專利名稱：用于流體機(jī)械的動(dòng)葉片以及流體機(jī)械的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于流體機(jī)械的動(dòng)葉片。此外本發(fā)明還涉及一種具有動(dòng)葉片的流體機(jī)械。
用于流體機(jī)械的動(dòng)葉片、例如用于蒸汽輪機(jī)的高壓、中壓或低壓段的動(dòng)葉片或用于壓縮機(jī)或透平機(jī)的燃?xì)廨啓C(jī)動(dòng)葉片通常由均質(zhì)金屬合金制成。在此除了采用銑削工藝以外還采用鑄造或鍛造工藝。金屬毛坯材料首先被熔化接著軋制成棒料或鍛造成葉片毛坯。
這種形式的流體機(jī)械包括一單個(gè)動(dòng)葉輪或多個(gè)在軸向上前后設(shè)置的葉輪，其動(dòng)葉片在運(yùn)行中被燃?xì)饣蛘羝问降牧黧w介質(zhì)繞流。在此所述流體介質(zhì)對(duì)動(dòng)葉片施加一個(gè)力，該力影響到葉輪或葉片輪的轉(zhuǎn)矩并由此影響到作功功率。動(dòng)葉片為此通常設(shè)置在流體機(jī)械的一根旋轉(zhuǎn)軸上，該流體機(jī)械安設(shè)在相應(yīng)導(dǎo)向輪上的導(dǎo)向葉片設(shè)置在固定不動(dòng)的、包圍該旋轉(zhuǎn)軸地形成一個(gè)流體通道的殼體上、即流體機(jī)械殼體上。
在作為流體機(jī)械的透平機(jī)中，從通流的流體介質(zhì)中獲取機(jī)械能，而壓縮機(jī)中，則將機(jī)械能輸送給流體介質(zhì)。在一個(gè)具有一根旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的軸和一個(gè)靜止殼體的流體機(jī)械中，每個(gè)固定在軸上的動(dòng)葉片的離心力會(huì)產(chǎn)生一個(gè)拉伸負(fù)荷，它與一個(gè)由流體介質(zhì)的流體力產(chǎn)生的彎曲負(fù)荷相疊加。因此在葉片根部和軸內(nèi)的這樣一些位置上產(chǎn)生臨界負(fù)荷，即，在這些位置上彎曲-拉應(yīng)力和由離心力引起的拉應(yīng)力相互疊加。葉片的徑向高度和渦輪機(jī)效率基于該臨界負(fù)荷受到限制。
尤其是蒸汽輪機(jī)低壓部分的動(dòng)葉片(低壓動(dòng)葉片)主要承受由于軸旋轉(zhuǎn)所產(chǎn)生的離心力負(fù)荷。因此該負(fù)荷與所采用的葉片材料的密度成正比。由于所用材料的密度和鐵非常接近，因此在較長(zhǎng)的低壓動(dòng)葉片上的離心力負(fù)荷會(huì)很大，以至于要求葉片長(zhǎng)度不能超過一定的值。這一點(diǎn)對(duì)于低壓葉片組中的更高級(jí)葉片而言尤其具有意義，其徑向尺寸要受到離心力負(fù)荷的限制。由于葉片長(zhǎng)度受限，因而只能實(shí)現(xiàn)一定的流體介質(zhì)排出截面。流體介質(zhì)、例如低壓透平段中的廢汽因此須以高速并因此帶來高損失地離開流體機(jī)械。
目前對(duì)于低壓動(dòng)葉片的解決方案是，對(duì)于很長(zhǎng)的葉片長(zhǎng)度采用鈦合金材料。與鐵、鈷或鎳基合金相比鈦合金具有較小的密度并且由這種材料制成的動(dòng)葉片與由現(xiàn)在常見的金屬材料制成的動(dòng)葉片相比在相同尺寸情況下承受較小的應(yīng)力。然而這種解決方案的缺陷是，鈦合金是非常昂貴的并且如上所述，仍然存在離心力負(fù)荷的問題，盡管該問題在一定程度上有所減小。
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是，對(duì)于流體機(jī)械的動(dòng)葉片提出一種葉片設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)，在流體機(jī)械中存在給定負(fù)荷的情況下不會(huì)導(dǎo)致許用應(yīng)力被超過并因此能夠?qū)崿F(xiàn)高效率。本發(fā)明所要解決的另一技術(shù)問題是在具有高效率的情況下提供一種用于高負(fù)荷的流體機(jī)械。
本發(fā)明針對(duì)動(dòng)葉片提出的技術(shù)問題可通過這樣一種用于流體機(jī)械的動(dòng)葉片來實(shí)現(xiàn)，其中動(dòng)葉片至少局部由一種細(xì)胞狀材料制成。
與常見的流體機(jī)械、例如燃?xì)廨啓C(jī)或蒸汽輪機(jī)的動(dòng)葉片結(jié)構(gòu)相比，本發(fā)明描述了一種完全新型的方案。目前對(duì)于動(dòng)葉片采用均質(zhì)的金屬材料，而本發(fā)明的方案則以動(dòng)葉片的構(gòu)造組織上的構(gòu)成和構(gòu)成它的材料為基礎(chǔ)。通過對(duì)動(dòng)葉片使用細(xì)胞狀材料明顯降低了動(dòng)葉片的平均密度。細(xì)胞狀結(jié)構(gòu)保證實(shí)現(xiàn)比目前常見的均質(zhì)材料有明顯更小的密度。通過細(xì)胞狀材料有針對(duì)性地局部布置使本發(fā)明的動(dòng)葉片只產(chǎn)生由于離心力引起的明顯更小的應(yīng)力。因此在采用細(xì)胞狀材料的情況下動(dòng)葉片能夠以明顯更長(zhǎng)的葉片長(zhǎng)度來實(shí)現(xiàn)，因此當(dāng)這種動(dòng)葉片應(yīng)用在一個(gè)流體機(jī)械上，能夠?qū)崿F(xiàn)一個(gè)具有更小流動(dòng)損失的更大的通流橫截面。
此外，細(xì)胞狀材料比均質(zhì)材料具有更大的內(nèi)部阻尼，因此它們以有利的方式特別有效地減弱可能產(chǎn)生的振動(dòng)。此外，細(xì)胞狀材料顯示出有很好的剛性，因此它由于很高的特有剛性而具有與均質(zhì)材料相接近的許用應(yīng)力。這一點(diǎn)對(duì)于在一個(gè)承受明顯的熱機(jī)械應(yīng)力的流體機(jī)械中應(yīng)用特別有利。通過有針對(duì)性地選擇具有細(xì)胞狀材料的動(dòng)葉片部位，對(duì)于動(dòng)葉片可以得到一個(gè)與負(fù)荷相匹配的葉片結(jié)構(gòu)。因此可根據(jù)不同的應(yīng)用情況在不同的動(dòng)葉片部位采用細(xì)胞狀材料。
動(dòng)葉片優(yōu)選具有一個(gè)帶有細(xì)胞狀材料的葉片區(qū)。這個(gè)葉片區(qū)在動(dòng)葉片應(yīng)用在一個(gè)流體機(jī)械上時(shí)由于離心力作用正好遭受到特別大的葉片應(yīng)力，因?yàn)樵撊~片區(qū)與動(dòng)葉片的其它部位相比離旋轉(zhuǎn)軸有更大的徑向間距。采用細(xì)胞狀材料的葉片區(qū)由于明顯減小的密度而導(dǎo)致相應(yīng)更小的離心應(yīng)力。
所述動(dòng)葉片優(yōu)選具有一個(gè)固定區(qū)、尤其是一個(gè)葉片根部，其中在所述固定區(qū)采用細(xì)胞狀材料。動(dòng)葉片的固定通常在一根旋轉(zhuǎn)軸上實(shí)現(xiàn)，其中，動(dòng)葉片的一個(gè)固定區(qū)與所述轉(zhuǎn)軸的一個(gè)對(duì)應(yīng)的容納區(qū)連接。已知許多不同的葉片固定方案，例如樅樹槽連接或T形頭連接，新型動(dòng)葉片結(jié)構(gòu)可以采用這樣的連接。通過在動(dòng)葉片固定區(qū)采用細(xì)胞狀材料還可以在固定區(qū)相應(yīng)地減少葉片應(yīng)力。通過采用細(xì)胞狀材料的不同動(dòng)葉片部位的組合可以有針對(duì)性地適配于不同的負(fù)荷。例如不僅可以在葉片身區(qū)而且可以在葉片固定區(qū)內(nèi)采用細(xì)胞狀材料。
動(dòng)葉片也可以全部由細(xì)胞狀材料制成，由于比實(shí)心材料密度減小因此在整體上實(shí)現(xiàn)動(dòng)葉片的輕型結(jié)構(gòu)。在物理特性如重量、硬度和彈性方面，動(dòng)葉片的細(xì)胞狀結(jié)構(gòu)比采用實(shí)心輕金屬例如鈦合金更具有優(yōu)勢(shì)。
在一個(gè)優(yōu)選的擴(kuò)展結(jié)構(gòu)中，動(dòng)葉片具有一個(gè)內(nèi)部區(qū)和一個(gè)包圍內(nèi)部區(qū)的外皮區(qū)，其中在外皮區(qū)和/或在內(nèi)部區(qū)采用細(xì)胞狀材料。
進(jìn)一步優(yōu)選使細(xì)胞狀材料通過相對(duì)于晶胞封閉的結(jié)構(gòu)形成一個(gè)外表面。一旦該外表面是動(dòng)葉片葉片區(qū)的部分表面時(shí)，這一點(diǎn)是特別有利的，其中葉片區(qū)在運(yùn)行中由流體介質(zhì)加載。通過形成一個(gè)封閉的外表面結(jié)構(gòu)使一個(gè)表面例如葉片區(qū)的一個(gè)表面具有相應(yīng)較小的粗糙度。當(dāng)細(xì)胞狀結(jié)構(gòu)的外表面遭遇一種流體介質(zhì)時(shí)，流體阻力減小并相應(yīng)地減小流體損失。通過材料的細(xì)胞狀結(jié)構(gòu)可有利地加工出一個(gè)外表面，這個(gè)外表面也起到強(qiáng)烈衰減由于橫向流動(dòng)所引起的二次損失的作用。這個(gè)表面為此對(duì)于可能沿著該細(xì)胞狀結(jié)構(gòu)相互鄰接的晶胞所產(chǎn)生的橫向流動(dòng)具有阻礙作用。
在一個(gè)特別優(yōu)選的擴(kuò)展結(jié)構(gòu)中，所述細(xì)胞狀材料為一種金屬浮渣。首先金屬浮渣以高潛能和一個(gè)較寬的應(yīng)用領(lǐng)域而被視為輕型結(jié)構(gòu)材料。金屬浮渣能夠通過不同的生產(chǎn)工藝?yán)缃柚刍约胺勰┙饘倥_(tái)金的分離技術(shù)以及噴射技術(shù)(Sputertechnik)。對(duì)于粉末金屬冶金工藝通過將一種金屬粉末與一種工作介質(zhì)、例如金屬氫化物混合生產(chǎn)出一種替代材料，在緊接著的軸向熱壓或擠壓之后壓實(shí)成一個(gè)預(yù)成形的半成品，通過相應(yīng)的變形加工可以形狀不變地適配于各種最終產(chǎn)品并通過相應(yīng)地加熱到接近超過金屬的熔化溫度可規(guī)則地發(fā)泡。在半成品中含有的采用典型鈦氫化物的工作介質(zhì)在加熱時(shí)分解并裂解成氫氣。氣體形式出現(xiàn)的氫氣作為工作介質(zhì)在金屬熔液中產(chǎn)生相應(yīng)的微孔結(jié)構(gòu)。通過這些微孔形成的金屬浮渣的多孔特性在此可以通過持續(xù)的發(fā)泡過程有針對(duì)性地實(shí)現(xiàn)。
優(yōu)選金屬浮渣的密度為實(shí)心材料密度的大約5％至50％，尤其是大約在8％至20％之間。
金屬浮渣優(yōu)選由一種耐高溫材料、尤其是一種鎳基或鈷基合金制成。選擇耐高溫材料尤其對(duì)于應(yīng)用于一個(gè)燃?xì)廨啓C(jī)入口溫度高達(dá)1200℃的燃?xì)廨啓C(jī)是特別有利的。通過對(duì)金屬浮渣的材料選擇也可以應(yīng)用于蒸汽溫度超過600℃的高蒸汽參數(shù)的蒸汽輪機(jī)。
優(yōu)選將這種動(dòng)葉片構(gòu)成一種燃?xì)廨啓C(jī)動(dòng)葉片、一種汽輪機(jī)動(dòng)葉片、尤其是一種低壓汽輪機(jī)動(dòng)葉片或一種壓縮機(jī)動(dòng)葉片。尤其在將這種動(dòng)葉片應(yīng)用于一個(gè)低壓汽輪機(jī)時(shí)顯得特別有利，因?yàn)橥ㄟ^采用細(xì)胞狀材料、例如一種金屬浮渣來制造動(dòng)葉片時(shí)，與常見的動(dòng)葉片相比能實(shí)現(xiàn)在具有更小離心力的情況下有更大的葉片長(zhǎng)度。這一點(diǎn)直接起到有利于流體機(jī)械、例如一種低壓汽輪機(jī)效率的作用。
本發(fā)明所要解決的所述另一技術(shù)問題通過一種具有按上述構(gòu)造的動(dòng)葉片的流體機(jī)械來解決。
所述流體機(jī)械比較有利地可以是一個(gè)燃?xì)廨啓C(jī)、一個(gè)蒸汽輪機(jī)或一個(gè)壓縮機(jī)。
這樣一種流體機(jī)械的優(yōu)點(diǎn)由上述動(dòng)葉片的構(gòu)造設(shè)計(jì)得出。
下面借助于附圖所示實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明予以詳細(xì)說明，附圖中

圖1為一種流體機(jī)械的動(dòng)葉片的立體圖；圖2為一種其局部由一種細(xì)胞狀材料制成的流體機(jī)械動(dòng)葉片的立體圖；圖3為相對(duì)于圖2所示動(dòng)葉片變型設(shè)計(jì)后的一種動(dòng)葉片的立體圖；圖4為沿截切線IV-IV剖切圖3所示動(dòng)葉片得到的截面圖；圖5至6分別為一種相對(duì)于圖4所示動(dòng)葉片變型設(shè)計(jì)后的動(dòng)葉片的截面圖；圖7為圖6中所示動(dòng)葉片VII處部位的放大示圖；圖8為一種具有動(dòng)葉片的流體機(jī)械的大為簡(jiǎn)化的局部縱向截面圖。
在不同的視圖中相同的附圖標(biāo)記具有相同的意義。
圖1以立體圖示出一個(gè)動(dòng)葉片1，它沿著一條縱軸線25延伸。該動(dòng)葉片具有沿著縱軸相互銜接的一個(gè)固定區(qū)9、一個(gè)與該固定區(qū)相鄰的葉片平臺(tái)23以及一個(gè)葉片區(qū)7。在固定區(qū)9上形成葉片根部11，它用于將動(dòng)葉片1固定在圖1中未示出的一個(gè)流體機(jī)械的軸上(參見圖8)。葉片根部11設(shè)計(jì)成錘頭形狀。也可以設(shè)計(jì)成其它結(jié)構(gòu)，例如樅樹形或燕尾形葉片根部。常見的動(dòng)葉片1在其所有的部位9，23，7上都采用實(shí)心材料。動(dòng)葉片1為此可以通過鑄造工藝、鍛造工藝、銑削工藝或上述工藝的組合制造而成。
在圖2中示出按照本發(fā)明的一個(gè)動(dòng)葉片1。與圖1所示的常見動(dòng)葉片1相比，該動(dòng)葉片1在局部由一種細(xì)胞狀材料5制成。在此動(dòng)葉片1的葉片區(qū)7采用細(xì)胞狀材料5，其中整個(gè)葉片區(qū)7采用細(xì)胞狀材料5。該細(xì)胞狀材料5具有許多晶胞17，17A，17B。細(xì)胞狀材料5的品胞結(jié)構(gòu)可以構(gòu)造成實(shí)現(xiàn)一個(gè)封閉的多孔結(jié)構(gòu)，其中，每個(gè)晶胞17，17A，17b是封閉的。在另一種可選擇的細(xì)胞狀材料結(jié)構(gòu)中，所述晶胞17，17A，17B也可以構(gòu)成一個(gè)至少局部不封閉的多孔結(jié)構(gòu)。通過在葉片區(qū)7采用細(xì)胞狀材料5，與常見的實(shí)心材料動(dòng)葉片1(參見圖1)相比該葉片區(qū)7具有明顯減小的材料密度。這一點(diǎn)由于材料5的細(xì)胞狀結(jié)構(gòu)而實(shí)現(xiàn)。通過減小葉片區(qū)7的密度，在運(yùn)行狀態(tài)下、亦即例如當(dāng)動(dòng)葉片1安裝在流體機(jī)械上時(shí)明顯減少沿著縱軸25徑向向外的離心力Fz負(fù)荷。距離旋轉(zhuǎn)軸有較大徑向間距并因而受到較大離心力Fz的動(dòng)葉片1部位、亦即葉片區(qū)7在此有針對(duì)性地采用細(xì)胞狀材料制造而成。通過本發(fā)明能夠滿足各種因不同的使用情況及因此帶來的動(dòng)葉片1負(fù)荷所提出的要求。與常見的設(shè)計(jì)方案相比，本發(fā)明第一次考慮到了材料的結(jié)構(gòu)特性并有利地利用了這一點(diǎn)。
細(xì)胞狀材料5可以用在動(dòng)葉片1的不同部位9，23，7上。為了表示出這種靈活性，圖3以立體圖示出一種與圖2所示動(dòng)葉片1相比在加入細(xì)胞狀材料5方面有所改變的動(dòng)葉片1。為了圖示簡(jiǎn)化和清晰起見，這一點(diǎn)在圖中通過動(dòng)葉片1的局部X1和X2表示出。圖3所示動(dòng)葉片固定區(qū)9中的局部X1采用所述細(xì)胞狀材料5，而圖3所示葉片平臺(tái)23中的局部X2也采用所述細(xì)胞狀材料5。在此，該局部X1和X2只是示例性地代表固定區(qū)9和葉片平臺(tái)23的局部范圍。當(dāng)然能夠以有利的結(jié)構(gòu)由細(xì)胞狀材料5構(gòu)成整個(gè)固定區(qū)9和/或葉片平臺(tái)23。所述細(xì)胞狀材料5在此包括大量的晶胞17。
圖4示出圖3中所示動(dòng)葉片1沿著截切線IV-IV的截面圖。該動(dòng)葉片1具有一前緣31以及后緣33。此外該動(dòng)葉片1還具有一個(gè)壓力面35以及位于壓力面35對(duì)面的吸力面37。由此得出一個(gè)典型的葉片剖面。該動(dòng)葉片1具有內(nèi)部區(qū)13以及包圍內(nèi)部區(qū)13的外皮區(qū)15。該外皮區(qū)15構(gòu)成動(dòng)葉片1的一個(gè)外表面39，其中，該外表面39在運(yùn)行過程中被一種流體介質(zhì)、例如熱燃?xì)饣蛘羝虞d。按照?qǐng)D4所示，所述外皮區(qū)15由一種常見的、未詳細(xì)說明的例如金屬實(shí)心材料27制成。內(nèi)部區(qū)13則至少部分地由一種細(xì)胞狀材料5制成，其中，該細(xì)胞狀材料5由一種具有大量相互鄰接晶胞17的金屬浮渣21構(gòu)成。在內(nèi)部區(qū)13里面存在冷卻通道29，29A，29B，使動(dòng)葉片1在運(yùn)行過程中進(jìn)行內(nèi)部空間冷卻。在此冷卻通道29，29A，29B中充入一種冷卻介質(zhì)、例如冷卻空氣或冷卻蒸汽。冷卻通道29例如用來輸入冷卻介質(zhì)，而冷卻通道29A，29B用來排出冷卻介質(zhì)。冷卻通道29，29A，29B在內(nèi)部區(qū)13里面通過相應(yīng)的細(xì)胞狀材料5的空隙構(gòu)成。圖3中的動(dòng)葉片例如可以這樣加工，構(gòu)成動(dòng)葉片輪廓的薄壁外皮區(qū)15作為可容納金屬浮渣21的空心體被鑄造出，其中相應(yīng)的可去除或可溶化的用于形成冷卻通道29，29A，29B的鑄芯在噴入金屬浮渣21之前定位在內(nèi)部區(qū)13里面。按照?qǐng)D4所示的動(dòng)葉片1設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)，加工出一個(gè)薄壁外皮區(qū)15，該外皮區(qū)以內(nèi)部區(qū)13中的細(xì)胞狀材料5作為支撐結(jié)構(gòu)。
在圖5中示出圖4中所示動(dòng)葉片1的葉片輪廓的另一種可選擇結(jié)構(gòu)。在此，所述外皮區(qū)由一種包圍內(nèi)部區(qū)13的金屬浮渣21制成。該內(nèi)部區(qū)13構(gòu)成動(dòng)葉片1的空心腔，并因此可實(shí)現(xiàn)內(nèi)部冷卻。外皮區(qū)15具有外表面39，該外表面在運(yùn)行過程中被流體介質(zhì)加載。與圖4所示變型相比不同的是由金屬浮渣21構(gòu)成外表面39。
在圖6中以截面圖示出動(dòng)葉片的另一變化形式。在此，整個(gè)葉片全部由細(xì)胞狀材料5制成，其中在這里仍然采用金屬浮渣21。如同圖5所論及的那樣，該金屬浮渣21同時(shí)構(gòu)成一個(gè)外表面39。因此動(dòng)葉片1的內(nèi)部區(qū)13以及外皮區(qū)15均由細(xì)胞狀材料5制成。
圖7以放大截面圖示出圖6中動(dòng)葉片1的局部VII。由此清晰地表示出通過金屬浮渣21加工而成的細(xì)胞狀材料5的結(jié)構(gòu)。在此示出大量的晶胞17，17A，17B，其中晶胞17A，17B相互鄰接并構(gòu)成動(dòng)葉片1外表面39的一部分。在它們的旁邊還有不形成外表面39的晶胞17。這些晶胞17也可以稱為內(nèi)部晶胞17。晶胞17，17A，17B在截面中示意性地具有多角形結(jié)構(gòu)。在三維視圖中這一點(diǎn)對(duì)應(yīng)于多面體或多面體的線性組合。通過晶胞17A，17B的結(jié)構(gòu)和布置，細(xì)胞狀材料5形成一個(gè)具有相對(duì)于晶胞17A，17B封閉結(jié)構(gòu)的外表面39。由此加工出動(dòng)葉片1的一個(gè)外表面39，它具有足夠小的表面粗糙度，因此保證在將這種動(dòng)葉片用于一個(gè)流體機(jī)械時(shí)(參見圖8)具有相應(yīng)更小的流體損失。因此與常見的動(dòng)葉片1相比，本發(fā)明的動(dòng)葉片在具有盡可能光滑的表面方面也展示出其有競(jìng)爭(zhēng)力的一面，只要其表面不被涂覆。在相互鄰接的靠近表面的晶胞17A，17B處的局部表面結(jié)構(gòu)可以比較有利地明顯減少由橫向流動(dòng)引起的二次損失。
在圖8中以低壓汽輪機(jī)59為例在簡(jiǎn)化縱向截面視圖中示出流體機(jī)械3的一部分。低壓汽輪機(jī)59具有一個(gè)沿著汽輪機(jī)59旋轉(zhuǎn)軸41延伸的轉(zhuǎn)子43。此外該低壓汽輪機(jī)59沿著旋轉(zhuǎn)軸41具有前后相互銜接的一個(gè)入流區(qū)49、一個(gè)葉片區(qū)51以及一個(gè)排流區(qū)53。在葉片區(qū)51內(nèi)設(shè)置可旋轉(zhuǎn)的動(dòng)葉片1和固定的導(dǎo)向葉片45。在此動(dòng)葉片1固定在汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子43上，而導(dǎo)向葉片45則設(shè)置在一個(gè)包圍汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子43的導(dǎo)向葉片支承體47上。通過所述軸43、葉片區(qū)51以及導(dǎo)向葉片支承體47構(gòu)成一種流體介質(zhì)A、例如熱蒸汽的環(huán)形流體通道。所述用于輸入流體介質(zhì)A的入流區(qū)49在徑向上受一個(gè)設(shè)置在導(dǎo)向葉片支承體59上游的入流殼體55的限制。一個(gè)排流殼體57在下游設(shè)置在導(dǎo)向葉片支承體47上并在徑向上限定所述排流區(qū)53。在蒸汽輪機(jī)59運(yùn)行時(shí)，流體介質(zhì)A(在此是熱蒸汽)從入流區(qū)49進(jìn)入葉片區(qū)51中，流體介質(zhì)A在其中膨脹作功，然后通過排流區(qū)53離開蒸汽輪機(jī)59。流體介質(zhì)A接著匯集到圖8中未詳細(xì)示出的一個(gè)連接在排流殼體57之后的汽輪機(jī)59用冷凝器中。
流體介質(zhì)A在流過葉片區(qū)51時(shí)膨脹并對(duì)動(dòng)葉片1作功，由此使動(dòng)葉片旋轉(zhuǎn)。低壓汽輪機(jī)51的動(dòng)葉片1至少局部由圖2至7所述的一種細(xì)胞狀材料5制成。
由此本發(fā)明的動(dòng)葉片1具有一個(gè)與常見的動(dòng)葉片1(參見圖1)相比更小的密度并且不承受由離心力引起的強(qiáng)烈負(fù)荷。所述動(dòng)葉片1可構(gòu)成低壓汽輪機(jī)59的低壓葉片。通過對(duì)動(dòng)葉片1局部采用細(xì)胞狀材料5可以使動(dòng)葉片1由于密度優(yōu)勢(shì)而采用較大的徑向尺寸，因此對(duì)于蒸汽輪機(jī)59實(shí)現(xiàn)具有更小損失的更大通流截面。
除了動(dòng)葉片1以外導(dǎo)向葉片45也可以由一種細(xì)胞狀材料5制成，使得在葉片區(qū)51不僅動(dòng)葉片1而且導(dǎo)向葉片45都可以采用輕型結(jié)構(gòu)。此外也可以將這種新型葉片應(yīng)用在其它類型的流體機(jī)械3中。因此，一個(gè)燃?xì)廨啓C(jī)、一個(gè)壓縮機(jī)、一個(gè)蒸汽輪機(jī)設(shè)備的高壓或中壓段的葉片和/或?qū)蛉~片45都可以具有細(xì)胞狀材料5，尤其是金屬浮渣21。
權(quán)利要求
1.一種用于流體機(jī)械(3)的動(dòng)葉片(1)，其中，所述動(dòng)葉片至少局部由一種細(xì)胞狀材料(5)制成。
2.如權(quán)利要求1所述的動(dòng)葉片，其帶有一個(gè)具有細(xì)胞狀材料(5)的葉片區(qū)(7)。
3.如權(quán)利要求1或2所述的動(dòng)葉片(1)，其中，所述動(dòng)葉片具有一個(gè)固定區(qū)(9)，尤其是葉片根部(11)，其中，在固定區(qū)(9)上采用細(xì)胞狀材料(5)。
4.如權(quán)利要求1，2或3中任一項(xiàng)所述的動(dòng)葉片(1)，其中，所述動(dòng)葉片具有一個(gè)內(nèi)部區(qū)(13)和一個(gè)包圍該內(nèi)部區(qū)(13)的外皮區(qū)(15)，其中，在外皮區(qū)(15)和/或在內(nèi)部區(qū)(13)中采用細(xì)胞狀材料(5)。
5.如上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的動(dòng)葉片(1)，其中，所述細(xì)胞狀材料(5)構(gòu)成一個(gè)具有相對(duì)于晶胞(17，17A，17B)封閉的結(jié)構(gòu)的外表面(39)。
6.如上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的動(dòng)葉片(1)，其中，所述細(xì)胞狀材料(5)為一種金屬浮渣(21)。
7.如權(quán)利要求6所述的動(dòng)葉片(1)，其中，所述金屬浮渣(21)的密度為實(shí)心材料(27)密度的約5％至50％、尤其是在約8％至20％之間。
8.如權(quán)利要求6或7所述的動(dòng)葉片(1)，其中，所述金屬浮渣(21)由一種耐高溫材料、尤其是一種鎳基合金或鈷基合金制成。
9.如上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的動(dòng)葉片(1)，其中，所述動(dòng)葉片設(shè)計(jì)成燃?xì)廨啓C(jī)動(dòng)葉片、蒸汽輪機(jī)動(dòng)葉片、尤其是低壓蒸汽輪機(jī)動(dòng)葉片或壓縮機(jī)動(dòng)葉片。
10.一種流體機(jī)械(3)，其具有如上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的動(dòng)葉片(1)。
11.如權(quán)利要求10所述的流體機(jī)械(3)，其中，所述流體機(jī)械設(shè)計(jì)成燃?xì)廨啓C(jī)、蒸汽輪機(jī)(59)、尤其是低壓蒸汽輪機(jī)或壓縮機(jī)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種新型的葉片設(shè)計(jì)方案，為了在給定負(fù)荷情況下能夠不超過尤其是由于離心力引起的許用應(yīng)力并且同時(shí)能夠使一個(gè)流體機(jī)械(3)實(shí)現(xiàn)一個(gè)高的效率。本發(fā)明為此建議一種用于流體機(jī)械(3)的動(dòng)葉片(1)，該動(dòng)葉片(1)至少局部由一種細(xì)胞狀材料(5)、尤其是一種金屬浮渣(21)制成。所述細(xì)胞狀材料(5)例如可以用于動(dòng)葉片(1)的葉片區(qū)(7)。
文檔編號(hào)F01D5/14GK1449470SQ01814953
公開日2003年10月15日 申請(qǐng)日期2001年8月23日 優(yōu)先權(quán)日2000年9月5日
發(fā)明者沃爾克·西蒙 申請(qǐng)人:西門子公司