混合金属压缩机叶片制造技术

技术编号:15197439 阅读:130 留言:0更新日期:2017-04-21 09:40
一种具有翼型件部分和根部部分的混合压缩机叶片,其包括外壳,该外壳包括一种或多种类型的材料,该一种或多种类型的材料均位于压缩机叶片上的预先指定的区段处,具有两个不同区段之间的至少一个过渡区域。过渡区域包括一层或多层,其中成分梯度基于相邻区段中的材料,以提供从一个区段到另一个的逐渐过渡。

Mixed metal compressor blade

A hybrid compressor blade with airfoil part and the root part, which comprises a housing, the housing includes one or more types of materials, the one or more types of materials are located in the pre specified range of compressor blade, with at least one transition region between two different sections. The transition region includes one or more layers, wherein the composition gradient is based on the material in the adjacent segment to provide a gradual transition from one section to another.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术公开了一种混合燃气涡轮构件,具体是燃气涡轮混合压缩机叶片,其包括内芯部和具有两个或更多个不同材料的区域的外壳。外壳包括一种或更多种金属或金属合金,其在策略上置于混合压缩机叶片的特定区域上。
技术介绍
燃气涡轮包括允许空气进入到燃气涡轮中的入口区段,以及包括转子和定子轮的压缩机区段,其吸入和压缩空气以在压缩机区段下游的燃烧器区段中与燃料混合。燃烧器区段中生成的燃烧气体用于使涡轮区段中的涡轮轮转动,以生成功率。燃气涡轮的压缩机叶片放置成位于压缩机转子和定子轮上,使得叶片暴露于入口空气和在压缩机的操作期间产生的热。压缩机叶片包括协助吸收和压缩入口空气的翼型件区段,以及将叶片保持在压缩机轮上的根部区段。在操作期间,压缩机叶片可暴露于腐蚀。压缩机叶片的主区段中的压缩机叶片的翼型件区段是暴露于苛刻环境最多的区段,并且最易于损坏。不断期望改进压缩机叶片的翼型件效率和耐久性。常规地,压缩机叶片由选择成满足用于耐久性和效率的翼型件性能要求的单种材料构成。材料理想地具有应对随着时间的过去的叶片的侵蚀、腐蚀和疲劳的能力。然而,翼型件的一些区域可要求附加的强度和/或不同于翼型件的其它区域的物理性质。例如,翼型件的前缘可耐受比后缘更大的侵蚀和腐蚀,并且其它区域可要求具有比前缘更高的强度的材料。用以解决具有翼型件部分的不同区域上的不同要求的问题的尝试包括向翼型件提供不同材料涂层来解决腐蚀和/或侵蚀问题。然而,由于一些涂层通常整体地施加于翼型件部分,故涂层可不为耐受不同区域问题的问题的最佳解决方案。涂层还可具有涂层的层之间的潜在的裂缝腐蚀或材料界面相容性问题。此外,可向压缩机叶片的翼型件上的所有区域提供最佳耐久性、侵蚀、腐蚀、强度和效率的材料可对于制造和在工业燃气涡轮中使用而言不是经济上可行的。因此,所需的是改进的叶片,其可有效地满足局部翼型件性能要求,如侵蚀、强度、腐蚀和疲劳能力。本专利技术提供了用于描述的压缩机叶片翼型件耐久性问题的解决方案(或者提出了解决的备选方案)。
技术实现思路
本专利技术提供一种用于燃气涡轮应用的叶片,由此可最小化压缩机叶片的翼型件区段的区域侵蚀和腐蚀问题。本专利技术的另一个方面提供一种更有效的方法,其用以制造能够提供压缩机叶片的特定区域上的期望的抗侵蚀和腐蚀以及所需机械性质的压缩机叶片翼型件。传统的制造方法可要求多个过程来制造示例性压缩机叶片,并且包括如描述的不同区域材料。传统的制造方法可不解决在用于形成压缩机叶片的不同材料之间的界面处发生的不相容问题。本专利技术使用添加制造(AM)方法来在压缩机叶片的特定区域处植入不同期望材料,以获得各个特定区域处的所需能力,同时最小化相容性问题。实施本专利技术构思的混合压缩机叶片包括内芯部,以及包括多种材料的外壳。压缩机叶片的翼型件部分包括由压力侧和吸入侧连接的前缘和后缘。外壳包括至少两个区域,并且各个区域可具有包括一种或更多种金属或金属合金的至少一种材料,并且各种材料的成分定制成在翼型件的预先指定的区域处提供期望的性质。本专利技术的另一个方面涉及存在于内芯部与外壳之间的至少一个过渡区,以及外壳上的不同区段中的各个之间的至少一个过渡区域。梯度成分通过使用添加制造方法在过渡区和过渡区域中产生。过渡区和过渡区域通过沉积一层或更多层材料来形成,各层的成分可从一个区段逐渐地过渡至另一个,以确保材料在区域与层之间的界面处形成相容的粘结。一种用以制造示例性压缩机叶片的方法伴有限定内芯部。内芯部可由常规锻造方法或使用添加制造方法来处理。内芯部材料由期望在该区域处加强的性质确定。该方法还包括使用添加制造方法将至少一个过渡区沉积在内芯部表面上。过渡区可包括一层或多层,其中成分梯度根据用于内芯部和对应的(多个)外壳区段上的材料的成分选择。该方法还包括选择呈粉末形式的第二材料成分,其可提供期望在外壳的特定区段处加强的性质,以及使用添加制造方法将选择的材料沉积在先前的过渡层上。沉积材料来形成过渡层和外壳的区段的过程可重复,直到获得期望的构造。技术方案1.一种燃气涡轮混合压缩机叶片,其包括:翼型件,其具有由压力侧表面和吸入侧表面连接的前缘和后缘,以及在所述翼型件部分径向内侧的根部部分;所述翼型件内的内芯部;覆盖所述内芯部的过渡区;覆盖所述过渡区并且包绕所述内芯部的外壳,所述外壳包括所述翼型件的前缘表面、后缘表面、压力侧表面和吸入侧表面,并且所述外壳包括均由不同材料形成的区段;以及包括在所述外壳中的至少一个过渡区域,其中所述过渡区域在所述外壳的所述区段之间。技术方案2.根据技术方案1所述的混合压缩机叶片,其特征在于,所述过渡区域包括邻近所述区段中的第一区段的第一侧,以及邻近所述区段中的第二区段的第二侧。技术方案3.根据技术方案2所述的混合压缩机叶片,其特征在于,形成所述过渡区域的材料的成分从在所述过渡区域的所述第一侧处形成所述第一区段的材料过渡至在所述过渡区域的所述第二侧处形成所述第二区段的材料。技术方案4.根据技术方案3所述的混合压缩机叶片,其特征在于,所述过渡区域的所述过渡为材料的线性过渡。技术方案5.根据技术方案2所述的混合压缩机叶片,其特征在于,所述过渡区域的中心具有形成所述第一区段的所述材料的大约50%的重量或体积比,以及形成所述第二区段的所述材料的大约50%的重量或体积比。技术方案6.根据技术方案1所述的混合压缩机叶片,其特征在于,所述过渡区包括邻近所述内芯部的第一表面,以及邻近所述外壳的与所述第一表面相对的第二表面。技术方案7.根据技术方案6所述的混合压缩机叶片,其特征在于,所述过渡区包括一层或多层材料,其中线性渐减的量的材料从所述过渡区的一侧朝所述过渡区的另一侧延伸。技术方案8.根据技术方案2所述的混合压缩机叶片,其特征在于,所述过渡区域包括形成所述第一区段的材料和形成所述第二区段的材料的非线性梯度成分。技术方案9.根据技术方案6所述的混合压缩机叶片,其特征在于,所述过渡区包括一层或多层材料,其中非线性成分梯度从所述过渡区的一个表面延伸至所述过渡区的相对表面。技术方案10.根据技术方案1所述的混合压缩机叶片,其特征在于,用于所述外壳的各个区段的所述材料选自由以下构成的组:超级合金、铁基合金、镍基合金、钴基合金、奥氏体不锈钢、马氏体不锈钢、铁素体不锈钢、碳钢、合金钢、钛基合金、金属间钛合金以及它们的组合。技术方案11.根据技术方案1所述的混合压缩机叶片,其特征在于,所述内芯部选自由以下构成的组:超级合金、铁基合金、镍基合金、钴基合金、奥氏体不锈钢、马氏体不锈钢、铁素体不锈钢、碳钢、合金钢、钛基合金、金属间钛合金以及它们的组合。技术方案12.根据技术方案1所述的混合压缩机叶片,其特征在于,预先指定的区段和过渡区域沿着所述压缩机叶片的所述翼型件部分和所述根部部分的径向长度延伸。技术方案13.一种制造压缩机叶片的方法,所述压缩机叶片包括内芯部和具有区段的外壳,其中各个区段由不同类型的材料形成,所述方法包括:限定用于所述外壳的第一区段、所述外壳的第二区段以及所述外壳的所述第一区段和所述第二区段的过渡区域的位置;选择用于所述第一外壳区段的第一材料成分和用于所述第二外壳区段的第二材料成分,其中所述第二材料成分不同于所述第一材料成分,并且所述选择基于期望在对应的第一外壳区段和第二外壳区段处加强本文档来自技高网
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混合金属压缩机叶片

【技术保护点】
一种燃气涡轮混合压缩机叶片,其包括:翼型件(100,200,300),其具有由压力侧表面和吸入侧表面连接的前缘和后缘,以及在所述翼型件部分(100,200,300)径向内侧的根部部分(330);所述翼型件(100,200,300)内的内芯部(101,201,301);覆盖所述内芯部(101,201,301)的过渡区(103,203,303);覆盖所述过渡区(103,203,303)并且包绕所述内芯部(101,201,301)的外壳,所述外壳包括所述翼型件(100,200,300)的前缘表面、后缘表面、压力侧表面和吸入侧表面,并且所述外壳包括均由不同材料形成的区段(105,107,109,111,205,207,209,211,305,307,309,311);以及包括在所述外壳中的至少一个过渡区域(113,115,117,119,213,215,217,219,313,315,317,319),其中所述过渡区域(113,115,117,119,213,215,217,219,313,315,317,319)在所述外壳的所述区段(105,107,109,111,205,207,209,211,305,307,309,311)之间。...

【技术特征摘要】
2015.08.07 US 14/8207781.一种燃气涡轮混合压缩机叶片,其包括:翼型件(100,200,300),其具有由压力侧表面和吸入侧表面连接的前缘和后缘,以及在所述翼型件部分(100,200,300)径向内侧的根部部分(330);所述翼型件(100,200,300)内的内芯部(101,201,301);覆盖所述内芯部(101,201,301)的过渡区(103,203,303);覆盖所述过渡区(103,203,303)并且包绕所述内芯部(101,201,301)的外壳,所述外壳包括所述翼型件(100,200,300)的前缘表面、后缘表面、压力侧表面和吸入侧表面,并且所述外壳包括均由不同材料形成的区段(105,107,109,111,205,207,209,211,305,307,309,311);以及包括在所述外壳中的至少一个过渡区域(113,115,117,119,213,215,217,219,313,315,317,319),其中所述过渡区域(113,115,117,119,213,215,217,219,313,315,317,319)在所述外壳的所述区段(105,107,109,111,205,207,209,211,305,307,309,311)之间。2.根据权利要求1所述的混合压缩机叶片,其特征在于,所述过渡区域(113,115,117,119,213,215,217,219,313,315,317,319)包括邻近所述区段(105,107,109,111,205,207,209,211,305,307,309,311)中的第一区段的第一侧,以及邻近所述区段(105,107,109,111,205,207,209,211,305,307,309,311)中的第二区段的第二侧。3.根据权利要求2所述的混合压缩机叶片,其特征在于,形成所述过渡区域(113,115,117,119,213,215,217,219,313,315,317,319)的材料的成分从在所述过渡区域(113,115,117,119,213,215,217,219,313,315,317,319)的所述第一侧处形成所述第一区段(105,107,109,111,205,207,209,211,305,307,309,311)的材料过渡至在所述过渡区域(113,115,117,119,213,215,217,219,313,315,317,319)的所述第二侧处形成所述第二区段(105,107,109,111,205,207,209,211...

【专利技术属性】
技术研发人员:MDP莫里卡
申请(专利权)人:通用电气公司
类型:发明
国别省市:美国;US

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