具有蜿蜒核心的渦輪動葉的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本文中公開的主題涉及渦輪機。更具體而言，本文中公開的主題涉及渦輪機（諸 如燃?xì)夂?或蒸汽渦輪）內(nèi)的構(gòu)件。
【背景技術(shù)】
[0002] 燃?xì)鉁u輪系統(tǒng)是廣泛地應(yīng)用在例如發(fā)電領(lǐng)域中的渦輪機的一個實例。常規(guī)燃?xì)鉁u 輪系統(tǒng)包括壓縮機區(qū)段、燃燒器區(qū)段和渦輪區(qū)段。在燃?xì)鉁u輪系統(tǒng)的操作期間，該系統(tǒng)中的 各種構(gòu)件遭受高溫流，這可導(dǎo)致部件故障。由于較高溫的流通常導(dǎo)致燃?xì)鉁u輪系統(tǒng)的提高 的性能、效率和功率輸出，故合乎需要的是冷卻遭受高溫流的部件，以允許燃?xì)鉁u輪系統(tǒng)在 提高的溫度下操作。
[0003] 對燃?xì)鉁u輪系統(tǒng)的渦輪區(qū)段或熱氣體路徑區(qū)段的各級設(shè)立許多系統(tǒng)要求，以便滿 足設(shè)計目標(biāo)，包括整體的改良的效率和翼形件負(fù)載。具體而言，渦輪區(qū)段的第一級的動葉設(shè) 計為滿足用于該特定級的操作需求，并且也滿足用于動葉冷卻區(qū)域和壁厚的需求。但是，在 一些情況下，常規(guī)設(shè)計不能滿足這些操作需求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的各種實施例包括渦輪動葉和采用這種動葉的系統(tǒng)。各種具體實施例包括 渦輪動葉，其具有：基座；和翼形件，其在翼形件的第一端處與基座連接，該翼形件包括：外 殼，其具有：吸力側(cè)；壓力側(cè)，其與吸力側(cè)相對；前緣，其跨越壓力側(cè)與吸力側(cè)之間；和后緣， 其與前緣相對并且跨越壓力側(cè)與吸力側(cè)之間，外殼包括前緣上的開孔；和核心，其在外殼 內(nèi)，核心具有用于支撐外殼的蜿蜒形狀和與外殼前緣上的開孔流體連接的前緣通道。
[0005] 本發(fā)明的第一方面包括渦輪動葉，其具有：基座；和翼形件，其在翼形件的第一端 處與基座連接，該翼形件包括：外殼，其具有：吸力側(cè)；壓力側(cè)，其與吸力側(cè)相對；前緣，其跨 域壓力側(cè)與吸力側(cè)之間；和后緣，其與前緣相對并且跨越壓力側(cè)與吸力側(cè)之間，外殼包括前 緣上的開孔；和核心，其在外殼內(nèi)，核心具有用于支撐外殼的蜿蜒形狀和與外殼前緣上的開 孔流體連接的前緣通道。
[0006] 本發(fā)明的第二方面包括渦輪轉(zhuǎn)子區(qū)段，其包括：一組動葉，該組動葉包括至少一 個動葉，該至少一個動葉具有：基座；和翼形件，其在翼形件的第一端處與基座連接，該翼 形件包括：外殼，其具有：吸力側(cè)；壓力側(cè)，其與吸力側(cè)相對；前緣，其跨越壓力側(cè)與吸力側(cè) 之間；和后緣，其與前緣相對并且跨越壓力側(cè)與吸力側(cè)之間，外殼包括前緣上的開孔；和核 心，其在外殼內(nèi)，核心具有用于支撐外殼的蜿蜒形狀和與外殼前緣上的開孔流體連接的前 緣通道。
[0007] 本發(fā)明的第三方面包括渦輪，其具有：隔膜區(qū)段；和轉(zhuǎn)子區(qū)段，其至少部分地包含 在隔膜區(qū)段內(nèi)，轉(zhuǎn)子區(qū)段具有一組動葉，其包括至少一個動葉，該至少一個動葉具有：基座； 和翼形件，其在翼形件的第一端處與基座連接，該翼形件包括：外殼，其具有：吸力側(cè)；壓力 偵牝其與吸力側(cè)相對；前緣，其跨越壓力側(cè)與吸力側(cè)之間；和后緣，其與前緣相對并且跨越 壓力側(cè)與吸力側(cè)之間，外殼包括前緣上的開孔；和核心，其在外殼內(nèi)，核心具有用于支撐外 殼的蜿蜒形狀和與外殼前緣上的開孔流體連接的前緣通道，其中，該至少一個動葉具有與 在表I中列出的X，Y和Z的笛卡爾坐標(biāo)值基本一致的標(biāo)稱內(nèi)核心輪廓，其中，Z值為從O至 1的無量綱值，其可通過將Z值乘以動葉的以英寸計的高度而轉(zhuǎn)換成以英寸計的Z距離，并 且其中，X和Y為無量綱值，當(dāng)其由平滑的連續(xù)弧連接時，在沿著動葉的各距離Z處限定內(nèi) 核心輪廓截面，Z距離處的輪廓截面彼此平滑地連接，以形成所述動葉內(nèi)核心輪廓。
[0008] -種渦輪動葉，包括：基座；和翼形件，其在翼形件的第一端處與基座連接，翼形 件包括：外殼，其具有：吸力側(cè)；壓力側(cè)，其與吸力側(cè)相對；前緣，其跨越壓力側(cè)與吸力側(cè)之 間；和后緣，其與前緣相對并且跨越壓力側(cè)與吸力側(cè)之間，外殼包括前緣上的開孔；和核 心，其在外殼內(nèi)，核心具有用于支撐外殼的蜿蜒形狀和與外殼的前緣上的開孔流體連接的 前緣通道。
[0009] 優(yōu)選地，該蜿蜒形狀的核心包括：一組鄰接的加強部件，其在外殼內(nèi)基本徑向地延 伸；和一組支撐部件滑槽，其接近該組鄰接的加強部件的一端，以用于保持支撐部件。
[0010] 優(yōu)選地，還包括各個支撐部件滑槽中的支撐部件，支撐部件包括硬焊或焊接的支 撐球體。
[0011] 優(yōu)選地，該組支撐部件滑槽定位在該組鄰接的加強部件的徑向內(nèi)側(cè)。
[0012] 優(yōu)選地，該組鄰接的加強部件包括：多個加強指狀物；一組徑向內(nèi)轉(zhuǎn)角，其在相鄰 的加強指狀物之間；和一組徑向外轉(zhuǎn)角，其在相鄰的加強指狀物之間，其中，該組徑向外轉(zhuǎn) 角中的徑向外轉(zhuǎn)角中的至少一個包括非不均勻弧特征，使得相鄰的加強指狀物在轉(zhuǎn)角的徑 向最外部分處分離第一距離，并且在轉(zhuǎn)角的徑向內(nèi)部分處分離小于第一距離的第二距離。
[0013] 優(yōu)選地，該組鄰接的加強部件為基本一體的。
[0014] 優(yōu)選地，動葉具有與在表I中列出的X，Y和Z的笛卡爾坐標(biāo)值基本一致的標(biāo)稱內(nèi) 核心輪廓，其中，Z值為從0至1的無量綱值，其可通過將Z值乘以動葉的以英寸計的高度 而轉(zhuǎn)換成以英寸計的Z距離，并且其中，X和Y為無量綱值，當(dāng)其由平滑的連續(xù)弧連接時，在 沿著動葉的各距離Z處限定內(nèi)核心輪廓截面，Z距離處的輪廓截面彼此平滑地連接，以形成 動葉內(nèi)核心輪廓。
[0015] 優(yōu)選地，前緣上的開孔和核心中的前緣通道比翼形件的徑向末梢更接近基座地定 位。
[0016] 優(yōu)選地，基座在翼形件的徑向內(nèi)側(cè)。
[0017] 優(yōu)選地，核心從基座延伸至翼形件。
[0018] 優(yōu)選地，核心還包括與前緣上的開孔流體連接的至少局部徑向延伸的通道。
[0019] 優(yōu)選地，至少局部徑向延伸的通道包括一組計量特征，以用于調(diào)整進(jìn)入前緣上的 開孔和前緣通道的工作流體的量。
[0020] 一種渦輪轉(zhuǎn)子區(qū)段，包括：一組動葉，該組動葉包括至少一個動葉，該至少一個動 葉具有：基座；和翼形件，其在翼形件的第一端處與基座連接，翼形件包括：外殼，其具有： 吸力側(cè)；壓力側(cè)，其與吸力側(cè)相對；前緣，其跨越壓力側(cè)與吸力側(cè)之間；和后緣，其與前緣相 對并且跨越壓力側(cè)與吸力側(cè)之間，外殼包括前緣上的開孔；和核心，其在外殼內(nèi)，核心具有 用于支撐外殼的蜿蜒形狀和與外殼的前緣上的開孔流體連接的前緣通道。
[0021] 優(yōu)選地，該蜿蜒形狀的核心包括：一組鄰接的加強部件，其在外殼內(nèi)基本徑向地延 伸；和一組支撐部件滑槽，其接近該組鄰接的加強部件的一端，以用于保持支撐部件。
[0022] 優(yōu)選地，還包括各支撐部件滑槽中的支撐部件，支撐部件包括硬焊或焊接的支撐 球體。
[0023] 優(yōu)選地，該組鄰接的加強部件包括：多個加強指狀物；一組徑向內(nèi)轉(zhuǎn)角，其在相鄰 的加強指狀物之間；和一組徑向外轉(zhuǎn)角，其在相鄰的加強指狀物之間，其中，該組徑向外轉(zhuǎn) 角中的至少一個包括非不均勻弧特征，使得相鄰的加強指狀物在轉(zhuǎn)角的徑向最外部分處分 離第一距離，并且在轉(zhuǎn)角的徑向內(nèi)部分處分離小于第一距離的第二距離。
[0024] 優(yōu)選地，至少一個動葉具有與在表I中列出的X，Y和Z的笛卡爾坐標(biāo)值基本一致 的標(biāo)稱內(nèi)核心輪廓，其中，Z值為從0至1的無量綱值，其可通過將Z值乘以動葉的以英寸 計的高度而轉(zhuǎn)換成以英寸計的Z距離，并且其中，X和Y為無量綱值，當(dāng)其由平滑的連續(xù)弧 連接時，在沿著動葉的各距離Z處限定內(nèi)核心輪廓截面，Z距離處的輪廓截面彼此平滑地連 接，以形成動葉內(nèi)核心輪廓。
[0025] 優(yōu)選