一种燃气涡轮叶片高温试验件及其制造方法技术

本发明专利技术涉及涡轮叶片技术领域，尤其是一种燃气涡轮叶片高温试验件及其制造方法，包括热电偶槽，气膜孔，试验叶片；试验叶片包括上端部，中端部和下端部；S1：对不带气膜孔结构的试验叶片模型进行热电偶槽布置，得到带有热电偶槽道的试验叶片；S2：在三维模型上进行设计并利用3D打印成型技术得到S1中的带有热电偶槽的试验叶片金属实体试验件；S3：通过电火花或者激光打孔技术在试验叶片金属实体试验件上加工得到气膜孔结构；S4：埋好热电偶并进行热电偶槽的填埋修复，得到试验件成品。本发明专利技术中的气膜孔采用后加工的方式，保证气膜孔工艺过程和精度参数与批产件保持一致，同时打孔的孔质量一致性非常好，确保试验数据可信度。

【技术实现步骤摘要】
一种燃气涡轮叶片高温试验件及其制造方法
本专利技术涉及的是涡轮叶片的
，尤其是涉及一种燃气涡轮叶片高温试验件及制造方法。
技术介绍
燃气轮机涡轮静叶片工作在高温燃气中，F级燃气轮机的燃气温度(约1300℃以上)已经超过叶片本体金属材料的熔点温度，燃气涡轮叶片冷却技术能够在同等条件下有效降低金属温度、延长叶片工作寿命。燃气涡轮叶片冷却效果试验是在叶片投入使用之前，针对模拟燃气涡轮实际工作状况下搭载特定冷却结构叶片表面温度分布情况进行的评估试验。试验中，搭载特定冷却结构的试验叶片模型将被置于模拟实际工作环境的高温燃气环境下，通过预先布置在叶片模型表面的温度测点收集叶片测量位置的温度并汇总处理，最终评估得出叶片冷却结构的冷却效果。叶片冷却效果试验结果是评估叶片在真实运行状况下冷却性能的重要手段。试验叶片模型本身的冷却效果好坏决定了实际工作条件下叶片的工作寿命长短。因此，在试验中需要严格保证叶片模型本身的冷却结构尺寸精度、测点布置后的叶片表面质量、试验测点槽道布局等因素，以求试验模型与实际工作状况下叶片尽可能贴近。否则将会导致试验状态下冷却气体流量分布、叶片与高温燃气之间换热效果与工作状态的误差，继而导致试验结果可信度的降低。基于叶片冷却试验的性质，试验叶片模型需要额外布置热电偶温度测点。现今的主要方式为通过加工在叶片模型的测量位置形成若干槽道，在试验前将热电偶温度传感器埋入槽道并进行固定和表面修复。现今燃气涡轮叶片冷却试验模型主要采用3D打印技术制作得到。在利用3D打印技术进行叶片冷却孔结构的成型过程中，材料凝固过程中热胀冷缩效应带来的尺寸误差将极大影响气膜孔最终成型尺寸与设计模型的一致性，3D成型的气膜孔结构内壁面表面粗糙度也难以保证；同时，在利用后期机械加工手段加工热电偶槽道时，槽道尺寸小、布局密集、走向复杂的特点明显增大了加工难度，导致产品返工甚至报废。中国专利CN102565119A公开了一种测定带热障涂层涡轮叶片冷却效果及隔热效果的方法为：在未喷涂热障涂层的真实涡轮叶片表面开槽埋设热电偶，在选定的试验状态进行第一轮冷却效果试验，之后对叶片喷涂热障涂层，在和第一轮叶片试验状态一致的情况下进行第二轮试验；由此对比试验可以得到带热障涂层的叶片冷却效果以及热障涂层在真实叶片上的隔热效果，为验证或者完善叶片热障涂层设计提供依据。本专利技术的优点：可以方便测得带热障涂层状态的叶片的冷却效果，并且可以直观地对比不带涂层状态的叶片的冷却效果，以及得到热障涂层在真实叶片上的隔热效果，从而方便地对叶片及热障涂层的设计情况进行验证和评价。中国专利CN202928778U公开了一种用于研究燃气轮机叶片气膜冷却流场和温度场的孔板结构，包括实验件和测试件，所述实验件上设置卡槽凸件，所述测试件上设置卡槽凹件，所述实验件和测试件通过所述卡槽凸件和卡槽凹件(13)卡合在一起，所述实验件上设置有气膜冷却孔和有机玻璃管，所述气膜冷却孔下方连接与其管径相同的所述有机玻璃管，所述测试件包括黑漆、不锈钢薄片、电加热片和有机玻璃片，所述黑漆涂在所述不锈钢薄片上。以上已经公开的专利虽然均是涉及涡轮叶片
的，但是技术方案和本专利技术的不一样，基于以上出现的技术问题，本专利技术提供了一种燃气涡轮叶片高温试验件及制造方法，本专利技术采用热电偶槽道设计在叶片模型上并进行3D打印制造的方式，首先热电偶测点位置是完全精准保证的，可以对三维数字模型进行数值分析，数值计算的测点温度可以和试验值进行完全比对分析，其次3D成型的试验件叶片精度高，试验件制造周期大大缩短；其中的气膜孔采用后加工的方式，保证气膜孔工艺过程和精度参数与批产件保持一致，同时打孔的孔质量一致性非常好，确保试验数据可信度；且可对内腔表面质量进行修改，更进一步解决3D打印技术的缺陷，更近一步提高试验精度；本专利技术还能够更好的保证试验件表面完整性，保证试验件气动特性，同时光顺完整的外表面还可用于示温漆喷涂等专项试验，大大丰富了试验测量的应用和试验数据的获取，避免了槽道安装热电偶后的固定热电偶和填埋槽道过程造成试验件表面质量的降低，仅能进行单一试验的情形。
技术实现思路
为了解决以上技术问题，本专利技术提供了一种燃气涡轮叶片高温试验件及制造方法。为了实现本专利技术的目的，本专利技术采用了如下技术方案：一种燃气涡轮叶片高温试验件，包括热电偶槽，气膜孔，叶片上端部，叶片下端部，叶片中端部；所述气膜孔穿透叶片外表面和内腔表面；所述叶片上端部、叶片下端部和叶片中端部上均设置有热电偶槽，且带有所述热电偶槽的叶片试验件利用3D打印。进一步地，所述叶片上端部左侧为一个凸起的竖直平板，竖直平板上设有两个孔，与竖直平板固定连接的是一个水平平板，水平平板上端面设有至少一个凹槽。进一步地，所述叶片下端部左侧为一个凸起的竖直平板，竖直平板上设有两个孔，与竖直平板固定连接的是一个水平平板，水平平板上端面设有至少一个凹槽。进一步地，所述叶片上端部和叶片下端部固定在叶片中端部的两侧，且所述叶片中端部为一个柱体，位于叶片上端部和叶片下端部之间，叶片上端部和叶片下端部以叶片中端部为参考呈镜像设置。进一步地，所述热电偶槽的截面形状为矩形，其中宽度和高度的尺寸范围均为0.4mm～1.0mm，或热电偶槽的截面形状为圆管形，其中直径的尺寸范围为0.4mm～1.0mm，有效保证热电偶槽的成型质量并缩短加工时长。进一步地，所述热电偶槽两两之间有间隔。进一步地，所述热电偶槽位于不同气膜孔列之间。一种燃气涡轮叶片高温试验件的制造方法，包括如下步骤：S1：对不带气膜孔结构的试验叶片模型进行测量位置的热电偶槽布置，进而得到带有热电偶槽道的试验叶片模型；S2：在数字三维模型上进行设计并直接利用3D打印成型技术得到S1中所述的带有热电偶槽的试验叶片金属实体试验件；S3:通过电火花或者激光打孔技术在试验叶片金属实体试验件上加工得到气膜孔结构，保证叶片试验件气膜孔结构的内壁表面粗糙度以及关键尺寸参数和批产精铸叶片实体件精度参数一致；S4：埋好热电偶并进行热电偶槽的填埋修复，最终得到试验件成品。进一步地，在S1中先将所述的试验叶片模型进行分割成两半并进行3D打印，对内表面粗糙度进行二次处理，再通过焊接的方式将两半试验叶片模型组合成一个完整的试验件。进一步地，热电偶槽全部设置在叶片壁面下或者是将热电偶槽一段设置在叶片表面下形成隐蔽的贯通槽道，一段以半开放的方式设置。与现有技术相比，本专利技术的有益效果在于：(1)本专利技术采用热电偶槽道设计在叶片模型上并进行3D打印制造的方式，首先热电偶测点位置是完全精准保证的，可以对三维数字模型进行数值分析，数值计算的测点温度可以和试验值进行完全比对分析，其次3D成型的试验件叶片精度高，试验件制造周期大大缩短；(2)本专利技术中的气膜孔采用后加工的方式，保证气膜孔工艺过程和精度参数与批产件保持一致，同时打孔的孔质量一致性非常好，确保试验数据可信度；(3)当需要充分考虑叶片内腔表面粗糙度对冷却空气流动阻力和换热本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种燃气涡轮叶片高温试验件，其特征在于，包括热电偶槽，气膜孔，叶片上端部，叶片下端部，叶片中端部；所述气膜孔穿透叶片外表面和内腔表面；所述叶片上端部、叶片下端部和叶片中端部上均设置有热电偶槽，且带有所述热电偶槽的叶片试验件利用3D打印。/n

【技术特征摘要】
1.一种燃气涡轮叶片高温试验件，其特征在于，包括热电偶槽，气膜孔，叶片上端部，叶片下端部，叶片中端部；所述气膜孔穿透叶片外表面和内腔表面；所述叶片上端部、叶片下端部和叶片中端部上均设置有热电偶槽，且带有所述热电偶槽的叶片试验件利用3D打印。


2.根据权利要求1所述的一种燃气涡轮叶片高温试验件，其特征在于，所述叶片上端部左侧为一个凸起的竖直平板，竖直平板上设有两个孔，与竖直平板固定连接的是一个水平平板，水平平板上端面设有至少一个凹槽。


3.根据权利要求1所述的一种燃气涡轮叶片高温试验件，其特征在于，所述叶片下端部左侧为一个凸起的竖直平板，竖直平板上设有两个孔，与竖直平板固定连接的是一个水平平板，水平平板上端面设有至少一个凹槽。


4.根据权利要求1所述的一种燃气涡轮叶片高温试验件，其特征在于，所述叶片上端部和叶片下端部固定在叶片中端部的两侧，且所述叶片中端部为一个柱体，位于叶片上端部和叶片下端部之间，叶片上端部和叶片下端部以叶片中端部为参考呈镜像设置。


5.根据权利要求1所述的一种燃气涡轮叶片高温试验件，其特征在于，所述热电偶槽的截面形状为矩形，其中宽度和高度的尺寸范围均为0.4mm～1.0mm，或热电偶槽的截面形状为圆管形，其中直径的尺寸范围为0.4mm～1.0mm。


6.根...

【专利技术属性】
技术研发人员：隋永枫，吴宏超，初鹏，周灵敏，王博，包航凯，蓝吉兵，陈列，姚世传，
申请(专利权)人：杭州汽轮动力集团有限公司，浙江燃创透平机械股份有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江;33