[发明专利]通过金属线放电加工制造涡轮机叶片的方法、叶片和涡轮机

说明书

技术领域

本文公开的主题的实施例大体上涉及用于涡轮机的叶片、使用此种叶片的涡轮机和制造此种叶片的方法；更具体而言，它们涉及用于蒸汽涡轮的定子叶片，使用此种叶片的蒸汽涡轮，和制造此种叶片的方法。

背景技术

在蒸汽涡轮中，蒸汽的部分冷凝发生在它们的一个或多个末级处。

具体而言，冷凝发生在所谓“冷凝级”(通常是涡轮的末级)的定子叶片的翼型件部分上。

如果微滴因冷凝而生成，则它们离开静止的定子叶片，且它们撞击旋转的转子叶片；因此可发生对转子叶片的破坏。

为了减小由微滴引起的破坏，转子叶片的转速可减小；但以此方式，涡轮的效率也降低。

备选地，为了减小转子叶片上的任何破坏，存在在生成微滴之前收集冷凝物的解决方案。

这些解决方案中最典型的是在于在可能出现冷凝物的地方使用中空定子叶片，穿过叶片的翼型件部分提供从翼型件表面延伸到内腔的孔和/或槽口，和从内腔进行吸引以便任何冷凝物离开翼型件表面且进入内腔。以此方式，定子叶片的翼型件表面上的微滴不生成，且释放，精确而言，微滴生成可能未完全避免，而是仅极大地减少。

用于蒸汽涡轮的中空定子叶片的制造传统上通过从两个金属板开始来进行；此后，两个金属板以一种方式模制，以便形成两个半壳；然后，两个半壳焊接在一起；最后，通常进行一些精整。

有时，最近更多地使用不同的制造方法(例如，见图1)：

- 取两个金属条，

- 单独地磨削它们，以限定内腔的表面(例如，见图1A)，

- 将它们焊接在一起，以获得中空件(例如，见图1B)，

- 磨削精整中空件，以限定翼型件表面(例如，见图1C)。

该制造方法允许相当精确地限定叶片的内表面，即，内腔的表面，且相对精确地限定叶片的外表面，即，翼型件表面。总之，其相对昂贵，因为磨削操作(对于内侧和外侧)相对较慢。

在涡轮中，尤其是燃气涡轮中，中空叶片有时用于转子叶片，以便减轻旋转元件的重量。这些中空叶片通常通过铸造，特别是“熔模铸造”来获得，以便获得具有极为精确的形状和尺寸的旋转元件；总之，该制造方法当用于小批量生产(例如，100-1000件)时尤其昂贵。

发明内容

因此，大体上需要叶片，具体是蒸汽涡轮中空叶片的解决方案，其允许更容易且更经济的制造，而不牺牲形状和/或尺寸精度。具体而言，需要一种制造方法，其不需要模具，且需要有限的或不需要磨削和/或精整，且不同于铸造。

此外，期望获得不但集成翼型件部分而且还集成根部和围带部分的处于单件形式的中空叶片。

总之，如果翼型件部分、根部和围带部分将为三个单独的件，则期望容易地连结它们。

最后，期望以容易的方式制造包括一组蒸汽涡轮中空叶片的模块。

认为一个最终目标在于以相对容易的方式且以合理的成本制造具有良好性能的整个蒸汽涡轮。

本发明人从认识到以下而开始：对于蒸汽涡轮中空叶片，内腔表面上的形状不是特别关键的；这很不同于其他类型中空叶片的内腔。另一方面，翼型件表面的形状非常重要。

鉴于这些观察，他们考虑了(A)实现处于单件形式的叶片，(B)对翼型件表面使用磨削以便其形状将极为精确，(C)对内腔使用金属线放电加工，即，金属线EDM，以便其将足够简单且容易地实现，且其形状将足够精确，即，叶片的内表面将与叶片的外表面足够好地匹配。

通过使用金属线EDM，内腔的表面为“直纹表面(ruled surface)”。

以此方式，制造叶片不需要焊接，叶片的一个加工表面或多个加工表面的精度极高，且叶片的翼型件部分的侧壁的厚度可为非常低的。

该制造方法对于小批量生产(例如，100-1000件)特别适合且方便。

本发明人随后意识到，金属线EDM不但适用于形成中空涡轮叶片的内表面，而且还适用于形成叶片的内外表面两者，甚至对于长(例如，直到1000mm)的叶片，假设这些表面设计为“直纹表面”或非常接近此类表面。

本发明的第一方面为用于涡轮机的叶片。

根据其实施例，一种用于涡轮机的叶片包括翼型件部分，其中，所述翼型件部分沿纵向延伸一定长度且具有第一端和第二端，其中，所述翼型件部分由翼型件表面侧向地限定，且其中，所述翼型件表面为直纹表面。