用于燃氣輪機的軸向的轉(zhuǎn)子部段和渦輪機轉(zhuǎn)子葉片的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種渦輪機轉(zhuǎn)子葉片(14)，所述渦輪機轉(zhuǎn)子葉片具有葉根(54)、連接在葉根上的平臺(28)和位于平臺(28)的背離葉根(54)的一側(cè)上的葉身(15)，其中在葉根(54)的下側(cè)(64)上設(shè)有至少一個開口(62)，用于將冷卻介質(zhì)(66)供給到渦輪機轉(zhuǎn)子葉片內(nèi)部中，所述開口過渡到冷卻介質(zhì)通道(60)中。此外本發(fā)明涉及一種用于渦輪機的轉(zhuǎn)子(23)的軸向的轉(zhuǎn)子部段(10)，其具有鄰接于兩個端側(cè)的第一側(cè)面(53)的外部的環(huán)周面，在所述外部的環(huán)周面中設(shè)置有用于渦輪機的轉(zhuǎn)子葉片(14)的、在環(huán)周上分布的、沿著軸向方向延伸的轉(zhuǎn)子葉片保持槽(12)，其中在每個保持槽(12)中設(shè)有渦輪機轉(zhuǎn)子葉片(14)，其中在轉(zhuǎn)子部段(10)的側(cè)面(53)的側(cè)向上設(shè)有多個密封元件(16)，所述密封元件以形成間隙的方式與葉根(54)的端側(cè)(52)相對置。為了實現(xiàn)對密封元件(16)的改進的冷卻，這延長了其壽命或者使得該密封元件適合于更高的環(huán)境溫度，提出：在側(cè)面(53)中和/或在端面(52)中設(shè)置多個排出孔(58)，用于沖擊冷卻密封元件(16)。
【專利說明】用于燃氣輪機的軸向的轉(zhuǎn)子部段和渦輪機轉(zhuǎn)子葉片

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及一種用于燃氣輪機的轉(zhuǎn)子的軸向的轉(zhuǎn)子部段，所述轉(zhuǎn)子部段具有鄰接于兩個端側(cè)的第一側(cè)面的外部的環(huán)周面，在所述外部的環(huán)周面中設(shè)置有用于渦輪機的轉(zhuǎn)子葉片的、在環(huán)周上分布的、沿著軸向方向延伸的轉(zhuǎn)子葉片保持槽。此外本發(fā)明涉及一種渦輪機轉(zhuǎn)子葉片，所述渦輪機轉(zhuǎn)子葉片具有葉根、連接在所述葉根上的平臺和位于平臺的背離根部的一側(cè)上的葉身，其中在葉根中設(shè)有至少一個用于將冷卻介質(zhì)供給到渦輪機轉(zhuǎn)子葉片內(nèi)部中的開口，所述開口過渡到冷卻介質(zhì)通道中。

【背景技術(shù)】
[0002]用于渦輪機的常規(guī)的軸向的轉(zhuǎn)子部段例如從公開文獻DE 1963364A1中已知。由轉(zhuǎn)子盤形成的轉(zhuǎn)子部段配備有沿著軸向方向伸展的用于渦輪機的轉(zhuǎn)子葉片的保持槽，其中在端側(cè)上設(shè)有環(huán)形環(huán)繞的用于密封板的容納槽。位于其中的密封板阻擋轉(zhuǎn)子葉片沿著保持槽移動進而固定該轉(zhuǎn)子葉片。每個密封板在此由螺絲鎖定以防止丟失。
[0003]密封板此外沿著環(huán)周方向來觀察形成密封環(huán)。密封環(huán)使得密封板和轉(zhuǎn)子盤的端側(cè)之間的第一空間與位于密封板的另一邊的第二空間分隔。在運行時，第一空間由冷卻空氣穿流，這防止葉根和轉(zhuǎn)子盤的外邊緣的熱過載。
[0004]已知的設(shè)備的缺點是使用螺絲來鎖定密封板免于沿著環(huán)周方向移動。由于在運行和停機狀態(tài)之間出現(xiàn)的熱交變負荷并且由于流經(jīng)渦輪機的熱氣體，能夠?qū)е侣萁又械母g問題和強度問題。這可能不能夠常規(guī)地來解決。在該情況下鉆入螺絲，其中該過程通常在仍位于燃氣輪機的下部的殼體半部中的轉(zhuǎn)子上執(zhí)行。在此能夠發(fā)生的是:切屑落到下部的殼體半部中，所述下部的殼體半部在下面的運行中會導(dǎo)致不期望的污染。
[0005]此外從FR 2 524 933中已知用于防止轉(zhuǎn)子葉片軸向移動的鎖定，所述轉(zhuǎn)子葉片借助于沿著環(huán)周方向可移動的板來保持。然而在這里所示出的布置不適合將靠近盤的空間相對于存在于板的另一邊的空間密封。也就是說，在此存在葉根和轉(zhuǎn)子盤邊緣受到由溫度引起的損傷的風險。
[0006]此外從公開出版物DE 30 33 768 Al中已知一種用于渦輪機的轉(zhuǎn)子盤的轉(zhuǎn)子組件，所述轉(zhuǎn)子組件具有一件式的密封環(huán)用于軸向鎖定轉(zhuǎn)子葉片。然而由于一件式的密封環(huán)，該密封環(huán)僅適合于飛機燃氣輪機，因為該飛機燃氣輪機沿著軸向方向通過交替地疊置轉(zhuǎn)子構(gòu)件和定子構(gòu)件來組裝。固定式燃氣輪機反之由兩個殼體半部組裝，所述兩個殼體半部完整地包圍安裝的轉(zhuǎn)子。DE 30 33 768 Al的一件式的密封環(huán)按照卡口連接的方式與渦輪機盤卡住。
[0007]此外從US 2004/0081556 Al中已知一種常規(guī)的燃氣輪機葉片，所述燃氣輪機葉片具有葉根、平臺和葉身。平臺關(guān)于熱氣體從入流側(cè)的邊棱朝向出流側(cè)的邊棱延伸，所述熱氣體沿著軸向方向流經(jīng)燃氣輪機。平臺具有沿著渦輪機盤的環(huán)周方向伸展的出流側(cè)的邊棱，所述出流側(cè)的邊棱以檐的方式突出于渦輪機盤的軸向?qū)挾?。在平臺的出流側(cè)的邊棱的下側(cè)上設(shè)有多個影響冷卻空氣流的結(jié)構(gòu)元件。
[0008]隨著技術(shù)的日益進步和對燃氣輪機的功率和壽命的新的要求，存在提供新的構(gòu)造的需求，所述構(gòu)造盡管具有在技術(shù)上更高要求的邊界條件但是此外具有所期望的壽命。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]因此本發(fā)明的目的是提供一種渦輪機轉(zhuǎn)子葉片和一種軸向的轉(zhuǎn)子部段，借助于所述渦輪機轉(zhuǎn)子葉片和軸向轉(zhuǎn)子葉片能夠滿足上述要求。
[0010]針對渦輪機轉(zhuǎn)子葉片的目的通過這樣的根據(jù)權(quán)利要求1的特征所述的渦輪機轉(zhuǎn)子葉片來實現(xiàn)。
[0011]根據(jù)本發(fā)明提出:在葉根的端側(cè)中設(shè)有多個排出孔，用于冷卻相鄰的構(gòu)件，所述排出孔通入到有關(guān)的冷卻介質(zhì)通道中。
[0012]本發(fā)明基于如下常識:渦輪機轉(zhuǎn)子葉片的葉根與作為平臺和連接在平臺上的葉身的承載部相比也能夠用于其它的目的?，F(xiàn)在渦輪機轉(zhuǎn)子葉片的葉根設(shè)計為，使得其是冷卻裝置的部件，其中待冷卻的構(gòu)件不屬于渦輪機轉(zhuǎn)子葉片，而是密封元件，所述密封元件和渦輪機轉(zhuǎn)子葉片在安裝狀態(tài)中彼此相鄰。一方面密封元件在軸向上將有關(guān)的渦輪機轉(zhuǎn)子葉片固定在轉(zhuǎn)子葉片保持槽中并且另一方面它在軸向的轉(zhuǎn)子部段的側(cè)面和葉根的端側(cè)處將冷卻介質(zhì)靠近表面地引導(dǎo)。同時，到目前為止被引導(dǎo)經(jīng)過的該冷卻介質(zhì)流也冷卻密封元件。
[0013]現(xiàn)在，通過使用根據(jù)本發(fā)明的渦輪機轉(zhuǎn)子葉片產(chǎn)生如下可能性:避免對密封元件的對流冷卻并且為此借助于尤其簡單的構(gòu)造建立沖擊冷卻。尤其有利的是，能夠放棄耗費地固定的沖擊冷卻元件。替代于此，在葉根的內(nèi)部中為沖擊冷卻介質(zhì)設(shè)有供給通道、即冷卻介質(zhì)通道，所述供給通道優(yōu)選以相對靠近葉根的端面下方的方式延伸。關(guān)于在燃氣輪機中的取向，冷卻介質(zhì)通道沿徑向方向延伸。同時在葉根的端面中預(yù)設(shè)有多個孔，所述孔通入冷卻介質(zhì)通道中。在冷卻介質(zhì)通道中入流的冷卻介質(zhì)隨后能夠穿過孔、即所謂的排出孔，在葉根的端側(cè)處放射狀地離開，此后該冷卻介質(zhì)碰撞到密封元件的——朝向葉根的端側(cè)的——面上。借助于此，與迄今相比密封元件被更好地冷卻。同時能夠?qū)崿F(xiàn)對葉根和轉(zhuǎn)子部段的或者轉(zhuǎn)子盤的外邊緣的更有效的熱屏蔽。這在使用條件不改變的情況下起延長壽命的作用或者在使用條件非常差的情況下、即更高的局部的運行溫度下實現(xiàn)了與迄今為止相似的壽命O
[0014]在此排出孔的縱軸線相對于葉根或者轉(zhuǎn)子葉片保持槽的縱向延伸能夠具有任何所需要的角度，以便沖擊冷卻密封元件的盡可能大的面。
[0015]另一個優(yōu)點的是葉片系統(tǒng)中的提高的密封效果，因為由于沖擊冷卻射束，較少的冷卻空氣沿著轉(zhuǎn)子部段的側(cè)面流動。如果密封元件在燃氣輪機的軸向的轉(zhuǎn)子部段上設(shè)置在葉根的這兩個端側(cè)上，那么在葉根的這兩個端側(cè)上同樣適合于使用具有設(shè)置在端側(cè)上的冷卻介質(zhì)通道和排出孔的根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備。
[0016]冷卻介質(zhì)通道和設(shè)置在端側(cè)上的排出孔能夠直接在鑄造葉根或渦輪機轉(zhuǎn)子葉片時一起制造。替選地，也存在如下可能性:將該冷卻介質(zhì)通道和排出孔引入到通常的已鑄造的渦輪機轉(zhuǎn)子葉片中。引入冷卻介質(zhì)通道和/或排出孔例如能夠借助于激光打孔或者通過侵蝕來實現(xiàn)。在此排出孔適宜地在均勻網(wǎng)格中面狀地分布。其它制造方法、例如經(jīng)由端側(cè)的冷卻介質(zhì)通道槽固定沖擊冷卻板，同樣是可以考慮的。
[0017]針對軸向的轉(zhuǎn)子部段的目的通過權(quán)利要求6的特征來實現(xiàn)。因此以類似于渦輪機轉(zhuǎn)子葉片的方式在軸向的轉(zhuǎn)子部段中在至少一個側(cè)面的設(shè)置在保持槽之間的區(qū)域處設(shè)置排出孔，用于沖擊冷卻密封元件。
[0018]在此以與在使用根據(jù)本發(fā)明的渦輪機轉(zhuǎn)子葉片時類似的方式產(chǎn)生相同的優(yōu)點。
[0019]有利的設(shè)計方案在相應(yīng)的從屬權(quán)利要求中給出，所述設(shè)計方案的特征可彼此任意組合。
[0020]為了保持渦輪機轉(zhuǎn)子葉片的葉根的有關(guān)的端側(cè)和密封元件之間的限定的間距，能夠在有關(guān)的端側(cè)處設(shè)置至少一個間距保持件。
[0021]因為提供用于渦輪機轉(zhuǎn)子葉片的冷卻介質(zhì)大多在葉根下側(cè)進行，所以有利的是，冷卻介質(zhì)通道的開口設(shè)置在葉根下側(cè)并且在開口和與葉根的與其相關(guān)聯(lián)的端側(cè)之間設(shè)有對于冷卻介質(zhì)而言產(chǎn)生壓力損耗的元件或者在葉根下側(cè)設(shè)有進行密封的元件。借助于這類元件，壓力降能夠調(diào)節(jié)為，使得冷卻介質(zhì)流入到冷卻介質(zhì)通道中并且穿過排出孔流出。
[0022]然而這些元件不必強制性地與轉(zhuǎn)子葉片或者與軸向的轉(zhuǎn)子部段一件式地構(gòu)成。它們也能夠構(gòu)成為獨立制造的密封件或者流動障礙件。
[0023]為了沿著環(huán)周來觀察尤其均勻地冷卻軸向的轉(zhuǎn)子部段的密封元件環(huán)的所有的密封元件，推薦將根據(jù)本發(fā)明的渦輪機轉(zhuǎn)子葉片使用在根據(jù)本發(fā)明的軸向的轉(zhuǎn)子部段中。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0024]根據(jù)一個實施例詳細闡述本發(fā)明的其它的優(yōu)點和特征。附圖示出:
[0025]圖1示出具有設(shè)置在外環(huán)周上的渦輪機轉(zhuǎn)子葉片的軸向的轉(zhuǎn)子部段，
[0026]圖2示出根據(jù)圖1的沿著剖線I1-1I剖開的橫截面視圖，
[0027]圖3示出穿過根據(jù)本發(fā)明的渦輪機轉(zhuǎn)子葉片的根部區(qū)域的縱剖面，以及
[0028]圖4示出根據(jù)本發(fā)明的渦輪機轉(zhuǎn)子葉片的葉根的立體視圖。
[0029]在所有的附圖中相同的特征設(shè)有相同的附圖標記。

【具體實施方式】
[0030]圖1在側(cè)視圖中示出軸向的轉(zhuǎn)子部段10并且圖2在根據(jù)圖1中的剖線I1-1I的橫截面中示出軸向的轉(zhuǎn)子部段。對于每個待鎖定的以免在其轉(zhuǎn)子葉片保持槽12內(nèi)軸向移動的渦輪機轉(zhuǎn)子葉片14，在下文中簡稱為轉(zhuǎn)子葉片，設(shè)置有兩個相鄰的密封元件16，所述密封元件分別各占一半地遮蓋有關(guān)的轉(zhuǎn)子葉片保持槽12的端側(cè)的開口。每個密封元件16借助于其徑向靠內(nèi)的端部18處于槽20中，所述槽在端側(cè)設(shè)置在轉(zhuǎn)子盤19上，并且每個密封元件16借助于其徑向靠外的端部22處于止動槽24中，所述止動槽設(shè)置在轉(zhuǎn)子葉片14的平臺28的下側(cè)26上。為了鎖定每個安全元件16以免沿著環(huán)周方向U移動，在每個密封元件上固定有徑向筆直的板帶30。每個板帶30在其徑向靠外的端部32處在均勻匯集的尖端34中終止。在轉(zhuǎn)子葉片14的平臺28處存在斜邊36，其中直接相鄰的轉(zhuǎn)子葉片14的兩個相對置的邊36分別形成逐漸變尖的凹部38，板帶30的用于鎖定密封元件16以免沿著環(huán)周方向U移動的尖端34伸入到所述凹部中并且貼靠在其中。
[0031]密封元件16此外用于分隔兩個空間37、39，在所述空間中一方面能夠產(chǎn)生冷卻介質(zhì)并且另一方面能夠產(chǎn)生由冷卻介質(zhì)和熱氣流構(gòu)成的混合物。
[0032]為了將板帶30固定在密封元件16上，在密封元件中設(shè)置有兩個平行的狹縫40，已經(jīng)U形預(yù)彎曲的板帶30插入穿過所述狹縫。板帶30的與尖端34相反置的末端41在將密封元件16安裝在轉(zhuǎn)子盤19上之前就已經(jīng)彎曲到在圖2中所示出的位置中以固定板帶30。
[0033]在將轉(zhuǎn)子葉片14安裝到轉(zhuǎn)子盤19中之后，密封元件16與預(yù)安裝的板帶30依次裝入到環(huán)形環(huán)繞的、設(shè)置在轉(zhuǎn)子盤19上的槽20中并且裝入到設(shè)置在平臺28的下側(cè)26上的止動槽24中。密封元件16沿著槽20的環(huán)周定位為，使得每個板帶30對置于凹部38。緊接著，將板帶30的尖端34彎入到凹部38中，以便排除密封元件16沿環(huán)周方向U的移動。
[0034]在葉根54的端側(cè)52中并且在所謂的爪56的側(cè)面53中設(shè)置有排出孔58，所述爪在兩個彼此直接相鄰的保持槽12中形成轉(zhuǎn)子盤19的外邊緣。如從圖2中所看到的，設(shè)置在葉根54中的排出孔58與冷卻介質(zhì)通道60連接，所述冷卻介質(zhì)通道的入流側(cè)的開口 62設(shè)置用于在葉根54的下側(cè)64中供給冷卻介質(zhì)。
[0035]在配備有這樣的轉(zhuǎn)子部段10的燃氣輪機運行時，冷卻介質(zhì)66穿過設(shè)置在轉(zhuǎn)子盤19中的冷卻通道65流到葉根下側(cè)64和保持槽12的槽底之間的自由空間67中。冷卻介質(zhì)66的一部分從該處起到達開口 62，此后緊接著進入到冷卻介質(zhì)通道60中。由于存在的壓力降，冷卻介質(zhì)66緊接著穿過排出口 58以沖擊冷卻射束的形式流出并且以沖擊冷卻的方式碰撞密封兀件16。
[0036]為了設(shè)置所期望的壓力降，必要時提出，在葉根54的下側(cè)64上在開口 62和端側(cè)52之間設(shè)置產(chǎn)生壓力損耗的元件68。該元件也能夠構(gòu)成為密封元件。
[0037]對于葉根54的端側(cè)52和密封元件16之間的限定的間距而言也能夠在端側(cè)52上設(shè)置間距元件70。
[0038]給設(shè)置在爪56中的排出孔58供給冷卻空氣能夠借助于轉(zhuǎn)子盤19中的適當?shù)你@孔(未示出)來實現(xiàn)。
[0039]圖3和4示出根據(jù)本發(fā)明的渦輪機轉(zhuǎn)子葉片14，所述渦輪機轉(zhuǎn)子葉片包括葉根54、平臺28和設(shè)置在平臺上的葉身15，但是其中后者僅部分地示出。此外示出供給開口 62和排出孔58。葉根54的端側(cè)52和開口 62之間的間距是相對小的，使得在圖3中在橫截面中示出的冷卻介質(zhì)通道60設(shè)置在與其相關(guān)聯(lián)的端側(cè)52的相對近處。冷卻介質(zhì)通道60平行于葉根54的基本上平坦的端側(cè)52延伸。
[0040]因此總體上，本發(fā)明涉及一種渦輪機轉(zhuǎn)子葉片14，所述渦輪機轉(zhuǎn)子葉片具有葉根54、連接在葉根上的平臺28和位于平臺28的背離葉根54的一側(cè)上的葉身15，其中在葉根54的下側(cè)64上設(shè)有至少一個開口 62，用于將冷卻介質(zhì)66供給到渦輪機轉(zhuǎn)子葉片內(nèi)部中，所述開口過渡到冷卻介質(zhì)通道60中。此外本發(fā)明涉及一種用于渦輪機的轉(zhuǎn)子33的軸向的轉(zhuǎn)子部段10，其具有鄰接于兩個端側(cè)的第一側(cè)面53的外部的環(huán)周面，在所述環(huán)周面中設(shè)置有用于渦輪機的轉(zhuǎn)子葉片14的、在環(huán)周上分布的、沿著軸向方向延伸的轉(zhuǎn)子葉片保持槽12，其中在每個保持槽12中設(shè)有渦輪機轉(zhuǎn)子葉片14，其中在轉(zhuǎn)子部段10的側(cè)面53的側(cè)向上設(shè)有多個密封元件16，所述密封元件以形成間隙的方式與葉根54的端側(cè)52相對置。為了實現(xiàn)對密封元件16的改進的冷卻，所述改進的冷卻延長了密封元件的壽命或者使得該密封元件適合于更高的環(huán)境溫度，提出:在側(cè)面53中和/或在端面52中設(shè)置有多個排出孔58用于沖擊冷卻密封元件16。
【權(quán)利要求】
1.一種渦輪機轉(zhuǎn)子葉片(14)，所述渦輪機轉(zhuǎn)子葉片具有葉根(54)、連接在所述葉根上的平臺(28)和位于所述平臺(28)的背離根部的一側(cè)上的葉身(15)， 其中在所述葉根(54)中設(shè)有至少一個開口(62)，用于將冷卻介質(zhì)(66)供給到渦輪機轉(zhuǎn)子葉片內(nèi)部中，所述開口過渡到冷卻介質(zhì)通道(60)中， 其特征在于， 在兩個所述端側(cè)(52)的至少一個中設(shè)有多個排出孔(58)用于面狀地沖擊冷卻相鄰的構(gòu)件，所述排出孔通入有關(guān)的所述冷卻介質(zhì)通道￠0)中。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的渦輪機轉(zhuǎn)子葉片(14)， 其中所述開口(62)設(shè)置在葉根下側(cè)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的渦輪機轉(zhuǎn)子葉片(14)， 其中有關(guān)的所述冷卻介質(zhì)通道￠0)直接相鄰于所述葉根(54)的有關(guān)的所述端側(cè)(52)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1、2或3所述的渦輪機轉(zhuǎn)子葉片(14)， 其中在有關(guān)的所述端側(cè)(52)上設(shè)有至少一個間距保持件(70)，用于接觸密封元件(16)。
5.根據(jù)權(quán)利要求2至4中任一項所述的渦輪機轉(zhuǎn)子葉片(14)， 其中在所述開口 ￠2)和與所述開口相關(guān)聯(lián)的所述端側(cè)(52)之間在所述下側(cè)￠4)上設(shè)置有對于冷卻介質(zhì)產(chǎn)生壓力損耗的元件(68)。
6.一種用于渦輪機的轉(zhuǎn)子(23)的軸向的轉(zhuǎn)子部段(10)，所述轉(zhuǎn)子部段具有鄰接于兩個端側(cè)的第一側(cè)面(53)的外部的環(huán)周面，在所述環(huán)周面中設(shè)置有用于所述渦輪機的轉(zhuǎn)子葉片(14)的、在環(huán)周上分布的、沿著軸向方向延伸的轉(zhuǎn)子葉片保持槽(12)，其中在每個保持槽(12)中設(shè)置有渦輪機轉(zhuǎn)子葉片(14)，其中在所述轉(zhuǎn)子部段(10)的側(cè)面(53)的側(cè)向上設(shè)有多個密封元件(16)，所述密封元件以形成間隙的方式與所述葉根(54)的所述端側(cè)(52)相對置， 其特征在于， 在所述側(cè)面(53)的至少一個中設(shè)有多個排出孔(58)用于面狀地沖擊冷卻所述密封元件(16)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的轉(zhuǎn)子部段(10)， 其中所述渦輪機轉(zhuǎn)子葉片(14)根據(jù)權(quán)利要求1至5中任一項構(gòu)成。
8.一種用于冷卻根據(jù)權(quán)利要求6或7中任一項所述的轉(zhuǎn)子部段(10)的密封元件(16)的方法，其中使冷卻空氣流出所述排出孔(58)以面狀地沖擊冷卻所述密封元件(16)。
【文檔編號】F01D5/30GK104285040SQ201380024454
【公開日】2015年1月14日 申請日期:2013年4月15日 優(yōu)先權(quán)日:2012年5月8日
【發(fā)明者】法蒂·艾哈邁德, 尼哈爾·屈特 申請人:西門子公司