渦輪機葉片或葉輪的沖擊冷卻的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種渦輪機組件(10、10a)，其包括基本中空的翼型件(12)和至少一沖擊裝置(14、14a、14d)，其中所述中空的翼型件(12)具有從所述中空的翼型件(12)的前緣(20)朝向后緣(22)延伸的至少第一側(cè)壁(16、18)和至少一空腔(24)，其中在至少一個沖擊裝置(14、14a、14d)在所述中空的翼型件(12)中的組裝狀態(tài)下，所述至少一個沖擊裝置(14、14a、14d)被布置成相對于所述空腔(24)的內(nèi)表面(26)有一預(yù)定距離，用于沖擊冷卻至少一個內(nèi)表面(26)并形成用于冷卻介質(zhì)(30)的從所述前緣(20)朝向所述后緣(22)延伸的流動通道(28)，并且其中所述至少一個沖擊裝置(14、14a、14d)包括在軸向方向(78)上并排地布置的第一部件(42)和第二部件(44)，所述第二部件(44)沿軸向方向(78)觀看位于所述第一部件(42)的下游并且相對于彼此有一軸向距離，以形成第一流動通路(46)，從而提供從所述翼型件(12)一側(cè)朝向所述翼型件(12)相對側(cè)的通路。為了盡量降低翼型件冷卻饋送溫度并增加沖擊冷卻效果，所述渦輪機組件(10、10a)包括至少第一阻擋元件(32、32b-d；34、34a)，其被布置在所述至少一個沖擊裝置(14、14a、14d)的第二部件(44)和所述中空的翼型件(12)的至少第一側(cè)壁(16、18)之間的流動通道(28)中，所述至少第一側(cè)壁(16、18)在所述中空的翼型件(12)的抽吸側(cè)(36)，用于阻擋所述冷卻介質(zhì)(30)在從所述中空的翼型件(12)的前緣(20)到后緣(22)的方向上的流動，拒絕其進(jìn)入到所述第一阻擋元件(32、32b-d；34、34a)下游的流動通道(28)的部分(94)，同時在所述第一流動通路(46)中引導(dǎo)所述冷卻介質(zhì)(30)遠(yuǎn)離所述中空的翼型件(12)的抽吸側(cè)(36)朝向壓力側(cè)(38)。
【專利說明】
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種翼型形狀的渦輪機組件，例如渦輪機的轉(zhuǎn)子葉片和定子葉輪，以 及涉及在這樣的部件中用于冷卻目的的沖擊管（impingement tubes)。 渦輪機葉片或葉輪的沖擊冷卻

【背景技術(shù)】
[0002] 現(xiàn)代渦輪機常常在非常高的溫度下操作。溫度對渦輪機葉片和/或定子葉輪的影 響可能會損害渦輪機的有效操作，并能在極端情況下導(dǎo)致葉片或葉輪的變形和可能故障。 為了克服這種風(fēng)險，高溫渦輪機可包括中空葉片或葉輪，其整合所謂的沖擊管用于冷卻目 的。
[0003] 這些所謂的沖擊管是在葉片或葉輪內(nèi)沿徑向延伸的中空管。空氣被強迫進(jìn)入并沿 著這些管，并且通過合適的孔進(jìn)入位于管與中空葉片或葉輪內(nèi)表面之間的空隙。這形成了 內(nèi)部空氣流來冷卻葉片或葉輪。
[0004] 通常情況下，葉片和葉輪由具有中空結(jié)構(gòu)的鑄件制成，沖擊管插入在該中空結(jié)構(gòu) 中用于沖擊冷卻該中空結(jié)構(gòu)的沖擊冷卻區(qū)域。當(dāng)使用冷卻概念時問題出現(xiàn)，由于強烈的橫 流影響，在沖擊冷卻區(qū)域的下游區(qū)域中的沖擊冷卻是低效率的。
[0005] 這從冷卻概念中已知，其中較大的沖擊冷卻區(qū)域由單一沖擊管或陣列冷卻，而從 沖擊排出的冷卻介質(zhì)沿著布置在翼型件壁和沖擊管之間的流動通道從翼型件的前緣流到 后緣。
[0006] 本發(fā)明的第一目的是提供一種有利的翼型形狀的渦輪機組件，例如渦輪機轉(zhuǎn)子葉 片和定子葉輪。本發(fā)明的另一目的是提供一種在這樣的組件中用于冷卻目的的有利的沖擊 管。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 因此，本發(fā)明提供了一種渦輪機組件，其包括基本中空的翼型件和至少一沖擊裝 置，其中所述中空的翼型件具有從所述中空的翼型件的前緣朝向后緣延伸的至少第一側(cè)壁 和至少一空腔，其中在至少一個沖擊裝置在所述中空的翼型件中的組裝狀態(tài)下，所述至少 一個沖擊裝置被布置成相對于所述空腔的內(nèi)表面有一預(yù)定距離，用于沖擊冷卻至少一個內(nèi) 表面并形成用于冷卻介質(zhì)的從所述前緣朝向所述后緣延伸的流動通道，并且其中所述至少 一個沖擊裝置包括在軸向方向上并排地布置的第一部件和第二部件，所述第二部件沿軸向 方向觀看位于所述第一部件的下游并且相對于彼此有一軸向距離，以形成第一流動通路， 從而提供從所述翼型件一側(cè)朝向所述翼型件相對側(cè)的通路。
[0008] 規(guī)定：所述渦輪機組件包括至少第一阻擋元件，所述第一阻擋元件被布置在所述 至少一個沖擊裝置的第二部件和所述中空的翼型件的至少第一側(cè)壁之間的流動通道中，所 述至少第一側(cè)壁在所述中空的翼型件的抽吸側(cè)，用于阻擋所述冷卻介質(zhì)在從所述中空的翼 型件的前緣到后緣的方向上的流動，拒絕其進(jìn)入到所述第一阻擋元件下游的流動通道的部 分，同時在所述第一流動通路中引導(dǎo)所述冷卻介質(zhì)遠(yuǎn)離所述中空的翼型件的抽吸側(cè)朝向壓 力側(cè)。
[0009] 由于本發(fā)明，在所述至少第一阻擋元件下游的區(qū)域中進(jìn)行沖擊冷卻的冷卻效率可 以最大化。這顯著改善了翼型件的冷卻效率，同時最大限度地減少了性能損失。具體地，相 比于現(xiàn)有技術(shù)系統(tǒng)，更低的冷卻溫度和降低的冷卻流可以實現(xiàn)。另外，這提供了高的發(fā)動機 性能增益。
[0010] 由于在沖擊區(qū)域內(nèi)這種增加的沖擊冷卻效果，相比現(xiàn)有技術(shù)系統(tǒng)，將需要更少的 冷卻流。
[0011] 而且，還可以改善后緣區(qū)域中的底座區(qū)域的冷卻效率。
[0012] 另外，可避免使用昂貴的涂料，如熱障涂層（TBC)，或附加的薄膜冷卻裝置，例如孔 或槽，從而導(dǎo)致成本和制造努力的降低。
[0013] 使用了這樣的渦輪機組件，則可以使用常規(guī)的現(xiàn)有技術(shù)翼型件。因此，可以省略這 些翼型件復(fù)雜和昂貴的重建以及變更為鑄造工藝。因此，分別可以有利地提供有效率的渦 輪機組件或渦輪機。
[0014] 渦輪機組件意指為渦輪機、如燃?xì)鉁u輪機提供的組件，其中該組件具備至少一翼 型件。優(yōu)選地，所述潤輪機組件具有：潤輪機葉柵（turbine cascade)和/或輪，其帶有周 向布置的翼型件，和/或布置在翼型件相對端處的外平臺和內(nèi)平臺。
[0015] 在此上下文中，"基本中空的翼型件"指的是具有殼體的翼型件，其中所述殼體包 圍所述至少一個空腔。如肋、軌道或隔片等彼此在翼型件中劃分不同空腔的并且例如在翼 型件的翼展方向上延伸的結(jié)構(gòu)不妨礙"基本中空的翼型件"的定義。
[0016] 優(yōu)選地，所述翼型件是中空的。
[0017] 特別地，基本中空的翼型件，在下面的描述中稱為翼型件，具有兩個冷卻區(qū)域，位 于翼型件前緣處的沖擊冷卻區(qū)域和位于后緣處的現(xiàn)有技術(shù)針翅/底座冷卻區(qū)域（pin-fin/ pedestal cooling region)。這些區(qū)域可以通過一肋彼此分隔開。
[0018] 優(yōu)選地，所述中空的翼型件包括單個空腔。但本發(fā)明也可以被實現(xiàn)為包括兩個或 更多個空腔的中空的翼型件，所述兩個或更多個空腔各自容納根據(jù)本發(fā)明的沖擊裝置和/ 或成為針翅/底座冷卻區(qū)域的一部分。
[0019] 側(cè)壁意指渦輪機組件的限制至少一部分空腔并且基本上沿著翼型件中心線延伸 的區(qū)域，其中所述中心線是彎曲的，并且從翼型件的前緣延伸到后緣。
[0020] 在此上下文中，沖擊裝置是獨立于翼型件進(jìn)行構(gòu)造的至少一個部件或各部件統(tǒng)一 體，和/或除翼型件之外的另一部件，和/或不與翼型件一體地形成。
[0021] 所述至少一個沖擊裝置在渦輪機組件的組裝工藝期間被插入到所述翼型件的空 腔中，尤其是作為與翼型件分離的部片。因此，在至少一個沖擊裝置在所述中空的翼型件中 的組裝狀態(tài)下，所述至少一個沖擊裝置被布置在所述空腔內(nèi)。
[0022] 所述至少一個沖擊裝置在所述翼型件中的組裝狀態(tài)表示當(dāng)它意在工作時渦輪機 組件的狀態(tài)，特別是分別表示渦輪機組件或渦輪機的工作狀態(tài)。在組裝狀態(tài)下布置在所述 至少第一側(cè)壁和所述至少一個沖擊裝置之間的是流動通道，所述流動通道從所述前緣朝向 所述后緣分別至少沿著所述至少第一側(cè)壁和所述至少一個沖擊裝置引導(dǎo)所述冷卻介質(zhì)。
[0023] 而且，短語"用于沖擊冷卻"意指：所述至少一個沖擊裝置企圖、灌注、設(shè)計和/或 實施（intended, primed, designed and/or embodied)以經(jīng)由沖擊工藝來調(diào)解冷卻。空腔 的內(nèi)表面特別地限定了面向所述至少一個沖擊裝置外表面的表面。所述沖擊裝置可以是本 領(lǐng)域技術(shù)人員切實可行的任何結(jié)構(gòu)，例如板、箱（box)，或者特別是管。
[0024] 在此上下文中，阻擋元件意指如銷、桿、皮下注射管（hypodermic tube)、輥銷 (roll pin)或板等元件，或是適合本領(lǐng)域技術(shù)人員的任何其它裝置，阻擋元件基本阻擋了 冷卻介質(zhì)的流動，特別是在所述至少第一阻擋元件下游。
[0025] 術(shù)語"基本阻擋"意指：相比將進(jìn)入沒有阻擋元件的現(xiàn)有技術(shù)組件中的流動通道的 部分的冷卻介質(zhì)的量，進(jìn)入位于所述至少第一阻擋元件下游的流動通道的部分的冷卻介質(zhì) 的量至少減少約75 %，有利地減少約90 %，優(yōu)選地減少約99 %。
[0026] 術(shù)語"之間"應(yīng)被理解為"在…之間"或者所述至少第一阻擋元件是相對于所述至 少第一側(cè)壁和所述至少一個沖擊裝置位于中間的元件。
[0027] 所述至少第一阻擋元件可以由本領(lǐng)域技術(shù)人員切實可行的任何材料制成，比如陶 瓷或金屬，尤其是對高溫有足夠抗性的金屬如鎳合金。
[0028] 另外，在組裝狀態(tài)下，所述至少第一阻擋元件可以經(jīng)由適合本領(lǐng)域技術(shù)人員的 任何機構(gòu)一例如螺紋連接或鉚接等形狀配合、螺紋連接或打結(jié)（knotting)等壓入配合 (force fit)、或膠合、焊接或釬焊等粘接結(jié)合一保持到位，位于所述至少第一側(cè)壁和所述至 少一個沖擊裝置之間。
[0029] 通常情況下，外部熱負(fù)荷沿著翼型件的抽吸側(cè)恒定地保持較高。因此，通過將所述 阻擋元件布置在所述至少一個沖擊裝置和所述抽吸側(cè)之間，所述抽吸側(cè)的內(nèi)表面的沖擊冷 卻可以通過冷卻介質(zhì)的橫流而不受阻礙地發(fā)生，所述橫流由阻擋元件上游的沖擊孔噴出并 從前緣朝向后緣流動。這種布置還要考慮：所述抽吸側(cè)與壓力側(cè)相比承載著更高的熱負(fù)荷， 因此需要比壓力側(cè)更好地冷卻。
[0030] 另外，所述至少第一阻擋元件部分地沿著所述至少一個沖擊裝置的跨度延伸，從 而減少冷卻介質(zhì)的橫流進(jìn)入流動通道的下游部分。優(yōu)選地，所述至少第一阻擋元件實質(zhì)上 完全沿著所述至少一個沖擊裝置的跨度延伸，其中所述冷卻介質(zhì)的橫流的進(jìn)入可以被有效 地抑制。結(jié)果，可以提供對翼型件的強勁冷卻。
[0031] 所述至少一個沖擊裝置的跨度意指：所述至少一個沖擊裝置在翼型件的翼展方向 上的延伸。中空的翼型件的翼展方向被定義為與從所述翼型件的前緣到后緣的方向一也 稱為中空的翼型件的翼弦方向（chord wise direction)，或更具體的軸向翼弦方向一基本 垂直、優(yōu)選地垂直延伸的方向。在下面的文本中將此方向稱為軸向方向。
[0032] 所述至少一個沖擊裝置實質(zhì)上完全延伸穿過所述中空的翼型件的跨度，引起翼型 件的有效冷卻。但是還可以設(shè)想，所述至少一個沖擊裝置或所述至少一個沖擊裝置的部分 或部件將僅延伸通過所述中空的翼型件的跨度的一部分。
[0033] 在優(yōu)選實施例中，所述至少第一阻擋元件與所述至少一個沖擊裝置一體地形成。 由于這一點，至少第一阻擋元件的定位可以隨著至少一個沖擊裝置的組裝而發(fā)生。因此，至 少第一阻擋元件的位置相對于至少一個沖擊裝置是固定的和失防的（loss-proof)。
[0034] 在此上下文中，詞語"一體地形成"意指：所述至少第一阻擋元件和所述至少一個 沖擊裝置或所述至少一個沖擊裝置的部件由一個部件模制成，和/或所述至少第一阻擋元 件和所述至少一個沖擊裝置或所述至少一個沖擊裝置的部件只能在至少一部分有功能損 失的情況下分離。
[0035] 替代地，所述至少第一阻擋元件可以與所述渦輪機組件的至少第一側(cè)壁或內(nèi)平臺 和/或外平臺一體地形成。所述平臺可以是翼型件的殼體的區(qū)域，或是附接至翼型件的分 離部件。
[0036] 根據(jù)另一有利實施例，渦輪機組件包括至少另一阻擋元件，所述至少另一阻擋元 件布置在所述流動通道中，位于所述至少一個沖擊裝置和所述中空的翼型件的至少另一側(cè) 壁之間，尤其地，所述至少另一側(cè)壁位于所述中空的翼型件的壓力側(cè)。
[0037] 因此，沖擊冷卻區(qū)域的冷卻效率可以進(jìn)一步提高。在這個文本中所描述的用于至 少第一阻擋元件的特征也可以應(yīng)用到至少另一阻擋元件。
[0038] 兩個阻擋元件可實施類似的或不同的類型。
[0039] 所述至少第一側(cè)壁和所述至少另一側(cè)壁優(yōu)選地布置在所述翼型件的相對側(cè)，即在 翼型件的抽吸側(cè)和壓力側(cè)。
[0040] 因此，對位于至少第一阻擋元件和另一阻擋元件下游的區(qū)域的均勻冷卻得以提 供。
[0041] 一般情況下，對本領(lǐng)域技術(shù)人員切實可行的任何其它布置是可能的。
[0042] 在優(yōu)選實施例中，所述至少另一阻擋元件布置在所述至少一個沖擊裝置和所述中 空的翼型件的壓力側(cè)之間，即在所述至少一個沖擊裝置的第二部件和所述中空的翼型件的 壓力側(cè)之間。
[0043] 因此，提供了對充滿沉重?zé)嶝?fù)荷的額外翼型件區(qū)域的冷卻。因此，有利地，所述至 少第一阻擋元件布置在所述至少一個沖擊裝置和抽吸側(cè)之間，即在所述至少一個沖擊裝置 的第二部件和抽吸側(cè)之間；并且所述至少另一阻擋元件布置在所述至少一個沖擊裝置和壓 力側(cè)之間，即在所述至少一個沖擊裝置的第二部件和壓力側(cè)之間。由于這種布置，所述翼型 件的沖擊區(qū)域被有效地冷卻。
[0044] 優(yōu)選地，所述沖擊裝置由至少兩個分離部分形成。因此，所述至少兩個分離部分的 屬性、如冷卻屬性可以根據(jù)所述至少兩個分離部分在所述翼型件中和/或相對于所述至少 第一阻擋元件和/或所述至少另一阻擋元件的位置進(jìn)行定制。
[0045] 沖擊裝置的一部分限定了相對于沖擊裝置另一部分以獨立的方式從沖擊裝置外 部供給冷卻介質(zhì)的沖擊裝置的部件。
[0046] 優(yōu)選地，這兩個部分彼此一體地形成。
[0047] 各部分可以以對本領(lǐng)域技術(shù)人員而言適合的方式相對于彼此進(jìn)行布置，例如在翼 展方向上和/或在軸向方向上和/或在渦輪機輪或葉柵的圓周方向上一個接一個地進(jìn)行布 置。
[0048] 沖擊裝置由至少兩個分離部件形成，即由第一部件和至少第二部件形成。
[0049]為了使用兩個或更多個部件，沖擊裝置允許部件的特性一如材料、材料厚度或本 領(lǐng)域技術(shù)人員適合的任何其它特性被定制成部件的冷卻功能。
[0050] 所述至少第一部件和第二部件在中空的翼型件的組裝狀態(tài)下被布置成相對于彼 此有一軸向距離，形成用于冷卻介質(zhì)的至少第一流動通路。
[0051] 換言之，所述至少第一流動通路軸向地布置在所述第一部件和所述至少第二部件 之間。
[0052] 因此，被所述至少第一阻擋元件和/或至少另一阻擋元件阻擋的冷卻介質(zhì)的橫流 可沿著所述至少第一通路流動，從而避開布置在所述至少第一阻擋元件和/或至少另一阻 擋元件下游的流動通道。
[0053] 由于至少第一流動通路對橫流的攝取，它作為橫流減少通道運行。
[0054] 這允許在橫流減少通道下游的區(qū)域中使沖擊冷卻區(qū)域的冷卻效率最大化。
[0055] 穿過至少第一流動通路的橫流可與更下游的其它冷卻流結(jié)合，以使后緣區(qū) 域一通常在底座冷卻區(qū)域內(nèi)一內(nèi)的冷卻最大化。
[0056] 優(yōu)選地，所述至少第一流動通路發(fā)源于抽吸側(cè)，并在到翼型件的壓力側(cè)的方向上 延伸。
[0057] 所述至少第一流動通路包括徑向端部，并且在有利實施例中，所述至少第一流動 通路的至少一個徑向端部以氣密密封的方式由密封元件密封。因此，至少第一流動通路到 翼型件空腔中的泄漏得以有效地防止。
[0058] 密封元件可以由本領(lǐng)域技術(shù)人員切實可行的任何元件來建立，像插頭或板。而且， 有利地，所述密封元件的密封表面基本上垂直于所述沖擊裝置和/或所述翼型件的翼展方 向取向。
[0059] 在密封兀件表面"基本上垂直"于翼展方向的布置范圍內(nèi)也應(yīng)存在表面相對于翼 展方向約45°的發(fā)散。優(yōu)選地，所述表面垂直于翼展方向布置。
[0060] 優(yōu)選地，兩個徑向端部各自由密封元件氣密地密封。兩個這樣的密封元件可實施 類型的或不同的類型。
[0061] 此外，當(dāng)所述密封元件與所述沖擊裝置一體地形成時，可以是有利的。結(jié)果，密封 元件的定位可以隨著至少一個沖擊裝置的組裝而發(fā)生。因此，密封元件相對于至少一個沖 擊裝置的位置是固定的和失防的。
[0062] 密封元件可與沖擊裝置的一個分離的部分或部件一體地形成。替代地，所述密封 元件可以與渦輪機組件的所述至少第一側(cè)壁和/或所述至少另一側(cè)壁或內(nèi)平臺或外平臺 一體地形成。在不同徑向端部處的密封元件可與同一部件、如沖擊裝置或其部件或者側(cè)壁 或平臺一體地形成，或者與不同部件一體地形成。
[0063] 如上所述，所述中空的翼型件包括從前緣延伸到后緣的中心線一也稱為弧線 (camber line)〇
[0064] 為了實現(xiàn)使至少第一流動通路具有最小延伸量，所述至少第一流動通路基本上垂 直于所述中空的翼型件的中心線布置。在至少第一流動通路"基本上垂直"于中心線的布 置范圍內(nèi)也應(yīng)存在該通路相對于中心線約45°的發(fā)散。優(yōu)選地，所述通路垂直于中心線布 置。
[0065] 在優(yōu)選實施例中，所述沖擊裝置的第一部件被定位成朝向所述中空的翼型件的前 緣，或者更精確地位于所述前緣處。這導(dǎo)致這個區(qū)域的有效冷卻。
[0066] 另外，所述沖擊裝置的至少第二部件在從前緣到后緣的方向上觀看可以位于所述 第一部件的下游，或者換句話說，它的位置比所述第一部件更朝向所述中空的翼型件的后 緣。
[0067] 結(jié)果，沖擊冷卻效果可以在整個沖擊區(qū)域內(nèi)進(jìn)一步增加。
[0068] 由于這一點，與現(xiàn)有技術(shù)系統(tǒng)相比，將需要更少的冷卻流。除了發(fā)動機/循環(huán)性能 優(yōu)點，這種冷卻流在沖擊區(qū)域內(nèi)的減少具有增加下游沖擊冷卻區(qū)域的冷卻效率的效果，這 是由于至少第一阻擋元件和/或至少另一阻擋元件下游流動通道部分的橫流影響減小所 致。
[0069] 在替代實施例中，所述沖擊裝置包括至少第三部件，其中在所述中空的翼型件中 的組裝狀態(tài)下，所述第二部件和所述第三部件被布置成相對于彼此有一段距離，形成用于 冷卻介質(zhì)的至少另一流動通路。
[0070] 由所述至少第一阻擋元件和/或所述至少另一阻擋元件重定向的橫流可以穿過 所述至少另一流動通路朝向所述后緣，從而繞過至少第一阻擋元件和/或至少另一阻擋元 件下游的流動通道的部分。因此，整體冷卻效率可以進(jìn)一步最大化，而空氣動力以及性能損 失可以被有利地最小化。
[0071] 在本文本中所描述的用于至少第一流動通路的特征也可以應(yīng)用到所述至少另一 流動通路。
[0072] 當(dāng)所述至少另一流動通路被布置成基本上沿著從前緣延伸到后緣的所述中空的 翼型件的中心線時，可以提供到所述至少另一流動通路的均勻饋送。
[0073] 在所述至少第一流動通路"基本上沿著"中心線的布置范圍內(nèi)也應(yīng)存在該通路相 對于中心線約30°的發(fā)散。優(yōu)選地，該通路布置在中心線上。由于至少另一流動通路在中 心線上的布置，所述第二部件和所述至少第三部件布置在中心線的不同側(cè)。
[0074] 優(yōu)選地，所述第一部件位于第二部件和至少第三部件的上游，特別地相對于所述 第二部件和所述至少第三部件有一軸向距離，使得所述至少第一流動通路軸向地布置在所 述第一部件與所述第二部件和至少第三部件之間。
[0075] 所述第二部件和所述至少第三部件可彼此類似或不同地建立。
[0076] 此外，所述第二部件和所述至少第三部件可以以對本領(lǐng)域技術(shù)人員而言適合的任 何方式相對于彼此進(jìn)行布置，例如在渦輪機輪或葉柵的翼展方向和/或圓周方向上一個接 一個地進(jìn)行布置。
[0077] 優(yōu)選地，所述第二部件被布置成朝向所述中空的翼型件的抽吸側(cè)，而所述至少第 三部件被布置成朝向所述中空的翼型件的壓力側(cè)。結(jié)果，翼型件的兩側(cè)在它們的整個翼展 長度上受保護(hù)，免受上游區(qū)域的橫流的阻礙。
[0078] 有利地，分離部件中的每個實質(zhì)上完全延伸穿過所述中空的翼型件的跨度，引起 翼型件的有效冷卻。
[0079] 但是還可以設(shè)想，至少兩個或三個分離部件中的至少一個將僅延伸穿過所述中空 的翼型件的跨度的一部分。還可以設(shè)想，沖擊裝置由三個以上分離部件形成。
[0080] 而且，所述第一部件、所述第二部件和所述至少第三部件設(shè)置有沖擊孔。因此，來 自這些部件和所述第一通路和另一通路的冷卻介質(zhì)的合流可穿過非沖擊的針翅/底座冷 卻區(qū)域。
[0081] 潛在地，合流可以通過翼型件后緣離開。因此，后緣具有出口孔，以使合流離開中 空的翼型件。由于這一點，可以提供最有效的噴射。因此，空氣動力/性能損失相對于現(xiàn)有 技術(shù)系統(tǒng)可以被最小化。在這些系統(tǒng)中，對鄰近于所述至少第二部件的區(qū)域中的內(nèi)表面的 有效沖擊冷卻可以由從第一部件排入在鄰近于所述至少第二部件的區(qū)域上游的流動通道 的冷卻介質(zhì)的橫流阻礙。因此，在現(xiàn)有技術(shù)系統(tǒng)中，針翅/底座冷卻區(qū)域處的冷卻性能也可 以減小。
[0082] 在另一有利實施例中，所述中空的翼型件是渦輪機葉片或葉輪，例如噴嘴導(dǎo)流葉 輪。
[0083]為了給渦輪機組件提供良好的冷卻性能以及沖擊裝置在翼型件中令人滿意的對 準(zhǔn)，所述中空的翼型件包括位于所述中空的翼型件的空腔的內(nèi)表面上的至少一間隔件，以 將所述沖擊裝置保持在距所述中空的翼型件的所述表面的預(yù)定距離處。
[0084] 所述間隔件優(yōu)選地實施為突起或鎖定銷或肋，以方便沖擊裝置的構(gòu)造和徑直就位 (straight seat) 〇
[0085] 本發(fā)明還提供了一種具有基體的沖擊裝置，用于插入在渦輪機組件的基本中空的 翼型件的空腔內(nèi)，以沖擊冷卻所述空腔的至少一內(nèi)表面，其中所述基體具有至少兩個管狀 部分。
[0086] 規(guī)定：所述基體包括至少一孔，其布置在所述至少兩個管狀部分之間，以在所述基 體在所述中空的翼型件中的組裝狀態(tài)下提供用于冷卻介質(zhì)的至少第一流動通道。
[0087] 這使得翼型件冷卻效率顯著改善，同時最大限度地減少了性能損失。另外，沖擊裝 置可以與現(xiàn)有技術(shù)翼型件一起使用，以增加它們的冷卻效率。因此，由于諸如管等沖擊裝置 是低成本物品，尤其地，改進(jìn)和構(gòu)造努力以及成本可以降低。
[0088] 在此上下文中，"基體"意指實質(zhì)上賦予沖擊裝置以形狀和/或形式的結(jié)構(gòu)。所述 基體的至少兩個管狀部分彼此一體地形成。
[0089] 優(yōu)選地，所述孔軸向地布置在所述至少兩個管狀部分之間，從而在組裝狀態(tài)下提 供了所述至少第一流動通路使之在翼型件的抽吸側(cè)和壓力側(cè)之間延伸。
[0090] 根據(jù)替代實施例，所述基體具有至少第三管狀部分和至少另一孔，其中所述另一 孔布置在所述第二部分和所述至少第三部分之間，以在所述基體在所述中空的翼型件中的 組裝狀態(tài)下提供用于冷卻介質(zhì)的至少另一流動通道。
[0091] 因此，在沖擊裝置在翼型件中的組裝狀態(tài)下，可以提供用于冷卻介質(zhì)從前緣流向 后緣的替代通路，沿著側(cè)壁或抽吸側(cè)和/或壓力側(cè)到達(dá)流動通道。因此，抽吸側(cè)和/或壓力 側(cè)的沖擊冷卻可以無阻礙地布置。
[0092] 在另一實施例中，所述基體包括至少一密封元件，用于在基體在中空的翼型件中 的組裝狀態(tài)下以氣密密封的方式密封所述至少第一流動通道和/或所述至少另一流動通 道的至少一徑向端部。
[0093] 本發(fā)明的上述特性、特征和優(yōu)點以及它們所實現(xiàn)的方式是顯而易見的，并結(jié)合參 考附圖解釋的示例性實施例的以下描述清楚地進(jìn)行理解。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0094] 本發(fā)明將參考附圖進(jìn)行描述，其中：
[0095] 圖1 :示出了沖擊裝置插入到翼型件中的渦輪機組件的透視圖，
[0096] 圖2:示出了來自圖1的沖擊裝置的透視圖，
[0097] 圖3 :顯示了穿過渦輪機組件的翼型件的橫截面，所插入的沖擊裝置沿著圖1中的 III-III 線，
[0098] 圖4 :穿過替代渦輪機組件的翼型件的橫截面，具有替代實施的沖擊裝置的，和 [0099] 圖5-7 :各示出了穿過翼型件的橫截面，具有替代實施的阻擋元件。

【具體實施方式】
[0100] 在本說明書中，為簡單起見，將僅參考葉輪，但應(yīng)理解，本發(fā)明能夠適用于渦輪機 的葉片和葉輪（blades and vanes)兩者。
[0101] 圖1示出了渦輪機組件10的透視圖，在這種情況下為雙葉輪區(qū)段。渦輪機組件10 包括基本中空的翼型件12,在下面的文本中它被稱為翼型件12并實施為葉輪，具體有兩個 冷卻區(qū)域一沖擊冷卻區(qū)域58和后緣冷卻系統(tǒng)60 (即針翅/底座冷卻區(qū)域）。前者朝向翼 型件12的如緣20定位，后者朝向后緣22定位。在翼型件12的兩個徑向端部62、62^處， 其在翼型件12處朝向彼此相反地布置在徑向方向64上，布置了在下面的文本中稱為外平 臺66和內(nèi)平臺66'的兩個平臺。外平臺66和內(nèi)平臺66'的取向基本上垂直于中空翼型 件12的翼展方向68。在未示出的渦輪機葉柵的圓周方向上，可布置若干翼型件12,其中所 有翼型件12通過外平臺和內(nèi)平臺66、66<彼此連接。單獨或多個翼型件12可連接到單個 平臺 66、66'。
[0102] 中空翼型件12的殼體70具有兩個側(cè)壁16、18,被稱為第一側(cè)壁16和另一側(cè)壁18， 其各自從前緣20朝向后緣22延伸并被布置在翼型件12的相對兩側(cè)。第一側(cè)壁16是翼型 件12的抽吸側(cè)36,而另一側(cè)壁18是壓力側(cè)38。第一側(cè)壁和另一側(cè)壁16、18包圍沖擊冷卻 區(qū)域58中的空腔24。布置在空腔24內(nèi)的是沖擊裝置14,沖擊裝置14在組裝渦輪機組件 10期間插入到空腔24中。因此，沖擊裝置14在渦輪機組件10的組裝或工作狀態(tài)下被布置 在空腔24內(nèi)，具體地相對于空腔24的內(nèi)表面26具有預(yù)定的距離。
[0103] 實施為沖擊管的沖擊裝置14用于沖擊冷卻空腔24的內(nèi)表面26,其中內(nèi)表面26面 向沖擊裝置14的外表面72。而且，內(nèi)表面26包括多個間隔件74,以預(yù)定的距離將沖擊裝 置14保持到該表面26。間隔件74實施為突起或肋，其垂直于翼展方向68延伸（見圖3， 間隔件顯示在頂視圖中）。由于沖擊裝置14距內(nèi)表面26有一定距離的布置，它形成用于冷 卻介質(zhì)30、例如空氣的流動通道28。冷卻通道28從前緣20朝向后緣22延伸。
[0104] 圖2示出的沖擊裝置14具有用于插入在空腔24內(nèi)的基體76。沖擊裝置14具有 第一管狀部分和第二管狀部分；其中第一部分和第二部分由分離的部件42、44建立，使得 沖擊裝置14由兩個分離的部件42、44、即第一部件42和第二部件44形成，它們都實施為 管。替代地，沖擊裝置可以是具有兩個管狀部分的單部件構(gòu)造。第一部件42和第二部件44 分別并排地布置在基體76的軸向方向78上，或者在翼型件12內(nèi)在組裝狀態(tài)下分別布置在 翼型件12的軸向方向78或翼弦方向上。此外，第一部件和第二部件42、44相對于彼此以 一軸向距離布置，形成用于冷卻介質(zhì)30的第一流動通路46。
[0105] 在沖擊裝置14在翼型件12中的組裝狀態(tài)下，第一部件42朝向前緣20定位或者 更精確地位于前緣20處，而第二部件44沿軸向方向78觀看位于第一部件42下游，或者比 第一部件42更朝向后緣22。另外，沖擊裝置14或第一部件和第二部件42、44分別在翼展 方向68上延伸，完全穿過翼型件12的跨度80 (見圖1)。第一流動通路46基本上垂直于翼 型件12的中心線52布置，其中中心線52是彎曲的，并且從前緣20延伸到后緣22。第一流 動通路46提供了用于冷卻流體從翼型件12 -側(cè)到翼型件12相反側(cè)的通路。
[0106] 如可以在圖3中看到的，其示出了穿過具有被插入的沖擊裝置14的翼型件12的 橫截面，渦輪機組件10包括第一阻擋元件32,第一阻擋元件32布置在流動通道28中，位于 各自的沖擊裝置14或其外表面72與翼型件12各自的第一側(cè)壁16或抽吸側(cè)36之間，用于 阻擋冷卻介質(zhì)30在從前緣20到后緣22的方向上的流動。沿軸向方向78觀看，第一阻擋 元件32位于第二部件42的朝向前緣20布置的一側(cè)。而且，第一阻擋元件32完全沿著沖 擊裝置14的跨度40延伸，因此完全穿過翼型件12的跨度80 (見圖1)。另外，第一阻擋元 件32實施為例如由鎳合金制成的中空管或圓筒82,并且在組裝渦輪機組件10期間被插入 在沖擊裝置14內(nèi)。在組裝狀態(tài)下，阻擋元件32經(jīng)由第一側(cè)壁16和沖擊裝置14之間的壓 入配合保持就位。替代地，阻擋元件也可以是翼型件或平臺的鑄造特征/細(xì)節(jié)。
[0107] 第一流動通路46包括徑向端部48、48'，這兩者以氣密密封的方式由密封元件 50、50'密封，以防止冷卻介質(zhì)30分別從第一流動通路46進(jìn)入冷卻通道28或翼型件12外 部的徑向泄漏（見圖1)。密封元件50、50'與沖擊裝置14 一體地形成，或者更精確地，每 個密封元件50、50'與部件42、44之--體地形成（見圖2)。此外，密封元件50、50'實現(xiàn) 為密封表面84、84'垂直于翼展方向68取向的板。替代地，密封元件可相對于沖擊裝置14 由分離的部件建立。
[0108] 在操作渦輪機組件10期間，冷卻介質(zhì)30通過內(nèi)平臺和外平臺66、66'中的孔86 進(jìn)入翼型件12或沖擊裝置14,其中這些孔86被布置成與翼型件12的沖擊冷卻區(qū)域58對 準(zhǔn)。沖擊裝置14或其部件42和44分別提供用于冷卻介質(zhì)30的流動路徑88。冷卻介質(zhì)30 隨著噴流90被噴射通過沖擊裝置14的沖擊孔92(圖2中僅部分示出）進(jìn)入流動通道28， 以沖擊在內(nèi)表面26上從而冷卻內(nèi)表面26 (見圖3)。從第一部件42噴出的冷卻介質(zhì)30朝 向后緣22流入下游。由于第一阻擋元件32,在第一阻擋元件32的下游進(jìn)入到流動通道28 的部分94被拒絕。因此，從第二部件44噴出進(jìn)入部分94的噴流90的干擾被抑制，從而分 別為第一側(cè)壁16或抽吸側(cè)36提供高的冷卻效果。而且，由于阻擋元件32,冷卻介質(zhì)30進(jìn) 入第一流動通路46,第一流動通路46基本上沿軸向布置在部件42和44之間，并從抽吸側(cè) 36流到壓力側(cè)38。在那里它與朝向壓力側(cè)38噴射的冷卻介質(zhì)30合并，并在后緣22處朝 向后緣冷卻區(qū)域60 (即針翅/底座冷卻區(qū)域）流入下游，在后緣22處它通過后緣22的出 口孔96離開翼型件12。
[0109] 在替代的未示出實施例中，沖擊裝置的第一部分或第一部件和第二部分或第二部 件可彼此一體地形成，或者可模制成一個部件。
[0110] 在圖4至7沖擊裝置14的替代實施例中，示出了渦輪機組件10和阻擋元件32和 34。保持相同的部件、特征和功能原則上實質(zhì)由相同的附圖標(biāo)記來表示。但是，為了區(qū)別這 些實施例之間，字母"a"到"d"已經(jīng)被添加到圖4至7中實施例的不同附圖標(biāo)記。以下的 說明實質(zhì)上限于與圖1至3中實施例的區(qū)別，其中關(guān)于保持相同的各部件、特征和功能，可 參考圖1至3中實施例的描述。
[0111] 圖4示出了穿過渦輪機組件10a的橫截面，其與圖1至3類似地形成有另一阻擋 元件34a和替代實施的沖擊裝置14a。圖4實施例關(guān)于根據(jù)圖1至3的實施例的不同在于， 提供了另一阻擋元件34a。它布置在用于冷卻介質(zhì)30的流動通道28中，位于中空翼型件 12的沖擊裝置14a和另一側(cè)壁18之間，其中另一側(cè)壁18是翼型件12的壓力側(cè)38。
[0112] 而且，本實施例的不同在于，沖擊裝置14a除了第一部件42和第二部件44a之外 還包括第三部件54。在部件42、44a和54在翼型件12中的組裝狀態(tài)下，第一部件42布置 在前緣20處，而第二部件和第三部件44a、54朝向后緣22在第一部件42下游。因此，第一 部件42位于第二部件和第三部件44a、54上游，并相對于第二部件和第三部件44a、54有一 軸向距離，使得第一流動通路46軸向地布置在第一部件42與第二部件和第三部件44a、54 之間。此外，第二部件44a和第三部件54被布置成相對于彼此有一段距離，以形成用于冷 卻介質(zhì)30的另一流動通路56。該另一流動通路56被布置成基本上沿著翼型件12的中心 線52,中心線52從前緣20延伸到后緣22。因此，第二部件和第三部件44a、54布置在中心 線52的不同側(cè)。而且，第二部件44a朝向翼型件12的抽吸側(cè)36布置，而第三部件54朝向 壓力側(cè)38布置。
[0113] 換言之，另一流動通路56提供了從第一流動通路46開始的流體通路，作為另一流 動通路56在翼型件12后緣22方向上的上游端。
[0114] 在操作渦輪機組件10a期間，從第一部件42噴出的冷卻介質(zhì)30朝向后緣22流入 下游，而在第一阻擋元件和另一阻擋元件32、34a下游進(jìn)入到流動通道28的部分94、94a被 第一阻擋元件和另一阻擋元件32、34a阻止。因此，從第二部件44a和第三部件54噴出進(jìn) 入部分94、94a的噴流90的干擾被抑制，分別為兩個側(cè)壁16、18或抽吸側(cè)和壓力側(cè)36、38 提供高的冷卻效率。此外，由于阻擋元件32、34a，冷卻介質(zhì)30進(jìn)入第一流動通路46,并且 從抽吸側(cè)36流向壓力側(cè)38。沿著第一流動通路46的中途，冷卻介質(zhì)30進(jìn)入另一流動通路 56,從而流向后緣22以離開翼型件12。
[0115] 圖5至7示出了不同實施的阻擋元件32b_32d。它們僅示出了類似于圖1至3中 實施例的實施例。但它也適用于圖4所示的實施例。而且，通過帶有兩個阻擋元件的實施 例，也可以組合圖4和圖5至7所示的兩種設(shè)計。
[0116] 在圖5中，示出了阻擋元件32b，其被實施為從側(cè)壁16延伸到?jīng)_擊裝置14的壁98。 圖6示出了被實施為實心圓筒82c的阻擋元件32c。在圖7中，所描繪的阻擋元件32d被實 施為沿側(cè)壁16方向的彎曲部100。另外，阻擋元件32d與沖擊裝置14d-體地形成。在一 般情況下，也可以與沖擊裝置14、14a、14b、14c 一體地形成阻擋元件32、32b、32c、34和34a。
[0117] 雖然本發(fā)明通過優(yōu)選實施例進(jìn)行了示出和詳細(xì)描述，但本發(fā)明并不受限于所公開 的示例，而其它變形可以由本領(lǐng)域技術(shù)人員從中衍生，而不脫離本發(fā)明的范圍。
【權(quán)利要求】
1. 一種渦輪機組件（10、l〇a)，其包括基本中空的翼型件（12)和至少一沖擊裝置（14、 14a、14d)，其中所述中空的翼型件（12)具有從所述中空的翼型件（12)的前緣（20)朝向后 緣（22)延伸的至少第一側(cè)壁（16、18)和至少一空腔（24)，其中在至少一個沖擊裝置（14、 14a、14d)在所述中空的翼型件（12)中的組裝狀態(tài)下，所述至少一個沖擊裝置（14、14a、 14d)被布置成相對于所述空腔（24)的內(nèi)表面（26)有一預(yù)定距離，用于沖擊冷卻至少一個 內(nèi)表面（26)并形成用于冷卻介質(zhì)（30)的從所述前緣（20)朝向所述后緣（22)延伸的流動 通道（28)，并且其中所述至少一個沖擊裝置（14、14a、14d)包括在軸向方向（78)上并排地 布置的第一部件（42)和第二部件（44)，所述第二部件（44)沿軸向方向（78)觀看位于所述 第一部件（42)的下游并且相對于彼此有一軸向距離，以形成第一流動通路（46)，從而提供 從所述翼型件（12) -側(cè)朝向所述翼型件（12)相對側(cè)的通路， 其特征是至少第一阻擋元件（32、3213-(1;34、34&)，所述第一阻擋元件（32、3213-(1 ;34、 34a)被布置在所述至少一個沖擊裝置（14、14a、14d)的第二部件（44)和所述中空的翼型 件（12)的至少第一側(cè)壁（16、18)之間的流動通道（28)中，所述至少第一側(cè)壁（16、18)在 所述中空的翼型件（12)的抽吸側(cè)（36)，用于阻擋所述冷卻介質(zhì)（30)在從所述中空的翼型 件（12)的前緣（20)到后緣（22)的方向上的流動，拒絕其進(jìn)入到所述第一阻擋元件（32、 32b-d;34、34a)下游的流動通道（28)的部分（94)，同時在所述第一流動通路（46)中引導(dǎo) 所述冷卻介質(zhì)（30)遠(yuǎn)離所述中空的翼型件（12)的抽吸側(cè)（36)朝向壓力側(cè)（38)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的渦輪機組件，其中，所述至少第一阻擋元件（32、32b-d;34、 34a)至少部分地沿著所述至少一個沖擊裝置（14、14a、14d)的跨度（40)延伸，特別地，實質(zhì) 上完全沿著所述至少一個沖擊裝置（14、14a、14d)的跨度（40)延伸。
3. 根據(jù)任一前述權(quán)利要求所述的渦輪機組件，其中，所述至少第一阻擋元件（32d; 34d)與所述至少一個沖擊裝置（14d) -體地形成。
4. 根據(jù)任一前述項權(quán)利要求所述的渦輪機組件，其特征是至少另一阻擋元件（32、 32b-d;34、34a)，所述至少另一阻擋元件（32、32b-d;34、34a)布置在所述至少一個沖擊裝 置（14、14a、14d)和所述中空的翼型件（12)的至少另一側(cè)壁（16、18)之間的流動通道（28) 中。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的渦輪機組件，其中，所述至少另一阻擋元件（34a)布置在所述 至少一個沖擊裝置（14a)的第二部件（44)和所述中空的翼型件（12)的壓力側(cè)（38)之間。
6. 根據(jù)任一前述權(quán)利要求所述的渦輪機組件，其中，所述至少第一流動通路（46)包 括徑向端部（48、48')，并且其中所述至少第一流動通路（46)的至少一個徑向端部（48、 48')由密封元件（50、50')以氣密密封的方式密封。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的渦輪機組件，其中，所述密封元件（50、50')與所述沖擊裝 置（14、14a、14d) -體地形成。
8. 根據(jù)任一前述權(quán)利要求所述的渦輪機組件，其中，所述中空的翼型件（12)包括從所 述前緣（20)延伸到所述后緣（22)的中心線（52)，其中所述至少第一流動通路（46)被布置 成基本上垂直于所述中空的翼型件（12)的中心線（52)。
9. 根據(jù)任一前述權(quán)利要求所述的渦輪機組件，其中，所述第一部件（42)被定位成朝向 所述中空的翼型件（12)的前緣（20)，并且所述至少第二部件（44、44a)在從前緣（20)到后 緣（22)的方向上觀看位于所述第一部件（42)的下游。
10. 根據(jù)任一前述權(quán)利要求所述的渦輪機組件，其中，所述沖擊裝置（14a)包括至少第 三部件（54)，其中在所述中空的翼型件（12)中的組裝狀態(tài)下，所述第二部件（44a)和所述 第三部件（54)被布置成相對于彼此有一段距離，形成用于冷卻介質(zhì)（30)的至少另一流動 通路（56)。
11. 根據(jù)權(quán)利要求10所述的渦輪機組件，其中，所述至少另一流動通路（56)被布置 成基本上沿著所述中空的翼型件（12)的中心線（52)，從所述前緣（20)延伸到所述后緣 (22)。
12. 根據(jù)權(quán)利要求10或11所述的渦輪機組件，其中，所述第二部件（44a)被布置成朝 向所述中空的翼型件（12)的抽吸側(cè)（36)，并且所述至少第三部件（54)被布置成朝向所述 中空的翼型件（12)的壓力側(cè)（38)。
13. 根據(jù)任一前述權(quán)利要求所述的渦輪機組件，其中，所述中空的翼型件（12)是渦輪 機葉片或葉輪。
【文檔編號】F01D5/18GK104114816SQ201280069912
【公開日】2014年10月22日 申請日期:2012年11月22日 優(yōu)先權(quán)日:2012年2月15日
【發(fā)明者】J.木格勒斯通 申請人:西門子公司