本發(fā)明涉及用于渦輪機(jī)的中空葉片。

背景技術(shù)：

渦輪機(jī)具有由軸徑向向內(nèi)限定、并由殼體徑向向外限定的流動管道。渦輪機(jī)具有固定至軸、且在渦輪機(jī)的操作期間與軸一起轉(zhuǎn)動的轉(zhuǎn)子葉片、以及固定至殼體且靜止不動的定子葉片。特別地，在燃?xì)廨啓C(jī)的渦輪部中，葉片暴露于高溫，這會降低葉片的使用壽命。例如，高溫會引起葉片的變形。

為了使葉片保持低的溫度，傳統(tǒng)上是通過提供內(nèi)部具有使冷卻空氣流動通過的空腔的葉片而將熱從葉片上去除。如果葉片的壁厚太大，則這不利地導(dǎo)致葉片的高溫。然而如果壁厚太小，則這不利地導(dǎo)致葉片的強(qiáng)度不足。

為了冷卻渦輪葉片，通常在葉片的內(nèi)部使用板。板設(shè)置有孔并因此用作沖擊冷卻板以便能夠充分且高效地冷卻葉片壁。為此，文獻(xiàn)us4,063,851a1、ep0032646a1和ep2573325a1公開了多種構(gòu)造，在其中呈現(xiàn)的解決方案中的每一個解決方案中，沖擊冷卻板只是承擔(dān)冷卻功能。它們沒有其他功能。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明具有提供一種用于渦輪機(jī)的高強(qiáng)度中空葉片的目的，借助于該葉片，可以在渦輪機(jī)的操作期間實現(xiàn)中空葉片的低溫。

本發(fā)明的用于中空葉片的中空葉片體具有有著壓力側(cè)和抽吸側(cè)的葉片壁，壓力側(cè)在其內(nèi)側(cè)上具有至少一個第一葉片連接元件，并且抽吸側(cè)在其內(nèi)側(cè)上具有與第一葉片連接元件相對的至少一個第二葉片連接元件，其中第一葉片連接元件可以與布置在插入肋的第一縱向端部的至少一個第一肋連接元件接合，并且第二葉片連接元件可以與布置在插入肋的、與第一縱向端部相對的第二縱向端部的至少一個第二肋連接元件接合，使得插入肋被固定在中空葉片體上，以使插入肋可以被張緊地加載，以便插入肋因此可以加強(qiáng)中空葉片。

本發(fā)明的用于中空葉片的插入肋具有布置在插入肋的至少一個第一縱向端部的至少一個第一肋連接元件，并且具有布置在插入肋的、與第一縱向端部相對的第二縱向端部的第二肋連接元件，其中第一肋連接元件可以與布置在中空葉片體的葉片壁的壓力側(cè)的內(nèi)側(cè)上的至少一個第一葉片連接元件接合，并且第二肋連接元件可以與布置在葉片壁的抽吸側(cè)的內(nèi)側(cè)上的、與第一葉片連接元件相對的至少一個第二葉片連接元件接合，使得插入肋被固定在中空葉片體上，并且中空葉片的這種加強(qiáng)減小了彎曲。

優(yōu)選地，插入肋與葉片中空體互鎖。

本發(fā)明的用于渦輪機(jī)的中空葉片具有中空葉片體和插入肋，其中第一葉片連接元件與第一肋連接元件接合，并且第二葉片連接元件與第二肋連接元件接合，使得插入肋被固定至中空葉片體并且就拉伸加載而言，加強(qiáng)中空葉片。

通過用插入肋加強(qiáng)中空葉片，即使用薄葉片壁，也可以有利地實現(xiàn)高強(qiáng)度葉片。因此，并且因為在操作中低的厚度使得可以實現(xiàn)用于中空葉片的低溫，所以中空葉片具有長的使用壽命。此外，插入肋可以由不同的更加成本有效的材料制成，那么中空葉片體和作為結(jié)果的中空葉片有利地是成本有效的。插入肋的提供增加了中空葉片的內(nèi)部表面面積，并且因此與沒有提供插入肋的情況相比，可以由在中空葉片中流動的冷卻流體去除更多的熱。中空葉片體和插入肋可以在分離的生產(chǎn)過程中生產(chǎn)，因此與如果插入肋在單個工藝步驟中與中空葉片體一起鑄造的情況相比，準(zhǔn)許了插入肋的更復(fù)雜的幾何形狀。

優(yōu)選的是，葉片連接元件中的至少一個葉片連接元件具有被引入到葉片壁中的至少一個葉片槽。葉片連接元件中的至少一個葉片連接元件優(yōu)選地具有從葉片壁突出的至少一個葉片突起。葉片壁槽和葉片突起使得插入肋可以例如簡單地通過推動而被引入到中空葉片體中。

優(yōu)選的是，第一和第二葉片連接元件各具有從葉片壁突出的葉片突起，并且葉片突起與葉片壁一起限定槽，其中兩個槽中的一個槽朝向中空葉片體的前緣開口，并且兩個槽中的另一個槽朝向中空葉片體的尾緣開口，使得插入肋的轉(zhuǎn)動運動允許肋連接元件與葉片連接元件接合。插入肋優(yōu)選地具有轉(zhuǎn)動軸線，并且第一肋連接元件和第二肋連接元件優(yōu)選地各具有肋突起，其中，當(dāng)插入肋圍繞轉(zhuǎn)動軸線在轉(zhuǎn)動方向上轉(zhuǎn)動時，肋突起從插入肋在其轉(zhuǎn)動方向上突出，使得轉(zhuǎn)動允許肋突起與葉片連接元件的槽進(jìn)行鎖定接合。如果壓力側(cè)與抽吸側(cè)之間的分離沿著葉片高度變化，則轉(zhuǎn)動接著允許插入肋自身與中空葉片體接合，作為其結(jié)果插入肋不能被推動。

中空葉片體優(yōu)選地具有從壓力側(cè)延伸至抽吸側(cè)的葉片肋，使得在中空葉片體內(nèi)，形成有在中空葉片體的前緣的區(qū)域中的前緣通道和在尾緣的區(qū)域中的尾緣通道，其中葉片連接元件布置在前緣通道中。在渦輪機(jī)的操作期間，中空葉片的前緣可能彎曲。在前緣通道中設(shè)置插入肋加強(qiáng)了前緣并因此有利地防止前緣的彎曲。

優(yōu)選的是，插入肋具有彼此固定地連接、且在從中空葉片的前緣到尾緣的方向上彼此挨著布置的至少兩個橫向腹板，其中肋連接元件中的至少一個肋連接元件布置在橫向腹板的各縱向端部。借助于至少兩個橫向腹板各設(shè)置有兩個肋連接元件的事實，優(yōu)選的插入肋具有與至少四個對應(yīng)的葉片連接元件鎖定接合的至少四個肋連接元件。這使得可以帶來中空葉片的特別強(qiáng)的加強(qiáng)。

插入肋優(yōu)選地通過鑄造工藝、通過使片材彎折、通過選擇性激光燒結(jié)和/或選擇性激光熔化來生產(chǎn)。在選擇性激光燒結(jié)和選擇性激光熔化的情況中，有利地可以獲得小的生產(chǎn)公差和復(fù)雜的幾何形狀。片材的彎折有利地是簡單的生產(chǎn)工藝。

優(yōu)選的是，葉片連接元件與肋連接元件接合形成角連接、燕尾連接、齒形連接和/或歐米伽連接。這些連接有利地是在渦輪機(jī)的操作期間不會松動的鉤狀實心連接。中空葉片優(yōu)選地具有擋板，擋板具有多個孔且布置在中空葉片內(nèi)，使得冷卻流體可以經(jīng)由孔抵靠插入肋的表面流動。因此可以使用沖擊冷卻來冷卻中空葉片的大的表面面積。

附圖說明

下面將參照所附示意圖更詳細(xì)地說明本發(fā)明。其中：

圖1示出有著第一插入肋的中空葉片，

圖2示出有著第二插入肋的中空葉片，

圖3示出有著第三插入肋的中空葉片，

圖4是圖3的細(xì)節(jié)，

圖5是具有第四插入肋的中空葉片的細(xì)節(jié)，

圖6是具有第五插入肋的中空葉片的細(xì)節(jié)，

圖7是具有第六插入肋的中空葉片的細(xì)節(jié)，和

圖8是具有第七插入肋的中空葉片的細(xì)節(jié)。

具體實施方式

如圖1至圖3所示，中空葉片1具有中空葉片體和插入肋。中空葉片體具有有著外側(cè)8和內(nèi)側(cè)9的葉片壁6。內(nèi)側(cè)9限定中空葉片體的內(nèi)部空腔。在其內(nèi)安裝中空葉片1的渦輪機(jī)的操作期間，外側(cè)8暴露于渦輪機(jī)的工作流體流。中空葉片體還具有指向工作流體的上游方向的前緣2，和指向工作流體的下游方向的尾緣3。中空葉片體還具有壓力側(cè)4和抽吸側(cè)5。

中空葉片體具有從壓力側(cè)4延伸至抽吸側(cè)5的葉片肋7，使得中空葉片1的空腔被分成布置在前緣2的區(qū)域中的前緣通道10、以及布置在尾緣3的區(qū)域中的尾緣通道11。

圖1的中空葉片1具有在其前緣通道10中的第一插入肋12，并且圖2的中空葉片1具有在其前緣通道10中的第二插入肋13。為此，圖1和圖2中的中空葉片體具有呈引入到葉片壁6中的葉片槽24形式的、在壓力側(cè)4上的兩個葉片連接元件和在抽吸側(cè)5上的兩個葉片連接元件。葉片槽24在葉片高度的方向上延伸，使得第一插入肋12和第二插入肋13可以通過在葉片高度的方向上推動而引入到中空葉片體中。

第一插入肋12和第二插入肋13具有彼此牢固地連接、且在從中空葉片1的前緣2到尾緣3的方向上彼此挨著布置的兩個橫向腹板，其中肋連接元件中的至少一個肋連接元件布置在橫向腹板的各縱向端部處。肋連接元件各具有從相應(yīng)的橫向腹板突出的突起。肋連接元件分別與葉片壁槽24中的一個葉片壁槽24接合，并且當(dāng)葉片壁歸因于熱效應(yīng)而趨向于彼此遠(yuǎn)離地移動時，肋連接元件被張緊地加載。該配置意味著可以被張緊地加載的插入肋，以防止葉片壁的彎曲。

如圖1所示的第一橫向腹板由如下部件形成：第一端部橫向腹板20，在其一個端部布置與抽吸側(cè)5接合的肋連接元件中的一個肋連接元件，并且在其另一端部固定地附接第一縱向腹板21；第二端部橫向腹板20，在其一個端部布置與壓力側(cè)4接合的肋連接元件中的一個肋連接元件，并且在其另一端部固定地附接第二縱向腹板21；以及中間橫向腹板19，在其縱向端部固定地附接第一縱向腹板和第二縱向腹板21。如圖2所示的第二橫向腹板24由如下部件形成：第三端部橫向腹板20，在其一個端部布置與抽吸側(cè)5接合的肋連接元件中的另一個肋連接元件，并且在其另一縱向端部固定地附接第一縱向橫向腹板；第四端部橫向腹板20，在其一個端部布置與壓力側(cè)4接合的肋連接元件中的另一個肋連接元件，并且在其另一端部固定地附接第二縱向橫向腹板21；以及中間橫向腹板19。

圖2中所示的兩個橫向腹板由第一橫向腹板22和第二橫向腹板22形成。第二插入肋13還具有縱向腹板23，縱向腹板23的縱向端部被固定地連接至第一橫向腹板22和第二橫向腹板22。如圖1和圖2所示，兩個前緣通道10被相應(yīng)的插入肋12、13分裂成四個部分通道。具有多個孔的環(huán)形擋板34分別被引入到部分通道中的每一個部分通道中，使得中空葉片1的所有內(nèi)部表面都可以提供有冷卻流體在環(huán)形擋板34內(nèi)側(cè)的法線入射流。

圖3所示的中空葉片體具有作為葉片連接元件的、固定至抽吸側(cè)5的第一葉片突起26a，以及附于壓力側(cè)4的第二葉片突起26b。第一葉片突起26a與抽吸側(cè)葉片壁6一起限定第一槽36，并且第二葉片突起26b與壓力側(cè)葉片壁6一起限定第二槽37。第一槽36朝向前緣2開口，并且第二槽37朝向尾緣3開口。圖3所示的中空葉片1具有第三插入肋14，其具有橫向腹板25和作為肋連接元件的第一肋突起38和第二肋突起39。第一肋突起38從第三插入肋14在尾緣3的方向上突出，并且第二肋突起39從第三插入肋14在前緣2的方向上突出。該結(jié)構(gòu)的效果是，通過使第三插入肋14圍繞轉(zhuǎn)動軸線35在轉(zhuǎn)動方向40上轉(zhuǎn)動，可以使第一肋突起38與第一槽36接合，并且同時可以使第二肋突起39與第二槽37接合。

圖4以放大視圖示出了來自圖3的第一葉片突起26a和第一肋突起38。第一葉片突起26a與第一肋突起38一起形成了角連接。為此，第一葉片突起26a呈第三插入肋14環(huán)繞抓握的直角的形式。圖5示出了具有與從葉片壁6突出的第三葉片突起27接合的第四插入肋15的中空葉片1。第四插入肋15也與第三葉片突起27一起形成角連接。該結(jié)構(gòu)與圖4所示的角連接的不同之處在于，第三葉片突起27在直角的自由端具有另一直角，使得第三葉片突起27具有朝向葉片壁6開口且第四插入肋15接合在其中的槽。

圖6示出具有第五插入肋16的中空葉片1。作為葉片連接元件，中空葉片體具有第四葉片突起28，并且作為肋連接元件，第五插入肋16具有燕尾形槽，第四葉片突起28和第五插入肋16一起形成燕尾連接。為此，第四葉片突起28具有接合在第五插入肋16的燕尾形槽中的燕尾。在該情況下，同樣可設(shè)想到第五插入肋16具有接合在中空葉片體的槽中的燕尾。

圖7示出具有第六插入肋17的中空葉片1。作為葉片連接元件，中空葉片體具有第五葉片突起29，第五葉片突起29呈直角形式且具有布置在其面對內(nèi)側(cè)9的表面上的齒。作為肋連接元件，第六插入肋17具有其上也布置有齒的突起。第六插入肋17的齒和第五葉片突起29的齒彼此接合，并因此形成齒形連接。第六插入肋17的齒和第五葉片突起29的齒被成形為使得當(dāng)接合時，第六插入肋17與第五葉片突起29在從壓力側(cè)4到抽吸側(cè)5的方向上的相對移動是不可能的。同時，準(zhǔn)許在從前緣2到尾緣3的方向上的相對移動，使得齒可以接合。防止從壓力側(cè)到抽吸側(cè)的相對移動意味著可以在第六插入肋17與葉片壁6之間形成間隙。

圖8示出具有第七插入肋18的中空葉片1。作為葉片連接元件，中空葉片體具有第六葉片突起30，并且作為肋連接元件，第七插入肋18具有槽，第六葉片突起30和第七插入肋18一起形成歐米伽連接。為此，第六葉片突起30呈具有形成在其自由端的膨脹部的直角形式。膨脹部接合在第七插入肋18的槽中。在該情況下，同樣可設(shè)想到第七插入肋18在其端部具有接合在中空葉片體的槽中的膨脹部。

雖然已通過優(yōu)選示例性示例的方式詳細(xì)描述并圖示了本發(fā)明，但本發(fā)明不受所公開的示例的限制，并且在不脫離本發(fā)明的保護(hù)范圍的情況下，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以從中導(dǎo)出其他變化。