不同程度粗糙的葉片及其制造方法
【專利摘要】本發明涉及一種不同程度粗糙的葉片及其制造方法。通過葉片（1、120、130）的吸入側（7）和壓力側（4）的表面的粗糙度的不同的設計方案能夠改善壓縮機或者渦輪機的葉片的性能。
【專利說明】不同程度粗糙的葉片及其制造方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種葉片和一種用于其的制造方法，所述葉片在其表面上以不同粗糙程度構成。
【背景技術】
[0002]葉片在壓縮機或者在蒸汽輪機或者燃氣輪機中使用。在此，介質如空氣或者熱氣體流過渦輪葉片，以至于在所述介質和葉片的表面之間產生相互作用。所述相互作用對于葉片功能而言是重要的。
【發明內容】
[0003]本發明的目的在于，說明一種葉片特別是用于壓縮機或者渦輪機如蒸汽輪機或者燃氣輪機的葉片，所述葉片具有改善的性能。
[0004]所述目的通過根據本發明的一種彎曲的葉片，特別是用于壓縮機或者渦輪機的葉片來實現，所述葉片具有吸入側和壓力側，所述吸入側的表面與所述壓力側的表面相比至少大部分地，特別是全部構成為是較不粗糙的，特別是以至少20%的程度較不粗糙的。所述目的還通過根據本發明的用于制造葉片的方法，特別是用于制造上述葉片的方法來實現，其中將所述葉片的壓力側的表面粗糙化，特別是其中僅將所述葉片的所述壓力側的表面粗糙化。此外所述目的通過根據本發明的用于制造葉片的方法，特別是用于制造上述葉片的方法來實現，其中將葉片的吸入側的表面光滑化，特別是其中僅將葉片的所述吸入側的表面光滑化。
[0005]在下文中列舉了其它的有利的措施，所述措施能夠任意地彼此組合，以便實現其它的優點。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0006]其示出:
[0007]圖1、2示出貫穿葉片的橫截面，
[0008]圖3示出渦輪葉片。
【具體實施方式】
[0009]附圖和描述僅示出本發明的實施例。
[0010]圖1示出葉片1、120、130，特別是具有吸入側7和壓力側4的渦輪葉片的橫截面，其中葉片1、120、130在流動方向10上由介質繞流。
[0011]根據本發明，吸入側7設計為與壓力側4相比更光滑或者較不粗糙。
[0012]特別地，壓力側4設計為與吸入側7相比粗糙程度是至少兩倍，優選是三倍。
[0013]在此，葉片I的表面是否沒有覆層(圖1)，或者最外部的覆層是否是金屬的和/或陶瓷的覆層，如果需要的話具有金屬的子層(圖2)，是無關緊要的。[0014]因此在基底表面上或者在金屬的或陶瓷的表面上相應地設定或者產生粗糙度。
[0015]在沒有覆層的基底13中，這能夠通過后續處理也就是說通過壓力側4的粗糙化或者吸入側7的光滑化來實現。
[0016]如果是鑄件，那么注入有金屬以產生基底13的鑄模也能夠通過其內表面相應地以不同粗糙程度構成，以便產生上述粗糙度。
[0017]同樣后續處理是可能的，也就是說，進行基底13的光滑化或者粗糙化。
[0018]在基底13上覆層時，同樣可設定粗糙度，以至于通過覆層已經設定了不同的粗糙度。這優選可通過不同粒度的用于覆層的粉末顆粒來實現。
[0019]同樣后續處理是可能的，也就是說，進行層16的光滑化或者粗糙化。
[0020]對于粗糙度的確定能夠使用不同的粗糙度限定。有利地，產生或設定對于吸入側7而言< 6 μ m的粗糙度和/或對于壓力側4而言至少20 μ m特別是20 μ m至30 μ m的粗糙度。
[0021]通過葉片的這種根據本發明的設計方案，壓縮機或者渦輪機內部的壓力被提高，這導致功率上升。
[0022]圖3在立體視圖中示出流體機械的轉子葉片120或者導向葉片130，所述轉子葉片或者導向葉片沿著縱軸線121延伸。
[0023]所述流體機械可以是飛機的或用于發電的發電廠的燃氣輪機，也可以是蒸汽輪機或壓縮機。
[0024]葉片120、130沿著縱軸線121相繼具有:固定區域400、鄰接于固定區域的葉片平臺403以及葉身406和葉片梢部415。作為導向葉片130，葉片130可以在其葉片梢部415
處具有另一平臺(未示出)。
[0025]在固定區域400中形成有用于將轉子葉片120、130固定在軸或盤上的葉片根部183 (未示出)。葉片根部183例如構成為錘頭形。作為揪樹形根部或燕尾形根部的其他構形是可行的。葉片120、130對于流過葉身406的介質具有入流棱邊409和出流棱邊412。
[0026]在傳統的葉片120、130中，在葉片120、130的所有區域400、403、406中使用例如實心的金屬材料、尤其是超合金。例如由EP1204776B1、EP1306454、EP1319729A1、W099/67435或W000/44949已知這樣的超合金。在這種情況下，葉片120、130可以通過鑄造法，也可以借助定向凝固、通過鍛造法、通過銑削法或其組合來制造。
[0027]將帶有一個或多個單晶結構的工件用作機器的在運行中承受高的機械的、熱的和/或化學的負荷的構件。這種單晶工件的制造例如通過由熔融物定向凝固來進行。在此，這涉及一種澆注法，其中液態金屬合金凝固為單晶結構、即單晶工件，或者定向凝固。在這種情況下，枝狀晶體沿熱流定向，并且形成柱狀晶體的晶粒結構(柱狀地，這就是說在工件的整個長度上分布的晶粒，并且在此根據一般的語言習慣稱為定向凝固)，或者形成單晶結構，這就是說整個工件由唯一的晶體構成。在這些方法中，必須避免過渡成球形(多晶的)凝固，因為通過非定向的生長不可避免地構成橫向和縱向晶界，所述橫向和縱向晶界使定向凝固的或單晶的構件的良好特性不起作用。如果一般性地提到定向凝固組織，則是指不具有晶界或最多具有小角度晶界的單晶和確實具有沿縱向方向分布的晶界但不具有橫向晶界的柱狀晶體結構。第二種所提到的晶體結構也稱為定向凝固組織(directionalIysolidified structures)。由 US-PS6, 024，792 和 EP0892090A1 已知這樣的方法。[0028]葉片120、130同樣可以具有抗腐蝕或抗氧化的覆層，例如(MCrAlX ;M是鐵(Fe)、鈷(Co)、鎳(Ni)中的至少一種元素，X是活性元素并代表釔(Y)和/或硅和/或至少一種稀土元素，或鉿(Hf))。由 EP0486489B1、EP0786017B1、EP0412397B1 或 EP1306454A1 已知這樣的合金。密度優選地是理論密度的95%。在(作為中間層或最外層的)MCrAlX層上形成保護性氧化招層(TG0=thermal grown oxide layer (熱生長氧化層))。
[0029]優選地，層成分具有Co-30N1-28Cr-8Al-0.6Y-0.7Si 或 Co-28N1-24Cr-10Al_0.6Y。除這些鈷基保護覆層外，也優選地使用鎳基保護層，例如N1-10Cr-12Al-0.6Y_3Re或N1-12Co-21Cr-llAl-0.4Y_2Re 或 N1-25Co-17Cr-10Al_0.4Y-1.5Re。
[0030]在MCrAlX上還可以有隔熱層，隔熱層優選是最外層并例如由ZrO2、Y2O3-ZrO2組成，即，隔熱層通過氧化釔和/或氧化鈣和/或氧化鎂非穩定、部分穩定或完全穩定。隔熱層覆蓋整個MCrAlX層。通過例如電子束氣相淀積(EB-PVD)的適當的覆層方法在隔熱層中產生柱狀晶粒。其他覆層方法也是可以考慮的，例如氣相等離子噴涂(APS)、LPPS (低壓等離子噴涂)、VPS (真空等離子噴涂)或CVD (化學氣相淀積)。隔熱層可以具有多孔的、有微觀裂縫或宏觀裂縫的晶粒，用于更好地耐熱沖擊。因此，隔熱層優選地比MCrAlX層更為多孔。
[0031]再處理(Refurbishment)意味著在使用渦輪葉片120、130之后，必要時必須將保護層從渦輪葉片120、130上去除(例如通過噴砂)。接著，進行腐蝕和/或氧化層及腐蝕和/或氧化產物的移除。必要時，還修復在渦輪葉片120、130中的裂縫。然后，進行渦輪葉片120、130和熱屏蔽元件155的再覆層以及渦輪葉片120、130的重新使用。
[0032]葉片120、130可以構造成空心的或實心的。如果要冷卻葉片120、130，則葉片為空心的并且必要時還具有薄膜冷卻孔418 (由虛線表示)。
【權利要求】
1.一種彎曲的葉片(1、120、130)，特別是用于壓縮機或者渦輪機的葉片，所述葉片具有吸入側(7)和壓力側(4)， 其特征在于， 所述吸入側(7)的表面與所述壓力側(4)的表面相比至少大部分地，特別是全部構成為是較不粗糙的，特別是以至少20%的程度較不粗糙的。
2.根據權利要求1所述的葉片， 其中所述葉片(1、120、130)僅由不覆層的基底(13)構成，并且在基底表面上構成不同的粗糙度。
3.根據權利要求1所述的葉片， 其中在所述葉片(1、120、130)上施加有金屬覆層(16)， 所述金屬覆層作為最外部的層(16)具有不同的粗糙度。
4.根據權利要求1所述的葉片， 其中在所述葉片(1、120、130)上施加有陶瓷覆層(16)， 所述陶瓷覆層作為最外部的層(16)具有不同的粗糙度。
5.根據權利要求1至4的一項或多項所述的葉片， 其中所述壓力側(4)的粗糙度是所述吸入側(7)的粗糙度的至少兩倍大，特別是至少三倍大。
6.根據權利要求1至5的一項或多項所述的葉片， 其中所述吸入側(7)具有< 6 μ m的粗糙度。
7.根據權利要求1至6的一項或多項所述的葉片， 其中所述壓力側(4)具有≥20 μ m的粗糙度，特別是20 μ m至30 μ m的粗糙度。
8.一種用于制造特別是根據權利要求1至7的一項或多項所述的葉片(1、120、130)的方法， 其中將所述葉片的壓力側(4)的表面粗糙化，特別是其中僅將所述葉片的所述壓力側(4)的表面粗糙化。
9.一種用于制造特別是根據權利要求1至7的一項或多項所述的葉片(1、120、130)的方法， 其中將葉片的吸入側(7)的表面光滑化，特別是其中僅將葉片的所述吸入側(7)的表面光滑化。
【文檔編號】F04D29/26GK103775134SQ201310508517
【公開日】2014年5月7日 申請日期:2013年10月24日 優先權日:2012年10月24日
【發明者】法蒂·艾哈邁德 申請人:西門子公司