本公开大体涉及形成涡轮叶片，并且更具体地，涉及形成具有插件的涡轮叶片，插件焊接到涡轮叶片的边缘上。
背景技术：
蒸汽涡轮叶片受严重水滴侵蚀(WDE)的影响。类似地，燃气涡轮叶片受腐蚀影响。本公开涉及形成具有插件的叶片，插件焊接到翼型件的前缘和/或后缘上。这个插件可用来修复严重侵蚀或腐蚀，相对于其它方法，成本减少，破裂的风险降低。
目前修复涡轮叶片的方法具有多个缺点。例如，一些目前用于修复WDE的方法未能修复最接近护罩的前缘区段。最接近护罩的前缘典型地是翼型件的经受最高WDE的区段。保持叶片的这个区段中的原来的材料形状和特性是非常重要的。在修复期间，可使用焊接来将替换前缘附连到翼型件上。焊接在叶片材料中产生高温，而且高温可在护罩材料中引起变形和其它不合需要的变化，例如，导致材料变得易碎。由于在护罩附近焊接会引起不合需要的热损伤，所以传统叶片修复未解决最接近护罩的前缘。
在解决翼型件的最接近护罩的前缘的示例中，更换整个护罩。此类修复方法包括增加的材料成本和机械加工。
技术实现要素：
本公开的第一方面提供一种涡轮叶片。涡轮叶片包括：在叶片的末梢处的护罩，以及翼型件，翼型件具有前缘，前缘在护罩和叶片的根部之间延伸；切口部分，其至少沿着翼型件的前缘在最接近护罩处延伸；插件，其在焊接区域处焊接到切口部分上；以及无焊接区域，其在最接近护罩处位于插件和切口部分之间。
本公开的第二方面提供一种用于修复涡轮叶片的方法，涡轮叶片具有在叶片的末梢处的护罩。方法包括移除翼型件的前缘的一部分，以形成切口部分，被移除部分包括前缘的最接近护罩的至少一部分；以及仅在焊接区域处将插件焊接到切口部分上，其中，焊接区域与护罩相隔一定距离。
本公开的第三方面提供一种涡轮叶片。涡轮叶片包括在叶片的根部处的平台，以及翼型件，翼型件具有后缘，后缘在平台和叶片的末梢之间延伸；切口部分，其至少沿着翼型件的后缘在最接近平台处延伸；插件，其在焊接区域处焊接到切口部分上；以及无焊接区域，其在最接近平台处位于插件和切口部分之间。
技术方案1. 一种涡轮叶片，包括：
在所述叶片的末梢处的护罩，以及翼型件，所述翼型件具有前缘，所述前缘在所述护罩和所述叶片的根部之间延伸；
切口部分，其至少沿着所述翼型件的所述前缘在最接近所述护罩处延伸；
插件，其在焊接区域处焊接到所述切口部分上；以及
无焊接区域，其在最接近所述护罩处位于所述插件和所述切口部分之间。
技术方案2. 根据技术方案1所述的涡轮叶片，其特征在于，所述插件是硬化材料。
技术方案3. 根据技术方案1所述的涡轮叶片，其特征在于，所述插件的厚度在最接近所述护罩处增加。
技术方案4. 根据技术方案1所述的涡轮叶片，其特征在于，所述插件的一部分沿轴向方向延伸超过所述护罩。
技术方案5. 根据技术方案1所述的涡轮叶片，其特征在于，所述插件的一部分沿径向方向延伸超过所述护罩的基部。
技术方案6. 根据技术方案1所述的涡轮叶片，其特征在于，所述插件的一部分沿径向方向延伸到所述护罩的最外部表面。
技术方案7. 根据技术方案1所述的涡轮叶片，其特征在于，所述焊接区域包括受热影响区，以及其中，所述受热影响区不延伸到所述护罩。
技术方案8. 根据技术方案1所述的涡轮叶片，其特征在于，在所述插件和所述切口部分之间的所述无焊接区域包括间隙。
技术方案9. 根据技术方案8所述的涡轮叶片，其特征在于，所述间隙沿着所述间隙的长度包括恒定宽度。
技术方案10. 根据技术方案8所述的涡轮叶片，其特征在于，所述间隙包括在所述焊接区域和所述无焊接区域之间的圆化部分。
技术方案11. 一种用于形成涡轮叶片的方法，所述涡轮叶片具有在所述叶片的末梢处的护罩，所述方法包括：
移除翼型件的前缘的一部分，以形成切口部分，被移除部分包括所述前缘的最接近所述护罩的至少一部分；以及
仅在焊接区域处将插件焊接到所述切口部分上，其中，所述焊接区域与所述护罩相隔一定距离。
技术方案12. 根据技术方案11所述的方法，其特征在于，将所述插件焊接到所述切口部分上包括形成不延伸到所述护罩的受热影响区。
技术方案13. 根据技术方案11所述的方法，其特征在于，所述方法进一步包括在所述插件和所述切口部分之间在最接近所述护罩的无焊接区域处形成间隙。
技术方案14. 根据技术方案13所述的方法，其特征在于，形成所述间隙包括使所述间隙沿着所述间隙的长度形成有恒定宽度。
技术方案15. 根据技术方案13所述的方法，其特征在于，形成所述间隙包括在所述焊接区域和所述无焊接区域之间形成圆化部分。
技术方案16. 根据技术方案11所述的方法，其特征在于，所述方法进一步包括形成所述插件，使得所述插件的厚度在最接近所述护罩处增加。
技术方案17. 根据技术方案11所述的方法，其特征在于，所述方法进一步包括形成所述插件，使得所述插件沿轴向方向延伸超过所述护罩。
技术方案18. 根据技术方案11所述的方法，其特征在于，所述方法进一步包括形成所述插件，使得所述插件沿径向方向延伸超过所述护罩的基部。
技术方案19. 根据技术方案11所述的方法，其特征在于，所述方法进一步包括形成所述插件，使得所述插件沿径向方向延伸到所述护罩的最外部表面。
技术方案20. 一种涡轮叶片，包括：
在所述叶片的根部处的平台，以及翼型件，所述翼型件具有后缘，所述后缘在所述平台和所述叶片的末梢之间延伸；
切口部分，其至少沿着所述翼型件的所述后缘在最接近所述平台处延伸；
插件，其在焊接区域处焊接到所述切口部分上；以及
无焊接区域，其在最接近所述平台处位于所述插件和所述切口部分之间。
技术方案21. 一种涡轮叶片(100)，包括：
在所述叶片(100)的末梢(104)处的护罩(102)，以及翼型件，所述翼型件具有前缘(106)，所述前缘(106)在护罩(102)和所述叶片(100)的根部(108)之间延伸；
切口部分(110)，其至少沿着所述翼型件的所述前缘(106)在最接近护罩(102)处延伸；
插件(112)，其在焊接区域(114)处焊接到所述切口部分(110)上；以及
无焊接区域(116)，其在最接近所述护罩(102)处位于所述插件(112)和所述切口部分(110)之间。
技术方案22. 根据技术方案21所述的涡轮叶片(100)，其特征在于，所述插件(112)是硬化材料。
技术方案23. 根据技术方案21所述的涡轮叶片(100)，其特征在于，所述插件(112)的厚度在最接近所述护罩(102)处增加。
技术方案24. 根据技术方案1所述的涡轮叶片(100)，其特征在于，所述插件(112)的一部分沿轴向方向延伸超过所述护罩(102)。
技术方案25. 根据技术方案21所述的涡轮叶片(100)，其特征在于，所述插件(112)的一部分沿径向方向延伸超过所述护罩(102)的基部(120)。
技术方案26. 根据技术方案21所述的涡轮叶片(100)，其特征在于，所述插件(112)的一部分沿径向方向延伸到所述护罩(102)的最外部表面(122)。
技术方案27. 根据技术方案21所述的涡轮叶片(100)，其特征在于，所述焊接区域(114)包括受热影响区(124)，以及其中，所述受热影响区(124)不延伸到所述护罩(102)。
技术方案28. 根据技术方案21所述的涡轮叶片(100)，其特征在于，在所述插件(112)和所述切口部分(110)之间的所述无焊接区域(116)包括间隙(126)。
技术方案29. 一种用于形成涡轮叶片(100)的方法，所述涡轮叶片(100)具有在所述叶片(100)的末梢(104)处的护罩(102)，方法包括：
移除所述翼型件的前缘(106)的一部分，以形成切口部分(110)，被移除部分包括所述前缘(106)的最接近所述护罩(102)的至少一部分；以及
仅在焊接区域(114)处将插件(112)焊接到所述切口部分(110)上，其中，所述焊接区域(114)与所述护罩(102)相隔一定距离。
技术方案30. 根据技术方案29所述的方法，其特征在于，将所述插件(112)焊接到所述切口部分(110)上包括形成不延伸到所述护罩(102)的受热影响区(124)。
技术方案31. 根据技术方案29所述的方法，其特征在于，所述方法进一步包括在所述插件(112)和所述切口部分(110)之间在最接近所述护罩(102)的无焊接区域(116)处形成间隙(126)。
技术方案32. 根据技术方案29所述的方法，其特征在于，所述方法进一步包括形成所述插件(112)，使得所述插件(112)的厚度在最接近所述护罩(102)处增加。
技术方案33. 根据技术方案31所述的方法，其特征在于，所述方法进一步包括形成所述插件(112)，使得所述插件(112)沿轴向方向延伸超过所述护罩(102)。
技术方案34. 根据技术方案29所述的方法，其特征在于，所述方法进一步包括形成所述插件(112)，使得所述插件(112)沿径向方向延伸超过所述护罩(102)的基部(120)。
技术方案35. 一种涡轮叶片(100)，包括：
在所述叶片(100)的根部(108)处的平台(109)，以及翼型件，所述翼型件具有后缘(107)，所述后缘(107)在所述平台(109)和所述叶片(100)的末梢(104)之间延伸；
切口部分(110)，其至少沿着所述翼型件的所述后缘(107)在最接近所述平台(109)处延伸；
插件(112)，其在焊接区域(114)处焊接到所述切口部分(110)上；以及
无焊接区域(116)，其在最接近所述平台(109)处位于所述插件(112)和所述切口部分(110)之间。
附图说明
根据结合附图得到的本公开的各种方面的以下详细描述，将更容易理解本公开的这些和其它特征，附图描绘了本公开的各种实施例，其中：
图1显示具有严重水滴侵蚀(WDE)的涡轮叶片的侧视图。
图2显示根据本公开的实施例的经修复的涡轮叶片的侧视图。
图3显示根据本公开的实施例的经修复的涡轮叶片的侧视图。
图4显示根据本公开的实施例的经修复的涡轮叶片的侧视图。
图5显示根据本公开的实施例的经修复的涡轮叶片的侧视图。
图6显示根据本公开的实施例的经修复的涡轮叶片的侧视图。
部件列表
100叶片
102护罩
104(叶片的)末梢
106(叶片的)前缘
107(叶片的)后缘
108(叶片的)根部
109(叶片的)平台
110切口部分
112插件
114焊接区域
116无焊接区域
118(插件的)厚区域
120(护罩的)基部
122(护罩的)最外部表面
124受受热影响区域
126间隙
128圆化部分
130被侵蚀部分
206(插件的)前缘。
具体实施方式
作为第一件事，为了清楚地描述本公开，在引用和描述涡轮叶片的有关方向时选择某个术语将变得必要。当这么做时，如果可能的话，将使用普通行业术语，并且以与其公认含义一致的方式采用普通行业术语。除非另有陈述，否则这种术语应被赋予与本申请的上下文和所附权利要求的范围一致的宽泛解释。本领域普通技术人员将理解，通常可使用若干不同或重叠的用语来引用特定构件。在本文可被描述成单个部件的东西可包括多个构件，以及在另一个上下文中被称为由多个构件组成。备选地，在本文可被描述成包括多个构件的东西在别处可称为单个部件。
另外，在本文可有规律地使用若干描述性用语，而且将证明在本章开始时限定这些用语是有帮助的。除非另有陈述，否则这些用语和它们的定义如下。如本文使用，“下游”和“上游”是表示相对于流体流的方向的用语，诸如通过涡轮发动机的工作流体，或者例如，通过燃烧器的空气流或通过涡轮的一个构件系统的冷却剂。用语“下游”对应于流体流的方向，而用语“上游”则对应于与流相反的方向。用语“前面”和“后面”没有任何另外的特殊性的话，表示方向，“前面”指的是发动机的前部或压缩机端，而“后面”指的是发动机的后部或涡轮端。通常需要描述相对于中心轴线处于不同的径向位置的部件。用语“径向”指的是垂直于轴线的移动或位置。在诸如这样的情况下，如果第一构件比第二构件离轴线更近，则在本文将声明第一构件在第二构件的“径向内部”或“内侧”。另一方面，如果第一构件比第二构件离轴线更远，则在本文可声明第一构件在第二构件的“径向外部”或“外侧”。用语“轴向”指的是平行于例如涡轮发动机的转子的轴线的移动或位置。最后，用语“周向”指的是围绕轴线的移动或位置。将理解，可关于涡轮的中心轴线应用这样的用语。
本公开涉及涡轮叶片，它具有焊接到翼型件的前缘和/或后缘上的插件。为了简洁起见，描述经修复的涡轮叶片和修复具有WDE损伤的涡轮叶片的方法的示例实施例。但应当理解是，本公开的教导不局限于具有WDE的蒸汽涡轮叶片。本领域技术人员将认识到，本公开的教导可适用于任何涡轮叶片。例如，本公开的教导可适用于旋转叶片的前缘或固定叶片的后缘。应当理解，本公开的教导可适用于蒸汽涡轮叶片和燃气涡轮叶片。还应当理解，本公开的教导可适用于未受损的叶片，以先一步加强叶片。
图1显示具有严重水滴侵蚀(WDE)的涡轮叶片100的侧视图。典型地，通过切割叶片100(通常是蒸汽涡轮叶片)以移除侵蚀，但不切到叶片100的护罩102来处理此类侵蚀。当使用此类修复时，护罩102附近的前缘106保持无损。其它WDE修复的方法包括更换整个护罩102。此类修复方法昂贵且耗时。第三种WDE修复的方法包括堆焊。由于热变形、热引起的应力，以及叶片材料脆度提高，堆焊会损伤叶片100，同时不能用硬化材料强化叶片100。
本公开旨在描述一种成本更加有效的修复方法。在一个实施例中，方法包括移除所有WDE，包括最接近护罩102的前缘106。如图2中显示的那样，插件112(也称为检查片)可焊接到叶片100上，以填充移除WDE所留下的区域。为了防止护罩102有热损伤，焊缝可不延伸插件112的整个长度。在远离护罩102的距离C处开始，插件112可焊接到叶片100上。距离可由例如叶片材料和从叶片100移除的侵蚀量决定。焊接可使周围叶片不利地受高热的影响。将插件112附连到叶片100上的焊接线(焊接区域114)可足够远离护罩102，使得受热影响区域124不到达护罩102。插件112和叶片100之间的未焊接的区域可称为无焊接区域116。无焊接区域116可从护罩102延伸到焊接区域114。
本领域技术人员将认识到，在备选实施例中，本公开的这些方面可在叶片的平台109附近应用，而非护罩102。在示例实施例中，可移除最接近平台109的后缘107。插件112可焊接到叶片100上，以填充在最接近平台109处移除后缘107所留下的区域(为了简洁未显示实施例)。插件可在远离平台109的一距离处焊接到叶片100上。距离可由例如叶片材料和从叶片100移除的后缘107的量决定。焊缝可足够远离平台109，使得受热影响区域不到达平台109。
如图2中显示的那样，间隙126可形成于无焊接区域116中。间隙126可减少叶片100和插件112的无焊接部分之间的干涉。应当理解，省略间隙126不偏离本公开。但是，省略间隙126在叶片100和插件112的无焊接部分之间的接口处可由于振动而引起不合需要的摩擦。间隙126还可包括在护罩102和无焊接区域116之间的圆化部分128。在一个实施例中，圆化部分128可形成于焊接区域114和无焊接区域116之间的接口处。圆化部分128可协助降低焊接区域114和无焊接区域116之间的接口处的应力集中。在一个实施例中，间隙126可沿着间隙126的整个长度具有均匀宽度。
如图3中显示的那样，插件112可包括在护罩102附近的厚区域118。厚区域118例如可沿轴向和/或沿周向比插件112的其余部分更厚。厚区域118例如可沿轴向和/或沿周向比原来的翼型件更厚。厚区域118可协助延长经修复的叶片100的工作寿命，因为这个区域，即最接近护罩102的前缘106典型地遭受最高WDE。经修复的叶片100可比原来的叶片工作显著更长的时间。在一个实施例中，厚区域118可沿周向方向比叶片100更厚，而且可对间隙126和原来的叶片的邻近间隙126的部分提供额外的保护。
插件112可包括比原来的翼型件更耐受WDE的材料。例如，插件112可在其中包括硬化材料。可通过火焰硬化、高频硬化、感应硬化、激光硬化，或现在已知或今后开发的任何其它材料硬化方法来形成硬化材料。在另一个实施例中，插件112可为与原来的叶片相同的材料。例如，插件112可为原来的叶片的硬化材料。
插件112可沿轴向方向延伸经过叶片100的原来的前缘106，以获得额外的保护。插件112可沿着整个无焊接区域116沿轴向方向延伸经过叶片100的原来的前缘106。如图3中显示的那样，在一个实施例中，插件112还可或备选地沿径向方向延伸经过护罩102的基部120。在一个实施例中，插件112可沿径向方向延伸到护罩102的最外部表面122。在图4中显示的另一个实施例中，插件112可不沿径向方向延伸经过护罩102的基部120。
在图2中，插件112装配在护罩102的轴向向前范围内。在另一个实施例中，如图3-5中显示的那样，插件112不必提供与前缘106相同的前缘206，例如，它可沿轴向方向在其一个或多个部分中向前延伸更多，超过护罩102的轴向向前范围。
如图2-6中显示的那样，涡轮叶片100包括在叶片100的末梢104处的护罩102和在护罩102和叶片100的根部108之间延伸的前缘106，涡轮叶片100可包括切口部分110，切口部分110至少沿着叶片100的前缘106的一部分在最接近护罩102处延伸。可通过移除叶片100的被侵蚀部分来形成切口部分110。切口部分110的尺寸和形状可取决于从叶片100移除的侵蚀量而改变。在一个实施例中，插件112可在形状上设置成在焊接区域114处匹配切口部分110。插件112可在焊接区域114处焊接到切口部分110上。插件112可不在无焊接区域116处焊接到切口部分110上。
注意，插件112可包括硬化材料。插件112的厚度例如可沿轴向和/或周向方向在最接近护罩102处增加。例如，插件112的一部分可沿轴向方向延伸超过护罩102。插件112的一部分可沿径向方向延伸超过护罩102的基部120。插件112的一部分可沿径向方向延伸到护罩102的最外部表面122。
如图2-6中显示的那样，焊接区域114可包括受热影响区124，其中受热影响区124可不延伸到护罩102。无焊接区域116可包括在插件112和切口部分110之间的间隙126。间隙126可沿着间隙126的长度包括恒定宽度。如图2、5和6中显示的那样，间隙126可包括在焊接区域114和无焊接区域116之间的圆化部分128。在图2中，圆化部分128相对于护罩102是凸的；在图5中，圆化部分相对于护罩102是凹的，从而在护罩102和插件112之间产生较大的间隙126；而在图6中，圆化部分128相对于护罩102更加凸起(球形)。在图6中显示的一个实施例中，例如圆化部分128可在焊接区域114和无焊接区域116之间的接口处由插件112限定。换句话说，插件112可在形状上设置成包括在焊接区域114和无焊接区域116之间的接口处的圆化部分128。在这种实施例中，间隙126可在圆化部分128处终止。
本公开描述了用于修复涡轮叶片100的方法的一个实施例，涡轮叶片100具有在叶片100的末梢104处的护罩102，方法包括移除叶片100的前缘106的被侵蚀部分130(图1)，以形成切口部分110(移除的被侵蚀部分130包括前缘106的最接近护罩102的至少一部分)，以形成切口部分110。方法可包括仅在焊接区域114处将插件112焊接到切口部分110上，其中，焊接区域114与护罩102相隔距离C。
将插件112焊接到切口部分110上可包括形成不延伸到护罩102的受热影响区124。受热影响区124可由于插件112在焊接区域114处焊接到切口部分110上而形成。方法还可包括在插件112和切口部分110之间在最接近护罩102的无焊接区域116处形成间隙126。形成间隙126可包括形成沿着长度间隙126具有恒定宽度的间隙126。形成间隙126可包括在焊接区域114和无焊接区域116之间形成圆化部分128。形成间隙126可包括形成插件112，使得当插件112在焊接区域114处焊接到切口部分110上时，在无焊接区域116处形成间隙126。注意，圆化部分128可由插件112限定，使得间隙126在焊接区域114和无焊接区域116之间的接口处的圆化部分128处终止。
方法还可包括形成插件112，使得插件112的厚度在至少最接近护罩102处增加。方法还可包括形成插件112，使得插件112沿轴向方向延伸超过护罩102。方法还可包括形成插件112，使得插件112沿径向方向延伸超过护罩102的基部120。方法还可包括形成插件112，使得插件112沿径向方向延伸到护罩102的最外部表面122。可使用任何现在已知或今后开发的技术来制作插件112，诸如(但不限于)机械加工和/或添加制造。
本文描述的技术允许容易焊接，并且避免护罩变形、材料脆度提高，以及会由于非常接近焊接而引起的其它热损伤。在护罩和/或盖附近的关键区域上没有焊接，但插件提供得到证明的耐侵蚀性(有或没有硬化)，而且是成本有效的修复方法。
虽然关于修复蒸汽涡轮叶片中的WDE来描述了本公开的实施例，但要强调的是，此技术同样可适用于涡轮叶片中的其它形式的侵蚀。
本文使用的术语仅仅是为了描述特定实施例，并且不意于限制本公开。如本文使用，单数形式“一”、“一种”和“该”意于也包括复数形式，除非上下文另有清楚的规定。将进一步理解的是，当在此说明书中使用时，用语“包括”和/或“包含”规定了存在所陈述的特征、整数、步骤、操作、元件和/或构件，但不排除存在或添加一个或多个其它特征、整数、步骤、操作、元件、构件和/或它们的组合。“可选的”或“可选地”表示后面描述的事件或情形可能发生或可能不发生，而且该描述包括发生该事件的情形和不发生该事件的情形。
如本文在说明书和权利要求中使用，可应用近似语来修饰可容许改变的任何数量表示，而不导致与其有关的基本功能有变化。因此，由用语或多个用语(诸如“大约”、“大致”和“基本”)修饰的值不局限于所规定的确切值。在至少一些情况下，近似语可对应于用于测量值的仪器的精度。在这里和说明书和权利要求中，范围限制可结合和/或互换，标识这样的范围，而且它包括包含在其中的所有子范围，除非上下文或语言另有规定。应用于特定范围值的“ 大致”可应用于两个值，而且除非另外依赖于测量该值的仪器的精度，它可指示所陈述的值(一个或多个)的+/-10%。
在所附权利要求中所有手段或步骤的对应结构、材料、动作和等效物加上功能元件意于包括用于与特别声明的其它声明的元件结合起来执行功能的任何结构、材料或动作。为了说明和描述，介绍了本公开的描述，但该描述不意于为穷尽性的或者将本公开局限于公开的形式。许多修改和变型对本领域技术人员来说将是明显的，而不偏离本公开的范围和精神。选择和描述实施例，以便最佳地解释本公开的原理和实际应用，以及使得本领域普通技术人员能够针对具有适合构想到的特定用途的各种修改的各种实施例理解本公开。