具有用于产生空腔的板的坚固的空心的构件的制作方法

本发明涉及一种铸造的构件，所述构件应空心地构成，其中首先通过板的接合产生空腔。

背景技术：

现在，后排的涡轮叶片的长度限制大的燃气轮机的功率，因为高的离心力在高温下作用进而至今为止的实心铸造的叶片的解决方案达到其极限。然而，与为了冷却目的的空心化相组合地，所述叶片的延长尤其对于未来的发展是必要的，以便能够实现需要的功率升高。然而，叶片的增大也造成更大的重量，由此离心力比叶片所能承受的更大。因此，必须减少叶片的重量。

技术实现要素：

因此，本发明的目的是提出一种构件和一种方法，借助于所述方法能够解决上述问题。

所述目的通过根据权利要求1的构件和根据权利要求15的方法实现。

在从属权利要求中列举其他有利的措施，所述措施能够任意地相互组合，以便实现其他优点。

因为具有小的壁厚的、大的空心的构件的制造不能通过铸造实现，所以仅铸造叶根，包括叶片前缘和后缘。在此，前缘和后缘能够至少优选空心地构成并且相应地被冷却。叶身通过具有小的壁厚的板封闭，所述板分别在压力侧和吸入侧上借助于垂直的焊缝(非关键，因为平行于离心力的方向)固定到前缘和后缘上。为了进一步降低重量，能够优化板的材料，并且用于相对于高温和氧化进行保护的板也设有覆层。

叶身不是完整地被铸造，而是由多个组成部分构造而成，其中叶身的压力侧和吸入侧通过具有小的壁厚和小的重量的、单次弯曲的板替代。为了稳定叶身，能够在叶片内部在前缘和后缘之间装入横向支柱。

因为小的壁厚的制造不能通过铸造实现，所以仅铸造叶根，并包含叶身的一部分，即叶身的前缘、后缘和优选一侧。铸造压力侧或吸入侧，能够根据形状的复杂度来决定。优选地，可以铸造较复杂的侧并且通过板替换较简单的侧。由于被铸造的叶片是敞开的，所以大幅简化了壁厚的测量并且也使得用于打薄的机械加工变得容易。叶身通过具有小的壁厚的板借助于焊缝封闭。由于板的自身重量小，所以能够假定焊缝的强度是足够的。为了进一步降低重量，能够优化板的材料，并且用于相对于高温和氧化进行保护的板也设有覆层。

叶身变为敞开的并且不完全地被铸造，而是由两个组成部分构造而成，其中明显地简化叶身从内部的机械加工并且明显地简化壁厚测量。叶身的压力侧或吸入侧通过具有小的壁厚和小的重量的单次弯曲的板替代。为了稳定叶身能够在叶片内部在前缘和后缘之间装入一种支架。

附图说明

附图示出：

图1、4、5示出还不具有接合的板的空心的构件的视图；

图2、3示出贯穿空心的构件的横截面，在所述构件中接合有至少一个板；

图5示出例如根据涡轮叶片阐述的要制造的空心的构件的支架的俯视图；以及

图6示出涡轮叶片。

附图和说明仅示出本发明的实施例。

具体实施方式

在图2中示出本发明的第一实施例的横截面，其中铸造的支架1”优选具有两个留空部50、51，并且优选存在前部的元件10”(前缘409，图6)和后部的元件7”(后缘412，图6)作为铸造的元件，所述前部的元件和后部的元件优选沿着构件120、130(图6)的纵轴线121延伸。

前部的元件10”和后部的元件7”形成构件120、130的外表面100的部分并且与支架1”共同被铸造。

同样，固定区域4(图1)一起被铸造，所述固定区域优选不具有板并且前部的元件10”和后部的元件7”连接到所述固定区域上。

固定区域4存在于构件120、130的一个端部上。

在前部的元件10”和后部的元件7”之间，在两侧上优选分别存在留空部50、51。

留空部50、51沿纵轴线121的方向在前部的元件10”和后部的元件7”的长度上延伸。

因为留空部50、51；50’、51’(图3)在相对置的侧上存在，所以通过将两个板16、19；16’、19’(图3)接合到留空部50、51；50’、51’中而在构件120、130的吸入侧和压力侧之间产生空腔28”、28”’。

因此板16、19；16’、19’；17(图5)在更低的面2’、……、2^iv上贴靠在后部的元件7”和前部的元件10”上，使得在其过渡部的区域中其外面与前部的元件7”的和后部的元件10”的表面100齐平地封闭。

前部的元件10”和后部的元件7”和板16、19；16’、19’；17优选长形地且细长地构成。

板16、19；16’、19’；17是空心的构件120、130的侧面，其中大部分由板形成。

板16、19；16’、19’；17能够以不同的方式和方法制造。

板16、19；16’、19’；17优选与支架1’，1”，1”’，1^iv，1^v焊接，其中焊缝，尤其所有焊缝平行于负荷方向，在此平行于构件120、130的纵轴线121伸展。

如果涡轮叶片120、130应被冷却，那么前部的元件10”’和后部的元件7”’能够构成为空心的元件(图3)，其中在前部的元件10”’的至少前部的空腔31和空腔28”’之间存在至少一个出口22’，以便能够实现冷却剂的更换。

出口22、22’优选是至空腔28”’和/或至表面100的通道。

空腔28’、……、28^iv的供给也能够通过叶根4、4’、4^v实现。

为了稳定性，在前部的元件10’和后部的元件7’之间优选存在连接部13(图1)，所述连接部确保在前部的元件10’和后部的元件7’之间的间距(图1)。

连接部在上半部中存在。所述半部涉及板的沿着纵轴线121的长度。

在下部区域中，优选地，更尤其除了在上半部中的连接部，为了稳定性存在一个或多个横向支柱25’、25”(图4)。

在图5中作为示例的空心的构件120、130的涡轮叶片120、130具有实心的叶根4^v，在所述叶根上连接有叶身，所述叶身在内部空心地构成。

空腔28’、……、28^v能够用于内部冷却。板19、19；16’、19’；17优选在内部的表面上具有一定的结构如冷却通道或其他隆起部。

板17或板16、19；16’、19’能够在其内侧上同样具有结构或隆起部以形成内部的冷却通道。

这同样适用于图2、3的板16、19；16’、19’。

支架1^v(图5)被铸造，然而沿纵向方向观察存在前部的元件10^v和后部的元件7^v，所述前部的元件和后部的元件具有留空部29，板17能够接合到所述留空部中。

通过根据附图的所述制造工艺，没有制造空心地铸造的构件并且不用考虑芯的使用或其他问题。通过必要时也可被铸造或也能够以其他方式和方法制造的板，封闭留空部29，使得产生空心的构件。

支架1’、……、1^v也能够是锻造件。

图6示出流体机械的转子叶片120或导向叶片130的立体视图，所述流体机械沿着纵轴线121延伸。

流体机械能够是蒸汽轮机、飞行器的或用于发电的发电厂的燃气轮机或压缩机。

叶片120、130沿着纵轴线121相继具有：固定区域400、邻接于固定区域的叶片平台403以及叶身406和叶片梢部415。

作为导向叶片130，叶片130可以在其叶片梢部415处具有另一平台(没有示出)。

在固定区域400中形成有用于将转子叶片120、130固定在轴或盘上的叶片根部183(没有示出)。

叶片根部183例如构造成锤头形。作为圣诞树形根部或燕尾形根部的其它设计方案是可行的。

叶片120、130对于流过叶身406的介质具有迎流棱边409和出流棱边412。

在传统叶片120、130中，在叶片120、130的所有区域400、403、406中使用例如实心的金属材料、尤其是超合金。

例如由ep1204776b1、ep1306454、ep1319729a1、wo99/67435或wo00/44949已知这样的超合金。

在这种情况下，叶片120、130可以通过铸造法，也可以借助定向凝固、通过锻造法、通过铣削法或其组合来制造。

将带有一个或多个单晶结构的工件用作机器的在运行中承受高的机械的、热的和/或化学的负荷的构件。

这种单晶工件的制造例如通过由熔融物的定向凝固来进行。在此，这涉及一种浇注法，其中液态金属合金凝固为单晶结构、即单晶工件，或者定向凝固。

在这种情况下，枝状晶体沿热流定向，并且形成柱状晶体的晶粒结构(柱状地，这就是说在工件的整个长度上分布的晶粒，并且在此根据一般的语言习惯称为定向凝固)，或者形成单晶结构，这就是说整个工件由唯一的晶体构成。在这些方法中，必须避免过渡成球形(多晶的)凝固，因为通过非定向的生长不可避免地构成横向和纵向晶界，所述横向和纵向晶界使定向凝固的或单晶的构件的良好特性不起作用。

如果一般性地提到定向凝固组织，则是指不具有晶界或最多具有小角度晶界的单晶和确实具有沿纵向方向分布的晶界但不具有横向晶界的柱状晶体结构。第二种所提到的晶体结构也称为定向凝固组织(directionallysolidifiedstructures)。

由us-ps6,024,792和ep0892090a1已知这样的方法。

叶片120、130同样能够具有抗腐蚀或抗氧化的覆层(mcralx：m是铁(fe)、钴(co)、镍(ni)的组中的至少一种元素，x是活性元素并且代表钇(y)和/或硅和/或至少一种稀土元素或铪(hf))。这样的合金从ep0486489b1、ep0786017b1、ep0412397b1或者ep1306454a1中已知。

密度优选地是理论密度的95％。

在(作为中间层或最外层的)mcralx层上形成保护性氧化铝层(tgo＝thermalgrownoxidelayer(热生长氧化层))。

优选地，层组成具有co-30ni-28cr-8al-0.6y-0.7si或者co-28ni-24cr-10al-0.6y。除了这些钴基的保护覆层之外，优选也使用镍基的保护层如ni-10cr-12al-0.6y-3re或者ni-12co-21cr-11al-0.4y-2re或者ni-25co-17cr-10al-0.4y-1.5re。

在mcralx上还可以有隔热层，隔热层优选是最外层并例如由zro2、y2o3-zro2组成，即，隔热层通过氧化钇和/或氧化钙和/或氧化镁非稳定、部分稳定或完全稳定。

隔热层覆盖整个mcralx层。通过例如电子束气相淀积(eb-pvd)的适当的覆层方法在隔热层中产生柱状晶粒。

其它覆层方法也是可以考虑的，例如大气等离子喷涂(aps)、lpps(低压等离子喷涂)、vps(真空等离子喷涂)或cvd(化学气相沉积)。隔热层可以具有多孔的、有微观裂缝或宏观裂缝的晶粒，用于更好地耐热冲击。因此，隔热层优选地比mcralx层更为多孔。

再处理(refurbishment)意味着在使用构件120、130之后，必要时必须将保护层从构件120、130上去除(例如通过喷砂)。接着，去除腐蚀层和/或氧化层及腐蚀产物和/或氧化产物。必要时，还修复在构件120、130中的裂缝。然后，进行构件120、130的再覆层以及构件120、130的重新使用。

叶片120、130可以实施成空心的或实心的。如果要冷却叶片120、130，则叶片为空心的并且必要时还具有薄膜冷却孔418(由虚线表示)。