不同程度粗糙的葉片及其制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種不同程度粗糙的葉片及其制造方法。通過葉片（1、120、130）的吸入側(cè)（7）和壓力側(cè)（4）的表面的粗糙度的不同的設(shè)計(jì)方案能夠改善壓縮機(jī)或者渦輪機(jī)的葉片的性能。
【專利說明】不同程度粗糙的葉片及其制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種葉片和一種用于其的制造方法，所述葉片在其表面上以不同粗糙程度構(gòu)成。
【背景技術(shù)】
[0002]葉片在壓縮機(jī)或者在蒸汽輪機(jī)或者燃?xì)廨啓C(jī)中使用。在此，介質(zhì)如空氣或者熱氣體流過渦輪葉片，以至于在所述介質(zhì)和葉片的表面之間產(chǎn)生相互作用。所述相互作用對(duì)于葉片功能而言是重要的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的在于，說明一種葉片特別是用于壓縮機(jī)或者渦輪機(jī)如蒸汽輪機(jī)或者燃?xì)廨啓C(jī)的葉片，所述葉片具有改善的性能。
[0004]所述目的通過根據(jù)本發(fā)明的一種彎曲的葉片，特別是用于壓縮機(jī)或者渦輪機(jī)的葉片來實(shí)現(xiàn)，所述葉片具有吸入側(cè)和壓力側(cè)，所述吸入側(cè)的表面與所述壓力側(cè)的表面相比至少大部分地，特別是全部構(gòu)成為是較不粗糙的，特別是以至少20%的程度較不粗糙的。所述目的還通過根據(jù)本發(fā)明的用于制造葉片的方法，特別是用于制造上述葉片的方法來實(shí)現(xiàn)，其中將所述葉片的壓力側(cè)的表面粗糙化，特別是其中僅將所述葉片的所述壓力側(cè)的表面粗糙化。此外所述目的通過根據(jù)本發(fā)明的用于制造葉片的方法，特別是用于制造上述葉片的方法來實(shí)現(xiàn)，其中將葉片的吸入側(cè)的表面光滑化，特別是其中僅將葉片的所述吸入側(cè)的表面光滑化。
[0005]在下文中列舉了其它的有利的措施，所述措施能夠任意地彼此組合，以便實(shí)現(xiàn)其它的優(yōu)點(diǎn)。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0006]其示出:
[0007]圖1、2示出貫穿葉片的橫截面，
[0008]圖3示出渦輪葉片。
【具體實(shí)施方式】
[0009]附圖和描述僅示出本發(fā)明的實(shí)施例。
[0010]圖1示出葉片1、120、130，特別是具有吸入側(cè)7和壓力側(cè)4的渦輪葉片的橫截面，其中葉片1、120、130在流動(dòng)方向10上由介質(zhì)繞流。
[0011]根據(jù)本發(fā)明，吸入側(cè)7設(shè)計(jì)為與壓力側(cè)4相比更光滑或者較不粗糙。
[0012]特別地，壓力側(cè)4設(shè)計(jì)為與吸入側(cè)7相比粗糙程度是至少兩倍，優(yōu)選是三倍。
[0013]在此，葉片I的表面是否沒有覆層(圖1)，或者最外部的覆層是否是金屬的和/或陶瓷的覆層，如果需要的話具有金屬的子層(圖2)，是無關(guān)緊要的。[0014]因此在基底表面上或者在金屬的或陶瓷的表面上相應(yīng)地設(shè)定或者產(chǎn)生粗糙度。
[0015]在沒有覆層的基底13中，這能夠通過后續(xù)處理也就是說通過壓力側(cè)4的粗糙化或者吸入側(cè)7的光滑化來實(shí)現(xiàn)。
[0016]如果是鑄件，那么注入有金屬以產(chǎn)生基底13的鑄模也能夠通過其內(nèi)表面相應(yīng)地以不同粗糙程度構(gòu)成，以便產(chǎn)生上述粗糙度。
[0017]同樣后續(xù)處理是可能的，也就是說，進(jìn)行基底13的光滑化或者粗糙化。
[0018]在基底13上覆層時(shí)，同樣可設(shè)定粗糙度，以至于通過覆層已經(jīng)設(shè)定了不同的粗糙度。這優(yōu)選可通過不同粒度的用于覆層的粉末顆粒來實(shí)現(xiàn)。
[0019]同樣后續(xù)處理是可能的，也就是說，進(jìn)行層16的光滑化或者粗糙化。
[0020]對(duì)于粗糙度的確定能夠使用不同的粗糙度限定。有利地，產(chǎn)生或設(shè)定對(duì)于吸入側(cè)7而言< 6 μ m的粗糙度和/或?qū)τ趬毫?cè)4而言至少20 μ m特別是20 μ m至30 μ m的粗糙度。
[0021]通過葉片的這種根據(jù)本發(fā)明的設(shè)計(jì)方案，壓縮機(jī)或者渦輪機(jī)內(nèi)部的壓力被提高，這導(dǎo)致功率上升。
[0022]圖3在立體視圖中示出流體機(jī)械的轉(zhuǎn)子葉片120或者導(dǎo)向葉片130，所述轉(zhuǎn)子葉片或者導(dǎo)向葉片沿著縱軸線121延伸。
[0023]所述流體機(jī)械可以是飛機(jī)的或用于發(fā)電的發(fā)電廠的燃?xì)廨啓C(jī)，也可以是蒸汽輪機(jī)或壓縮機(jī)。
[0024]葉片120、130沿著縱軸線121相繼具有:固定區(qū)域400、鄰接于固定區(qū)域的葉片平臺(tái)403以及葉身406和葉片梢部415。作為導(dǎo)向葉片130，葉片130可以在其葉片梢部415
處具有另一平臺(tái)(未示出)。
[0025]在固定區(qū)域400中形成有用于將轉(zhuǎn)子葉片120、130固定在軸或盤上的葉片根部183 (未示出)。葉片根部183例如構(gòu)成為錘頭形。作為揪樹形根部或燕尾形根部的其他構(gòu)形是可行的。葉片120、130對(duì)于流過葉身406的介質(zhì)具有入流棱邊409和出流棱邊412。
[0026]在傳統(tǒng)的葉片120、130中，在葉片120、130的所有區(qū)域400、403、406中使用例如實(shí)心的金屬材料、尤其是超合金。例如由EP1204776B1、EP1306454、EP1319729A1、W099/67435或W000/44949已知這樣的超合金。在這種情況下，葉片120、130可以通過鑄造法，也可以借助定向凝固、通過鍛造法、通過銑削法或其組合來制造。
[0027]將帶有一個(gè)或多個(gè)單晶結(jié)構(gòu)的工件用作機(jī)器的在運(yùn)行中承受高的機(jī)械的、熱的和/或化學(xué)的負(fù)荷的構(gòu)件。這種單晶工件的制造例如通過由熔融物定向凝固來進(jìn)行。在此，這涉及一種澆注法，其中液態(tài)金屬合金凝固為單晶結(jié)構(gòu)、即單晶工件，或者定向凝固。在這種情況下，枝狀晶體沿?zé)崃鞫ㄏ颍⑶倚纬芍鶢罹w的晶粒結(jié)構(gòu)(柱狀地，這就是說在工件的整個(gè)長(zhǎng)度上分布的晶粒，并且在此根據(jù)一般的語言習(xí)慣稱為定向凝固)，或者形成單晶結(jié)構(gòu)，這就是說整個(gè)工件由唯一的晶體構(gòu)成。在這些方法中，必須避免過渡成球形(多晶的)凝固，因?yàn)橥ㄟ^非定向的生長(zhǎng)不可避免地構(gòu)成橫向和縱向晶界，所述橫向和縱向晶界使定向凝固的或單晶的構(gòu)件的良好特性不起作用。如果一般性地提到定向凝固組織，則是指不具有晶界或最多具有小角度晶界的單晶和確實(shí)具有沿縱向方向分布的晶界但不具有橫向晶界的柱狀晶體結(jié)構(gòu)。第二種所提到的晶體結(jié)構(gòu)也稱為定向凝固組織(directionalIysolidified structures)。由 US-PS6, 024，792 和 EP0892090A1 已知這樣的方法。[0028]葉片120、130同樣可以具有抗腐蝕或抗氧化的覆層，例如(MCrAlX ;M是鐵(Fe)、鈷(Co)、鎳(Ni)中的至少一種元素，X是活性元素并代表釔(Y)和/或硅和/或至少一種稀土元素，或鉿(Hf))。由 EP0486489B1、EP0786017B1、EP0412397B1 或 EP1306454A1 已知這樣的合金。密度優(yōu)選地是理論密度的95%。在(作為中間層或最外層的)MCrAlX層上形成保護(hù)性氧化招層(TG0=thermal grown oxide layer (熱生長(zhǎng)氧化層))。
[0029]優(yōu)選地，層成分具有Co-30N1-28Cr-8Al-0.6Y-0.7Si 或 Co-28N1-24Cr-10Al_0.6Y。除這些鈷基保護(hù)覆層外，也優(yōu)選地使用鎳基保護(hù)層，例如N1-10Cr-12Al-0.6Y_3Re或N1-12Co-21Cr-llAl-0.4Y_2Re 或 N1-25Co-17Cr-10Al_0.4Y-1.5Re。
[0030]在MCrAlX上還可以有隔熱層，隔熱層優(yōu)選是最外層并例如由ZrO2、Y2O3-ZrO2組成，即，隔熱層通過氧化釔和/或氧化鈣和/或氧化鎂非穩(wěn)定、部分穩(wěn)定或完全穩(wěn)定。隔熱層覆蓋整個(gè)MCrAlX層。通過例如電子束氣相淀積(EB-PVD)的適當(dāng)?shù)母矊臃椒ㄔ诟魺釋又挟a(chǎn)生柱狀晶粒。其他覆層方法也是可以考慮的，例如氣相等離子噴涂(APS)、LPPS (低壓等離子噴涂)、VPS (真空等離子噴涂)或CVD (化學(xué)氣相淀積)。隔熱層可以具有多孔的、有微觀裂縫或宏觀裂縫的晶粒，用于更好地耐熱沖擊。因此，隔熱層優(yōu)選地比MCrAlX層更為多孔。
[0031]再處理(Refurbishment)意味著在使用渦輪葉片120、130之后，必要時(shí)必須將保護(hù)層從渦輪葉片120、130上去除(例如通過噴砂)。接著，進(jìn)行腐蝕和/或氧化層及腐蝕和/或氧化產(chǎn)物的移除。必要時(shí)，還修復(fù)在渦輪葉片120、130中的裂縫。然后，進(jìn)行渦輪葉片120、130和熱屏蔽元件155的再覆層以及渦輪葉片120、130的重新使用。
[0032]葉片120、130可以構(gòu)造成空心的或?qū)嵭牡摹Ｈ绻鋮s葉片120、130，則葉片為空心的并且必要時(shí)還具有薄膜冷卻孔418 (由虛線表示)。
【權(quán)利要求】
1.一種彎曲的葉片(1、120、130)，特別是用于壓縮機(jī)或者渦輪機(jī)的葉片，所述葉片具有吸入側(cè)(7)和壓力側(cè)(4)， 其特征在于， 所述吸入側(cè)(7)的表面與所述壓力側(cè)(4)的表面相比至少大部分地，特別是全部構(gòu)成為是較不粗糙的，特別是以至少20%的程度較不粗糙的。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的葉片， 其中所述葉片(1、120、130)僅由不覆層的基底(13)構(gòu)成，并且在基底表面上構(gòu)成不同的粗糙度。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的葉片， 其中在所述葉片(1、120、130)上施加有金屬覆層(16)， 所述金屬覆層作為最外部的層(16)具有不同的粗糙度。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的葉片， 其中在所述葉片(1、120、130)上施加有陶瓷覆層(16)， 所述陶瓷覆層作為最外部的層(16)具有不同的粗糙度。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4的一項(xiàng)或多項(xiàng)所述的葉片， 其中所述壓力側(cè)(4)的粗糙度是所述吸入側(cè)(7)的粗糙度的至少兩倍大，特別是至少三倍大。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至5的一項(xiàng)或多項(xiàng)所述的葉片， 其中所述吸入側(cè)(7)具有< 6 μ m的粗糙度。
7.根據(jù)權(quán)利要求1至6的一項(xiàng)或多項(xiàng)所述的葉片， 其中所述壓力側(cè)(4)具有≥20 μ m的粗糙度，特別是20 μ m至30 μ m的粗糙度。
8.一種用于制造特別是根據(jù)權(quán)利要求1至7的一項(xiàng)或多項(xiàng)所述的葉片(1、120、130)的方法， 其中將所述葉片的壓力側(cè)(4)的表面粗糙化，特別是其中僅將所述葉片的所述壓力側(cè)(4)的表面粗糙化。
9.一種用于制造特別是根據(jù)權(quán)利要求1至7的一項(xiàng)或多項(xiàng)所述的葉片(1、120、130)的方法， 其中將葉片的吸入側(cè)(7)的表面光滑化，特別是其中僅將葉片的所述吸入側(cè)(7)的表面光滑化。
【文檔編號(hào)】F04D29/26GK103775134SQ201310508517
【公開日】2014年5月7日 申請(qǐng)日期:2013年10月24日 優(yōu)先權(quán)日:2012年10月24日
【發(fā)明者】法蒂·艾哈邁德 申請(qǐng)人:西門子公司