专利名称：一种涡轮导向叶片的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种涡轮导向叶片。
背景技术：
在很多领域中，燃气轮机用于驱动发电机或工作机械。在此，利用燃料的能量使得涡轮轴旋转。为此，燃料在一个燃烧室中燃烧，由压气机压缩后的空气也输入其中。在燃烧室中通过燃料燃烧而形成高温高压的工作介质，再通过一个连接在燃烧室后面的涡轮单元膨胀做功。为了使涡轮轴产生高速旋转运动，在涡轮轴上设置了许多工作叶片，它们通过来自燃烧室的工作介质的能量来驱动涡轮轴。为了在涡轮单元中对工作介质进行流体传输，还通常在相邻的工作叶片之间设置与涡轮壳体(或称涡轮机匣)连接的涡轮导向叶片，这样，一个涡轮导向叶片和相邻的一个涡轮工作叶片通常被称为一个涡轮级。在此，涡轮导向叶片通过缘板固定在涡轮单元的导向叶片支架上。由于工作介质是高温高压的，遭受该工作介质的组件和零件持续地处于高热负荷下。对于涡轮导向叶片而言，其承受了非常严重的热应力。解决这个问题的途径主要有两方面，一方面是不断地发展新材料和新工艺，另一方面是对涡轮叶片内部冷却结构持续进行改进。然而，这两方面均具有其局限性，例如，新材料或新工艺的发展通常周期均比较长，内部冷却结构的改进则需要积累大量的工程经验，并且受叶形和涡轮工作状态的影响较大。
发明内容
本发明公开了一种涡轮导向叶片，其具有:芯部，其大体上纵向延伸；第一延伸部，其大体上横向延伸并位于所述芯部的一端；第二延伸部，其大体上横向延伸并位于所述芯部的另一端，并与所述第一延伸部相对；扇形套状部，其套设在所述芯部上并被限定在所述第一延伸部和所述第二延伸部之间，具有吸力面以及压力面，所述扇形套状部由耐热材料制成。较优地，所述芯部和/或所述第一延伸部和/或所述第二延伸部由耐热金属材料制成。较优地，所述耐热金属材料为高温合金。进一步地，所述高温合金为镍基超耐热合金。进一步地，所述耐热材料为陶瓷。优选地，所述芯部具有纵向贯通的冷却腔。。可选择地，所述第一延伸部和所述第二延伸部其中的一个与所述芯部一体成形，所述第一延伸部和所述第二延伸部其中的另一个与所述芯部固定在一起。优选地，所述第一延伸部和所述第二延伸部在靠近所述芯部的侧面上均具有凹槽，所述凹槽用于将所述扇形套状部的两端部容纳于其中。进一步地，所述凹槽内均布置有耐高温缓冲件。
优选地，所述芯部的外表面和所述扇形套状部的内表面之间具有预定的间隙。进一步地，所述涡轮导向叶片还具有耐高温的缓冲件，其设置于所述间隙中。更近一步地，其特征在于，所述缓冲件为弹簧片。本发明还公开了一种涡轮导向器，其具有上述的涡轮导向叶片。本发明还公开了一种燃气涡轮机，其具有上述的涡轮导向器。本发明的涡轮导向叶片能够使涡轮前温度大大提高，从而提高涡轮的效率，并且使涡轮导向叶片的加工难度减小，降低了成本。
图1为本发明的一种实施方式的涡轮导向叶片的示意图；图2为图1中的涡轮导向叶片的扇形套状部的示意图，其中，(a)为扇形套状部的主视图，(b)为沿(a)中的剖面线D-D的剖视图，(C)为扇形套状部的左视图；图3为图1中的涡轮导向叶片的芯部和第一延伸部的示意图，其中，(a)为其仰视图，(b)为沿(a)中的剖面线C-C的剖面图，(C)为其主视图；图4为图1中的涡轮导向叶片的第二延伸部的示意图，其中，(a)为第二延伸部的俯视图，(b)为沿(a)中剖面线E-E的剖面图，(C)为第二延伸部的主视图。
具体实施例方式在以下优选的实施例的具体描述中，将参考构成本发明一部分的所附的附图。所附的附图通过示例的方式示出了能够实现本发明的特定的实施例。示例的实施例并不旨在穷尽根据本发明的所有实施例。可以理解，在不偏离本发明的范围的前提下，可以利用其他实施例，也可以进行结构性或者逻辑性的修改。因此，以下的具体描述并非限制性的，且本发明的范围由所附的权利要求所限定。在以下的具体描述中，方向性的术语，例如“上”、“下” “纵向”、“横向”、“前”、“后”
等，参考附图中描述的方向使用。同样地，关于元件彼此之间的位置关系，使用术语“外”、“内”等，关于气流，使用术语“上游”和“下游”等均参照附图进行理解。因此本发明的实施例的部件可被置于多种不同的方向，方向性的术语是用于示例的目的而非限制性的。如图1-图4所示，涡轮导向叶片100具有芯部102、第一延伸部104、第二延伸部106以及扇形套状部108。该芯部102大体上在纵向方向上延伸；第一延伸部104大体上横向延伸并位于芯部102的一端；第二延伸部106大体上横向延伸并位于芯部102的另一端，并与第一延伸部104相对；扇形套状部108套设在芯部102上并被限定在第一延伸部104和第二延伸部106之间，由耐热材料制成。在本发明中，扇形套状部108是由耐热材料一体成形的，且耐热材料为陶瓷。这是因为陶瓷的耐热性较高，导热系数较低，一方面能耐受燃烧气体的高温，另一方面又起到很好的隔热作用，因此，由陶瓷材料成形的扇形套状部能够很好地保护位于扇形套状部内部的芯部102。具体地，如图2所示，扇形套状部108的外形轮廓与常规的涡轮导向叶片的翼型部分的轮廓是基本一致的，即，也具有前缘108a、后缘108b以及从前缘108a延伸到后缘108b的压力面108c和吸力面108d。为了将上述芯部102容纳于其中，该扇形套状部108的内部必然形成有空腔。在本发明较优的实施方式中，形成有空腔的扇形套状部108的内表面在垂直于前缘108a和后缘108b的截面上的投影为翼型形状。参考图3，因为该芯部102的外表面最好需要与图2所示的扇形套状部108的内表面彼此配合，而且，如上所述，该扇形套状部108的内表面的截面为翼型形状，所以该芯部102也被构造成以使得其剖面具有如图3中图(a)所示的翼型形状。在本发明较优的实施方式中，该芯部102由诸如高温合金的金属材料制成的，其中，该高温合金为镍基超耐热合金。本领域的技术人应当可以理解，芯部102不必然制造成与扇形套状部108的内表面一致的形状，即，该芯部102只要被构造为与第一延伸部104和第二延伸部106相连并能够起到支承扇形套状部108的作用即可。参见图1、图3和图4，第一延伸部104形成为上缘板，其固定于芯部102的顶端。在本发明较优的实施方式中，该第一延伸部104与芯部102是一体成形的。第二延伸部106形成为下缘板，其在扇形套状部108套设在芯部102上后被以诸如焊接的连接方式固定于芯部102的底端。在第一延伸部104的下表面以及第二延伸部106的上表面上均具有凹槽110，两凹槽110的形状分别与扇形套状部108的上端面和下端面是一致的，从而，当扇形套状部108套设在芯部102上，S卩，装配在第一延伸部104和第二延伸部106之间时，扇形套状部108的上、下端面可以嵌入到凹槽110内从而实现固定。在本发明较优的实施方式中，该第一延伸部104和第二延伸部106由金属材料制成的，具体地，该金属材料为诸如镍基超耐热合金的高温合金。当位于上游的燃烧室的高温燃烧气体流入到位于下游的涡轮导向叶片组所形成的间隙时，高温燃烧气体对涡轮导向叶片100的压力面108c和吸力面108d均施加了比较大的冲击。再者，根据热胀冷缩的原理，芯部102、第一延伸部104、第二延伸部106和扇形套状部108均面临着热变形的问题，而且，由于芯部102、第一延伸部104和第二延伸部106采用金属材料，而扇形套状部108采用陶瓷材料，故，在热变形量上也存在差异。为了解决上述技术问题，本发明在第一延伸部104和第二延伸部106的凹槽110内设置有耐高温的缓冲件(未示出)，并在扇形套状部108的内表面和芯部102的外表面之间预留一定的间隙以设置耐高温的缓冲件，用于缓冲高温燃烧气体对所述扇形套状部108的冲击同时协调热变形。较优地，该耐高温的缓冲件为弹簧片。另外，本领域技术人员应当可以理解，上述芯部102还可以在其内具有纵向贯通的冷却腔，进一步地，还可以在该芯部102的表面上设置多个与冷却腔相连通的冷却孔，藉此，冷却气体可以流经冷却腔并从冷却孔流出从而可以冷却位于芯部102与扇形套状部108之间的该缓冲件。本领域的技术人员应当可以理解，第二延伸部106可以与芯部102是一体成形的，然而，在这种情况下第一延伸部104与芯部102则应该被分开制造，并在扇形套状部108套设在芯部102后，该第一延伸部104通过诸如焊接的连接方式固定在芯部102上；也可以理解，芯部102、第一延伸部104和第二延伸部106均可以分别成形，然后再依次地被固定，如先以焊接连接方式将第一延伸部104固定到芯部102上，接着，在扇形套状部108套设在芯部102上后将第二延伸部106以诸如焊接连接方式固定到芯部102上，这样也是可行的。还可以理解，第一延伸部104、第二延伸部106分别作为上、下缘板，其形状和构造是本领域公知的，故，关于第一延伸部104和第二延伸部106的其他方面在此不作赘述。本发明还公开了一种涡轮导向器，其具有涡轮导向叶片，该涡轮导向叶片具有芯部、第一延伸部、第二延伸部和扇形套状部。其中，芯部大体上纵向延伸；第一延伸部大体上横向延伸并位于芯部的一端；第二延伸部大体上横向延伸并位于芯部的另一端并与第一延伸部相对；扇形套状部套设在芯部上并被限定在第一延伸部和第二延伸部之间，其具有吸力面以及压力面，该扇形套状部由耐热材料制成。另外，该涡轮导向器的涡轮导向叶片具有如上所述的其他特征的一个或多个的组合。本发明还公开了一种燃气涡轮机，其具有上述的涡轮导向器。上述描述虽然对本发明作了比较详细的说明，但是这些只是对本发明说明性的，而不是对本发明的限制，任何未超出本发明实质精神内的发明创造，均落入本发明的保护范围内。
权利要求
1.一种涡轮导向叶片，其具有: 芯部，其大体上纵向延伸； 第一延伸部，其大体上横向延伸并位于所述芯部的一端； 第二延伸部，其大体上横向延伸并位于所述芯部的另一端，并与所述第一延伸部相对； 扇形套状部，其套设在所述芯部上并被限定在所述第一延伸部和所述第二延伸部之间，具有吸力面以及压力面，所述扇形套状部由耐热材料制成。
2.根据权利要求1所述的涡轮导向叶片，其特征在于，所述芯部和/或所述第一延伸部和/或所述第二延伸部由耐热金属材料制成。
3.根据权利要求2所述的涡轮导向叶片，其特征在于，所述耐热金属材料为高温合金。
4.根据权利要求3所述的涡轮导向叶片，其特征在于，所述高温合金为镍基超耐热合金。
5.根据权利要求1-4任一项所述的涡轮导向叶片，其特征在于，所述耐热材料为陶瓷。
6.根据权利要求5所述的涡轮导向叶片，其特征在于，所述芯部具有纵向贯通的冷却腔。
7.根据权利要求1所述的涡轮导向叶片，其特征在于，所述第一延伸部和所述第二延伸部其中的一个与所述芯部一体成形，所述第一延伸部和所述第二延伸部其中的另一个与所述芯部固定在一起。
8.根据权利要求1所述的涡轮导向叶片，其特征在于，所述第一延伸部和所述第二延伸部在靠近所述芯部的侧面上均具有凹槽，所述凹槽用于将所述扇形套状部的两端部容纳于其中。
9.根据权利要求8所述的涡轮导向叶片，其特征在于，所述凹槽内均布置有耐高温缓冲件。
10.根据权利要求1所述的涡轮导向叶片，其特征在于，所述芯部的外表面和所述扇形套状部的内表面之间具有预定的间隙。
11.根据权利要求10所述的涡轮导向叶片，其特征在于，所述涡轮导向叶片还具有耐高温的缓冲件，其设置于所述间隙中。
12.根据权利要求11所述的涡轮导向叶片，其特征在于，所述缓冲件为弹簧片。
13.—种涡轮导向器，其具有如权利要求1-12任一项所述的涡轮导向叶片。
14.一种燃气涡轮机，其具有如权利要求13所述的涡轮导向器。
全文摘要
一种涡轮导向叶片，其具有芯部，其大体上纵向延伸；第一延伸部，其大体上横向延伸并位于芯部的一端；第二延伸部，其大体上横向延伸并位于芯部的另一端，并与第一延伸部相对；扇形套状部，其套设在芯部上并被限定在第一延伸部和第二延伸部之间，具有吸力面以及压力面，扇形套状部由耐热材料制成。本发明的涡轮导向叶片能够使涡轮前温度大大提高，从而提高涡轮的效率，并且使涡轮导向叶片的加工难度减小，降低了成本。
文档编号F01D9/02GK103184896SQ20111044385
公开日2013年7月3日 申请日期2011年12月27日 优先权日2011年12月27日
发明者施一长, 万明学 申请人:中航商用航空发动机有限责任公司