切割葉片尖的制作方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及葉片，確切地說，涉及葉片尖表面，例如，用于與(例如，燃氣渦輪發(fā)動機中的)渦輪機上的磨損涂層配合的那些葉片尖表面。
【背景技術】
[0002]燃氣渦輪發(fā)動機中已知使用各種旋轉葉片。傳統(tǒng)上，空氣密封件用在旋轉葉片與發(fā)動機外殼的內(nèi)表面之間，以提高發(fā)動機效率。發(fā)動機效率可能與葉片的尖和空氣密封件的內(nèi)徑之間的間隙相關聯(lián)。就這點而言，一些空氣密封件被提供作為磨損空氣密封件，該磨損空氣密封件中含有附接到外殼的內(nèi)表面的磨損材料。在操作期間，葉片的旋轉葉片尖會接觸并磨損所述磨損材料(也稱為“摩擦”)。
[0003]磨損空氣密封系統(tǒng)的性能要求可包括效率標準和維護成本目標，以及其他要求。為了滿足這些標準，磨損空氣密封系統(tǒng)可能需要具有低透氣性、低粗糙度、良好的耐腐蝕性，但在與葉片相互作用的過程中仍可磨損。這些要求可能會彼此沖突，例如，通常而言，空氣密封件的耐腐蝕性越好，密封件的密度和硬度就越高，從而增加了磨損此類密封件的難度。為了切割堅硬且密致的磨損材料，葉片可包括葉片尖磨蝕涂層，例如，立方氮化硼(CBN)，這會增加葉片的成本。
[0004]對于預期的目的而言，此類傳統(tǒng)的方法和系統(tǒng)通常是令人滿意的。然而，本領域中仍需要改進用于密封系統(tǒng)的葉片。本發(fā)明為這些問題提供解決方案。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]—種葉片包括葉片主體，所述葉片主體沿著縱軸從葉片根延伸到相對的葉片尖表面。所述葉片主體界定壓力側和吸入側。所述葉片主體包括切刃，所述切刃界定在所述葉片主體的所述尖表面與所述葉片主體的所述壓力側相遇的地方。所述切刃被配置以磨損發(fā)動機外殼的密封部分。
[0006]所述葉片可包括沿著縱軸從所述葉片尖表面軸向延伸的切割點。所述葉片可包括設置在所述葉片尖表面的一部分上的涂層。所述涂層可包括TiN、TiCN, TiAIN、A1203、CBN、金剛石等。例如，所述涂層可僅設置在包括所述切割點的所述葉片尖表面的一部分上。
[0007]所述葉片尖表面可包括位于所述葉片主體的所述壓力側與所述吸入側之間的倒角表面，所述倒角表面朝向所述葉片根在從所述壓力側到所述吸入側的方向上漸細。所述葉片尖表面可包括位于所述壓力側與所述倒角表面之間的所述葉片尖表面上的刀棱面(land)。所述刀棱面的一部分可與所述葉片主體的所述壓力側的一部分成九十度的角。所述切刃可界定在所述壓力側與所述葉片尖表面的所述刀棱面之間過渡的弧形部分。所述切割點可以只設置在所述葉片尖表面的所述刀棱面上。所述切刃可包括突出部分。所述突出部分可從所述葉片主體的所述壓力側延伸。
[0008]—種用于制造葉片的方法包括:形成翼型，所述翼型沿著縱軸具有根和相對的尖表面，其中所述翼型界定壓力側和吸入側。所述方法還包括形成切刃，在所述切刃處，所述翼型的所述尖表面與所述翼型的所述壓力側相遇。
[0009]形成切刃可包括:機械加工位于所述尖表面上的所述壓力側與所述吸入側之間的倒角表面；機械加工位于所述壓力側與刀棱面之間的弧形部分；和/或機械加工從所述壓力側延伸的突出部分。機械加工倒角表面可包括使得所述倒角表面朝向所述根在從所述壓力側到所述吸入側的方向上漸細。
[0010]形成切刃可包括:鍛造位于所述尖表面上的所述壓力側與所述吸入側之間的倒角表面；鍛造位于所述壓力側與刀棱面之間的弧形部分；和/或鍛造從所述壓力側延伸的突出部分。鍛造倒角表面可包括使得所述倒角表面朝向所述根在從所述壓力側到所述吸入側的方向上漸細。所述方法可包括在所述尖表面中形成切割點。所述方法還包括用涂層材料來涂覆所述尖表面的一部分，所述涂層材料包括TiN、TiCN、TiAIN、A1203、CBN以及金剛石中的至少一個。
[0011]—種燃氣渦輪發(fā)動機包括:界定中線軸的外殼；設置成從所述外殼徑向向內(nèi)的磨損襯里；從所述外殼和所述磨損襯里徑向向內(nèi)的輪轂；以及從所述輪轂徑向向外延伸以圍繞所述中線軸旋轉的多個葉片主體。所述磨損襯里包括設置在所述磨損襯里的內(nèi)徑上的摩擦材料層。每個葉片主體的切刃放置成接近所述摩擦材料層的內(nèi)徑，以當所述葉片主體圍繞所述中線軸旋轉時，在所述切刃的周向移動過程中磨損所述摩擦材料層。
[0012]根據(jù)以下對優(yōu)選實施方案的詳細描述，結合附圖，所屬領域的技術人員將更易于了解本發(fā)明的系統(tǒng)和方法的這些及其他特征。
【附圖說明】
[0013]本發(fā)明所涉及的領域的技術人員將易于理解，如何在不過度實驗的情況下就能使用本發(fā)明的裝置和方法，本發(fā)明的優(yōu)選實施方案將參考附圖進行詳細描述，其中:
圖1為描繪根據(jù)本發(fā)明構造的燃氣渦輪發(fā)動機的一項示例性實施方案的示意圖；
圖2為根據(jù)本發(fā)明構造的葉片的一項示例性實施方案的透視示意圖，示出了葉片的壓力側和切刃；
圖3為設置在圖1所示燃氣渦輪發(fā)動機中的圖2所示葉片的一部分的截面示意圖，示出了接近磨損襯里的切刃；
圖4為根據(jù)本發(fā)明構造的帶有切刃的葉片的另一示例性實施方案的一部分的截面示意圖，示出了帶有涂層的葉片尖表面上的弧形部分；
圖5為根據(jù)本發(fā)明構造的帶有切刃的葉片的另一示例性實施方案的一部分的截面示意圖，示出了帶有涂層的葉片尖表面上的突出部分；以及
圖6為根據(jù)本發(fā)明構造的帶有切刃的葉片的另一示例性實施方案的一部分的截面示意圖，示出了設置在帶有涂層的葉片尖表面的一部分上的切割點。
【具體實施方式】
[0014]現(xiàn)在將參考附圖，其中類似的參考標號表示本發(fā)明的類似結構特征或方面。出于解釋和說明的目的，且不用于限制，圖1中示出了根據(jù)本發(fā)明的燃氣渦輪發(fā)動機的一項示例性實施方案的局部視圖，通常用參考字符100表示。圖2中示出了根據(jù)本發(fā)明的燃氣渦輪機葉片的一項示例性實施方案的放大透視圖。圖3到圖6中提供了根據(jù)本發(fā)明或其方面的燃氣渦輪機葉片的其他實施方案，如下文將描述。本文所述的系統(tǒng)和方法可用來使得葉片(例如，帶有或不帶任何涂層的鎳質葉片)能夠用于燃氣渦輪發(fā)動機的磨損密封系統(tǒng)。
[0015]圖1示意性地示出燃氣渦輪發(fā)動機100，所述燃氣渦輪發(fā)動機包括(以連續(xù)流連通方式的)風扇102、壓縮機104、燃燒室106以及渦輪機108。燃氣渦輪發(fā)動機100圍繞發(fā)動機中線軸A周向設置。燃氣渦輪發(fā)動機100包括發(fā)動機外殼110和從外殼110徑向向內(nèi)的輪轂112。多片葉片114從輪轂112徑向向外延伸，以圍繞中線軸A旋轉。
[0016]現(xiàn)在參考圖2和圖3，葉片114包括沿著縱軸B從葉片根126延伸到相對的葉片尖表面128的葉片主體124。葉片主體124界定壓力側130和吸入側132。葉片主體124包括切刃134，所述切刃界定在葉片主體124的尖表面128與葉片主體124的壓力側130之間。切刃134被配置以磨損外殼110的磨損襯里116的一部分，例如，密封部分。所屬領域的技術人員將易于了解，切刃134的作用類似于切割機的切刃。替代于通過摩擦磨損來除去磨損襯里116材料，磨損襯里116材料是通過切刃134的切割動作被除去的。預期與傳統(tǒng)葉片相比會降低摩擦能量消耗，從而減少磨損襯里116摩擦期間產(chǎn)生的熱量。
[0017]所屬領域的技術人員也將易于了解，與用于傳統(tǒng)密封系統(tǒng)的帶有CBN尖的葉片相比，葉片114可以降低成本，因為葉片114無需帶有CBN尖。此外，與傳統(tǒng)帶有CBN尖的葉片相比，預期葉片114可將磨損層(例如，磨損襯里116)摩擦得更厲害，其中提高效率和發(fā)動機性能，特別是在燃氣渦輪機100的高壓壓縮機(HPC)部分104。HPC部分104中的壓力和溫度更高，因此，減少任何間隙/空隙一般都會對效率提高有更大的影響。此外，在HPC部分104中，經(jīng)常需要具有高溫性能的磨損料，例如，鎳基和鈷基材料，從而使得它比其他渦輪機部分中的其他磨損料更難以磨損。
[0018]如圖3所示，磨損襯里116位于葉片114與發(fā)動機外殼110的內(nèi)表面118之間。磨損襯里116包括設置在磨損襯里116的內(nèi)徑122上的摩擦材料層120。葉片尖表面128包括位于葉片主體124的壓力側130與吸入側132之間的倒角表面136，所述倒角表面朝向葉片根126 (圖2所示)在從壓力側130到吸入側132的方向上漸細。葉片尖表面128包括位于壓力側130與倒角表面136之間的刀棱面138。刀棱面138的一部分與壓力側130的一部分成九十度的角。所屬領域的技術人員將易于了解，盡管本文中示出刀棱面138與壓力側130之間的角并將其描述為接近九十度，但該角可以根據(jù)應用而變化。例如，更小的角可以提高切割能力，但可能要以降低切刃強度做交換。所屬領域的技術人員將易于了解，刀棱面138與倒角表面136之間的后角Θ可以在2到6度的范圍內(nèi)。后角Θ減少葉片尖表面128與磨損襯里116之間的接觸，從而與傳統(tǒng)葉片相比，減少了摩擦力和摩擦熱生成。
[0019]繼續(xù)參考圖3，葉片主體124的切刃134放置成接近摩擦材料層120的內(nèi)徑121，以當葉片主體124圍繞中線軸A (圖1所示)旋轉時，在切刃134的周向移動過程中磨損摩擦材料層120，如箭頭示意性地示出。
[0020]如圖4所示，葉片214類似于葉片114。葉片214的切刃234界定在葉片尖表面228的壓力側230與刀棱面238之間過渡的弧形部分240。葉片尖表面228還包括涂層246，如下文進一步詳細描述。所屬領域的技術人員將易于了解，弧形部分240可比尖銳的切刃更具強度，但可能會以增加摩擦力和高能量做交換，從而導致增加熱生成。
[0021]現(xiàn)在參考圖5，葉片314類似于葉片114。葉片314的切刃334包括突出部分342。突出部分342從葉片主體324的壓力側330延伸，例如，在圖5所示方向的左邊延伸。壓力偵U 330與突出部