專(zhuān)利名稱(chēng)：用于固定式燃?xì)廨啓C(jī)的渦輪葉片的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于固定式燃?xì)廨啓C(jī)的渦輪葉片，具有至少一個(gè)平臺(tái)部位，它包括具有平臺(tái)表面的平臺(tái)，在其上設(shè)有在橫截面中成型的葉片板，它具有壓力側(cè)壁和抽吸側(cè) 壁，其中處于熱燃?xì)庀碌膲毫?cè)壁和抽吸側(cè)壁的表面分別通過(guò)外部的倒圓過(guò)渡到平臺(tái)表面 中，該渦輪葉片還具有至少一個(gè)設(shè)置在葉片板中的、一直延伸到平臺(tái)部位中的空腔，在該空 腔中設(shè)有至少一個(gè)將壓力側(cè)壁與抽吸側(cè)壁連接的筋肋，它沿著葉片板的縱向延伸地劃分所 述空腔。
背景技術(shù)：
由現(xiàn)有技術(shù)早就已知上述的渦輪機(jī)葉片。它們通常具有由空腔穿通的葉片板，這 些空腔相互間通過(guò)筋肋分開(kāi)。這些筋肋從抽吸側(cè)壁延伸到壓力側(cè)壁并且沿著葉片板的縱 向，即從平臺(tái)直到葉片尖部。在此鑄造的渦輪葉片在葉片板與平臺(tái)表面之間具有過(guò)渡部位， 它通過(guò)圓角形的倒圓使葉片側(cè)壁，即抽吸側(cè)壁和壓力側(cè)壁，在這個(gè)部位加厚。因此在過(guò)渡部 位存在材料堆積，它同時(shí)也帶來(lái)葉片板的剛度躍變。因此葉片板在平臺(tái)側(cè)比在其中間部位 或者葉片尖部一側(cè)剛性更強(qiáng)。由于這種剛度躍變可能在運(yùn)行中導(dǎo)致較大的溫度梯度，它們 引起高的熱應(yīng)力并由此限制渦輪葉片的使用壽命。為了避免由于從渦輪葉片脫離的碎片造成的渦輪機(jī)中的二次損壞，在渦輪機(jī)中安 裝這種渦輪葉片并且在運(yùn)行時(shí)使用，在達(dá)到事先確定的最大使用壽命以后更換渦輪葉片。由現(xiàn)有技術(shù)還已知，至少部分地由此延長(zhǎng)使用壽命，即在剛度躍變的部位中涂覆 比在沒(méi)有這種材料堆積的部位中更厚的隔熱層。由此降低溫度梯度。此外由EP 1 420 142A1已知一種渦輪葉片，其被熱燃?xì)庥鞯那袄膺叡粵_擊冷 卻。為此所需的沖擊冷卻孔設(shè)置在筋肋中，筋肋在抽吸側(cè)壁與壓力側(cè)壁之間支撐葉片板。在 此沖擊冷卻孔在葉片板的高度上基本均勻地分布并且總是中間地設(shè)置在抽吸側(cè)與壓力側(cè) 之間，用于保證均勻地冷卻前棱邊。

發(fā)明內(nèi)容
因此本發(fā)明的目的是，提供用于固定式渦輪機(jī)的渦輪葉片，它具有延長(zhǎng)的使用壽 命。這個(gè)目的通過(guò)具有權(quán)利要求1特征的渦輪葉片得以實(shí)現(xiàn)。本發(fā)明規(guī)定，在上述形式的渦輪葉片中其中至少一個(gè)設(shè)置在葉片板中的筋肋在外 部的倒圓的高度上具有穿過(guò)所述筋肋中的靠近壁體的開(kāi)口。該開(kāi)口在外部的倒圓的高度上在渦輪葉片內(nèi)部設(shè)置在處于那里的筋肋中。在此靠近壁體意味著，其位置在壓力側(cè)壁與抽吸側(cè)壁的內(nèi)側(cè)面之間偏離中心。由 此可以減少材料在外部的倒圓高度上的堆積。這種簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)措施導(dǎo)致剛度躍變的均衡， 并且降低在減小的材料堆積中的溫度梯度。必要時(shí)附加地要注意由開(kāi)口引起的對(duì)渦輪葉片 冷卻空氣系統(tǒng)的影響以及對(duì)圍繞開(kāi)口的應(yīng)力過(guò)高的影響。同樣也要注意由于減小的、承載的筋肋橫截面引起的所謂的蠕變使用壽命以及由于減少質(zhì)量引起的可能變化的固有頻率。 相應(yīng)地可以有意義地設(shè)有橢圓的、具有適合的取向的開(kāi)口。也可以有意義地延長(zhǎng)筋肋直到 平臺(tái)部位中，并且還可延長(zhǎng)直到渦輪葉片的根部或固定部位。按照另一有利的方案可以有意義地匹配設(shè)置在筋肋與側(cè)壁之間的另一倒圓。由此 減少機(jī)械負(fù)荷。當(dāng)然也可以組合所建議的措施，用于補(bǔ)償由于使用靠近壁體的開(kāi)口產(chǎn)生的 變化，由此總體上延長(zhǎng)渦輪葉片的使用壽命?？傊ㄟ^(guò)本發(fā)明能夠降低材料堆積上的負(fù)荷 并由此提高使用壽命。如果保證通過(guò)葉片根部到筋肋的接觸性，可以簡(jiǎn)單地實(shí)現(xiàn)按照本發(fā)明的措施(即 在筋肋中在外部的倒圓的高度上設(shè)有穿過(guò)所述筋肋的靠近壁體的開(kāi)口)并且也可以事后 再配備到有需求的渦輪葉片中。另一方面，如果一體地澆鑄葉片板和平臺(tái)，并且為了加工空 腔在澆鑄裝置中所使用的鑄芯通過(guò)在芯中存在的孔實(shí)現(xiàn)用于之后在筋肋中存在的靠近壁 體的開(kāi)口，則在加工新部件時(shí)可以通過(guò)簡(jiǎn)單的 方式實(shí)現(xiàn)所述開(kāi)口。這一點(diǎn)尤其是有利的，因 為孔也可以用于穩(wěn)定鑄芯，并且可以省去其它的所謂的橫穿孔(Cross-Over-Holes)，這種 橫穿孔既不靠近壁體、也不在外部的倒圓的高度上位于設(shè)在抽吸側(cè)壁與壓力側(cè)壁之間的筋 肋中。有利的方案和改進(jìn)方案在從屬權(quán)利要求中給出。如果開(kāi)口設(shè)置在抽吸側(cè)壁與壓力側(cè)壁之間偏離中心，或者開(kāi)口相切或相交于由抽 吸側(cè)壁和/或壓力側(cè)壁的內(nèi)側(cè)面所形成的側(cè)壁平面，都可以使穿過(guò)筋肋的開(kāi)口靠近壁體。適宜地使所述開(kāi)口是圓形或橢圓的。這些開(kāi)口能夠特別簡(jiǎn)單地制成，尤其當(dāng)渦輪 葉片基本一體鑄造的時(shí)候。由此使鑄芯在相應(yīng)的位置具有僅一個(gè)相應(yīng)的孔。按照對(duì)于權(quán)利要求1的備選解決方案，也可以延長(zhǎng)對(duì)應(yīng)于權(quán)利要求1前序部分所 述的渦輪葉片的使用壽命，即所述平臺(tái)側(cè)的筋肋端部在壓力側(cè)壁的內(nèi)側(cè)面上比在抽吸側(cè)壁 的內(nèi)側(cè)面上延伸得更長(zhǎng)或更短。下面代替穿過(guò)所述筋肋的靠近壁體的開(kāi)口也可以理解為缺口。即開(kāi)口不是全圓周 地被筋肋材料包圍。通過(guò)這樣配備的渦輪葉片也可以局部減少在過(guò)渡部位中的材料堆積。 按照第二方案的渦輪葉片，在有利的改進(jìn)方案中可以具有平臺(tái)表面，它是假想的穿過(guò)空腔 延伸的平臺(tái)平面的一部分，其中筋肋的平臺(tái)側(cè)的端部在壓力側(cè)位于平臺(tái)平面的一側(cè)，并且 在抽吸側(cè)位于平臺(tái)平面的另一側(cè)。


下面借助于附圖中的實(shí)施例詳細(xì)描述本發(fā)明的其它特征、特性和優(yōu)點(diǎn)。所述特征 不僅可以單獨(dú)而且可以相互組合，都是有意義的。附圖中圖1示出按照本發(fā)明的渦輪葉片的立體圖，具有簡(jiǎn)示的葉片板，圖2以立體圖示出按照?qǐng)D1的按照本發(fā)明的渦輪葉片的局部細(xì)節(jié)Z，圖3示出細(xì)節(jié)Z的另一備選解決方案。
具體實(shí)施例方式圖1以立體圖示出用于固定式燃?xì)廨啓C(jī)的渦輪葉片10。按照?qǐng)D1的渦輪葉片10 由工作葉片構(gòu)成。但是本發(fā)明也可以應(yīng)用于固定式渦輪機(jī)的導(dǎo)向葉片。鑄造的、一體的渦輪葉片10沿著縱向12包括葉片根部14，在其上連接平臺(tái)部位16。該平臺(tái)部位16主要包括具有平臺(tái)表面20的平臺(tái)18。該平臺(tái)表面20基本是平面的并因此是假想的平臺(tái)平面22 的一部分。在平臺(tái)表面20上設(shè)有在橫截面中成型的葉片板24。該葉片板24由壓力側(cè)壁 26和抽吸側(cè)壁28構(gòu)成，它們從公共的前棱邊30延伸到公共的后棱邊32，并且不僅在前棱 邊30上而且在后棱邊32上都相互過(guò)渡。所述抽吸側(cè)壁28、壓力側(cè)壁26的表面以及平臺(tái)表 面20可由燃?xì)廨啓C(jī)的熱燃?xì)饫@流。不僅壓力側(cè)壁26而且抽吸側(cè)壁28都通過(guò)圓角形的環(huán) 繞的倒圓34過(guò)渡到平臺(tái)18中。倒圓34或過(guò)渡部位作為肩角也是公知的。由側(cè)壁26、28包圍的空腔通過(guò)多個(gè)筋肋36分成小空腔。每個(gè)筋肋36至少在葉片 板24內(nèi)部沿著其縱向12延伸。在圖1中僅僅示出葉片板24的一部分。僅僅通過(guò)虛線(xiàn)表 示直到葉片尖部的完整葉片板。圖2以立體圖示出按照?qǐng)D1的渦輪葉片10的細(xì)節(jié)Z，其中為了清晰隱去在前棱邊 30和后棱邊32方向上的不重要的部件。圖2詳細(xì)地示出已經(jīng)在圖1中描述的特征平臺(tái) 表面20、壓力側(cè)壁26、抽吸側(cè)壁28、平臺(tái)18、筋肋36和倒圓34。按照本發(fā)明在筋肋36中(沿著葉片板24的縱向12看去)在外部的倒圓34的高 度上設(shè)有穿過(guò)所述筋肋36的靠近壁體的開(kāi)口 40。靠近壁體的開(kāi)口 40在所示的方案中圓形 地構(gòu)成。也能夠?qū)崿F(xiàn)橢圓的開(kāi)口 40。該開(kāi)口 40以壓力側(cè)壁26的內(nèi)側(cè)面42為基準(zhǔn)這樣設(shè) 置，使由其形成的側(cè)壁平面44與開(kāi)口 40相交。由此在外部的倒圓34部位產(chǎn)生材料減少， 它通過(guò)配有標(biāo)記符號(hào)46的陰影表示。由于在渦輪葉片10內(nèi)部減少外部的倒圓34部位中 的材料，可以避免剛度躍變，因?yàn)樵谕獠康牡箞A34部位的質(zhì)量增加會(huì)由于開(kāi)口 40而存在的 缺口至少部分地得到補(bǔ)償。由于在筋肋36中存在的開(kāi)口 40，保留使抽吸側(cè)壁28與壓力側(cè) 壁26連接的連接臂50 (以筋肋端部48為基準(zhǔn))。按照本發(fā)明的效果也可以通過(guò)渦輪葉片10達(dá)到，其中不存在連接臂50。這實(shí)現(xiàn)備 選的渦輪葉片10，其細(xì)節(jié)Z在圖3中示出。在圖3中示出的細(xì)節(jié)Z基本對(duì)應(yīng)于在圖2中所 示的細(xì)節(jié)并因此不再詳細(xì)描述。一致的特征在圖3中配有一致的標(biāo)記符號(hào)。與圖2的差別 是，給筋肋36設(shè)有沒(méi)有完全被材料包圍的開(kāi)口 40。取而代之，使筋肋36在平臺(tái)側(cè)終結(jié)在以 渦輪葉片10的縱向延展為基準(zhǔn)的不一致的高度上。因此代替開(kāi)口 40設(shè)有缺口。筋肋36的 直接設(shè)置在抽吸側(cè)壁28的內(nèi)側(cè)面43上的那個(gè)部位，在葉片軸線(xiàn)12的縱向上看去，與筋肋 36的直接設(shè)置在壓力側(cè)壁26的內(nèi)側(cè)面42上的那個(gè)部位相比，終結(jié)在不同的位置上。換言 之平臺(tái)側(cè)的筋肋端部在壓力側(cè)壁26的內(nèi)側(cè)面42上比設(shè)置在抽吸側(cè)壁28的內(nèi)側(cè)面43上 的筋肋端部更短地延伸。因此至少對(duì)于壓力側(cè)的外部的倒圓34的區(qū)段可以避免不必要的 材料堆積，它導(dǎo)致不必要的剛度躍變。所述平臺(tái)表面20是假想的通過(guò)空腔延伸的平臺(tái)平面22的一部分。所述筋肋36的 平臺(tái)側(cè)的端部最好在壓力側(cè)設(shè)置在平臺(tái)平面22 —側(cè)，即在平臺(tái)平面22以上(葉片尖部一 側(cè))，并且在抽吸側(cè)設(shè)置在平臺(tái)平面22的另一側(cè)，即在平臺(tái)平面22以下(葉片根部一側(cè))。 也能夠?qū)崿F(xiàn)筋肋端部的相反布置，其中在平臺(tái)側(cè)筋肋34的壓力側(cè)的端部終結(jié)在平臺(tái)平面 22以下，筋肋36的抽吸側(cè)的端部終結(jié)在平臺(tái)平面22以上。在此平臺(tái)側(cè)的筋肋端部從壓力 側(cè)26到抽吸側(cè)38的走向的方式和方法可以任意地構(gòu)成。該走向例如可以是直線(xiàn)的，或者 如圖3所示的方案，是凸起/凹陷的。要注意由于使用按照本發(fā)明的開(kāi)口 40或缺口所產(chǎn)生 的對(duì)冷卻空氣系統(tǒng)以及對(duì)開(kāi)口 40中的應(yīng)力狀況的影響，最好也可以匹配另一倒圓41，它存在于筋肋36到壓力側(cè)壁26和/或抽吸側(cè)壁28的內(nèi)壁42、43的過(guò)渡中。這種匹配在沿著 葉片板24的縱向延展12的不同位置上對(duì)于所述另一倒圓41導(dǎo)致不同的半徑Rl、R2。所 述另一倒圓41的半徑Rl在外部的倒圓34的高度上可以大于所述另一倒圓41在葉片板24 的中間高度上的半徑R2。
如果所述筋肋36設(shè)置在葉片板24的前棱邊30與后棱邊32之間的中間部位，則 在壓力側(cè)壁上設(shè)有開(kāi)口 40或缺口。但是如果筋肋36相對(duì)靠近前棱邊30或相對(duì)靠近后棱 邊32，則可以在抽吸側(cè)壁上設(shè)置開(kāi)口 40或按照本發(fā)明的缺口，因?yàn)樵谙鄳?yīng)的部位產(chǎn)生較高 的熱燃?xì)鉁囟群筒牧蠝囟?。由壓力?cè)壁26的內(nèi)側(cè)面42或抽吸側(cè)壁28的內(nèi)側(cè)面43中的開(kāi)口 40所引起的在 外部的倒圓34高度上的空缺可以沿著內(nèi)側(cè)面42、43繼續(xù)延伸，也可以越過(guò)筋肋36的部位 繼續(xù)延伸，由此使空缺在內(nèi)側(cè)也設(shè)置在過(guò)渡部位的這樣的區(qū)段中，即在那里沒(méi)有筋肋36支 撐側(cè)壁26、28。該空缺使側(cè)壁26、28的各從屬的形成的側(cè)壁平面圓角形地加深，由此也可以 在外部的倒圓34的沒(méi)設(shè)置筋肋36的區(qū)段中減少質(zhì)量。這個(gè)空缺也可以在按照?qǐng)D3的渦輪 葉片中使用。因此在這里也可以實(shí)現(xiàn)按照本發(fā)明的應(yīng)力減小，它能夠進(jìn)一步延遲在過(guò)渡部 位的這個(gè)區(qū)段中產(chǎn)生裂紋并且可能延遲裂紋生長(zhǎng)。總之，本發(fā)明涉及一種用于固定式渦輪機(jī)的渦輪葉片10，它具有空心的葉片板 24，在其中在內(nèi)部存在至少一個(gè)使壓力側(cè)壁26和抽吸側(cè)壁28相互支撐的筋肋36，在其中為 了延長(zhǎng)渦輪葉片10的使用壽命，在外部的倒圓34的高度上在側(cè)壁26、28與平臺(tái)表面20之 間設(shè)有穿過(guò)所述筋肋36中的靠近壁體的開(kāi)口 40。利用開(kāi)口 40避免在過(guò)渡部位中的材料堆 積或者使堆積與沒(méi)有開(kāi)口 40相比減少，由此可以避免剛度躍變和伴隨而來(lái)的更大的溫度 梯度。
權(quán)利要求
用于固定式燃?xì)廨啓C(jī)的渦輪葉片(10)，具有固定部位和連接在其上的平臺(tái)部位(16)，該平臺(tái)部位包括具有平臺(tái)表面(20)的平臺(tái)(18)，在所述平臺(tái)表面上設(shè)有在橫截面中成型的葉片板(24)，該葉片板具有壓力側(cè)壁(26)和抽吸側(cè)壁(28)，其中處于熱燃?xì)庀碌膲毫?cè)壁(26)和抽吸側(cè)壁(28)的表面分別通過(guò)外部的倒圓(34)過(guò)渡到平臺(tái)表面(20)中，所述渦輪葉片還具有至少一個(gè)設(shè)置在葉片板(24)中的、一直延伸到所述平臺(tái)部位(16)中的空腔，在該空腔中設(shè)有至少一個(gè)將壓力側(cè)壁(26)和抽吸側(cè)壁(28)連接的筋肋(36)，所述筋肋沿著葉片板(24)的縱向(12)延伸地劃分所述空腔，其中在筋肋(36)中在所述外部的倒圓(34)的高度上設(shè)有穿過(guò)所述筋肋(36)的開(kāi)口(40)，其特征在于，所述開(kāi)口(40)靠近壁體設(shè)置。
2.如權(quán)利要求1所述的渦輪葉片(10)，其特征在于，所述開(kāi)口(40)局部地相切或相交 于由抽吸側(cè)壁(28)和/或壓力側(cè)壁(26)的內(nèi)側(cè)面(42,43)形成的側(cè)壁平面(44)。
3.如權(quán)利要求1或2所述的渦輪葉片(10)，其特征在于，所述開(kāi)口(40)是圓形或橢圓的。
4.如權(quán)利要求1前序部分所述的渦輪葉片(10)，其特征在于，所述平臺(tái)側(cè)的筋肋端部 (26)在壓力側(cè)壁(26)的內(nèi)側(cè)面(42)上比在抽吸側(cè)壁(28)的內(nèi)側(cè)面(43)上延伸得更長(zhǎng) (或更短)。
5.如權(quán)利要求4所述的渦輪葉片(10)，其特征在于，所述平臺(tái)表面(30)是假想的延伸 穿過(guò)所述空腔的平臺(tái)平面(22)的一部分，并且筋肋(36)的平臺(tái)側(cè)的端部在壓力側(cè)位于平 臺(tái)平面(22) —側(cè)，而在抽吸側(cè)位于平臺(tái)平面(22)另一側(cè)。
6.如上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的渦輪葉片(10)，其特征在于，所述筋肋(36)通過(guò)另 一倒圓(41)過(guò)渡到抽吸側(cè)壁(28)的內(nèi)側(cè)面(43)中和/或壓力側(cè)壁(26)的內(nèi)側(cè)面(42) 中，其中所述另一倒圓(41)在平臺(tái)(18)的高度上具有與在葉片板(24)的中間高度上不同 的半徑(Rl)。
7.如權(quán)利要求6所述的渦輪葉片(10)，其特征在于，所述另一倒圓(41)在不同大小的 半徑(Rl，R2)上的過(guò)渡是流暢的。
8.如上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的渦輪葉片(10)，其葉片板(24)和平臺(tái)(18)澆鑄成一體。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于固定式燃?xì)廨啓C(jī)的渦輪葉片(10)，它具有空心的葉片板(24)，在其中在內(nèi)部設(shè)有至少一個(gè)使壓力側(cè)壁(26)和抽吸側(cè)壁(28)相互支撐的筋肋(36)，在其中為了延長(zhǎng)渦輪葉片(10)的使用壽命，在外部的倒圓(34)的高度上在側(cè)壁(26)、(28)與平臺(tái)表面(20)之間設(shè)有穿過(guò)所述筋肋(36)的靠近壁體的開(kāi)口(40)。利用開(kāi)口(40)避免在過(guò)渡部位中的材料堆積，或者使堆積與沒(méi)有開(kāi)口(40)相比減少，由此可以避免剛度躍變和伴隨而來(lái)的更大的溫度梯度。
文檔編號(hào)F01D5/14GK101960096SQ200980106674
公開(kāi)日2011年1月26日 申請(qǐng)日期2009年2月18日 優(yōu)先權(quán)日2008年2月28日
發(fā)明者F·阿馬德, G·瓦爾茨, M·丹克特 申請(qǐng)人:西門(mén)子公司