用于燃?xì)鉁u輪的轉(zhuǎn)子葉片的制作方法
【專利摘要】一種用于燃?xì)鉁u輪(100)的轉(zhuǎn)子葉片(1)，包括壓力側(cè)壁(2)和吸入側(cè)壁(4)，頂端帽(6)，由壓力側(cè)壁(2)、吸入側(cè)壁(4)和頂端帽的內(nèi)表面(20、22、24)形成的腔室，徑向地從壓力側(cè)壁(2)和吸入側(cè)壁(4)延伸的聲響器(8)，由頂端帽(6)的外表面和聲響器(8)形成的半空間(10)，以及從腔室(18)引到聲響器(8)的外側(cè)的冷卻通道(12)，轉(zhuǎn)子葉片被設(shè)計成具有對聲響器的更好的冷卻同時具有大的穩(wěn)定性和伺服壽命。為此，頂端帽(6)具有從半空間(10)延伸進(jìn)頂端帽(6)內(nèi)的凹部，使得凹部(16)將冷卻通道(12)分割成與腔室(18)連通的第一部分(28)和與外側(cè)空間(14)連通的第二部分(30)。
【專利說明】
用于燃?xì)鉁u輪的轉(zhuǎn)子葉片
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及用于燃?xì)鉁u輪的轉(zhuǎn)子葉片，包括壓力側(cè)壁和吸入側(cè)壁，頂端帽(tip cap)，由壓力側(cè)壁、吸入側(cè)壁和頂端帽的內(nèi)表面形成的腔室，和徑向地從壓力側(cè)和吸入側(cè)壁延伸的聲響器(squealer)，由頂端帽和聲響器的外表面形成的半空間，以及從腔室引到聲響器的冷卻通道?！颈尘凹夹g(shù)】
[0002]上述類型的轉(zhuǎn)子葉片在燃?xì)鉁u輪中用于將熱氣體流的能轉(zhuǎn)換成旋轉(zhuǎn)能。它們典型地具有葉片翼型，穿過葉片翼型通過一個或多個腔室，用于供給冷卻空氣，并且葉片翼型具有壓力側(cè)和吸入側(cè)并且在其頂端經(jīng)由頂端帽閉合。大多在頂端帽上布置周向聲響器，其在徑向上(相對于燃?xì)鉁u輪的軸線)延伸并且在徑向上延伸壓力側(cè)和吸入側(cè)壁。
[0003]當(dāng)前，渦輪轉(zhuǎn)子葉片是通過一件式鑄造并且由一種材料制造。它們通常在操作期間冷卻以便保護(hù)葉片材料免受高氣體溫度并且防止葉片材料的氧化。用于渦輪葉片的久經(jīng)考驗且成功的冷卻構(gòu)造是內(nèi)部冷卻。在該背景下，液體或氣體冷卻流體(通常是從燃?xì)鉁u輪壓氣機(jī)排放的空氣)流入上述腔室。
[0004]這具有如下問題，所述的聲響器具有相對薄的壁并且相對遠(yuǎn)離葉片內(nèi)側(cè)的冷卻空氣。為此，它特別地暴露至燃?xì)饬鞯母邷?。為了確保頂端區(qū)域的冷卻，冷卻通道從葉片內(nèi)的腔室引導(dǎo)通過頂端帽，到聲響器的外側(cè)。冷卻流體通過這些冷卻通道流出，并且由此冷卻聲響器。這種布置例如從EP1057970B1中已知。
[0005]此外，EP1267041B1公開將中斷冷卻通道的凹部引入聲響器的內(nèi)側(cè)(即面對半空間的一側(cè))。這的確改進(jìn)了冷卻效果。然而，具有減小聲響器的穩(wěn)定性的確定。這限制了凹部的可能長度。
【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明當(dāng)前目的是提供在上面簡介中提到類型的轉(zhuǎn)子葉片，其具有對聲響器更好的冷卻并且同時具有大的穩(wěn)定性和伺服壽命。
[0007]根據(jù)本發(fā)明該目的通過如下方式來實現(xiàn)，頂端帽具有從半空間延伸進(jìn)頂端帽內(nèi)的凹部，使得凹部將冷卻通道分割成與腔室連通的第一部分和與外側(cè)空間連通的第二部分。
[0008]在該背景中，本發(fā)明基于如下考慮而做出，通過提供中斷冷卻通道但是不減小聲響器的穩(wěn)定性的凹部可以進(jìn)一步增大轉(zhuǎn)子葉片的伺服壽命。為此，凹部徑向延伸到頂端帽并且由此不減小聲響器的厚度。凹部延伸進(jìn)冷卻通道內(nèi)，冷卻通道從葉片內(nèi)的腔室延伸到聲響器的外側(cè)，使得這些冷卻通道被分割成第一和第二部分。
[0009]在這種情況下，第一部分有利地在凹部中具有出口開口和/或第二部分有利地在聲響器的外側(cè)上具有出口開口。因此，來自轉(zhuǎn)子葉片的腔室的冷卻流體流首先進(jìn)入凹部，在該處對半空間的內(nèi)部進(jìn)行冷卻。這里，冷卻是高度有效的。只有這樣之后，才通過第二部分流到聲響器的外側(cè)。歸因于操作時占主流的壓力差，在這種情況下沒有流動逆流的危險，即沒有熱氣體通過第二部分進(jìn)入半空間。
[0010]在轉(zhuǎn)子葉片的一個有利地配置中，冷卻流體是線性(linear)的。對于整個冷卻通道是這樣的情況，即第一部分和第二部分位于共同的直線上。一方面，這允許冷卻流體從冷卻通道的第一部分到第二部分的更好的貫穿流。然而，另一方面，使得冷卻通道特別簡單地形成，并且特別地在一個操作中形成第一部分和第二部分兩者，優(yōu)選地借助激光鉆孔。激光被安裝在聲響器的外側(cè)，并且鉆通凹部進(jìn)入轉(zhuǎn)子葉片內(nèi)的腔室。
[0011]在轉(zhuǎn)子葉片的另一個有利的實施例中，凹部以沿著轉(zhuǎn)子葉片的壓力側(cè)壁或沿著吸入側(cè)壁的槽的形式延伸。這實現(xiàn)特別均勻的冷卻，由于冷卻流體可以沿著槽的長度從冷卻通道擴(kuò)展，并且可以提供聲響器的更均勻的冷卻。針對凹部沿著吸入側(cè)壁延伸，關(guān)于壓力條件是特別的優(yōu)點(diǎn)。
[0012]在該情況下，有利地，凹部的側(cè)壁直接轉(zhuǎn)變(transit1n)成壓力側(cè)或吸入側(cè)的內(nèi)偵k一方面這允許特別簡單的鑄造模具，另一方面進(jìn)一步提高了冷卻流體在聲響器上的凹部或槽中的冷卻效果。
[0013]在一個有利的配置中，轉(zhuǎn)子葉片具有從腔室引至聲響器的外側(cè)的多個冷卻通道， 并且凹部將多個冷卻通道中的每個分成與腔室連通的第一部分和與外側(cè)空間連通的第二部分。在該背景下下，冷卻通道是相同的。這種類型的多個冷卻通道的提供進(jìn)一步提高了冷卻效果。
[0014]用于燃?xì)鉁u輪的轉(zhuǎn)子有利地包括這種轉(zhuǎn)子葉片。
[0015]燃?xì)鉁u輪有利地包括這種轉(zhuǎn)子。
[0016]發(fā)電廠有利地包括這種燃?xì)鉁u輪。
[0017]利用本發(fā)明獲取的優(yōu)點(diǎn)特別地在于，在頂端帽中形成引至聲響器的將冷卻通道分割的徑向凹部實現(xiàn)特別好的冷卻效果，并且同時實現(xiàn)聲響器的高穩(wěn)定性。無論在轉(zhuǎn)子葉片制造期間的可能的鑄造差異如何，凹部用于確保冷卻流體出口。此外，冷卻流體遭受較小壓力損失。借助排放至半空間的冷卻通道排放至凹部并且由此更好地免受外部熱氣體的事實，也增大了伺服壽命?！靖綀D說明】
[0018]將參照附圖更詳細(xì)地說明本發(fā)明的示例性實施例，圖中:
[0019]圖1是第一實施例的轉(zhuǎn)子葉片的頂端從徑向的視圖，
[0020]圖2示出從圖1的轉(zhuǎn)子葉片的頂端區(qū)域沿著線1-1的截面，
[0021]圖3示出第二實施例的轉(zhuǎn)子葉片的頂端區(qū)域的截面，和
[0022]圖4示出通過燃?xì)鉁u輪的局部縱向截面。
[0023]在所有圖中，相同的部件用相同的附圖標(biāo)記標(biāo)識。【具體實施方式】
[0024]圖1是轉(zhuǎn)子葉片1從徑向外側(cè)方向的視圖。該轉(zhuǎn)子葉片具有壓力側(cè)壁2、吸入側(cè)壁4 和在轉(zhuǎn)子葉片1的徑向端部處的頂端帽6。在轉(zhuǎn)子葉片1內(nèi)，頂端帽6的內(nèi)表面以及壓力側(cè)壁2 和吸入側(cè)壁4的內(nèi)表面形成腔室(這里未示出)。冷卻流體(通常是引自渦輪的壓氣機(jī)的空氣)在腔室內(nèi)循環(huán)并且從內(nèi)側(cè)通過對流來冷卻壓力側(cè)壁2和吸入側(cè)壁4。
[0025]圖1特別地示出轉(zhuǎn)子葉片1的頂端區(qū)域，轉(zhuǎn)子葉片包括保護(hù)葉片的頂端區(qū)域在與燃?xì)鉁u輪的殼體接觸的情況下免受傷害的聲響器8。聲響器8在相同的周向高度處徑向地從壓力側(cè)壁2和吸入側(cè)壁4延伸。聲響器8與頂端帽6—起形成半空間10。
[0026]多個冷卻通道12從轉(zhuǎn)子葉片內(nèi)的腔室延伸通過聲響器8到聲響器的面對外側(cè)空間 14的一側(cè)。這在圖1中未示出，并且由圖2更清楚地示出。冷卻流體流動通過這些冷卻通道12 并且通過內(nèi)部冷卻來冷卻聲響器8。冷卻流體然后從冷卻通道12通過在外側(cè)的出口開口流出，通過在其外部附近流動而冷卻聲響器8,并且最終與燃?xì)鉁u輪的泄露流混合。
[0027]凹部16被引到頂端帽6,凹部徑向向內(nèi)延伸并且以平行于吸入側(cè)壁4的槽的形式。 凹部16分割靠近吸入側(cè)壁14的冷卻通道12。這在下面參照圖2說明。
[0028]圖2示出具有壓力側(cè)壁2和吸入側(cè)壁4的轉(zhuǎn)子葉片1的頂端區(qū)域沿著線1-1的截面。 從這里明顯地，轉(zhuǎn)子葉片1中的腔室18分別由壓力側(cè)壁2和吸入側(cè)壁4的內(nèi)表面20、22和頂端帽6的內(nèi)表面24形成。冷卻通道12如所示地從腔室18延伸到聲響器8的外側(cè)。它整個是線性的并且通過激光鉆孔來引入。冷卻通道12被凹部16分割成第一部分28和第二部分16，第一部分從腔室18延伸至凹部16中的出口開口32,第二部分從凹部16延伸至在聲響器8的外側(cè)的出口開口 34。
[0029]圖1所示的所有的冷卻通道12是相同的并且由此排放到凹部16內(nèi)。在當(dāng)前的示例中，凹部16被設(shè)計成最方便地通過鑄造來制造的圓角或彎曲側(cè)壁。
[0030]將僅就與圖2所示的不同方面來說明如圖3示出的第二實施例，該實施例具有矩形凹部16，最經(jīng)濟(jì)地借助毛刺去除成型(chip-removing shaping)來制造。從冷卻流體流的角度和冷卻的有效性的角度看，兩種形狀均適合。在圖3的實施例中，凹部16的一個側(cè)壁36直接轉(zhuǎn)變成在吸入側(cè)壁4上的聲響器8的內(nèi)側(cè)38，也是這樣的情況。
[0031]最后，圖4示出通過燃?xì)鉁u輪100的局部縱向截面。渦輪是將流動流體(液體或氣體的)內(nèi)部能(焓)轉(zhuǎn)換成旋轉(zhuǎn)能并且最終轉(zhuǎn)換成機(jī)械驅(qū)動能的渦輪機(jī)。
[0032]在內(nèi)部，燃?xì)鉁u輪100具有轉(zhuǎn)子103,其被安裝成使得繞旋轉(zhuǎn)軸線102(軸向)旋轉(zhuǎn)， 并且也被成為渦輪轉(zhuǎn)子。進(jìn)氣殼體104、壓氣機(jī)105、具有多個同軸布置的燃燒器107的環(huán)狀燃燒室11〇(特別是環(huán)形燃燒室106)、渦輪108和排氣殼體108沿著轉(zhuǎn)子103順次布置。
[0033]環(huán)形燃燒室106與環(huán)形熱氣管道111連通。這里，例如四個串聯(lián)連接的渦輪級112形成渦輪108。每個渦輪級112由兩個葉片環(huán)形成。在工作介質(zhì)113的流動方向上看，在熱氣管道111中，定子葉片115的排后跟隨由轉(zhuǎn)子葉片1形成的排125。葉片120、130具有稍微彎曲的輪廓，與飛機(jī)翼型類似。
[0034]在該背景中，定子葉片130被緊固至定子143,而轉(zhuǎn)子葉片120的排125借助渦輪盤 133被裝配到轉(zhuǎn)子103。轉(zhuǎn)子葉片1由此是轉(zhuǎn)子或線軸103的構(gòu)成部件。發(fā)電機(jī)(未示出)耦合至轉(zhuǎn)子103。
[0035]在燃?xì)鉁u輪100操作時，壓氣機(jī)105通過進(jìn)氣殼體104吸入空氣135,并且將其壓縮。 在壓氣機(jī)105的渦輪側(cè)端部處提供的壓縮的空氣被傳遞至燃燒器107,在這里與燃料混合。 混合物然后在燃燒室110中燃燒，形成工作介質(zhì)113。由此，工作介質(zhì)113沿著熱氣管道111經(jīng)過定子葉片130和轉(zhuǎn)子葉片1。
[0036]隨著流體流圍繞著渦輪葉片1、130流動時(盡可能地沒有湍流和層流)，由此提取流體流的內(nèi)部能的一部分并且被渦輪108的轉(zhuǎn)子葉片1取得。這些于是將轉(zhuǎn)子103設(shè)置為旋轉(zhuǎn)，首先驅(qū)動壓氣機(jī)105。有用的功率被提供至發(fā)電機(jī)(未示出)。
[0037]在燃?xì)鉁u輪100操作時，暴露至熱工作介質(zhì)113的部件遭受熱應(yīng)力。第一渦輪級112 的定子葉片130和轉(zhuǎn)子葉片1在燃?xì)鉁u輪100的操作期間，在工作介質(zhì)113的流動的方向上看，與內(nèi)襯環(huán)形燃燒室106的熱屏蔽瓦一起遭受最大熱應(yīng)力。高負(fù)載需要極耐用的材料。渦輪葉片1、130因此由鈦合金、鎳超合金或者鎢鉬合金制造。為了增大它們對溫度和麻點(diǎn)腐蝕的抵抗力，葉片由抵抗腐蝕的涂層(MCrAlX;M = Fe、Co、N1、稀土)和抵抗熱的涂層(絕熱層， 例如Zr02、Y204-Zr02)保護(hù)。用于熱保護(hù)的涂層被稱作熱障涂層或者簡稱為TBC。使葉片更加耐熱的進(jìn)一步措施存在于復(fù)雜的冷卻通道系統(tǒng)中。該技術(shù)被應(yīng)用在定子葉片和轉(zhuǎn)子葉片 1、130兩者中。
[0038]各定子葉片130具有面對著渦輪108的內(nèi)部殼體138并且也被命名為平臺的定子葉片根部(這里未圖示)，和位于與定子葉片根部相反位置處的定子葉片頭部。定子葉片頭部面對轉(zhuǎn)子103并且被固定至定子143的密封環(huán)140。在該背景下，各密封環(huán)140將轉(zhuǎn)子103的軸圍住。同樣，各轉(zhuǎn)子葉片1具有這樣的轉(zhuǎn)子葉片根部，但終止在轉(zhuǎn)子葉片頂端中。該頂端根據(jù)圖1-圖3所示的實施例構(gòu)造。
【主權(quán)項】
1.一種用于燃?xì)鉁u輪(100)的轉(zhuǎn)子葉片(1)，包括壓力側(cè)壁(2)和吸入側(cè)壁(4)，頂端帽(6)，由所述壓力側(cè)壁(2)、所述吸入側(cè)壁(4) 和所述頂端帽的內(nèi)表面(20、22、24)形成的腔室，徑向地從所述壓力側(cè)壁(2)和所述吸入側(cè) 壁(4)延伸的聲響器(8)，由所述頂端帽(6)的外表面和所述聲響器(8)形成的半空間(10)， 以及從所述腔室(18)引到所述聲響器(8)的外側(cè)的冷卻通道(12)，其特征在于，所述頂端帽(6)具有從所述半空間(10)延伸進(jìn)所述頂端帽(6)內(nèi)的凹部，使得所述凹部 (16)將所述冷卻通道(12)分割成與所述腔室(18)連通的第一部分(28)和與外側(cè)空間(14) 連通的第二部分(30)。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的轉(zhuǎn)子葉片(1)，其中所述第一部分(28)具有在所述凹部(16)中 的出口開口(32)。3.根據(jù)前述權(quán)利要求之一所述的轉(zhuǎn)子葉片(1)，其中所述第二部分(30)具有在所述聲 響器(8)的外側(cè)上的出口開口(34)。4.根據(jù)前述權(quán)利要求之一所述的轉(zhuǎn)子葉片(1)，其中所述冷卻通道(12)是線性的。5.根據(jù)前述權(quán)利要求之一所述的轉(zhuǎn)子葉片(1)，其中所述凹部(16)以沿著所述轉(zhuǎn)子葉 片(1)的所述壓力側(cè)壁(2)或沿著所述吸入側(cè)壁(4)的槽的方式延伸。6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的轉(zhuǎn)子葉片(1)，其中所述凹部(16)的一個側(cè)壁(36)直接轉(zhuǎn)變成 所述聲響器(8)的內(nèi)側(cè)(38)。7.根據(jù)權(quán)利要求5或6所述的轉(zhuǎn)子葉片(1)，具有從所述腔室(18)引至所述聲響器(8)的 外側(cè)的多個冷卻通道(12)，并且其中所述凹部(16)將所述冷卻通道(12)中的每個分割成與 所述腔室(18)連通的第一部分(28)和與外側(cè)空間(14)連通的第二部分(30)。8.—種用于燃?xì)鉁u輪(100)的轉(zhuǎn)子(103)，包括根據(jù)前述權(quán)利要求之一所述的轉(zhuǎn)子葉片⑴。9.一種具有根據(jù)權(quán)利要求8所述的轉(zhuǎn)子(103)的燃?xì)鉁u輪(100)。10.—種具有根據(jù)權(quán)利要求9所述的燃?xì)鉁u輪(100)的發(fā)電廠。
【文檔編號】F01D5/18GK106089315SQ201610269552
【公開日】2016年11月9日
【申請日】2016年4月27日 公開號201610269552.1, CN 106089315 A, CN 106089315A, CN 201610269552, CN-A-106089315, CN106089315 A, CN106089315A, CN201610269552, CN201610269552.1
【發(fā)明人】F·阿瑪?shù)? H-M·德雷埃爾, T·馬泰斯, C·門克
【申請人】西門子股份公司