用于制造涡轮组件的方法技术

本发明专利技术涉及一种用于制造涡轮组件(10)的方法，该涡轮组件包括至少一个机翼单元(12)和至少一个入口表面(20)，该机翼单元包括具有用于冷却介质(18)的至少一个冷却通道的至少一个基本上中空的机翼(14)，其中至少一个冷却通道(16)在至少一个入口表面(20)处进入，并且涡轮组件(10)还包括至少一个盖板(22)，其至少部分地覆盖至少一个入口表面(20)。为了提供可靠的附接，该方法包括以下步骤：将具有一个单个的、连续的连接结构(24)的至少一个盖板(22)附接到至少一个机翼单元(12)。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种用于制造涡轮组件的方法。本专利技术还涉及一种机翼形(airfoil-shaped)涡轮组件，诸如涡轮转子叶片(rotorblade)和定子导叶(statorvane)，以及涉及盖板作为密封板的用途。
技术介绍
现代涡轮通常在极高的温度下操作。温度对涡轮叶片、定子导叶和周围部件的影响可能对涡轮的有效操作是有害的，并且在极端情况下可能导致这种部件的变形和可能的故障。为了克服这种风险，高温涡轮可以包括中空叶片或导叶，其包括用于冷却介质的冷却通道，以在涡轮组件的操作期间冷却叶片和导叶。这种例如具有用于冷却通道的内部蛇形几何形状的叶片或导叶通常通过熔模铸造工艺制成，该工艺使用陶瓷芯来限定各种内部通道。在铸造之后，通过浸出工艺从叶片移除陶瓷芯。冷却通道可以延伸穿到叶片根部的底部。为了控制通过叶片的冷却空气的流动或者密封从铸造过程剩余的冷却通道的未使用的开口，可以提供单独的盖板。该板必须保持附接到叶片上，因此使用了盖板的焊接。例如，离散点焊用于将盖板焊接到叶片。在这种情况下，焊接部位于在内部冷却通道的开口与盖板的周界之间存在足够的可用空间的位置处。这种附接导致几个缺点。例如，盖板与叶片之间的相对热膨胀可以不同，特别是在较薄的盖板将比叶片更快地响应的瞬变操作期间。这将在焊接部中建立弱化应力。由于焊接部是不连续的，它们可能具有不足的强度，导致焊接部失效和盖板的分离。此外，已知每个焊接部的热影响区周围的盖板的收缩导致了盖板从每个焊接部之间的叶片表面剥离。这产生了间隙，该间隙可允许显着水平的冷却空气无意地流入叶片内的冷却通道——这可能对发动机性能有害。此外，在某些情况下，嵌入式内部冷却通道的相对尺寸和叶片外侧上的机加工根部的宽度结合在一起，留下不足的面积，从而当考虑公差的影响时不能沿盖板的周界进行常规的贯通焊接。本专利技术的第一目的是提供一种用于制造涡轮组件的方法，利用该方法可以减轻上述缺点，特别是有助于盖板与机翼的牢固附接和/或冷却通道的可靠密封。本专利技术的第二目的是提供一种有利的机翼形涡轮组件，诸如涡轮转子叶片和定子导叶。本专利技术的第三目的是提供在这种涡轮组件中的盖板用于密封目的的用途。这些目的可以通过根据独立权利要求的主题的方法、涡轮组件和盖板的用途来解决。
技术实现思路
相应地，本专利技术提供了一种用于制造涡轮组件的方法，该涡轮组件包括至少一个机翼单元和至少一个入口表面，该机翼单元包括具有用于冷却介质的至少一个冷却通道的至少一个基本上中空的机翼，其中至少一个冷却通道在至少一个入口表面处进入，并且涡轮组件还包括至少一个盖板，其至少部分地覆盖至少一个入口表面。提供了该方法包括以下步骤：将具有一个单个的、连续的连接结构的至少一个盖板附接到至少一个机翼单元。由于本专利技术的方法，提供了盖板到机翼单元的可靠附接以及(一个或多个)冷却通道的可靠密封。此外，可以最小化由盖板相对于机翼单元的不同的热生长引起的应力，例如沿着盖板的跨度。此外，在涡轮组件的操作期间通过离心力克服盖板从机翼的任何提升，这使得板主要抵靠入口表面而密封，从而减少泄漏冷却流。即使在权利要求和说明书中以单数形式或以特定数字形式使用诸如机翼、通道、介质、表面、盖板、端部、孔口、孔隙、边界、组、平台或根部之类的术语，该专利(申请)的范围不应限于单数或特定数字形式。在本专利技术的范围内还应当具有多于一个或多个上述结构。涡轮组件旨在表示为涡轮发动机(例如燃气涡轮)提供的组件，其中该组件具有至少一个机翼单元。涡轮组件可以是具有周向布置的机翼单元的涡轮叶栅或涡轮叶轮的一部分。机翼单元旨在表示如下单元，其包括至少一个机翼并且优选地另外的结构，例如根部部分和/或外平台和/或内平台。后两者将布置在(一个或多个)机翼的相对端部处和/或内平台将布置在机翼与根部部分之间。在本文中，“基本上中空的机翼”是指具有壳体的机翼，其中该壳体包围至少一个空腔和/或冷却通道。类似于裂口的结构(其将机翼中的不同空腔/通道彼此分开并且例如在机翼的翼展方向上延伸)不妨碍“基本上中空的机翼”的定义。特别地，基本上中空的机翼(在下面的描述中称为机翼)具有两个冷却区域，在机翼的前缘处的通道冷却区域以及在后缘处的现有技术的扰流柱(pin-fin)/基座冷却区域。这些区域可以通过裂口彼此分离。在本文中，机翼单元的入口表面是冷却通道根据冷却介质的流动方向开始或结束的表面。该表面优选具有至少一个孔隙，其提供用于来自(一个或多个)冷却通道的/在(一个或多个)冷却通道中的冷却介质的出口或入口。入口表面可以位于机翼单元的任何区域中，例如在根部部分处或在平台之一处或在机翼处。优选地，其位于根部处，特别是位于其径向端部处(位于涡轮组件或涡轮发动机中的机翼单元的安装状态中的端部，其径向最靠近涡轮组件或涡轮发动机的轴线)。冷却通道可以具有对于本领域技术人员来说可行的任何形状或分布，例如在机翼单元的翼展方向上在一个方向延伸，或者具有蜿蜒图案，或者具有变化/相反方向的蛇形图案。机翼单元的翼展方向被定义为基本上垂直于、优选垂直于从机翼的前缘到后缘的方向延伸的方向。优选地，冷却介质在入口表面处进入机翼或冷却通道。在冷却通道作为开放冷却回路的实施例的情况下，没有冷却介质将在入口表面处离开冷却通道。在位于入口表面处的两个或更多个入口孔隙的情况下，冷却介质的各个流可以在机翼内部保持完全分离或在内部冷却回路中的某个点处结合到一个流。另一方面，如果冷却回路被实施为闭环类型，则冷却介质可能不会经由机翼离开，但更可能在其进入之处附近，即在根部部分或入口表面中的孔隙。在这种情况下，入口表面或其部分可以称为出口表面。盖板旨在表示基本上平面的结构，该结构被实施为在涡轮组件的组装之后、至少在涡轮组件的操作状态下覆盖和/或密封入口表面的至少一部段。在这里，“基本上平面的”应当理解为板表面的和/或盖板的平面形状的小的不平坦不应当妨碍盖板被定义为平面的。此外，盖板可以具有特定选择的(一个或多个)结构或形状，例如洞、曲率、弯曲等，其可以影响冷却介质的流动特性和/或涡轮组件的空气动力特性。在本文中，术语“附接”应当被理解为使用对于本领域技术人员来说可行的任何附接方法，其特别地提供盖板到机翼单元的可靠附接，即使在涡轮组件的旋转期间。这可以是使用粘合剂粘合(例如胶合)，特别是任何热粘合技术(例如焊接、铜焊等)的任何连接方法。根据优选的改进，该方法包括以下步骤：通过焊接而附接至少一个盖板。由此，可以便于进一步容易地制造特别牢固的附接。因此，连接结构优选地是单个的、连续的单向焊接部。具有接触入口表面的相应的第三部分的分裂(两腿)铆钉将是可选择地实施的连接结构，特别是用于较大机翼或叶片。此外，可以在最终附接步骤之前预先将盖板预附接到机翼单元，以在例如焊接之前固定盖板。这可以例如通过胶合来完成。此外，可以通过盖板的可变形特征和机翼或其根部的对立特征的组合将盖板的中心部分附接到机翼的根部。术语“连续”应当理解为没有间断或间隙。连续连接结构的连续性也可以通过几个子连接结构连续地连接在一起而在它们之间没有间断或间隙来实现。连接结构优选地基本上是单向的，其中基本上单向应当被理解为轻微不平坦，或弯曲直到与直线构造成10°的发散应当被理解为单向的。特别地，具有大于25°本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于制造涡轮组件(10)的方法，所述涡轮组件(10)包括至少一个机翼单元(12)和至少一个入口表面(20)，所述机翼单元(12)包括具有用于冷却介质(18)的至少一个冷却通道(16)的至少一个基本上中空的机翼(14)，其中所述至少一个冷却通道(16)在所述至少一个入口表面(20)处进入，并且所述涡轮组件(10)还包括至少一个盖板(22)，所述盖板(22)至少部分地覆盖所述至少一个入口表面(20)，其特征在于以下步骤：‑利用一个单个的、连续的连接结构(24)将所述至少一个盖板(22)附接到所述至少一个机翼单元(12)。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.08.28 EP 14182727.91.一种用于制造涡轮组件(10)的方法，所述涡轮组件(10)包括至少一个机翼单元(12)和至少一个入口表面(20)，所述机翼单元(12)包括具有用于冷却介质(18)的至少一个冷却通道(16)的至少一个基本上中空的机翼(14)，其中所述至少一个冷却通道(16)在所述至少一个入口表面(20)处进入，并且所述涡轮组件(10)还包括至少一个盖板(22)，所述盖板(22)至少部分地覆盖所述至少一个入口表面(20)，其特征在于以下步骤：-利用一个单个的、连续的连接结构(24)将所述至少一个盖板(22)附接到所述至少一个机翼单元(12)。2.根据权利要求1所述的方法，其中所述至少一个盖板(22)包括至少一个端部(26，26')、质心(28)和边缘点(30)，其中所述质心(28)和所述边缘点(30)的度量函数具有最大值，并且其中所述最大值位于所述至少一个盖板(22)的所述至少一个端部(26，26')处，并且所述方法包括以下步骤：-以使得所述至少一个端部(26，26')相对于所述至少一个机翼单元(12)为自由端的方式附接所述至少一个盖板(22)。3.根据权利要求1或2所述的方法，其中所述至少一个盖板(22)包括质心(28)，并且其中所述方法包括以下步骤：-以使得所述连接结构(24)延伸穿过所述质心(28)的方式附接所述至少一个盖板(22)。4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述方法包括以下步骤：-通过焊接而附接所述至少一个盖板(22)。5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述至少一个盖板(22)包括与所述冷却通道(16)连通的至少两个孔口(32)，其中所述方法包括以下步骤：-基本上在所述至少一个盖板(22)的所述至少两个孔口(32)之间的中间(34)，将所述至少一个盖板(22)附接到所述至少一个机翼单元(12)。6.一种包括至少一个机翼单元(12)和至少一个入口表面(20)的涡轮组件(10)，所述机翼单元(12)包括具有用于冷却介质(18)的至少一个冷却通道(16)的至少一个基本上中空的机翼(14)，其中所述至少一个冷却通道(16)在所述至少一个入口表面(20)处进入，并且所述涡轮组件(10)还包括至少部分地覆盖所述至少一个入口表面(20)的至少一个盖板(22)，根据权利要求1至5中至少一项所述的方法而被制造。7.根据权利要求6所述的涡轮组件，其中所述至少一个机翼单元(12)包括与所述至少一个冷却通道(16)连通的至少两个孔隙(36)，并...

【专利技术属性】
技术研发人员：R·布卢克，
申请(专利权)人：西门子股份公司，
类型：发明
国别省市：德国;DE