形成具有在叶尖附近带薄壁部分的主壁的长燃气轮机轮叶的方法技术

本发明专利技术提供一种形成燃气轮机叶片的方法，包括：形成具有主壁和内部腔体的燃气轮机叶片铸件，该主壁具有从外壁的外表面延伸至内部腔体的壁厚，从叶片铸件的基部与叶尖之间的位置延伸至叶尖的主壁外段具有大于最终厚度的壁厚。此方法还可包括：使用计算机系统使材料去除装置和铸件彼此相对移动，从而沿铸件主壁在一个或多个径向部分处从铸件去除一层材料。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】【专利说明】本专利技术是根据由美国能源部授予的合同DE-FC26-05NT42644在美国政府的支持下产生的。美国政府对本专利技术拥有某些权利。
本专利技术涉及一种。
技术介绍
由于工作温度很高，因此典型情况下燃气轮机轮叶由高密度的镍基高温合金构成。由于燃气轮机的流道直径通常很大，因此相应涡轮机轮叶的叶尖的线速度非常高。所以，每个叶尖处的材料在轮叶的其余部分上产生很大的离心力。在叶尖处级联至轮叶的任何附加材料都会增加轮叶的径向拉力。为了铸出较长的轮叶，需要减小叶尖处的壁厚，以减小轮叶的径向拉力。但是，很难铸出在叶尖附近具有薄壁部分的长涡轮机轮叶。这是因为，在铸造工艺中使用的陶瓷型芯在铸造过程中的工艺公差内移位，导致型芯相对于轮叶的叶尖的位置不确定。因此，在设计过程中，由于铸造过程中的型芯移位，在叶尖处或叶尖附近的壁厚减薄是受限的，若壁厚减小得过多，则在铸造过程中型芯可能穿破叶尖附近的壁。
技术实现思路
根据本专利技术的第一方面，提供一种形成燃气轮机叶片的方法，其包括:形成具有主壁和内部腔体的燃气轮机叶片铸件，该主壁具有从主壁的外表面延伸至内部腔体的壁厚，主壁的外径向段具有大于最终厚度的壁厚；使用厚度测量装置以非破坏性方式收集铸件的主壁外段处的第一壁厚数据；使用计算机系统把收集的第一壁厚数据与存储的模型厚度数据比较，以确定待沿主壁外段从铸件去除的初始壁厚材料量；以及，使材料去除装置与铸件彼此相对移动，从而沿主壁外段在多个径向部分处从铸件去除第一层材料。此后，该方法还可包括:使用所述厚度测量装置以非破坏性方式收集铸件的主壁外段处的第二壁厚数据；使用所述计算机系统把收集的第二壁厚数据与存储的模型厚度数据比较，以确定待沿主壁外段去除的附加壁厚材料量；以及，使所述材料去除装置与铸件彼此相对移动，从而沿主壁外段从多个径向部分的组合去除第二层材料。所述厚度测量装置可包括超声波装置、X射线检查装置、涡流测量装置和热成像装置之中的一种。叶片铸件可限定出燃气轮机轮叶，主壁外段可从叶片铸件的基部与叶尖之间的位置延伸至叶尖。沿主壁外段的多个径向部分的组合可延伸至叶片铸件的叶尖。所述材料去除装置可包括喷丸处理装置，该喷丸处理装置正对铸件喷射包括含在流体介质中的磨粒的工作流体。所述喷丸处理装置可以不垂直于铸件主壁外表面的角度对铸件喷射工作流体。铸件可限定出具有从大约26英寸至大约35英寸叶片长度的燃气轮机轮叶。根据本专利技术的第二方面，提供一种形成燃气轮机叶片的方法，其包括:形成具有主壁和内部腔体的燃气轮机叶片铸件，该主壁具有从主壁的外表面延伸至内部腔体的壁厚，主壁的外径向段从叶片铸件的基部与叶尖之间的位置延伸至叶尖，并具有大于最终厚度的壁厚；使用厚度测量装置以非破坏性方式收集铸件的壁厚数据；使用计算机系统把收集的壁厚数据与存储的模型厚度数据比较，以确定需要沿铸件主壁外段从一个或多个径向部分去除的壁厚材料量；使材料去除装置与铸件彼此相对移动，从而沿铸件主壁在一个或多个径向部分处从铸件去除一层材料；以及，重复上述的收集、比较和致动步骤一次或多次，直到铸件主壁外段具有所需的厚度。其中，所述的收集、比较和致动步骤的一次或多次重复优选导致铸件主壁外段的厚度沿外段的长度发生改变，优选从基部与叶尖之间的位置至叶尖以大致平滑连续的方式改变。叶尖附近的主壁外段厚度可小于叶片铸件的基部与叶尖之间位置处的外段厚度。优选仅在主壁外段处从铸件去除材料。【附图说明】虽然本说明书所附的权利要求书具体、明确地提出了本专利技术的权利要求，但是通过参照附图做出的以下说明，能够更好地理解本专利技术。在附图中，相似的标号标示相似的元件，其中:图1是利用本专利技术的方法形成的具有最终厚度的轮叶的透视图；图2-4是沿图1中的观察线2-2、3-3和4_4剖切的横截面图；图5和图6是从轮叶铸件主壁外段的径向部分去除材料的喷丸处理装置的示意图；图7是常规测量装置、计算机系统和轮叶铸件的示意图。【具体实施方式】在以下优选实施例的详细说明中，将参照构成本说明书的一部分的附图以示例性方式而非限定性方式说明可实施本专利技术的具体优选实施例。应理解，也可以利用其它实施例，并且，在不脱离本专利技术的精神和范围的前提下可以做出各种变化。现在请参考图1，其中示出了按照本专利技术的方法形成的涡轮机轮叶10。轮叶10适合于在燃气轮机(未示出)的涡轮段(未示出)中使用。在涡轮段内，有一系列成排的固定导叶和转动轮叶。典型情况下，在涡轮段中有四排轮叶。可以设想的是，图1中所示的轮叶10可限定出涡轮段中的第三或第四排轮叶的轮叶构造。轮叶结合至轮轴和轮盘组件(未示出)。来自于燃气轮机中的燃烧段(未示出)的高温工作气体流至成排轮叶。随着工作气体在涡轮段中膨胀，工作气体导致轮叶旋转，从而导致轮轴和轮盘组件旋转。涡轮机轮叶10包括叶片20、根部30和平台40，在所示的实施例中，这些部件可以是由合金材料(例如金属合金247)构成的一体构件。根部30用于把轮叶10结合至涡轮段中的轮轴和轮盘组件。叶片20包括从根部30径向延伸的主壁120。主壁120限定大体为凹状的第一加压侧壁122和大体为凸状的第二抽吸侧壁124，参见图2。第一和第二侧壁122和124在前缘126和后缘128处结合在一起。在所示的实施例中，主壁120还限定多个内部腔体130。腔体130附近的主壁120具有从主壁120的外表面120A延伸至内部腔体130的壁厚。在所示的实施例中，主壁120包括位于叶片20的基部20A和叶片20的叶尖20B之间的中点MP，参见图1。主壁120还包括从中点MP附近的位置延伸至叶尖20B的外径向段OS。在图1所示的实施例中，外径向段OS限定为包括第一、第二和第三径向部分RP1-RPy每个径向部分可限定本专利技术的机械加工方法的解析度。为了便于示例，在图1的实施例中仅提供了三个径向部分RP1-RPy但是，可以设想的是，更高解析度是可取的，这样可限定远多于三个径向部分。在任何情况下，径向部分的数目可限定为包括少于三个部分或多于三个部分。外段OS具有大致沿其长度变化的最终壁厚，从而最终厚度在中点MP附近最大(参见图2中的厚度Ta)，并在叶尖20B附近逐渐减小至最小厚度(参见图4中的厚度Tc)。图3中示出了处于沿外段OS的中间位置的厚度TB，该厚度小于厚度Ta，但是大于叶尖20B附近的厚度T。，即，TA>TB>T。。对于具有从大约26英寸至大约35英寸的长度L的叶片，叶尖20B附近的厚度Tc可在从大约0.7毫米至大约1.5毫米范围之内。如上所述，很难铸出具有较长长度L并且主壁厚度在叶尖附近很薄的叶片。根据本专利技术，叶片被铸造为在外段OS处的主壁厚度大于最终厚度，即，主壁厚度被铸造为过厚。例如，外径向段OS可铸造为从中点MP附近至叶尖20B在径向上具有基本恒定的厚度，从而额外的主壁材料从中点MP附近至叶尖20B在径向上以大体连续的方式逐渐增加。优选地，从基部20A延伸至中点MP的叶片20的内径向段IS的主壁厚度被铸造为该内段IS的最终厚度，从而不需要从该内段IS去除材料。随后，把叶片铸件的外段OS加工至最终的所需厚度，并考虑到在铸造操作过程中通过陶瓷型芯形成的内部腔体130的位置。在图7中，示出了轮叶的铸件C。提供一种常规的厚度测量装置TMD，在所示的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种形成燃气轮机叶片的方法，包括：形成具有主壁和内部腔体的燃气轮机叶片的铸件，该主壁具有从主壁的外表面延伸至所述内部腔体的壁厚，该主壁的外径向段具有大于最终厚度的壁厚；使用厚度测量装置以非破坏性方式收集所述铸件的主壁外段处的第一壁厚数据；使用计算机系统把收集的第一壁厚数据与存储的模型厚度数据比较，以确定需要沿主壁外段从所述铸件去除的初始壁厚材料量；使材料去除装置与铸件彼此相对移动，从而沿主壁外段在多个径向部分处从所述铸件去除第一层材料；此后，使用所述厚度测量装置以非破坏性方式收集所述铸件的主壁外段处的第二壁厚数据；使用所述计算机系统把收集的第二壁厚数据与存储的模型厚度数据比较，以确定还需要沿主壁外段从所述铸件去除的壁厚材料量；和使所述材料去除装置与所述铸件彼此相对移动，从而沿主壁外段从所述多个径向部分的组合去除第二层材料。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：CX坎贝尔，D托梅迪斯，
申请(专利权)人：西门子能量股份有限公司，
类型：发明
国别省市：美国;US