專利名稱：帶有葉片冷卻的軸流式渦輪機(jī)轉(zhuǎn)子的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種帶有葉片冷卻的軸流式渦輪機(jī)轉(zhuǎn)子，尤其是一種具有葉片環(huán)的軸流式渦輪機(jī)轉(zhuǎn)子，所述葉片環(huán)由多個(gè)能夠借助于沖擊冷卻來冷卻的動(dòng)葉片構(gòu)成。
背景技術(shù)：
例如燃?xì)廨啓C(jī)的渦輪機(jī)具有壓縮機(jī)和渦輪，所述壓縮機(jī)和渦輪通過轉(zhuǎn)子耦聯(lián)。轉(zhuǎn)子具有用于壓縮機(jī)的動(dòng)葉片和用于渦輪的動(dòng)葉片，其中在壓縮機(jī)內(nèi)借助工質(zhì)做功，并且在渦輪內(nèi)從工質(zhì)中獲得功。工質(zhì)在渦輪上游被加熱，使得渦輪的構(gòu)件遭受高溫度負(fù)荷。傳統(tǒng)地，轉(zhuǎn)子設(shè)有圓盤，所述圓盤穿在軸上并且分別在其外緣上具有構(gòu)成葉片環(huán)的動(dòng)葉片。由于高的機(jī)械負(fù)荷和熱負(fù)荷，圓盤和動(dòng)葉片的使用壽命受到限制。作為延長(zhǎng)壽命的措施，已知一種用于冷卻圓盤和動(dòng)葉片的冷卻裝置，借助所述冷卻裝置基本上限制了在燃?xì)廨啓C(jī)工作時(shí)尤其是圓盤材料的脆性的提高。此外，圓盤和動(dòng)葉片的蠕變特性位于非臨界區(qū)域內(nèi)，使得實(shí)現(xiàn)延長(zhǎng)的使用壽命(LCF，英語“Life Cycle htigue”，疲勞循環(huán)次數(shù))。為此，從WO 2009/008944 A2中已知一種葉片平臺(tái)的沖擊冷卻，其借助于設(shè)置在兩個(gè)直接相鄰的動(dòng)葉片之間的獨(dú)立的構(gòu)件來實(shí)現(xiàn)。然而額外的構(gòu)件的制造和安裝非常昂貴。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種軸流式渦輪機(jī)轉(zhuǎn)子，其中轉(zhuǎn)子盤和動(dòng)葉片具有高的使用
壽命ο根據(jù)本發(fā)明的軸流式渦輪機(jī)轉(zhuǎn)子具有轉(zhuǎn)子盤和帶有多個(gè)動(dòng)葉片的動(dòng)葉片環(huán)，所述動(dòng)葉片分別具有葉根，通過所述葉根，動(dòng)葉片徑向向外地固定在轉(zhuǎn)子盤上，其中葉根與轉(zhuǎn)子盤在其外緣上以形狀接合的方式接合，使得在軸流式渦輪機(jī)轉(zhuǎn)子工作時(shí)，在動(dòng)葉片和轉(zhuǎn)子盤之間且在轉(zhuǎn)子盤的預(yù)先確定的表面區(qū)域上構(gòu)成縫隙，在所述縫隙中設(shè)置有多個(gè)沖擊冷卻口，冷卻介質(zhì)能夠從圓盤的內(nèi)部穿過所述沖擊冷卻口流入到縫隙內(nèi)，由此借助冷卻介質(zhì)，動(dòng)葉片并且特別是其平臺(tái)能夠通過沖擊冷卻來冷卻，并且轉(zhuǎn)子盤能夠通過冷卻介質(zhì)的對(duì)流冷卻來冷卻。由此實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)子盤和動(dòng)葉片的有效冷卻，由此動(dòng)葉片和轉(zhuǎn)子盤的使用壽命高。尤其在對(duì)于每個(gè)動(dòng)葉片具有一個(gè)保持凹部的轉(zhuǎn)子盤中，通過作為沖擊冷卻口通入的冷卻通道的根據(jù)本發(fā)明的構(gòu)造，可特別有效地冷卻存在于保持凹部之間的顎部(Klaue)。此外在根據(jù)本發(fā)明的渦輪機(jī)轉(zhuǎn)子中，冷卻介質(zhì)的使用是有效的，由此軸流式渦輪機(jī)轉(zhuǎn)子能夠以節(jié)約資源方式運(yùn)轉(zhuǎn)。優(yōu)選的是，轉(zhuǎn)子盤在其外緣上對(duì)于每個(gè)動(dòng)葉片具有一個(gè)保持凹部，葉根的葉根頸部接合在所述保持凹部中，所述葉根頸部徑向向內(nèi)突出并且具有至少一個(gè)在圓周方向和/ 或在軸向方上從葉根頸部突出的葉根齒部，所述葉根齒部具有徑向外部的齒面和徑向內(nèi)部的齒面，其中借助在保持凹部?jī)?nèi)設(shè)有的葉根齒部凹部，所述葉根齒部被包圍成，使得在渦輪機(jī)轉(zhuǎn)子工作時(shí)，葉根的徑向外部的齒面緊貼葉根齒部凹部上，并且在徑向內(nèi)部的齒面和葉根齒部凹部之間構(gòu)成縫隙，其中在葉根齒部凹部的面向內(nèi)部的齒面的表面區(qū)域中設(shè)有沖擊冷卻口的至少一個(gè)，使得在徑向內(nèi)部的齒面上的葉根能夠借助流過沖擊冷卻口的冷卻介質(zhì)沖擊冷卻。由此在保持凹部的區(qū)域內(nèi)的轉(zhuǎn)子盤有利地由冷卻介質(zhì)貫通流過并且因此冷卻， 在所述區(qū)域中，在軸流式渦輪機(jī)轉(zhuǎn)子工作時(shí)產(chǎn)生應(yīng)力峰值。此外，葉根由沖擊冷卻來冷卻， 由此熱量能夠有效地通過冷卻介質(zhì)從葉根排出。由此有利地達(dá)到，在保持凹部的區(qū)域內(nèi)的轉(zhuǎn)子盤內(nèi)且在動(dòng)葉片內(nèi)能夠調(diào)節(jié)整溫度水平，在所述溫度水平下，轉(zhuǎn)子盤和動(dòng)葉片的使用壽命尚ο優(yōu)選的是，葉根齒部設(shè)置并成型在葉根頸部上，使得葉根具有圣誕樹形外形，其中葉根齒部凹部構(gòu)成為槽。葉根齒部和槽優(yōu)選在軸流式渦輪機(jī)轉(zhuǎn)子的軸向方向上延伸。此外優(yōu)選的是，縫隙向外開口，使得冷卻介質(zhì)能夠從縫隙向轉(zhuǎn)子盤的外部流出。因此冷卻介質(zhì)能夠持續(xù)地流過沖擊冷卻口，由此實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)子盤和動(dòng)葉片連續(xù)地冷卻。動(dòng)葉片優(yōu)選具有起到空氣動(dòng)力作用的葉身和徑向設(shè)置在葉身和葉根之間的、起到空氣動(dòng)力作用的葉片平臺(tái)，所述葉片平臺(tái)的徑向內(nèi)側(cè)在構(gòu)成縫隙的情況下設(shè)置成，與轉(zhuǎn)子盤的外緣具有一定徑向距離，其中在外緣的面向內(nèi)側(cè)的表面區(qū)域中設(shè)有沖擊冷卻口的至少一個(gè)，使得葉片平臺(tái)的徑向內(nèi)側(cè)能夠借助流過沖擊冷卻口的冷卻介質(zhì)沖擊冷卻。因此葉根和葉片平臺(tái)能夠有利地借助冷卻介質(zhì)來冷卻，由此實(shí)現(xiàn)動(dòng)葉片的有效的冷卻。優(yōu)選的是， 沖擊冷卻口構(gòu)成為，使得從沖擊冷卻口中流出的冷卻介質(zhì)基本上垂直地撞到動(dòng)葉片的表面上。因此，沖擊冷卻的熱效率高。優(yōu)選的是，轉(zhuǎn)子盤具有多個(gè)冷卻通道，所述多個(gè)冷卻通道經(jīng)過沖擊冷卻口通入縫隙內(nèi)。此外，軸流式渦輪機(jī)轉(zhuǎn)子優(yōu)選為軸流式渦輪轉(zhuǎn)子，并且冷卻介質(zhì)優(yōu)選為冷卻空氣。


接下來借助所附的示意圖描述根據(jù)本發(fā)明的軸流式渦輪轉(zhuǎn)子的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施形式。附圖示出圖1示出根據(jù)本發(fā)明的軸流式渦輪轉(zhuǎn)子的圓盤的立體的剖面圖；以及圖2示出根據(jù)本發(fā)明的軸流式渦輪轉(zhuǎn)子的具有動(dòng)葉片的圓盤的立體的剖面圖。
具體實(shí)施例方式如在圖1和2中可見，軸流式渦輪轉(zhuǎn)子1具有圍繞著軸流式渦輪轉(zhuǎn)子1的旋轉(zhuǎn)軸線旋轉(zhuǎn)對(duì)稱地設(shè)置的圓盤。在圓盤2的外緣13上設(shè)置有多個(gè)在圓盤2的圓周上方毗鄰的動(dòng)葉片3，其中動(dòng)葉片3構(gòu)成動(dòng)葉片環(huán)。每個(gè)動(dòng)葉片3具有葉身4，借助所述葉身，動(dòng)葉片3 與軸流式渦輪轉(zhuǎn)子1的工質(zhì)共同作用。葉身4徑向向外延伸地設(shè)置在圓盤2上，其中動(dòng)葉片3在葉身4的徑向內(nèi)部的端部上具有葉根5，借助所述葉根，葉身4固定在圓盤2上。在葉身4和葉根5之間，葉片平臺(tái)6構(gòu)成在動(dòng)葉片3上，所述葉片平臺(tái)在軸流式渦輪轉(zhuǎn)子1的軸向方向和圓周方向上延伸，其中葉片平臺(tái)6的徑向外側(cè)面向工質(zhì)設(shè)置，并且葉片平臺(tái)6徑向內(nèi)側(cè)18面向圓盤2設(shè)置。葉根5具有葉根頸部7，所述葉根頸部從葉片平臺(tái)6徑向向內(nèi)延伸。在葉根頸部 7上，指向軸流式渦輪轉(zhuǎn)子1的圓周方向構(gòu)成有多個(gè)葉根齒部8，其中葉根齒部8對(duì)稱于葉根頸部7的縱軸線設(shè)置。在圓盤2的外圓周上，對(duì)于每個(gè)葉根5構(gòu)成有一個(gè)具有槽10的保持凹部9，所述葉根齒部8接合到所述槽中。保持凹部9的槽10仿制葉根5的葉根齒部8 的輪廓，使得葉根5與保持凹部9以形狀接合的方式接合。由于每個(gè)葉根齒部8接合到與其相關(guān)聯(lián)的槽10內(nèi)并且由圓盤2的材料包圍，因此葉根5在徑向方向上固定在保持凹部9 內(nèi)。轉(zhuǎn)子盤2的在兩個(gè)直接相鄰的保持凹部9之間的外部區(qū)域在此也稱為顎部。葉根齒部8基本在軸流式渦輪轉(zhuǎn)子1的軸向方向上延伸地設(shè)置在葉根頸部7上， 使得以同樣的方式的槽10同樣具有在軸流式渦輪轉(zhuǎn)子1的軸向方向上的分布。此外，葉根齒部8彼此平行地設(shè)置并且因此槽10同樣彼此平行地設(shè)置，使得為了安裝到圓盤2上或者為了從圓盤2中拆卸，動(dòng)葉片3能夠借助其葉根5沿軸向方向插入保持凹部9內(nèi)或者從保持凹部9中移出。此外，葉根齒部8設(shè)計(jì)成具有圓形輪廓并且槽8同樣設(shè)計(jì)成具有相應(yīng)的圓形輪廓，使得由于缺口應(yīng)力作用，在軸流式渦輪轉(zhuǎn)子1工作時(shí)在圓盤2內(nèi)和在葉根5內(nèi)的應(yīng)力水平低。每個(gè)葉根齒部8具有徑向內(nèi)部的齒面16和徑向外部的齒面17，其中齒面16，17彼此傾斜地構(gòu)成。特別地，徑向外部的齒面17相對(duì)于圓盤2的圓周方向傾斜，使得徑向外部的齒面17的半徑遠(yuǎn)離葉根頸部7減少。在軸流式渦輪轉(zhuǎn)子1工作時(shí)，徑向向外作用的離心力作用到動(dòng)葉片3上。由于徑向外部的齒面17的傾斜和槽10相應(yīng)的造型，產(chǎn)生葉根5在保持凹部9中的自定心效果。在此，徑向外部的齒面17緊貼在槽10上，使得葉根齒部8徑向向外地支撐在槽10內(nèi)的徑向外部的齒面17上。槽10成型為在葉根齒部8周圍具有間隙，使得阻止葉根5在保持凹部9內(nèi)不希望地卡住，由此通過葉根齒部8和槽10的自定心作用不受到干擾。由于在軸流式渦輪轉(zhuǎn)子1工作時(shí)，葉根齒部8的徑向外部的齒面17與槽 10形成直接接觸，因此基于在徑向內(nèi)部的齒面16上的間隙出現(xiàn)縫隙11。在槽10的通過縫隙11露出的區(qū)域上設(shè)置多個(gè)沖擊冷卻口 12，冷卻空氣流過所述沖擊冷卻口。如果冷卻空氣從沖擊冷卻口 12中逸出，那么冷卻空氣流入到縫隙11內(nèi)并且通過沖擊冷卻來冷卻在徑向內(nèi)部的齒面16上的葉根齒部8。保持凹部9構(gòu)成為在圓盤2端側(cè)開口，使得通過在徑向內(nèi)部的齒面16上的縫隙11構(gòu)成向外開口的冷卻通道。冷卻空氣穿過沖擊冷卻口 12進(jìn)入冷卻通道內(nèi)，所述冷卻空氣流過冷卻通道并且在圓盤2的端側(cè)逸出。葉片平臺(tái)6以一定的徑向距離設(shè)置在圓盤2的外緣13上，使得在圓盤外緣13和葉片平臺(tái)6的徑向內(nèi)側(cè)18之間構(gòu)成縫隙14?？p隙14在徑向內(nèi)側(cè)18下方。在縫隙14的區(qū)域內(nèi)，在圓盤外緣13內(nèi)構(gòu)成有多個(gè)沖擊冷卻口 15，冷卻空氣流過所述沖擊冷卻口。冷卻空氣沖擊到徑向內(nèi)側(cè)18上，使得由冷卻空氣通過沖擊冷卻來冷卻葉片平臺(tái)6。在圓盤外緣13 上通過縫隙14構(gòu)成冷卻通道，所述冷卻通道在葉片平臺(tái)6周圍向外開口。由此冷卻空氣能夠從在圓盤外緣13上的沖擊冷卻口 15經(jīng)過葉片平臺(tái)6向外逸出。在軸流式渦輪轉(zhuǎn)子1工作時(shí)，葉片平臺(tái)6的徑向外側(cè)與熱氣形成接觸，由此在軸流式渦輪轉(zhuǎn)子1工作時(shí)，存在進(jìn)入葉片平臺(tái)6中的高熱量輸入。在葉片平臺(tái)6的徑向內(nèi)側(cè)18上傳輸?shù)嚼鋮s空氣上的熱量通過對(duì)流從葉片平臺(tái)6中輸出。
權(quán)利要求
1.一種軸流式渦輪機(jī)轉(zhuǎn)子，具有轉(zhuǎn)子盤( 和動(dòng)葉片環(huán)，所述動(dòng)葉片環(huán)具有多個(gè)動(dòng)葉片(3)，其分別具有葉根(5)，借助所述葉根，所述動(dòng)葉片(2)徑向向外地固定在所述轉(zhuǎn)子盤 (2)上，其中所述葉根( 與所述轉(zhuǎn)子盤( 在其外緣(1 上以形狀接合的方式接合，使得在所述軸流式渦輪機(jī)轉(zhuǎn)子(1)工作時(shí)，在所述動(dòng)葉片( 和所述轉(zhuǎn)子盤( 之間且在所述轉(zhuǎn)子盤O)的預(yù)先確定的表面區(qū)域上構(gòu)成縫隙，在所述縫隙內(nèi)設(shè)置有多個(gè)沖擊冷卻口(12， 15)，冷卻介質(zhì)能夠穿過所述沖擊冷卻口從所述轉(zhuǎn)子盤O)的內(nèi)部流入到所述縫隙(11，14) 內(nèi)，由此借助冷卻介質(zhì)，所述動(dòng)葉片( 能夠通過沖擊冷卻來冷卻，并且所述轉(zhuǎn)子盤能夠通過所述冷卻介質(zhì)的對(duì)流冷卻來冷卻。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的軸流式渦輪機(jī)轉(zhuǎn)子，其中所述轉(zhuǎn)子盤⑵在其外緣(13)上具有保持凹部(9)，所述葉根O)的葉根頸部(7)接合到所述保持凹部?jī)?nèi)，所述葉根頸部徑向向內(nèi)突出并且具有至少一個(gè)在圓周方向和/或在軸向方向上從所述葉根頸部(7)中突出的葉根齒部(8)，所述葉根齒部具有徑向外部的齒面(17)和徑向內(nèi)部的齒面(16)，其中借助在所述保持凹部(9)中設(shè)有的葉根齒部凹部(10)，所述葉根齒部(8)被包圍成，使得在所述渦輪機(jī)轉(zhuǎn)子(1)工作時(shí)，所述葉根( 的所述徑向外部的齒面(16)緊貼在所述葉根齒部凹部(10)上，并且在所述徑向內(nèi)部的齒面(17)和所述葉根齒部凹部(10)之間構(gòu)成所述縫隙(11)，其中在所述葉根齒部凹部(10)的面向所述內(nèi)部的齒面(16)的表面區(qū)域中設(shè)有所述沖擊冷卻口(1 中的至少一個(gè)，使得所述葉根( 在所述徑向內(nèi)部的齒面(16)上能夠借助流過所述沖擊冷卻口(1 的所述冷卻介質(zhì)沖擊冷卻。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的軸流式渦輪機(jī)轉(zhuǎn)子，其中所述葉根齒部(8)設(shè)置并成型在所述葉根頸部⑵上，使得所述葉根(5)具有圣誕樹形外形，其中所述葉根齒部凹部構(gòu)成為槽 (10)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的軸流式渦輪機(jī)轉(zhuǎn)子，其中所述葉根齒部(8)和所述槽(10)在軸向方向上延伸。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4之一所述的軸流式渦輪機(jī)轉(zhuǎn)子，其中所述縫隙(11，14)向外開口，使得所述冷卻介質(zhì)能夠從所述縫隙(11，14)向所述轉(zhuǎn)子盤O)的外部流出。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的軸流式渦輪機(jī)轉(zhuǎn)子，其中所述動(dòng)葉片( 具有起到空氣動(dòng)力作用的葉身(4)和徑向設(shè)置在所述葉身(4)和所述葉根(5)之間的、起到空氣動(dòng)力作用的葉片平臺(tái)(6)，所述葉片平臺(tái)的徑向內(nèi)側(cè)(18)在構(gòu)成所述縫隙(14)的情況下設(shè)置成， 與所述轉(zhuǎn)子盤O)的所述外緣(1 具有一定徑向距離，其中在所述外緣(1 的面向所述內(nèi)側(cè)(18)的表面區(qū)域中設(shè)有所述沖擊冷卻口(15) 的至少一個(gè)，使得所述葉片平臺(tái)(6)在其徑向內(nèi)側(cè)(1 上能夠借助流過所述沖擊冷卻口 (15)的所述冷卻介質(zhì)沖擊冷卻。
7.根據(jù)權(quán)利要求1至6之一所述的軸流式渦輪機(jī)轉(zhuǎn)子，其中所述沖擊冷卻口(12，15) 構(gòu)成為，使得從所述沖擊冷卻口(12,1 中流出的所述冷卻介質(zhì)基本上垂直地撞到所述動(dòng)葉片(2)的表面上。
8.根據(jù)權(quán)利要求1至7之一所述的軸流式渦輪機(jī)轉(zhuǎn)子，其中所述轉(zhuǎn)子盤( 具有多個(gè)冷卻通道，所述多個(gè)冷卻通道經(jīng)過所述沖擊冷卻口(12,1 通入所述縫隙(11，14)內(nèi)。
9.根據(jù)權(quán)利要求1至8之一所述的軸流式渦輪機(jī)轉(zhuǎn)子，其中所述軸流式渦輪機(jī)轉(zhuǎn)子是軸流式渦輪轉(zhuǎn)子(1)，并且所述冷卻介質(zhì)是冷卻空氣。
全文摘要
一種軸流式渦輪機(jī)轉(zhuǎn)子，具有轉(zhuǎn)子盤(2)和動(dòng)葉片環(huán)，所述動(dòng)葉片環(huán)具有多個(gè)動(dòng)葉片(3)，所述動(dòng)葉片分別具有葉根(5)，借助所述葉根，動(dòng)葉片(2)徑向向外地固定在轉(zhuǎn)子盤(2)上，其中葉根(5)與轉(zhuǎn)子盤(2)在其外緣上以形狀接合的方式接合，使得在軸流式渦輪機(jī)轉(zhuǎn)子(1)工作時(shí)，在動(dòng)葉片(3)和轉(zhuǎn)子盤(2)之間且在轉(zhuǎn)子盤(2)的預(yù)先確定的表面區(qū)域上構(gòu)成縫隙，在所述縫隙內(nèi)設(shè)置有多個(gè)沖擊冷卻口(12，15)，冷卻介質(zhì)能夠穿過所述沖擊冷卻口從轉(zhuǎn)子盤(2)的內(nèi)部流入到縫隙(11，14)內(nèi)，由此借助冷卻介質(zhì)，動(dòng)葉片(2)能夠通過冷卻介質(zhì)的沖擊冷卻來冷卻。
文檔編號(hào)F01D5/08GK102365423SQ201080014157
公開日2012年2月29日 申請(qǐng)日期2010年3月25日 優(yōu)先權(quán)日2009年3月27日
發(fā)明者法蒂·艾哈邁德 申請(qǐng)人:西門子公司