的葉片根部的加強(qiáng)部的剖面；

圖3b示出具有鑄造的葉片根部的加強(qiáng)部和加強(qiáng)部的部分包套；以及

圖4示出貫穿轉(zhuǎn)子葉片的剖面。

在所有附圖中，相同的部件設(shè)有相同的附圖標(biāo)記。

具體實(shí)施方式

圖1示出燃?xì)廨啓C(jī)100的縱向部分剖面。渦輪機(jī)是流體機(jī)械，所述流體機(jī)械將流動(dòng)的流體(液體或氣體)的內(nèi)能(焓)轉(zhuǎn)換為旋轉(zhuǎn)能并且最后轉(zhuǎn)換為機(jī)械的驅(qū)動(dòng)能。

燃?xì)廨啓C(jī)100在內(nèi)部具有圍繞旋轉(zhuǎn)軸線102(軸向方向)轉(zhuǎn)動(dòng)安裝的轉(zhuǎn)子103，所述轉(zhuǎn)子也稱作渦輪轉(zhuǎn)子。沿著轉(zhuǎn)子103，依次跟隨有進(jìn)氣殼體104，壓縮機(jī)105，環(huán)面形的燃燒室110，尤其環(huán)形燃燒室106，所述燃燒室具有多個(gè)同軸設(shè)置的燃燒器107，渦輪機(jī)108和廢氣殼體109。

環(huán)形燃燒室106與環(huán)形的熱氣體通道111連通。在此，四個(gè)相繼連接的渦輪級(jí)112例如形成渦輪機(jī)108。每個(gè)渦輪級(jí)112由兩個(gè)葉片環(huán)形成。沿工作介質(zhì)113的流動(dòng)方向觀察，在導(dǎo)向葉片排115的熱氣體通道111中，跟隨有由轉(zhuǎn)子葉片120形成的排125。葉片120、130形成略微彎曲的，類似于機(jī)翼的輪廓。

在此，導(dǎo)向葉片130固定在定子143上，與此相反，一排125轉(zhuǎn)子葉片120借助于渦輪葉輪盤133安裝在轉(zhuǎn)子103上。因此，轉(zhuǎn)子葉片120形成轉(zhuǎn)子的或工作輪103的組成部分。在轉(zhuǎn)子103上耦聯(lián)有發(fā)電機(jī)或做功機(jī)械(未示出)。

在燃?xì)廨啓C(jī)100的運(yùn)行期間，壓縮機(jī)105通過進(jìn)氣殼體104抽吸和壓縮空氣135。在壓縮機(jī)105的渦輪側(cè)的端部上提供的壓縮的空氣引向燃燒器107，并且在那與燃燒劑混合?；旌衔镉谑窃谌紵?10中燃燒，以形成工作介質(zhì)113。工作介質(zhì)113從所述燃燒室中沿著熱氣體通道111流過導(dǎo)向葉片130和轉(zhuǎn)子葉片120。

通過渦輪葉片120、130的盡可能無渦流的層式繞流，從流體流提取所述渦輪葉片的內(nèi)能的一部分，該部分傳遞到渦輪機(jī)108的轉(zhuǎn)子葉片120上。然后，經(jīng)由所述轉(zhuǎn)子葉片使轉(zhuǎn)子103置于轉(zhuǎn)動(dòng)中，由此首先驅(qū)動(dòng)壓縮機(jī)105?？衫玫墓β瘦敵龅轿词境龅淖龉C(jī)械上。

在燃?xì)廨啓C(jī)100的運(yùn)行期間消耗熱的工作介質(zhì)113的構(gòu)件承受熱負(fù)荷。除了對(duì)環(huán)形燃燒室106加襯的隔熱塊之外，沿工作介質(zhì)113的流動(dòng)方向觀察的第一渦輪級(jí)112的導(dǎo)向葉片130和轉(zhuǎn)子葉片120承受最高的熱負(fù)荷。高的負(fù)荷需要可承受最高負(fù)荷的原料。因此，渦輪葉片120、130由鈦合金、鎳基超合金或鎢鉬合金制成。為了相對(duì)于溫度以及腐蝕例如點(diǎn)狀腐蝕的更高的防護(hù)，葉片通過防止腐蝕的覆層(mcralx；m＝fe、co、ni、稀土元素)和防熱的覆層(隔熱層，例如zro2、y2o4-zro2)來保護(hù)，所述點(diǎn)狀腐蝕也已知為“麻點(diǎn)腐蝕(pittingcorrosion)”。用于熱屏蔽的覆層稱為熱障涂層或簡稱tbc。用于使葉片抗熱的其他措施在于復(fù)雜的冷卻通道系統(tǒng)。所述技術(shù)不僅應(yīng)用在導(dǎo)向葉片130中也應(yīng)用在轉(zhuǎn)子葉片120中。

每個(gè)導(dǎo)向葉片130具有朝向渦輪機(jī)108的內(nèi)殼體138的導(dǎo)向葉片根部(在此未示出)和與導(dǎo)向葉片根部相對(duì)置的導(dǎo)向葉片頂部。導(dǎo)向葉片頂部朝向轉(zhuǎn)子103并且固定在定子143的密封環(huán)140上。在此，每個(gè)密封環(huán)140包圍轉(zhuǎn)子103的軸。同樣，每個(gè)轉(zhuǎn)子葉片120具有這種轉(zhuǎn)子葉片根部，如在下面的附圖中再進(jìn)一步示出那樣，然而在轉(zhuǎn)子葉片頂部終止。

圖2示出用于這種轉(zhuǎn)子葉片120的加強(qiáng)部144。加強(qiáng)部144具有上部的橫撐146。從上部的橫撐146，總共四個(gè)縱撐148、150以彼此相同的間距略微束狀地彼此背離地向下伸出。兩個(gè)中間的縱撐148比外部的縱撐150略長。其是相同長度的并且在其端部處經(jīng)由下部的橫撐152連接。在同樣相同長度的外部的縱撐150的端部處，所述縱撐彼此連接并且與中間的縱撐150經(jīng)由另一橫撐154連接。在另一橫撐154和上部的橫撐146之間，所有縱撐148、150通過以規(guī)則的間距設(shè)置的中間的橫撐156彼此連接。

縱撐和橫撐146、148、150、152、154、156的在圖2中示出的設(shè)置方式僅是示例的。在其他替選的實(shí)施方式中，當(dāng)然能夠根據(jù)產(chǎn)生的力選擇支撐件的數(shù)量、定向和分布。

因此，縱撐和橫撐146、148、150、152、154、156形成穩(wěn)定的加強(qiáng)部144，所述加強(qiáng)部能夠設(shè)置在轉(zhuǎn)子葉片120的內(nèi)部。根據(jù)下面的附圖闡述轉(zhuǎn)子葉片120的制造過程。首先，如所描述那樣制造加強(qiáng)部144。所述加強(qiáng)部由高強(qiáng)度的鋼合金構(gòu)成并且在圖3a和3b中示出的鑄造過程中保持穩(wěn)定。

在方法的第一實(shí)施例中，如在圖3a中示出，僅鑄造轉(zhuǎn)子葉片根部158。所述轉(zhuǎn)子葉片根部包括平臺(tái)160和固定區(qū)域162，所述平臺(tái)用于將轉(zhuǎn)子103的內(nèi)部區(qū)域相對(duì)于在熱氣體通道111中的熱氣體進(jìn)行密封，所述固定區(qū)域具有兩側(cè)的彈簧，所述兩側(cè)的彈簧構(gòu)成為用于在轉(zhuǎn)子上的榫槽連接。在此，可看到的是，橫撐154在平臺(tái)160中。中間的縱撐148的經(jīng)過橫撐154向下延伸的區(qū)域和下部的橫撐152位于固定區(qū)域162中。

在方法的第二實(shí)施例中，如在圖3b中示出，除了轉(zhuǎn)子葉片根部158之外，鑄造每個(gè)縱撐150、152的包套164。所述包套例如能夠以具有縱撐150、152作為軸線的柱狀的形式構(gòu)成。在兩個(gè)實(shí)施例中，在鑄造時(shí)，能夠利用相對(duì)簡單的、可再次利用的形狀。

最后，圖4示出制成的轉(zhuǎn)子葉片120?；谠趫D3a或3b中示出的構(gòu)件，轉(zhuǎn)子葉片120的體部的其余部分借助于選擇性激光熔化制造。這樣制造的部分尤其包括葉身166，其中在轉(zhuǎn)子葉片尖部167的區(qū)域中設(shè)置有加強(qiáng)部144的上部的橫撐146。

葉身166具有相對(duì)復(fù)雜的幾何結(jié)構(gòu)：其輪廓類似于機(jī)翼。所述葉身具有弓形的輪廓前緣168和輪廓后緣170。轉(zhuǎn)子葉片120的凹形的壓力側(cè)壁和凸形的吸入側(cè)壁在輪廓前緣168和輪廓后緣170之間延伸。在壓力側(cè)壁和吸入側(cè)壁之間，在內(nèi)部裝入多個(gè)未詳細(xì)示出的冷卻空氣通道。

基于部分鑄造的轉(zhuǎn)子葉片120，所描述的復(fù)雜的幾何結(jié)構(gòu)能夠借助于3d打印特別簡單地構(gòu)造。通過加強(qiáng)部144，補(bǔ)償在3d打印中制造的材料的結(jié)構(gòu)上的薄弱部。