通過金屬線放電加工制造渦輪機(jī)葉片的方法、葉片和渦輪機(jī)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本文公開的主題的實(shí)施例大體上涉及用于渦輪機(jī)的葉片、使用此種葉片的渦輪機(jī)和制造此種葉片的方法；更具體而言，它們涉及用于蒸汽渦輪的定子葉片，使用此種葉片的蒸汽渦輪，和制造此種葉片的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]在蒸汽渦輪中，蒸汽的部分冷凝發(fā)生在它們的一個(gè)或多個(gè)末級處。
[0003]具體而言，冷凝發(fā)生在所謂“冷凝級”(通常是渦輪的末級)的定子葉片的翼型件部分上。
[0004]如果微滴因冷凝而生成，則它們離開靜止的定子葉片，且它們撞擊旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子葉片；因此可發(fā)生對轉(zhuǎn)子葉片的破壞。
[0005]為了減小由微滴引起的破壞，轉(zhuǎn)子葉片的轉(zhuǎn)速可減??；但以此方式，渦輪的效率也降低。
[0006]備選地，為了減小轉(zhuǎn)子葉片上的任何破壞，存在在生成微滴之前收集冷凝物的解決方案。
[0007]這些解決方案中最典型的是在于在可能出現(xiàn)冷凝物的地方使用中空定子葉片，穿過葉片的翼型件部分提供從翼型件表面延伸到內(nèi)腔的孔和/或槽口，和從內(nèi)腔進(jìn)行吸引以便任何冷凝物離開翼型件表面且進(jìn)入內(nèi)腔。以此方式，定子葉片的翼型件表面上的微滴不生成，且釋放，精確而言，微滴生成可能未完全避免，而是僅極大地減少。
[0008]用于蒸汽渦輪的中空定子葉片的制造傳統(tǒng)上通過從兩個(gè)金屬板開始來進(jìn)行；此后，兩個(gè)金屬板以一種方式模制，以便形成兩個(gè)半殼；然后，兩個(gè)半殼焊接在一起；最后，通常進(jìn)行一些精整。
[0009]有時(shí)，最近更多地使用不同的制造方法(例如，見圖1):
-取兩個(gè)金屬條，
-單獨(dú)地磨削它們，以限定內(nèi)腔的表面(例如，見圖1A)，
-將它們焊接在一起，以獲得中空件(例如，見圖1B)，
-磨削精整中空件，以限定翼型件表面(例如，見圖1C)。
[0010]該制造方法允許相當(dāng)精確地限定葉片的內(nèi)表面，即，內(nèi)腔的表面，且相對精確地限定葉片的外表面，即，翼型件表面?？傊湎鄬Π嘿F，因?yàn)槟ハ鞑僮?對于內(nèi)側(cè)和外側(cè))相對較慢。
[0011]在渦輪中，尤其是燃?xì)鉁u輪中，中空葉片有時(shí)用于轉(zhuǎn)子葉片，以便減輕旋轉(zhuǎn)元件的重量。這些中空葉片通常通過鑄造，特別是“熔模鑄造”來獲得，以便獲得具有極為精確的形狀和尺寸的旋轉(zhuǎn)元件；總之，該制造方法當(dāng)用于小批量生產(chǎn)(例如，100-1000件)時(shí)尤其曰蟲印貝O

【發(fā)明內(nèi)容】

[0012]因此，大體上需要葉片，具體是蒸汽渦輪中空葉片的解決方案，其允許更容易且更經(jīng)濟(jì)的制造，而不犧牲形狀和/或尺寸精度。具體而言，需要一種制造方法，其不需要模具，且需要有限的或不需要磨削和/或精整，且不同于鑄造。
[0013]此外，期望獲得不但集成翼型件部分而且還集成根部和圍帶部分的處于單件形式的中空葉片。
[0014]總之，如果翼型件部分、根部和圍帶部分將為三個(gè)單獨(dú)的件，則期望容易地連結(jié)它們。
[0015]最后，期望以容易的方式制造包括一組蒸汽渦輪中空葉片的模塊。
[0016]認(rèn)為一個(gè)最終目標(biāo)在于以相對容易的方式且以合理的成本制造具有良好性能的整個(gè)蒸汽渦輪。
[0017]本發(fā)明人從認(rèn)識到以下而開始:對于蒸汽渦輪中空葉片，內(nèi)腔表面上的形狀不是特別關(guān)鍵的；這很不同于其他類型中空葉片的內(nèi)腔。另一方面，翼型件表面的形狀非常重要。
[0018]鑒于這些觀察，他們考慮了(A)實(shí)現(xiàn)處于單件形式的葉片，(B)對翼型件表面使用磨削以便其形狀將極為精確，(C)對內(nèi)腔使用金屬線放電加工，即，金屬線EDM，以便其將足夠簡單且容易地實(shí)現(xiàn)，且其形狀將足夠精確，即，葉片的內(nèi)表面將與葉片的外表面足夠好地匹配。
[0019]通過使用金屬線EDM，內(nèi)腔的表面為“直紋表面(ruled surface)”。
[0020]以此方式，制造葉片不需要焊接，葉片的一個(gè)加工表面或多個(gè)加工表面的精度極高，且葉片的翼型件部分的側(cè)壁的厚度可為非常低的。
[0021]該制造方法對于小批量生產(chǎn)(例如，100-1000件)特別適合且方便。
[0022]本發(fā)明人隨后意識到，金屬線EDM不但適用于形成中空渦輪葉片的內(nèi)表面，而且還適用于形成葉片的內(nèi)外表面兩者，甚至對于長(例如，直到1000mm)的葉片，假設(shè)這些表面設(shè)計(jì)為“直紋表面”或非常接近此類表面。
[0023]本發(fā)明的第一方面為用于渦輪機(jī)的葉片。
[0024]根據(jù)其實(shí)施例，一種用于渦輪機(jī)的葉片包括翼型件部分，其中，所述翼型件部分沿縱向延伸一定長度且具有第一端和第二端，其中，所述翼型件部分由翼型件表面?zhèn)认虻叵薅ǎ移渲?，所述翼型件表面為直紋表面。
[0025]根據(jù)其備選實(shí)施例，一種用于渦輪機(jī)的葉片包括翼型件部分，其中，所述翼型件部分沿縱向延伸一定長度且具有第一端和第二端，其中，所述翼型件部分由翼型件表面?zhèn)认虻叵薅?，其中，所述翼型件部分具有完全沿所述長度延伸的內(nèi)腔，且其中，所述內(nèi)腔由直紋表面?zhèn)认虻叵薅ā?br>[0026]所述翼型件表面可為直紋表面。
[0027]葉片可作為用于蒸汽渦輪的定子葉片布置，其包括根部、圍帶部分和翼型件部分，其中，所述翼型件部分沿縱向延伸一定長度且具有第一端和第二端，所述第一端鄰近所述根部且所述第二端鄰近所述圍帶部分，其中，所述翼型件部分由翼型件表面?zhèn)认虻叵薅?，其中，所述翼型件部分具有完全沿所述長度延伸的內(nèi)腔，且其中，所述內(nèi)腔由直紋表面?zhèn)认虻叵薅ā?br>[0028]在翼型件部分的任何點(diǎn)處，所述翼型件表面與所述直紋表面之間的距離(橫向于葉片測得的)可為可變的。
[0029]在翼型件部分的任何點(diǎn)處，所述翼型件表面與所述直紋表面之間的距離(橫向于葉片測得的)可大于1mm，且小于5mm。
[0030]在所述第一端處，在所述翼型件表面與所述直紋表面之間存在第一偏移；所述第一偏移可為不變的，且可在從1mm到5mm的范圍中。
[0031]在所述第二端處，在所述翼型件表面與所述直紋表面之間存在第二偏移；所述第二偏移可為不變的，且可在從1mm到5mm的范圍中。
[0032]所述根部、所述圍帶部分和所述翼型件部分可處于單件形式，且所述直紋表面可還延伸穿過所述根部和所述圍帶部分。
[0033]所述根部和所述圍帶部分可在所述第一和第二端處連結(jié)到所述翼型件部分。在此情況下，所述根部具有第一(通)孔，該第一(通)孔具有與所述第一端處的所述直紋表面的形狀對應(yīng)的形狀，且所述圍帶部分具有第二(通)孔，該第二(通)孔具有與所述第二端處的所述直紋表面的形狀對應(yīng)的形狀。
[0034]所述根部可包括第一套筒，所述第一套筒具有在所述第一端處與所述翼型件部分的所述直紋表面匹配的外表面。在此情況下，所述第一套筒可具有由直紋表面?zhèn)认虻叵薅ǖ牡谝煌住?br>[0035]所述圍帶部分可具有第二套筒，所述第二套筒具有在所述第二端處與所述翼型件部分的所述直紋表面匹配的外表面。在此情況下，所述第二套筒可具有由直紋表面?zhèn)认虻叵薅ǖ牡诙住?br>[0036]葉片可包括一個(gè)單一根部、一個(gè)單一圍帶部分和多個(gè)翼型件部分，其中，所述翼型件部分中的各個(gè)沿縱向延伸一定長度且具有第一端和第二端，所述第一端中的各個(gè)鄰近所述根部且所述第二端中的各個(gè)鄰近所述圍帶部分，其中，所述翼型件部分中的各個(gè)由翼型件表面?zhèn)认虻叵薅?，其中，所述翼型件部分中的各個(gè)具有完全沿所述長度延伸的內(nèi)腔，且其中，所述內(nèi)腔由直紋表面?zhèn)认虻叵薅ā?br>[0037]所述根部可為板或包括板，所述板大致平坦或彎曲且具有孔。