本發(fā)明涉及一種渦輪葉片。

特別地，本發(fā)明涉及一種電能產(chǎn)生設(shè)備中的燃?xì)鉁u輪的葉片。

背景技術(shù)：

在電能產(chǎn)生設(shè)備的操作期間，燃?xì)鉁u輪的葉片持續(xù)暴露于來自燃燒室的熱氣流中。

在燃?xì)鉁u輪中流動(dòng)的熱氣體的溫度影響設(shè)備的性能。特別地，設(shè)備的性能隨著渦輪內(nèi)流動(dòng)的氣體的溫度的升高而提高。

然而，燃?xì)鉁u輪中流動(dòng)的氣體的溫度的增加受到構(gòu)成葉片的材料的耐熱性的限制。

為了克服這種限制，近幾年已經(jīng)采用包括多個(gè)孔的冷卻系統(tǒng)，這些孔沿著葉片分布并且供給有冷卻空氣。這些孔成形和供給為沿著葉片的表面產(chǎn)生一種保護(hù)性膜。這種技術(shù)通常稱為“膜冷卻”，并且決定渦輪葉片的耐熱性的提高。以這種方式，熱氣體的溫度可以高于適合于缺乏冷卻系統(tǒng)的葉片的溫度。

在任何情況下，已知類型的冷卻系統(tǒng)允許有限的溫度增加。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

因此，本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種具有優(yōu)化的冷卻系統(tǒng)的葉片，該冷卻系統(tǒng)能夠改善葉片的耐熱性能并且允許燃?xì)鉁u輪中流動(dòng)的氣體的溫度進(jìn)一步增加，從而改善設(shè)備性能。

根據(jù)該目的，本發(fā)明涉及一種渦輪葉片，其包括至少一個(gè)冷卻通道和多個(gè)冷卻孔；每個(gè)冷卻孔設(shè)置有沿著主軸線具有細(xì)長(zhǎng)形狀的出口截面；該出口截面的高度等于出口截面的寬度的至少兩倍，該高度意圖作為出口截面的沿著平行于主軸線的方向的最大尺寸的度量，該寬度意圖作為出口截面的沿著正交于主軸線的方向的最大尺寸。

由于冷卻孔具有細(xì)長(zhǎng)形狀的出口截面的事實(shí)，出現(xiàn)冷卻流體膜分布的區(qū)域比使用現(xiàn)有技術(shù)的葉片孔可獲得的區(qū)域更寬。

本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種允許使用溫度比迄今為止使用的那些更高的氣體的高性能電能產(chǎn)生設(shè)備。

根據(jù)這些目的，本發(fā)明涉及一種包括根據(jù)權(quán)利要求1至22中任一項(xiàng)所述的葉片的電能產(chǎn)生設(shè)備。

附圖說明

參照附圖的視圖，本發(fā)明的另外的特征和優(yōu)點(diǎn)將根據(jù)下面的非限制性示例性實(shí)施方式的描述變得清楚，在附圖中：

圖1是用于產(chǎn)生能量的燃?xì)鉁u輪設(shè)備的示意圖；

圖2是根據(jù)本發(fā)明的葉片的一部分的立體圖，其中為了清楚起見一些部分為剖視并且一些部分被移除；

圖3是圖2的葉片的第一細(xì)節(jié)的剖視圖，其中為了清楚起見一些部分為剖視并且一些部分被移除；

圖4是圖2的葉片的第二細(xì)節(jié)的立體圖，其中為了清楚起見一些部分為剖視并且一些部分被移除；

圖5是圖2的葉片的第三細(xì)節(jié)的側(cè)視圖，為了清楚起見一些部分被移除。

具體實(shí)施方式

圖1用附圖標(biāo)記1表示電能產(chǎn)生設(shè)備的一部分。

電能產(chǎn)生設(shè)備1為已知類型，并且包括內(nèi)部有空氣流流動(dòng)的壓縮機(jī)2、供應(yīng)有來自壓縮機(jī)2的空氣和燃料的燃燒室3、來自燃燒室3的氣體在內(nèi)部流動(dòng)的燃?xì)鉁u輪4以及機(jī)械地連接到燃?xì)鉁u輪4和壓縮機(jī)2的相同軸6并且接合到配電網(wǎng)絡(luò)7的發(fā)電機(jī)5。

壓縮機(jī)2和燃?xì)鉁u輪4沿著縱軸線a延伸并且分別限定壓縮通道和膨脹通道，圍繞軸線a旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子葉片(未在圖1中示出)的徑向陣列與徑向成排的定子葉片(未在圖1中示出)沿著壓縮通道和膨脹通道交替。

圖2部分示出了沿著燃?xì)鉁u輪4的膨脹通道設(shè)置的葉片8。

優(yōu)選地，葉片8是轉(zhuǎn)子葉片。清楚的是，本發(fā)明也可以用于定子葉片。葉片8包括徑向相對(duì)于軸線a沿著相應(yīng)的延伸軸線b延伸的細(xì)長(zhǎng)主體9(在圖2中部分示出)、使用時(shí)接合到燃?xì)鉁u輪4的相應(yīng)的轉(zhuǎn)子盤的第一錨固部(未在圖2中示出)以及冷卻裝置10(在圖2中部分示出)。

主體9優(yōu)選是中空的并且包括設(shè)置有內(nèi)面13和外面14的壁12。

壁12成形為沿著外面14限定通常稱為“前緣”的入口邊緣15、通常稱為“后緣”的出口邊緣16、稱為腹部的凹面17(通常稱為“壓力面”)以及稱為背部的凸面18(通常稱為“吸力面”)。

冷卻裝置10包括多個(gè)冷卻通道20(僅其中一些在圖2中可見)以及在葉片8的壁12中制作的多個(gè)冷卻孔21。

冷卻通道20在主體9內(nèi)部延伸并且供給有冷卻流體。優(yōu)選地，冷卻流體為從壓縮機(jī)2的壓縮通道引出的空氣。

優(yōu)選沿著葉片8的壓力面17在壁12中制作冷卻孔21。

根據(jù)變型，還沿著吸力面18和/或接近葉片8的前緣15和/或接近葉片8的后緣16制作冷卻孔21。

根據(jù)另一變型，冷卻孔還沿著葉片8的錨固部制作，優(yōu)選沿著葉片的與細(xì)長(zhǎng)主體9接觸的平臺(tái)制作。

優(yōu)選地，冷卻孔21基本上彼此相同。因此，為了簡(jiǎn)便起見，在下文中只描述其中一個(gè)冷卻孔21的特征和形狀。

參照?qǐng)D3，每個(gè)冷卻孔21穿過主體9的壁12并且包括入口部分23和出口部分24。

入口部分23與相應(yīng)的冷卻通道20連通(圖2)并且通過具有恒定截面的管道限定，該管道沿著延伸軸線c延伸。

入口部分23的截面影響來自冷卻通道20的、可以通過冷卻孔21供給的冷卻流體的流率。

入口部分23的截面越大，冷卻流體通過冷卻孔21的流率越大。入口部分23的管道具有橫向于延伸軸線c測(cè)得的最大尺寸d。在這里描述和圖示的非限制性示例中，入口部分23的管道具有圓形橫截面并且最大尺寸d與管道的直徑一致。

在這里描述和圖示的非限制性示例中，入口部分的管道的直徑d在0.40mm和0.80mm之間。

參照?qǐng)D3和圖4，入口部分23沿著延伸軸線c延伸，延伸軸線c優(yōu)選相對(duì)于壁12的內(nèi)面13成第一角度α傾斜。

角度α在10°和50°之間，例如在30°和50°之間，例如在30°和40°之間。

在這里描述和圖示的非限制性示例中，角度α等于36°。

出口部分24連接到入口部分23并且通過截面朝向壁12的外面14逐漸增大的管道限定。

優(yōu)選地，出口部分24保持與入口部分23相同的傾斜度，并且沿圖4所示的延伸軸線c延伸。

根據(jù)未示出的變型，出口部分24相對(duì)于入口部分23成0°和5°之間的角度傾斜。

參照?qǐng)D3，出口部分24具有與入口部分23連通的入口截面25以及沿著壁12的外面14形成的出口截面26。

入口截面25具有優(yōu)選為圓形或四邊形的形狀，而出口截面26優(yōu)選為四邊形。

優(yōu)選地，出口截面26以延伸軸線c為中心。

參照?qǐng)D2和圖5，出口截面26沿著主軸線e具有細(xì)長(zhǎng)形狀，并且以最大高度h和寬度l為特征，該高度h意圖作為出口截面26的沿著平行于主軸線e的方向的最大尺寸的度量，寬度l意圖作為出口截面26的在正交于主軸線e的方向上的最大尺寸。

優(yōu)選地，高度h等于寬度l的至少兩倍。

根據(jù)變型，高度h等于寬度l的至少3倍。

根據(jù)另一變型，高度h等于寬度l的至少4倍。

在這里描述和圖示的非限制性示例中，高度h比寬度l大4倍。

在這里描述和圖示的非限制性示例中，主軸線e基本上平行于葉片8的軸線b。

參照?qǐng)D3和圖5，出口部分24通過兩個(gè)底壁28和兩個(gè)側(cè)壁29限定，兩個(gè)底壁28優(yōu)選為彼此平行，兩個(gè)側(cè)壁29朝向出口截面26彼此岔開以限定截面朝向出口截面26增加的管道。

參照?qǐng)D5，側(cè)壁29是岔開的并且在它們之間限定角度β。

優(yōu)選地，角度β在35°和60°之間，例如在40°和60°之間。

在這里描述和圖示的非限制性示例中，角度β為大約50°。

根據(jù)未示出的變型，角度β為約40°。

優(yōu)選地，側(cè)壁29相對(duì)于對(duì)稱軸對(duì)稱。

在這里描述和圖示的非限制性示例中，對(duì)稱軸與延伸軸線c重合。

側(cè)壁29優(yōu)選與底壁28正交。

優(yōu)選地，側(cè)壁29和底壁28之間的邊緣被弄圓，以改善結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。

根據(jù)未示出的變型，側(cè)壁29相對(duì)于底壁28傾斜，例如以限定具有梯形形狀的增大橫截面的管道。

底壁28和側(cè)壁29從入口截面25延伸到出口截面26。

參照?qǐng)D2，冷卻孔21沿著壓力面17交錯(cuò)，以確保它們面向的葉片8的部分均勻冷卻。

特別地，冷卻孔21分布成多排32的對(duì)齊的孔。

多排32優(yōu)選彼此平行并且沿著平行于主軸線e的方向設(shè)置。

在這里描述和圖示的示例中，其中主軸線e平行于軸線b，多排32沿著平行于軸線b的相應(yīng)方向設(shè)置。

根據(jù)未示出的變型，主軸線e橫向于軸線b，因此多排32沿著橫向于軸線b的相應(yīng)方向設(shè)置。

每排32的冷卻孔21以彼此相距沿著平行于軸線b的方向測(cè)得的距離p而設(shè)置。

一排32的冷卻孔21之間的距離p優(yōu)選至少等于相鄰排32的冷卻孔21的高度h的沿著軸線b的投影距離(projection)。

多個(gè)排32以彼此相距距離d設(shè)置，距離d的值優(yōu)選在入口部分23的直徑d的10倍和30倍之間。

如已經(jīng)說明的，一排32的冷卻孔21相對(duì)于相鄰排32的冷卻孔21交錯(cuò)。優(yōu)選地，孔之間的交錯(cuò)使得，該排32的至少一個(gè)冷卻孔21的中心基本上設(shè)置在相鄰排32的對(duì)應(yīng)冷卻孔21之間的距離p的一半處。

以這種方式，冷卻孔21的特定設(shè)置確保冷卻流體基本上覆蓋葉片8的設(shè)置有冷卻孔21的壓力面17的整個(gè)表面。

根據(jù)本發(fā)明的葉片8的冷卻裝置10的效率η高于使用已知類型的葉片冷卻裝置可得到的效率。

對(duì)于這方面，效率η是指：

η＝(t熱氣體–t壁)/(t熱氣體–t冷卻流體)

其中：

t熱氣體＝燃?xì)鉁u輪4中流動(dòng)的氣體的溫度；

t壁＝葉片8的壁12的溫度；

t冷卻流體＝在葉片8內(nèi)部檢測(cè)到的冷卻流體的溫度。

由于冷卻孔21的特定的幾何結(jié)構(gòu)和設(shè)置，根據(jù)本發(fā)明的葉片8的冷卻裝置10的效率η高于在相等的冷卻流體的流動(dòng)下對(duì)于已知類型的葉片可得到的效率。

事實(shí)上，相對(duì)于在具有標(biāo)準(zhǔn)形狀和設(shè)置的冷卻孔的情況下可得到的t壁，冷卻孔21的特定的形狀和設(shè)置降低了t壁。這還在燃?xì)鉁u輪4的操作狀況引起熱氣體的溫度t熱氣體升高時(shí)允許對(duì)葉片8進(jìn)行適當(dāng)?shù)臒岜Ｗo(hù)。

因此，根據(jù)本發(fā)明的孔的幾何結(jié)構(gòu)和設(shè)置允許在燃?xì)鉁u輪4中循環(huán)的熱氣體的溫度t熱氣體升高和/或通常從壓縮機(jī)2取出的冷卻流體的所需的流率降低。

冷卻流體速率的降低以及燃?xì)鉁u輪4中循環(huán)的熱氣體的溫度t熱氣體的增加決定了設(shè)備1的整體效率的提高。

在這里描述和圖示的孔的特定的非限制性示例中，冷卻孔21的形狀和設(shè)置引起相對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)葉片的效率值η的明確提高以及同時(shí)所消耗的冷卻流體的減少。

最后，根據(jù)本發(fā)明的葉片8的冷卻孔21的特定設(shè)置決定暴露于熱氣流中的壁12的表面基本完全覆蓋。事實(shí)上，冷卻孔21被設(shè)置為，使得流出一排32的冷卻孔21的冷卻空氣流完全覆蓋相鄰排32的兩個(gè)冷卻孔21之間的空間。

此外，如果葉片8的冷卻孔21以高度h等于寬度l的至少兩倍為特征，則冷卻孔21的特定設(shè)置特別有利；否則，所描述的孔的特定設(shè)置導(dǎo)致冷卻孔之間的距離過分減小并且導(dǎo)致孔的數(shù)量急劇增加，結(jié)果造成所消耗的冷卻流體增加以及葉片的結(jié)構(gòu)性質(zhì)下降。

最后，相對(duì)于根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的孔的制造所使用的加工處理，根據(jù)本發(fā)明的葉片8的冷卻孔21的特定幾何結(jié)構(gòu)和設(shè)置不需要特殊的加工處理。

最終，顯而易見的是，上述葉片和設(shè)備可以在不背離所附權(quán)利要求書的范圍的情況下進(jìn)行修改和變化。