[发明专利]用于制造转子叶片的方法

说明书

本发明涉及一种用于制造用于燃气轮机(100)的转子叶片(120)的方法，所述转子叶片具有固定区域(162)和平台(160)，在所述平台上设置有以叶片尖部(167)终止的叶片(166)，所述方法应能够在特别节约资源制造的情况下实现燃气轮机的特别高的效率。为此，所述方法包括如下方法步骤：‑制造加强部(144)；‑围绕加强部(144)的至少一部分铸造转子叶片(120)的第一部分；以及‑借助于3D打印法构造转子叶片(120)的第二部分。

技术领域

本发明涉及一种用于制造用于燃气轮机的转子叶片的方法，所述转子叶片具有固定区域和平台，在所述平台上设置有以叶片尖部终止的叶片。本发明还涉及这种转子叶片。

背景技术

上述类型的转子叶片在燃气轮机中用于将热的燃气流的能量转换为旋转动能。所述转子叶片典型地具有由空腔贯穿的叶身，所述空腔用于引导冷却空气，所述叶身固定在所谓的平台上。在平台上连接有固定区域，所述固定区域用于将涡轮叶片固定在燃气轮机的转子或定子上。

用于燃气轮机的转子叶片在铸造方面由一个工件和一种原料制造。这通常以真空精密铸造法进行。然而，根据当前燃气轮机的尤其通过提高质量流实现的进一步的效率改进方案表明：以本方法制造的涡轮叶片可能会出现稳定性问题。此外，用于制造冷却通道的模通常是不可重复使用的。

发明内容

因此，本发明的目的是：提出开头时提到类型的方法和转子叶片，其能够在特别节约资源制造的情况下实现燃气轮机的特别高的效率。

根据本发明，所述目的在方法方面通过如下方式实现，所述方法包括下述方法步骤：

-制造加强部；

-围绕加强部的至少一部分铸造转子叶片的第一部分；以及

-借助于3D打印法构造转子叶片的第二部分。

在转子叶片方面通过如下方式实现所述目的：其中转子叶片包括设置在内部的加强部。

在此，本发明基于如下想法：关于穿过燃气轮机的质量流的提高，尤其第四涡轮转子叶片级的设计方案遇到制造技术方面的极限：转子叶片应具有开头描述的内部结构，并且主动地被冷却。在此，尤其在第四涡轮转子叶片级中，源于流动面和转速的临界的参数和特征值的确定和评估表现出：需要将在叶片的上部区域中的构件壁厚度以大约1mm在非常窄的范围中构成。在这样大的构件中，1mm的壁厚度通常是难以实现的。这个问题能够通过如下方式解决：不将转子叶片完整地一起铸造，而是借助于3D打印法制造。在此，能够在叶身内部制造非常复杂的几何结构。问题是：借助于已知的3D打印法实现较低的构件强度。为了提高由3D打印制造的转子叶片的强度，因此提出：利用复合材料。与钢筋混凝土的情况类似地，应将较坚固的材料的支撑件嵌入到基本材料中。首先制造具有所述支撑件的所述加强部，然后围绕加强部铸造转子叶片的一部分，并且最后尤其借助于3D打印构造转子叶片的精细的部分，例如冷却空气通道。

在此，支撑件应——与在钢筋混凝土的情况下相同地——沿主负荷方向定向。这尤其涉及通过在燃气轮机的运行中的离心力引起的负荷，所述负荷径向向外，即朝向叶片尖部的方向作用并且朝向叶片尖部越来越大。因此，加强部应有利地包括至少一个支撑件，所述支撑件从转子叶片尖部的区域延伸至平台，因此即穿过整个叶身沿负荷的方向延伸。由此，实现叶身抵抗所产生的离心力而稳定。

通过使加强部有利地包括支撑件的方式再进一步改善稳定性，所述支撑件从转子叶片尖部的区域延伸至固定区域。由此，使从转子叶片根部处的固定区域直至叶片尖部的整个转子叶片结构通过连续的支撑件而稳定。

在方法的其他有利的设计方案中，围绕加强部铸造的上述第一部分包括固定区域。通常具有圣诞树状的榫槽结构的固定区域通常不包括冷却通道或仅包括少量冷却通道，并因此具有不太复杂的几何结构。因此，所述固定区域尤其也能够以可再次利用的形式制造。通过铸造固定区域，所述固定区域还具有所需的强度并且建立与加强部的良好的连接。