專利名稱：渦輪葉片的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及渦輪機，尤其涉及冷卻的渦輪葉片。
背景技術：
熱的控制是渦輪葉片設計和制造技術中的一個重要考慮。渦輪葉片通常做成具有內部冷卻通道網路，普通的冷卻通道網路接收經葉片平臺的冷卻空氣，該冷卻空氣經回旋狀流道流過翼面，至少有一部分冷卻空氣經翼面上的孔而離開葉片。這些孔包括例如沿翼面的壓力側和負壓側表面分布的“氣膜孔”和位于前緣和后緣上這些表面接合處的小孔。另外在葉尖上也可設置小孔。在普通的制造技術中，渦輪葉片的主要部分通過鑄造和機加工工藝制成。在鑄造過程中，采用一種犧牲型芯來形成冷卻通道網路的主要部分。上述型芯通過其在鑄件尖部突出的部分正確地支承在葉片尖部，當型芯脫除后便留下相應的孔洞。因此，通常制出帶有一種葉尖部空腔的葉片鑄件，并在上述尖部空腔內置入一種板蓋以便至少部分地阻塞由型芯留下的孔洞。這就可按需要調節(jié)流過葉尖的氣流量和分布，以達到理想的性能。美國專利No.3533712、3885886、3982851、4010531、4073599、和5564902公開過上述結構的實例。在多種這類葉片中，上述的板件置于上述鑄件尖部空腔內部低于葉尖頂表面之處而形成葉片尖部空穴或者說葉尖充氣區(qū)。

發(fā)明內容
本發(fā)明提出了一種具有一個平臺和一個翼面的葉片，該翼面具有一個位于上述平臺處的葉根，一個具有減壓區(qū)的葉尖，前緣和后緣，和一條內部冷卻通道網路，該網路包括至少一個后緣內空穴，多個從上述后緣延伸至上述后緣內空穴的后緣小孔，和多個從上述葉尖延伸至上述后緣內空穴的葉尖小孔，所述減壓區(qū)僅部分地穿越所述葉尖小孔的出口。
本發(fā)明還提出了一種制造葉片的方法，包含如下步驟鑄出一種渦輪葉片毛胚，該毛胚具有一個平臺，和一個翼面，該翼面沿著從上述平臺處的葉根附近至葉片末端的長度延伸；該翼面具有將壓力側和負壓側分隔開的前緣和后緣，和具有一條包括至少一個后緣內空穴的冷卻通道網路；在翼面上加工出從后緣延伸至上述后緣內空穴的第一組小孔；在翼面上加工出從葉尖延伸至上述后緣內空穴的第二組小孔；和沿著所述葉尖的壓力側形成一個淺槽，該淺槽僅部分地穿過上述第二組小孔的出口。
本發(fā)明的一個方面是提供一種葉片，該葉片具有一個平臺和一個帶有一個位于上述平臺處的葉根和一個葉尖的翼面，該翼面具有前緣和后緣以及一條包括至少一個后緣內空穴的內部冷卻通道網路。有多個后緣小孔從葉片后緣延伸至后緣內空穴處，還有多個葉尖小孔從葉尖延伸至后緣內空穴處，每個葉尖小孔可具有圓柱形表面，其長度至少比小孔直徑大5倍。
在各種設計方案中，上述的葉尖小孔和葉片末端的一組后緣小孔可以從上述后緣內空穴向外分叉。葉尖小孔的橫截面可以是圓形的，直徑可為0.3～2.0mm。上述葉尖小孔的數(shù)目可以是2～6，每個葉尖小孔可穿過葉片鑄件。該葉片可具有一個本體和一個葉尖蓋板，并可具有一個與內部冷卻通道網路連通的葉尖充氣區(qū)，該充氣區(qū)可由鑄件的沿翼面之壓力側和負壓側延伸的壁部及下沉于該壁部的邊緣的蓋板之外側表面所界定。上述的葉片壁沿上述充氣區(qū)的跨越壓力側和負壓側的后部是不間斷的。葉尖可具有一個沿壓力側設置的減壓區(qū)，該減壓區(qū)可部分地穿越葉尖小孔的出口。
在下面的附圖和說明中示出了本發(fā)明的一個或多個實施例的細節(jié)。從下面的說明和附圖，人們將明白本發(fā)明的其他特征、目的和優(yōu)點。


圖1是按照本發(fā)明的原理的渦輪葉片的透視圖；圖2是圖1的渦輪葉片的葉尖后緣部分的局部剖視圖；圖3是圖1的渦輪葉片的負壓側的葉尖后緣部分的局部視圖。
在各附圖中相同的標號和名稱表示相同的部件。
具體實施例方式
圖1示出一種渦輪葉片20，它具有一個沿著從內側平臺26處附近的葉部24至葉片末端葉尖28的長度延伸的翼面22?？蓪⒍鄠€上述的渦輪葉片20以它們各自的內側平臺26彼此并排地裝配在一起形成一個界定氣流通路內側部分的環(huán)圈。在一個示例性實施例中，葉片20的主要部分由合金制成(例如制成一種鑄件)，這種鑄件制成帶有一個可在低于葉尖平面之處固定安裝一個獨立的蓋板58的葉尖隔室而形成一個葉尖充氣區(qū)30。
翼面22從前緣40延伸至后緣42，該前緣和后緣分隔葉片的壓力側表面44和負壓側表面46。為了冷卻葉片，該葉片內部具有與平臺26內的孔口(未示出)相連接的冷卻通道網路。示例性的冷卻通道網路包括一系列大致沿翼面長度方向延伸的內部空穴。最前沿的空穴規(guī)定為大致平行于前緣40延伸的前緣內空穴。最后沿的空穴48(圖2)規(guī)定為大致平行于后緣42延伸的后緣內空穴48。上述的空穴可在它們的一端或兩端和/或沿其長度上的一些部位上互相連接起來。冷卻通道網路還包括許多從內部伸向壓力側44和負壓側46的小孔，用于進一步冷卻葉片，保護其表面免受外部高溫的損害。上述的小孔包括一排從后緣內空穴48延伸至靠近后緣的部位的后緣小孔90。
在示例性實施例中，葉片20的主要部分通過鑄造方法和機加工制成。鑄件用一種可脫除的型芯來形成其冷卻通道網路，典型的鑄造方法做出的鑄件具有上面所述的可固定裝入蓋板58的鑄造葉尖隔室30(圖2)，該隔室30具有一個帶有形成葉尖隔室底座的外側面的腹板60，上述外側面位于具有由葉片鑄件之壓力側和負壓側向上延伸形成的壁式結構之凸緣62的下方。上述腹板60做出有多個孔，這些孔是由可脫除的型芯的安裝在外模型上用于支承的部分形成的，并與上述通道網路相連通，這些孔可認為是不希望有的通道，因為它造成葉片中冷卻空氣的損失。因此，最好用蓋板58完全地或部分地將這些孔中的一些或全部堵塞住。上述蓋板可以安置在鑄造隔室的適當位置上并將其焊接在鑄件上而安裝起來。在工作中，上述凸緣62(要經受下面所述的開淺槽)大致處于緊靠著鄰近于發(fā)動機護罩的內表面之處(例如相隔10mm左右)。
圖2示出典型的后緣小孔50，它們是軸線標號為500的圓柱形孔，均從后緣42延伸至后緣內空穴48的后端68。一組小孔50大致彼此平行排列，其間距較為均勻，第二組小孔(位于葉片末端處的50A，50B，50C，50D，50E和50F)是不平行排列的，而是從后緣內空穴48呈扇形向外展開排列的。在所示實施例中，后緣小孔50A～50F是包括葉尖小孔70A，70B，70C和70D在內的在端部連續(xù)地呈扇形展開排列的一系列小孔中的一部分，上述葉尖小孔的進入端(入口)沿后緣內空穴48的后端68分布，出口端(出口)則沿葉尖分布。典型小孔的截面為圓形，直徑為D，典型小孔50A～50F和70A～70D的入口沿后緣內空穴的后端68分布，它們的間距S1基本均勻。該間距S1最好稍小于其余小孔50之間的典型間距(例如鄰近一組小孔50的間距S2)。上述的小孔逐漸向外呈扇形展開排列，故它們的軸線500與沿后緣內空穴后端68的內側方向之間的夾角θ逐漸減小，其θ值從最后一個非扇開展開排列的小孔50的剛超過90°逐漸減小到最后的小孔70D的45°左右。上述的小孔呈扇形展開排列和間距減小比僅僅連續(xù)平行排列的小孔更有利于加強葉片后緣尖部的冷卻。在典型實施例中，葉尖小孔70A～70D的出口沿隔室30的凸緣62后面的后部72分布。在典型實施例中，凸緣后部72具有一個位于壓力側的淺槽80，該淺槽80至少部分地穿過小孔70A～70D的出口，它用于使葉尖的一個部位凹入到低于后緣部分72的負壓側的不開淺槽的部位82。在渦輪工作中，上述的不開淺槽部位82平行于且緊密地靠近相鄰的發(fā)動機護罩內表面，由淺槽80形成的凹處導引氣流沿淺槽80的表面從小孔70A～70D的出口向后流出而冷卻葉尖的鄰近于后緣的壓力側。
在一個示例性葉片制造方法中，小孔50，50A～50F和70A～70D可通過鉆孔法(例如激光打孔法)加工出來。這項工作在葉片鑄出之后或用其他方法制造出之后進行，也可以在最初的鑄后加工工序后進行。至少上述的呈扇形展開排列的小孔可通過使單刃(single-bit)鉆頭(或在激光打孔的情況下是單光束鉆頭)連續(xù)而漸進地不斷改變鉆頭取向的方法鉆出來。小孔鉆出之后，作為精加工的一部分對凸緣62磨削出淺槽80，由該淺槽80形成的凹部可防止葉尖小孔堵塞。在沒有這種凹部的情況下，凸緣后部72與發(fā)動機護罩之間的偶然接觸可能磨出的材料會進入葉尖小孔而將它們堵塞。通過至少使小孔出口的在壓力側的部分凹進到低于不開淺槽的部位82，就可防止上述的小孔堵塞現(xiàn)象。典型的淺槽80是凹形的，其在壓力側的相對于不開淺槽部位82的深度為R1，在壓力側的葉尖小孔70A～70D的出口與淺槽80交叉處的深度為R2。在典型實施例中，上述深度R1，R2從后緣向前緣逐漸稍稍增加。典型的深度R1約0.5～3.0倍于小孔直徑，而典型的深度R2約0.2 5～2.0倍于小孔直徑。
在示例性實施例中，葉尖小孔最好為2～6個，而呈扇形展開排列的后緣小孔最好為2～10個。根據(jù)一些因素(包括尺寸)不同，小孔數(shù)目也可能更多些，在較為狹義的實施例中，葉尖小孔為3～5個，呈扇形展開排列的后緣小孔為4～8個。典型的小孔直徑為0.3～2.0mm。示例性的小孔長度為10～30倍于小孔直徑(較為狹義的實施例中為15～25倍于小孔直徑)。在示例性實施例中，呈扇形展開排列的小孔的上述夾角θ從非扇形展形排列的小孔50起從60°逐漸減小至30°。
上面已經說明了本發(fā)明的一個或多個實施例，然而，應當明白，在不違背本發(fā)明的精神和范圍的情況下還可以進行各種各樣的改型。
權利要求
1.一種葉片，它具有一個平臺；和一個翼面，該翼面具有一個位于上述平臺處的葉根；一個具有減壓區(qū)的葉尖；前緣和后緣；和一條內部冷卻通道網路，該網路包括至少一個后緣內空穴；多個從上述后緣延伸至上述后緣內空穴的后緣小孔；和多個從上述葉尖延伸至上述后緣內空穴的葉尖小孔，所述減壓區(qū)僅部分地穿越所述葉尖小孔的出口。
2.根據(jù)權利要求1所述的葉片，其特征在于，所述減壓區(qū)沿著壓力側設置。
3.根據(jù)權利要求1所述的葉片，其特征在于，所述減壓區(qū)是凹形的。
4.一種渦輪葉片，它具有一個平臺；和一個翼面，該翼面具有一個位于上述平臺處的葉根；一個具有凸緣的葉尖；前緣和后緣；和一條內部冷卻通道網路，該網路具有一個后緣內空穴；和多個從后緣內空穴延伸到所述凸緣的葉尖小孔；以及用于防止上述葉尖小孔因接觸而堵塞的結構。
5.根據(jù)權利要求4的渦輪葉片，其特征在于，所述多個葉尖小孔從上述的后緣內空穴向外分叉到上述后緣和葉尖。
6.一種制造葉片的方法，包含如下步驟鑄出一種渦輪葉片毛胚，該毛胚具有一個平臺；和一個翼面，該翼面沿著從上述平臺處的葉根附近至葉片末端的長度延伸；具有將壓力側和負壓側分隔開的前緣和后緣；和具有一條包括至少一個后緣內空穴的冷卻通道網路；在翼面上加工出從后緣延伸至上述后緣內空穴的第一組小孔；在翼面上加工出從葉尖延伸至上述后緣內空穴的第二組小孔；和沿著所述葉尖的壓力側形成一個淺槽，該淺槽僅部分地穿過上述第二組小孔的出口。
7.根據(jù)權利要求6的方法，其特征在于，第一組小孔和第二組小孔加工成在端部連續(xù)地呈扇形展開排列的小孔。
8.根據(jù)權利要求6的方法，其特征在于，所述淺槽是凹形淺槽。
9.根據(jù)權利要求6的方法，其特征在于，上述的加工第二組小孔的步驟包括連續(xù)漸進地改變鉆頭取向，以便鉆出從后緣內空穴分叉的所述第二組小孔。
10.根據(jù)權利要求6的方法，其特征在于，上述的加工第一組小孔和加工第二組小孔的步驟包括激光鉆孔。
全文摘要
本發(fā)明提出了一種葉片，它具有一個平臺；和一個翼面，該翼面具有一個位于上述平臺處的葉根，一個具有減壓區(qū)的葉尖，前緣和后緣，和一條內部冷卻通道網路，該網路包括至少一個后緣內空穴，多個從上述后緣延伸至上述后緣內空穴的后緣小孔，和多個從上述葉尖延伸至上述后緣內空穴的葉尖小孔，所述減壓區(qū)僅部分地穿越所述葉尖小孔的出口。
文檔編號F02C7/00GK1963156SQ200610128898
公開日2007年5月16日 申請日期2004年1月30日 優(yōu)先權日2003年1月31日
發(fā)明者W·A·克盧斯, S·J·芬克 申請人:聯(lián)合工藝公司