涡轮机叶片、相对应的涡轮机和制造涡轮叶片的方法
【技术领域】
[0001 ] 本发明公开的主题的实施例大体涉及制造涡轮机叶片的方法、以该方法制造的涡轮机单零件式空心叶片和使用该叶片的涡轮机。
【背景技术】
[0002]在“油和气”的领域，一直在寻找用于涡轮机叶片的改善的解决方案。
[0003]改善可能不仅涉及例如叶片的翼型部的形状和大小的功能方面，还涉及叶片的安装、维护以及特别是制造。
[0004]关于制造，必须理解在“油和气”的领域中小批量生产也是常见的，这是因为有时要为特定客户研发(或至少定制)解决方案。
【发明内容】
[0005]因此，至少在制造方面存在对改善涡轮机的叶片的普遍需求。
[0006]理想的是具有高性能和低生产成本。
[0007]对于本发明的一个重要考虑是制造方法可受到所要制造的叶片的具体构造的积极影响。
[0008]本发明的第一方面是涡轮机的叶片。
[0009]根据本发明的实施例，涡轮机的叶片包括翼型部；翼型部纵向延伸；翼型部由外表面侧向地限定；翼型部具有3D和扭转的形状且具有内腔；叶片是单个零件。此外，叶片被设计用于转子或定子阵列；转子或定子限定了径向和轴向；翼型部的外表面具有前缘和后缘；前缘和/或后缘随着径向上的移动而在轴向上向后或向前移位(shift);内腔基本上沿翼型部的整个纵向长度延伸。
[0010]在该情况下，添加式(additive)制造是特别有效和有利的。
[0011]本发明的第二方面是涡轮机。
[0012]根据本发明实施例，涡轮机包括布置成涡轮机级的转子或定子阵列的多个叶片；叶片具有上面陈列的特征。
[0013]本发明的第三方面是制造涡轮机叶片的方法。
[0014]根据本发明实施例，以单个零件制造涡轮机叶片的方法使用添加式制造；涡轮机叶片具有上面陈列的特征。
[0015]叶片、涡轮机和制造方法的优势技术特征在详细的描述中陈列。
【附图说明】
[0016]并入本文且构成说明书一部分的附图示出本发明的实施例并与描述一起解释这些实施例。在附图中:
[0017]图1非常示意性地显示涡轮机的直线空心叶片的侧视图，
[0018]图2非常示意性地显示涡轮机的直线扭转空心叶片的侧视图，
[0019]图3非常示意性地显示根据本发明的涡轮机的第一3d形状的空心叶片的侧视图，
[0020]图4非常示意性地显示根据本发明的涡轮机的第二 3d形状的空心叶片的侧视图，
[0021]图5A显示根据本发明的涡轮机的扭转空心叶片的来自侧向观察点的立体图，
[0022]图5B显示根据相同的视图并来自相同的观察点的图5A的叶片，其中仅仅已经考虑在不同水平面的一组横截面以及前缘和后缘，以及
[0023]图5C显示图5A的叶片的俯视图。
[0024]应指出，为了附图的易读性，图5A和图5B和图5C未显示叶片的内腔。
【具体实施方式】
[0025]以下示例性的实施例的描述参考附图。在不同附图中的相同的参考编号标识相同或类似的元件。下面详细的描述不限制本发明。相反，本发明的范围由所附的权利要求书限定。
[0026]贯穿说明书，参考“一个实施例”或“实施例”表示结合实施例描述的具体的特征、结构、或者特性被包括在公开的主题的至少一个实施例中。因此，词语“在一个实施例中”或“在实施例中”在贯穿说明书的不同地方的出现不是必然地涉及相同实施例。此外，在一个或更多实施例中的具体的特征、结构或特性可以以任何合适的方式组合。
[0027]在图1中，显示有涡轮机叶片10，其包括翼型部11、邻近于翼型部11的第一端的(小的)护罩部12和邻近于翼型部11的第二端的(小的)根部13 ;腔14位于翼型部11的内部且几乎沿翼型部11的全长延伸；腔14是完全封闭的。
[0028]在图2中，显示有涡轮机叶片20 ;这样的叶片特别难于以合理的成本来制造；该实施例将在下面被使用来解释本发明。
[0029]—般地，根据本发明的涡轮机的叶片(20)包括翼型部(21);翼型部(21)纵向地延伸(例如从邻近于叶根23的第一端到邻近于护罩22的第二端)；翼型部(21)由外表面(也被称为“翼型表面”)侧向地限定；翼型部(21)是3D形状且具有内腔(24);叶片是单个零件。
[0030]—般地，“3D形状”是指不具有圆柱对称性的形状。更具体地，在本发明的情况中，它是指从下平面形状延伸到上平面形状的实体形状，其中实体形状从下平面形状到上平面形状的发展是非直线的。
[0031]在图2的实施例中，“3D形状”是由于翼型部21是“扭转的”而产生的。
[0032]在图2的实施例中，腔24位于翼型部21的内部并沿着翼型部21的几乎全长延伸；腔24是完全封闭的。更一般地，根据本发明，翼型内腔优选地沿翼型部的全长的至少40%到100%纵向延伸。
[0033]内腔24具有(非常)类似于翼型部21的实体形状的实体形状；因此，在该实施例中，腔24也是“扭转的”。
[0034]翼型部和内腔的“扭转”特性仅在图2中示意性地显示。
[0035]在图2的实施例中，叶片20进一步包括根部22和/或护罩部23。
[0036]根据本发明，如就图2的实施例而论，翼型部和/或翼型内腔可以是扭转的。
[0037]在最常见的情况下，3D形状的扭转翼型是通过沿典型地限定最后所得的翼型的前缘和后缘的两个引导弧移动和调节翼型区段所产生的扫掠表面。按引导弧行动，所产生的翼型区段能沿着翼展方向旋转和成比例变化，从而形成非常复杂的三维(即3D)的形状，但是保持平滑的空气动力表面的连续性和相切的要求。
[0038]根据本发明，涡轮机叶片典型地被设计用于转子或定子阵列；转子或定子限定径向和轴向；翼型部的外表面具有前缘和后缘两者。
[0039]根据本发明，前缘可以随径向移动而在轴向向后移位(见图4)。
[0040]根据本发明，前缘可以随径向移动而在轴向向前移位(见图3)。
[0041]根据本发明，后缘可以随径向移动而在轴向向后移位(见图4)。
[0042]根据本发明，后缘可以随径向移动而在轴向向前移位(见图3)。
[0043]因此，存在很多种可能性，包括那些其中前缘或后缘不移位的。
[0044]词语“向前”和“向后”是指当涡轮机处于运行状态时环绕翼型部的流体的流动方向；在图3和图4中，流动方向用标记“F”的箭头指出。
[0045]在图3和图4中，使用类似于图1和图2中的那些的数字参考标号；另外，35和45是如缘，并且36和46是后缘。
[0046]在图3和图4的实施例中，翼型内腔具有(非常)类似于翼型部的实体形状的实体形状；因此，“向前和/或向后移位”属性不仅适用于翼型部的实体形状，也适用于翼型内腔的实体形状。
[0047]在图2，图3和图4的实施例中，除了邻近于根部和护罩以及在翼型部的端封闭内腔的非常短的部分(即，材料层)，内腔基本上沿着翼型部的整个纵向长度延伸。
[0048]要指出的是，根据本发明，“向前和/或向后移位”属性以及“扭转”属性中的一个或多个也可组合。
[0049]根据本发明的具体的实施例，翼型部可具有从外表面延伸到至少一个翼型内腔的一个或多个通道；这些通道典型地是孔或槽。
[0050]根据本发明的具体的实施例，翼型部的至少一个内腔可延伸进入叶片的根部和/或护罩部，S卩，可与其它内外腔连通。
[0051]如下面将更清楚的那样，由于根据本发明的叶片的实际的制造方法是基于添加式制造，至少两个孔(甚至非常小)被关联到每个内腔以便在翼型内腔被完全地封闭的情况下排出在添