渦輪機(jī)葉片內(nèi)冷卻通道的布置的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及渦輪機(jī)葉片內(nèi)冷卻通道的布置。
【背景技術(shù)】
[0002]渦輪機(jī)葉片，特別是燃?xì)鉁u輪機(jī)葉片是高負(fù)載組件。在操作中，在高轉(zhuǎn)速下發(fā)生轉(zhuǎn)動。因此，高機(jī)械強(qiáng)度是必要的。此外，特別是在燃?xì)鉁u輪機(jī)葉片的情況下，在操作過程中產(chǎn)生高溫。通常的情況是，驅(qū)動渦輪機(jī)葉片的氣體混合物的較高溫度對燃?xì)鉁u輪機(jī)的效率具有積極作用。在這種情況下，為了防止過高的渦輪機(jī)葉片溫度，渦輪機(jī)葉片被冷卻。為此目的，冷卻通道被經(jīng)常布置在渦輪機(jī)葉片內(nèi)部。
[0003]偶爾，渦輪機(jī)葉片通過撞擊異物被損壞。這損壞的后果可能是來自冷卻通道的空氣的問題，并且有時大幅損害渦輪機(jī)葉片的冷卻。這經(jīng)常導(dǎo)致?lián)p壞的葉片不得不被快速更換。
[0004]US6382914BI公開了一種用于在渦輪機(jī)葉片內(nèi)分配冷卻流體的布置。這種布置在渦輪機(jī)葉片的內(nèi)部空間內(nèi)提供一排冷卻通道，其平行于渦輪機(jī)葉片的前緣并平行于后緣延伸。至少一些冷卻通道由對角通道相連。這樣設(shè)計是為了提高冷卻。
[0005]用于渦輪機(jī)葉片的其他冷卻結(jié)構(gòu)從文獻(xiàn)JPS59231103A，F(xiàn)R1209752A、GB827289A和US3014693A 中已知。
[0006]根據(jù)上述文獻(xiàn)，特別是US6382914B1的布置，在渦輪機(jī)葉片損壞的情況下，可以一定的方式，有助于在一定程度上能夠維持冷卻，從而暗示地有助于冷卻通道。這不是在文獻(xiàn)中指定的，并且實(shí)際上僅根據(jù)下文描述的本發(fā)明被認(rèn)可。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明的目的是在發(fā)生冷卻通道損壞的情況下進(jìn)一步改善冷卻。
[0008]這一目的是通過獨(dú)立權(quán)利要求來實(shí)現(xiàn)的。有利的配置可以在從屬權(quán)利中發(fā)現(xiàn)。
[0009]提出一種渦輪機(jī)葉片內(nèi)的多個冷卻通道，即至少兩個冷卻通道的布置，用于輸送冷卻流體。冷卻流體通常是空氣。
[0010]冷卻通道通過渦輪機(jī)葉片引導(dǎo)到一個或多個冷卻流體出口。
[0011]為此目的，渦輪機(jī)葉片一般具有葉片根部、葉片翼型尖端、前緣和后緣。
[0012]在這種情況下，冷卻通道在特定點(diǎn)彼此連接并在其他區(qū)域彼此分離延伸，使得在一個冷卻通道區(qū)域內(nèi)發(fā)生渦輪機(jī)葉片損壞的情況下，通過其他冷卻通道的冷卻在很大程度上保持不受損害。
[0013]在現(xiàn)有技術(shù)中，通常的情況是冷卻通道從葉片根部沿前緣延伸到葉片翼型尖端。由于該冷卻通道損壞造成的泄漏導(dǎo)致在該位置處的冷卻流體流出。這是有問題的，因?yàn)樗鼤袛辔挥谛孤┫掠蔚哪切﹨^(qū)域內(nèi)的冷卻。
[0014]然而，如果來自該冷卻通道的冷卻流體被設(shè)計為進(jìn)一步通過渦輪機(jī)葉片蜿蜒流過并提供冷卻，它是特別成問題的。在發(fā)生泄漏的情況下，渦輪機(jī)葉片的冷卻則基本上失效。
[0015]這個問題可以采用上面提出的概念被減小，根據(jù)上述概念，冷卻通道在特定點(diǎn)彼此連接并在其他區(qū)域彼此分離。憑借在特定點(diǎn)的連接，冷卻流體可以從一個冷卻通道傳遞到另一個冷卻通道。如果泄漏將要在連接上游的其他冷卻通道內(nèi)出現(xiàn)，則在沒有連接的情況下下游的冷卻將失效。該連接使得連接下游的冷卻在很大程度上能夠被維持。然而，在其他區(qū)域，也有必要將冷卻通道彼此分離。在沒有分離的情況下，如果發(fā)生泄漏，冷卻流體可以不受阻礙地流動到泄漏處，使得冷卻將會再次更顯著地受損。但是，首先，在正常運(yùn)行期間，也就是說當(dāng)不存在泄漏時，具有通道結(jié)構(gòu)，即，冷卻通道的分離也是必要的以便實(shí)際上引導(dǎo)冷卻流體通過整個渦輪機(jī)葉片。否則，冷卻流體將沿從冷卻流體入口到冷卻流體出口的短路徑流動。因此，始終有必要產(chǎn)生冷卻通道之間的連接與分離區(qū)域之間的可接受的平衡。考慮到上述說明，本領(lǐng)域技術(shù)人員將能夠?qū)崿F(xiàn)大量不同的布置。
[0016]在這種情況下，一個重要的方面是，至少一個冷卻通道開始于靠近前緣和靠近葉片根部的區(qū)域，并作為對角通道延伸通過渦輪機(jī)葉片進(jìn)入靠近后緣并靠近葉片翼型尖端的區(qū)域。話雖如此，重要的是澄清對角通道不必必須起始于葉片根部或前緣，而僅僅是在該區(qū)域內(nèi)。
[0017]然而，在葉片根部和前緣處開始不應(yīng)被排除在外。這同樣適用于對角通道的端部靠近后緣并靠近葉片翼型尖端。對角通道使得有可能容易地引導(dǎo)冷卻流體進(jìn)入渦輪機(jī)葉片的各區(qū)域，并確保各處的有效冷卻。
[0018]在發(fā)生泄漏的情況下，甚至如上所述的布置也不能避免冷卻受損，或甚至在各別區(qū)域失效。但是，總的來說，冷卻流體的損失大大減少，并且在完整的葉片區(qū)域，冷卻很大程度上得到保證。因此，機(jī)械穩(wěn)定性和強(qiáng)度在很大程度上保持不受損傷。這允許損壞的渦輪機(jī)葉片繼續(xù)運(yùn)行。
[0019]即使長期仍然保持必須更換渦輪機(jī)葉片，如果這可以等待直到渦輪機(jī)的下一次安排的大修，這將是很大的優(yōu)勢。通常，升高的溫度不會立即導(dǎo)致不再可接受的損壞渦輪機(jī)葉片，而僅在過熱下角長的操作之后。
[0020]雖然說明主要關(guān)于轉(zhuǎn)子葉片的冷卻被選擇，該轉(zhuǎn)子葉片借助葉片根部附連到轉(zhuǎn)子，設(shè)想的冷卻概念原則上還可以用于導(dǎo)向輪葉。
[0021]在本發(fā)明的一個實(shí)施例中，規(guī)定了冷卻通道被彼此連接，使得當(dāng)該布置被流過時，冷卻流體定期從一個冷卻通道流入另一個冷卻通道。但是，也可以設(shè)想僅在發(fā)生泄漏的情況下提供這種布置。為了有效通流的目的，已經(jīng)證明正常操作期間也提供此布置是有利的。
[0022]在本發(fā)明的一個實(shí)施例中，冷卻通道通過多孔板或呈多孔板方式的裝置從渦輪機(jī)葉片的內(nèi)壁分離，使得冷卻流體可以基本上垂直于渦輪機(jī)葉片的內(nèi)壁到達(dá)該內(nèi)壁。這實(shí)現(xiàn)了所謂的沖擊冷卻。這是有效的，因?yàn)槔鋮s流體在內(nèi)壁處變成湍流并且一旦加熱再次流走。如果冷卻流體只是簡單地流過渦輪機(jī)葉片的內(nèi)壁，緊鄰近壁形成相對較弱的流動的膜將是可能的。另外，僅僅在一個區(qū)域內(nèi)被加熱的冷卻流體將被用于冷卻其他區(qū)域。
[0023]在本發(fā)明的一個實(shí)施例中，至少一個冷卻通道開始于葉片根部，在靠近渦輪機(jī)葉片的前緣的區(qū)域內(nèi)。如從現(xiàn)有技術(shù)中也已知的布置的情況，由于結(jié)構(gòu)原因，冷卻流體的入口通常是在葉片根部。由于驅(qū)動渦輪機(jī)葉片的氣體混合物在前緣處最熱，就是在這里渦輪機(jī)葉片上的熱負(fù)荷最高。因此冷卻通道開始于前緣區(qū)域是權(quán)宜的。
[0024]在本發(fā)明的進(jìn)一步的實(shí)施例中，兩個冷卻通道開始于葉片根部，在靠近前緣的區(qū)域內(nèi)，并終止于靠近葉片根部的區(qū)域，它們在那里被彼此連接并連接到對角通道。這允許冷卻流體從葉片根部的冷卻流體入口傳遞到對角通道。如果冷卻流體因?yàn)樾孤纳鲜銎渲幸粋€冷卻通道中流出，對角通道仍然可以通過其它冷卻通道被供給有冷卻流體。
[0025]在本發(fā)明的進(jìn)一步的實(shí)施例中，其他冷卻通道從對角通道分支，其中特別地，冷卻通道在后緣的方向上分支和/或冷卻通道在葉片翼型尖端的方向上分支。因此，可以在渦輪機(jī)葉片的整個區(qū)域中進(jìn)一步優(yōu)化冷卻流體的分布。
[0026]在本發(fā)明的進(jìn)一步的實(shí)施例中，在葉片翼型尖端的方向上延伸的上述冷卻通道所通往的冷卻通道，平行于葉片翼型尖端延伸。平行于葉片翼型尖端延伸的冷卻通道在這種情況下可通往與對角通道相同的區(qū)域。
[0027]在本發(fā)明的進(jìn)一步的實(shí)施例中，在后緣方向上分支的冷卻通道基本上垂直于后緣延伸?？商娲鼗蛄硗獾?，在葉片翼型尖端方向上延伸的冷卻通道基本上平行于后緣延伸。這也用于進(jìn)一步優(yōu)化冷卻流體的分布。這樣做的目的總是在于，在一個位置的泄漏應(yīng)盡可能少削弱渦輪機(jī)葉片的冷卻。
[0028]在本發(fā)明的進(jìn)一步的實(shí)施例中，冷卻流體出口存在于后緣的區(qū)域內(nèi)，冷卻流體可以通過該出口從渦輪機(jī)葉片內(nèi)的區(qū)域傳遞到渦輪機(jī)葉片外部的區(qū)域。因此，在后緣區(qū)域內(nèi)有可能實(shí)現(xiàn)外壁的進(jìn)一步冷卻。已經(jīng)離開的冷卻流體可以可選地用于驅(qū)動另外的渦輪級。
[0029]在本發(fā)明的進(jìn)一步實(shí)施例中，至少一個冷卻流體出口存在于葉片根部，在后緣的區(qū)域內(nèi)。冷卻流體可以從冷卻流體入口，其通常是在葉片根部處在前緣的區(qū)域內(nèi)，流動通過渦輪機(jī)葉片并回流到后緣區(qū)域內(nèi)