渦輪葉片的制作方法
【專利摘要】說(shuō)明了一種用于流動(dòng)旋轉(zhuǎn)機(jī)器的渦輪葉片，其帶有葉片葉(4)，葉片葉由凹狀的壓力側(cè)壁(6)和凸?fàn)畹某槲鼈?cè)壁(7)限制，所述側(cè)壁在可與葉片葉(4)關(guān)聯(lián)的葉片前棱邊(5)的區(qū)域中相連接并且包圍在葉片前棱邊(5)的縱向延伸中延伸的空腔(9)，該空腔以內(nèi)壁方式由在葉片前棱邊(5)的區(qū)域中的壓力側(cè)壁(6)和抽吸側(cè)壁(7)以及由在相對(duì)于葉片前棱邊(5)的縱向上延伸的將抽吸側(cè)壁(7)和壓力側(cè)壁(6)以內(nèi)壁方式連接的間壁(8)限制。所公開(kāi)的葉片特征在于，間壁(8)在到抽吸側(cè)壁(7)和/或壓力側(cè)壁(6)處的聯(lián)接區(qū)域中至少逐段地具有穿孔部(16)，以提高間壁(8)的彈性。
【專利說(shuō)明】渦輪葉片

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種用于流動(dòng)旋轉(zhuǎn)機(jī)器(Stroemungsrotat1nsmaschine)的潤(rùn)輪葉片，其帶有葉片葉(Schaufelblatt),葉片葉由凹狀的壓力側(cè)壁和凸?fàn)畹某槲鼈?cè)壁限制,側(cè)壁包圍由壓力側(cè)壁和抽吸側(cè)壁以及由在縱向上延伸的以內(nèi)壁方式(innwandig)將抽吸側(cè)壁和壓力側(cè)壁連接的間壁(Zwischenwand)限制的空腔。

【背景技術(shù)】
[0002]上述類型的渦輪葉片是耐熱的構(gòu)件，其尤其被應(yīng)用在燃?xì)鉁u流組件的渦輪級(jí)內(nèi)并且以導(dǎo)葉或工作葉片(Laufschaufel)的形式暴露于直接從燃燒室出來(lái)的熱氣。
[0003]這樣的渦輪葉片的耐熱性一方面源于耐熱材料的使用而另一方面源于直接暴露于熱氣的渦輪葉片的最高效的冷卻，其為了以冷卻劑、優(yōu)選地冷卻空氣連續(xù)流過(guò)和加載的目的具有相應(yīng)的空腔，空腔聯(lián)接到燃?xì)鉁u輪組件的冷卻劑供給系統(tǒng)(其為了所有暴露于熱的燃?xì)鉁u輪部件的冷卻在燃?xì)鉁u輪運(yùn)行期間由此尤其給渦輪葉片提供冷卻空氣)處。
[0004]傳統(tǒng)的潤(rùn)輪葉片具有葉片根部(Schaufelfuss),葉片葉徑向地間接或直接聯(lián)接到葉片根部處，葉片葉具有凹狀成形的壓力側(cè)壁以及凸?fàn)畛尚蔚某槲鼈?cè)壁，它們?cè)谌~片前棱邊(Schaufelvorderkante)的區(qū)域中一體地相連接并且在它們之間限制有間隙,為了冷卻目的從葉片根部的側(cè)以冷卻空氣來(lái)供應(yīng)該間隙。在此，概念“徑向地”表示在徑向于轉(zhuǎn)子單元的旋轉(zhuǎn)軸線定向的燃?xì)鉁u輪組件內(nèi)的裝配狀態(tài)中的渦輪葉片延伸。為了對(duì)于渦輪葉片的優(yōu)化的冷卻進(jìn)行在抽吸側(cè)壁與壓力側(cè)壁之間所包圍的間隙內(nèi)的冷卻空氣供給和分布，該間隙設(shè)有徑向伸延的間壁，其分別將徑向地在葉片葉內(nèi)定向的空腔彼此隔開(kāi)，其中的一些空腔具有流體連接。在沿著空腔的合適部位處在渦輪葉片前和/或后棱邊的區(qū)域中或者在渦輪葉片頂端處在抽吸或壓力側(cè)壁中設(shè)置有通過(guò)孔(Durchtrittsoeffnung),使得冷卻空氣可向外漏到渦輪級(jí)的熱氣通道中。
[0005]由文件EP I 319 803 A2可得悉一種為了冷卻目的優(yōu)化的燃?xì)鉁u輪葉片，其在渦輪葉片葉內(nèi)設(shè)置多個(gè)徑向定向的冷卻通道空腔，它們分別曲折形地流體連接并且根據(jù)不一樣強(qiáng)地?zé)嶝?fù)載的葉片葉區(qū)域被以或多或少的冷卻空氣流過(guò)。尤其適合于以特別有效的方式冷卻葉片前棱邊的經(jīng)受熱氣的最大的流動(dòng)和熱暴露的區(qū)域。對(duì)此，以內(nèi)壁方式相對(duì)于葉片前棱邊縱向地延伸有空腔，其由在葉片前棱邊處聯(lián)合的抽吸和壓力側(cè)壁以及由以內(nèi)壁方式將抽吸和壓力側(cè)相互連接的間壁限制并且其從葉片根部側(cè)被供應(yīng)以冷卻空氣。通常，流過(guò)空腔的冷卻空氣向外到達(dá)葉片葉頂端的區(qū)域中。為了改善在葉片葉壁與流過(guò)空腔的冷卻空氣之間的熱傳遞，此外沿著包圍空腔的壁區(qū)域設(shè)置有使冷卻空氣流動(dòng)成漩渦的結(jié)構(gòu)。
[0006]在文件US 5，688，104中說(shuō)明了渦輪葉片的葉片前棱邊區(qū)域的另一優(yōu)選的冷卻。沿著葉片前棱邊伸延有空腔，其一方面由在葉片前棱邊處聯(lián)合的抽吸和壓力側(cè)壁以及由在葉片葉內(nèi)將抽吸和壓力側(cè)壁剛性地相互連接的間壁限制。沿著葉片前棱邊伸延的空腔被供應(yīng)以冷卻空氣，其僅通過(guò)設(shè)置在間壁內(nèi)的冷卻通道開(kāi)口進(jìn)入空腔中。直線地構(gòu)造的間壁在徑向的縱向延伸中設(shè)有多個(gè)單獨(dú)的通過(guò)通道，冷卻空氣通過(guò)其從鄰接的徑向伸延的冷卻通道沿著葉片葉以沖擊冷卻的形式在葉片前棱邊的方向上進(jìn)入前述空腔內(nèi)。為了導(dǎo)出被引入空腔中的冷卻空氣，沿著葉片前棱邊分別設(shè)置有指向抽吸和壓力側(cè)壁的薄膜冷卻開(kāi)口，被引入空腔內(nèi)的冷卻空氣通過(guò)其在構(gòu)造薄膜冷卻的情況下分別在壓力以及抽吸側(cè)壁處被帶出。
[0007]為了改善尤其渦輪葉片的葉片前棱邊的冷卻效果，提出利用已知的冷卻技術(shù)一方面提高冷卻空氣供給，另一方面優(yōu)化沖擊冷卻的冷卻機(jī)構(gòu)。
[0008]為了尤其在葉片前棱邊的區(qū)域中優(yōu)化的耐熱性的目的具有上述冷卻措施的渦輪葉片然而在葉片前棱邊區(qū)域中沿著壓力和抽吸側(cè)壁常常顯示出疲勞現(xiàn)象，其在最終階段中通過(guò)形成裂紋顯現(xiàn)出。對(duì)于這樣的裂紋形成的基礎(chǔ)在于在葉片前棱邊區(qū)域中在抽吸和壓力側(cè)壁內(nèi)出現(xiàn)熱機(jī)械應(yīng)力，其源于在葉片葉的被冷卻空氣加載的內(nèi)部的壁區(qū)域與熱氣加載的葉片前棱邊之間的高溫差。尤其在燃?xì)鉁u輪組件的瞬態(tài)運(yùn)行狀態(tài)的情況中，如其在渦輪級(jí)中載荷變化時(shí)或在起動(dòng)時(shí)出現(xiàn)的那樣，可出現(xiàn)大約1000°c的在熱氣加載的葉片前棱邊與以冷卻空氣加載的間壁和內(nèi)壁區(qū)段之間的溫差。顯然，在這樣大的溫差下沿著葉片前棱邊在抽吸側(cè)壁和壓力側(cè)壁內(nèi)出現(xiàn)顯著的熱機(jī)械應(yīng)力，如前面所提及的那樣，其導(dǎo)致顯著的材料負(fù)載。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]本發(fā)明目的在于由此改進(jìn)一種用于流動(dòng)旋轉(zhuǎn)機(jī)器的渦輪葉片(其帶有葉片葉，該葉片葉由凹狀的壓力側(cè)壁和凸?fàn)畹某槲鼈?cè)壁限制，這些側(cè)壁在可與葉片葉關(guān)聯(lián)的葉片前棱邊的區(qū)域中相連接并且包圍在葉片前棱邊的縱向延伸中延伸的空腔，該空腔以內(nèi)壁方式由在葉片前棱邊的區(qū)域中的壓力和抽吸側(cè)壁以及由相對(duì)于葉片前棱邊在縱向上延伸的以內(nèi)壁方式將抽吸和壓力側(cè)壁連接的間壁限制)，即在葉片前棱邊的區(qū)域中應(yīng)減少直至完全避免由溫差引起的疲勞現(xiàn)象，以便以該方式改善強(qiáng)烈地暴露于熱的渦輪葉片的使用壽命。
[0010]為此必需的措施應(yīng)盡可能不損害、而是此外改善和支持本身已知的冷卻措施。為此必需的措施還應(yīng)既不需要成本集中的也不需要關(guān)于制造昂貴的花費(fèi)。
[0011]根據(jù)解決方案的用于流動(dòng)旋轉(zhuǎn)機(jī)器的渦輪葉片具有葉片葉，其由凹狀的壓力側(cè)壁和凸?fàn)畹某槲鼈?cè)壁限制。這些側(cè)壁在可與葉片葉關(guān)聯(lián)的葉片前棱邊的區(qū)域中相連接并且包圍在葉片前棱邊的縱向延伸中延伸的空腔，該空腔以內(nèi)壁方式由在葉片前棱邊區(qū)域中的壓力和抽吸側(cè)壁以及由相對(duì)于葉片前棱邊在縱向上延伸的以內(nèi)壁方式將抽吸側(cè)壁和壓力側(cè)壁連接的間壁限制。該間壁以及抽吸和/或壓力側(cè)壁是連續(xù)的部件。這典型地制造為鑄件。所公開(kāi)的渦輪葉片特征在于，間壁在到抽吸和/或壓力側(cè)壁的聯(lián)接區(qū)域中至少逐段地具有穿孔部(Perforierung)，以提高彈性。在此大量的孔可理解為穿孔部。其典型地沿著線布置。典型地，該線至少逐段是直的。例如可沿著直線布置三個(gè)或更多個(gè)孔。尤其因此提高了間壁的彈性。通過(guò)彈性的聯(lián)接區(qū)域，間壁不那么加強(qiáng)地作用到整個(gè)葉片上，從而也減小在壓力側(cè)壁與抽吸側(cè)壁之間的張緊。在此，間壁的鄰接到抽吸和/或壓力側(cè)壁處的區(qū)域被稱為間壁到抽吸和/或壓力側(cè)壁處的聯(lián)接區(qū)域。聯(lián)接區(qū)域可延伸直至抽吸側(cè)壁與壓力側(cè)壁之間的距離的四分之一。典型地，聯(lián)接區(qū)域延伸到一距離上，其小于間壁的厚度或者小于間壁的厚度的一至兩倍。根據(jù)一實(shí)施方案，聯(lián)接區(qū)域限制于在從間壁到抽吸和/或壓力側(cè)壁的過(guò)渡部中的倒圓或凹槽(Hohlkehle)。根據(jù)另一實(shí)施方案，聯(lián)接區(qū)域限制于從側(cè)壁起的一區(qū)域，該側(cè)壁相應(yīng)于在從間壁到抽吸和/或壓力側(cè)壁的過(guò)渡部中的倒圓或凹槽的半徑的兩倍。
[0012]本公開(kāi)基于該認(rèn)識(shí)，即在暴露以熱氣的渦輪葉片的葉片前棱邊區(qū)域中的疲勞裂紋形成主要可追溯于，剛性地構(gòu)造的、始終以冷卻空氣環(huán)流的間壁(其在葉片葉內(nèi)直接后置于葉片前棱邊且將抽吸側(cè)壁和壓力側(cè)壁固定地相連接)的不屈服性機(jī)械地抵抗在葉片前棱邊區(qū)域中壓力和抽吸側(cè)壁的由熱引起的膨脹和收縮趨勢(shì)，由此，被強(qiáng)烈加熱地暴露于熱的抽吸和壓力側(cè)壁經(jīng)受提高的內(nèi)部機(jī)械應(yīng)力，其又引起高的材料應(yīng)力，這最終導(dǎo)致減少使用壽命的疲勞現(xiàn)象。為了對(duì)付引起疲勞現(xiàn)象的機(jī)械約束(其沿著葉片前棱邊作用到壓力和抽吸側(cè)壁區(qū)域上)，直接后置于葉片前棱邊的間壁(其與壓力和抽吸側(cè)壁的內(nèi)壁共同限制沿著葉片前棱邊伸延的空腔)根據(jù)解決方案被改進(jìn)成使得間壁或者說(shuō)間壁的聯(lián)接區(qū)域經(jīng)歷彈性，由此可至少部分地屈服于抽吸側(cè)壁和壓力側(cè)壁區(qū)域沿著葉片前棱邊的由熱引起的膨脹和收縮趨勢(shì)。對(duì)此，不同于在間壁與抽吸和壓力側(cè)壁之間的傳統(tǒng)剛性壁連接，間壁至少在與側(cè)壁的聯(lián)接區(qū)域處具有穿孔部，通過(guò)其可實(shí)現(xiàn)前述的彈性。
[0013]根據(jù)一實(shí)施形式，穿孔部包括成排的柱狀的孔。根據(jù)另一實(shí)施形式，穿孔部包括成排的長(zhǎng)孔或槽縫(Schlitz)，其長(zhǎng)側(cè)平行于分別相鄰的抽吸或壓力側(cè)壁延伸。
[0014]通過(guò)間壁聯(lián)接到側(cè)壁處，形成相對(duì)厚的材料聚集，其表面積與體積的比例比在自由的壁區(qū)段中小得多。在內(nèi)側(cè)上，此外通過(guò)該聯(lián)接來(lái)阻礙壁的流動(dòng)，使得在熱氣或冷卻空氣溫度的瞬態(tài)變化中在聯(lián)接區(qū)域中葉片材料的溫度比在自由的壁區(qū)段中的材料溫度更緩慢地變化。這導(dǎo)致附加的熱應(yīng)力，其被穿孔部減小。
[0015]典型地，間壁到抽吸和/或壓力側(cè)壁處的聯(lián)接區(qū)域甚至構(gòu)造有倒圓或凹槽。這些凹槽在鑄造的葉片中受制造限制。通過(guò)其一方面減小在壁聯(lián)接處的應(yīng)力集中，另一方面通過(guò)凹槽還增大在間壁到抽吸和/或壓力側(cè)壁處的聯(lián)接區(qū)域中的材料聚集。在聯(lián)接區(qū)域中的穿孔部改善在壁的內(nèi)側(cè)上的熱傳遞，從而可更好地跟隨瞬態(tài)的溫度變化。為了進(jìn)一步抵抗材料聚集的效應(yīng)和改善在聯(lián)接區(qū)域中的熱傳遞，根據(jù)一實(shí)施形式穿孔部至少部分地伸延通過(guò)凹槽。
[0016]在渦輪葉片的一優(yōu)選的實(shí)施形式中，間壁在從抽吸側(cè)壁至壓力側(cè)壁或反過(guò)來(lái)的延伸中具有偏離于直線的壁走向的、彎曲地構(gòu)造的至少一個(gè)壁區(qū)段。該彎曲提高了彈性，使得尤其結(jié)合間壁的穿孔的聯(lián)接區(qū)域得到柔性的間壁。
[0017]在一優(yōu)選的實(shí)施形式中，直接面向葉片前棱邊的間壁(其將抽吸和壓力側(cè)內(nèi)壁相互連接)具有“V”或“U”形的壁橫截面，其優(yōu)選地在間壁的整個(gè)徑向長(zhǎng)度上延伸。根據(jù)解決方案這樣構(gòu)造的間壁的彎曲(其走向從抽吸側(cè)壁延伸至壓力側(cè)壁或反過(guò)來(lái)并且恰好在該空間方向上使彎曲引起的壁彈性成為可能)允許在葉片前棱邊區(qū)域中由熱引起的抽吸和壓力側(cè)壁的膨脹的情況中通過(guò)彎曲的間壁的彈性延展屈服于抽吸和壓力側(cè)壁相對(duì)于彼此間隔開(kāi)的趨勢(shì)。
[0018]在相反的由熱引起的材料收縮(其導(dǎo)致在葉片前棱邊區(qū)域中在壓力側(cè)壁與抽吸側(cè)壁之間的相互的間距減小)的情況中，彎曲地構(gòu)造的間壁通過(guò)壁曲率的提高能夠跟隨減小的壁間距。
[0019]根據(jù)另一實(shí)施形式，渦輪葉片在間壁的“V”或“u”形地構(gòu)造的橫截面的基底處至少逐段地具有穿孔部，其平行于聯(lián)接區(qū)域的穿孔部伸延，以提高彈性?？偟貋?lái)說(shuō)，由此在“V”或“U”形地構(gòu)造的橫截面的兩個(gè)邊腿之間對(duì)于間壁產(chǎn)生一鉸鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)，其使邊腿圍繞穿孔部的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)成為可能，并且因此負(fù)責(zé)在壓力側(cè)壁與抽吸側(cè)壁之間的相互間距變化時(shí)的平衡。
[0020]通過(guò)間壁的上述撓曲性，在葉片前棱邊區(qū)域中在壓力側(cè)壁與抽吸側(cè)壁之間的相互間距可根據(jù)溫度水平調(diào)整，而在此在壓力和抽吸側(cè)壁內(nèi)尤其在至處于內(nèi)部的間壁的連接區(qū)域中不出現(xiàn)有害的機(jī)械應(yīng)力。
[0021]當(dāng)然可考慮使相關(guān)的間壁構(gòu)造有不同于“V”或“U”壁橫截面形狀的彎曲地構(gòu)造的壁輪廓。由此，例如以在橫截面中波浪形或手風(fēng)琴式地構(gòu)造的間壁形狀是可能的。然而所有這樣的待根據(jù)解決方案構(gòu)造的壁區(qū)段共同的是，其具有彎曲引起的壁彈性并且通過(guò)穿孔部柔性地聯(lián)接到外壁處。
[0022]為了進(jìn)一步改善壁彈性，一優(yōu)選的實(shí)施例設(shè)置成與在葉片前棱邊區(qū)域中抽吸和壓力側(cè)壁的壁厚相比至少局部地以相同的或優(yōu)選地更小的間壁厚度來(lái)構(gòu)造間壁。不必然需要的是，間壁必須沿著其整個(gè)壁橫截面具有保持相同的壁厚。以該方式可使間壁厚度、穿孔的聯(lián)接區(qū)域的彈性和間壁的彎曲特性彼此優(yōu)化地協(xié)調(diào)成使得可獲得特別合適的壁彈性。如果適合于實(shí)現(xiàn)特別高的壁彈性，則沿著間壁適合特別強(qiáng)地彎曲的和/或選擇成合適地薄的壁區(qū)段。
[0023]帶有穿孔的聯(lián)接區(qū)域的間壁的根據(jù)解決方案的措施也不一定限于直接面向葉片前棱邊的間壁。顯然也可能使另外的設(shè)置在葉片輪廓內(nèi)的間壁以根據(jù)解決方案的方式實(shí)施有穿孔部或者有穿孔部且彎曲，以能夠無(wú)應(yīng)力地屈服由熱引起的收縮或膨脹效應(yīng)(涉及壓力和抽吸側(cè)壁)。
[0024]證實(shí)為特別有利的是，直接面向葉片前棱邊的間壁的“V”或“U”形地構(gòu)造的壁彎曲部被構(gòu)造和布置成使得“V”或“U”形地構(gòu)造的壁區(qū)段的凸?fàn)畹谋趥?cè)面向葉片前棱邊的區(qū)域。
[0025]此外有利的是將間壁的從抽吸側(cè)壁向壓力側(cè)壁或在相反的方向上延伸的彎曲輪廓構(gòu)造成使得間壁的面向葉片前棱邊的凸?fàn)畹谋趥?cè)很大程度上平行于限制空腔的、連接在葉片前棱邊處的抽吸和壓力側(cè)壁來(lái)構(gòu)造和布置。這樣的構(gòu)造尤其在實(shí)現(xiàn)所謂的沖擊冷卻時(shí)是特別有利的，如另外的闡述參考關(guān)于此的實(shí)施例將示出這種情況。在此可能分別通過(guò)在間壁內(nèi)引入的穿過(guò)通道針對(duì)性地使沖擊冷卻空氣流動(dòng)對(duì)準(zhǔn)在葉片前棱邊區(qū)域中的一定的內(nèi)壁區(qū)域。以該方式通過(guò)葉片前棱邊區(qū)域的優(yōu)化的冷卻可高效地對(duì)付溫度引起的材料應(yīng)力。
[0026]為了實(shí)現(xiàn)足夠的柔性，根據(jù)一實(shí)施例一排孔被視為穿孔部，在其中在穿孔方向上孔長(zhǎng)度的份額至少為穿孔區(qū)域的總長(zhǎng)度的30%。為了高柔性，根據(jù)另一實(shí)施例孔長(zhǎng)度的份額至少為穿孔區(qū)域的總長(zhǎng)度的50%。這例如通過(guò)成排的柱狀的孔來(lái)實(shí)現(xiàn)，其分別以雙倍直徑相間隔。尤其在帶有長(zhǎng)孔或槽縫的實(shí)施方案中，孔長(zhǎng)度的份額可超過(guò)穿孔區(qū)域的總長(zhǎng)度的70%。
[0027]間壁到壓力或抽吸側(cè)壁處的聯(lián)接區(qū)域例如分別包括直至在兩個(gè)側(cè)壁之間的壁間距的20%。典型地，聯(lián)接區(qū)域在間壁的連接方向上延伸間壁的一個(gè)或兩個(gè)壁厚。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0028]接下來(lái)根據(jù)附圖(其僅用于解釋而非限制性地來(lái)闡述)來(lái)說(shuō)明本公開(kāi)的優(yōu)選的實(shí)施形式。其中:
圖1示出了對(duì)在渦輪級(jí)內(nèi)渦輪導(dǎo)葉和渦輪工作葉片的示意性布置的說(shuō)明圖2顯示了通過(guò)渦輪葉片的代表性的輪廓以及
圖3a、b、c顯示了用于在葉片前棱邊的區(qū)域中的間壁中構(gòu)造穿孔部的備選變體，
圖4a_d顯示了用于在葉片前棱邊的區(qū)域中構(gòu)造間壁的備選變體。

【具體實(shí)施方式】
[0029]在圖1中以示意性圖示出導(dǎo)葉2以及工作葉片3，如其沿著導(dǎo)葉和工作葉片排布置在未進(jìn)一步示出的渦輪級(jí)I中那樣。應(yīng)假設(shè)，導(dǎo)葉2以及工作葉片3與熱氣流H相接觸，熱氣流在該圖示中從左向右流過(guò)導(dǎo)葉2以及工作葉片3的相應(yīng)的葉片葉4。導(dǎo)葉和工作葉片
2、3的葉片葉4伸入燃?xì)鉁u輪組件的渦輪級(jí)I的熱氣通道O中，其分別由徑向上處于內(nèi)部的覆蓋帶(Deckband) 21、3i以及由導(dǎo)葉2的在徑向上處于外部的覆蓋帶2a以及徑向上處于外部的熱集中區(qū)段(Waermestausegment) 3a來(lái)限制。工作葉片3裝配在未進(jìn)一步示出的轉(zhuǎn)子單元R(其可圍繞旋轉(zhuǎn)軸線A旋轉(zhuǎn)地來(lái)支承)處。
[0030]在圖2中示出了通過(guò)導(dǎo)葉或工作葉片的橫截面圖示，其沿著可由圖1得出的剖切平面A-A產(chǎn)生。渦輪導(dǎo)葉或渦輪工作葉片的典型的葉片輪廓特征在于空氣動(dòng)力學(xué)地設(shè)計(jì)的葉片葉4，其在兩側(cè)由凸?fàn)畹某槲鼈?cè)壁7以及由凹狀的壓力側(cè)壁6來(lái)限制。凸?fàn)畹貥?gòu)造的抽吸側(cè)壁7以及凹狀地構(gòu)造的壓力側(cè)壁6在葉片前棱邊5 (其如開(kāi)頭已闡述的那樣直接暴露于穿過(guò)燃?xì)鉁u輪組件的渦輪級(jí)進(jìn)入的熱氣流)的區(qū)域中聯(lián)合成一體。顯然，沿著葉片前棱邊5的渦輪葉片區(qū)域經(jīng)受特別強(qiáng)的熱負(fù)載。
[0031]為了冷卻暴露于熱氣的渦輪葉片，在葉片葉4內(nèi)設(shè)置有徑向定向的空腔9、10、11等，其以冷卻空氣來(lái)沖刷。各個(gè)空腔9、10、11等通過(guò)間壁8、12、13等相互分離。根據(jù)渦輪葉片的構(gòu)造和成型，各個(gè)冷卻通道9、10、11等相互連通。
[0032]為了解決開(kāi)頭所闡述的在葉片前棱邊5附近在抽吸和壓力側(cè)壁6、7中由疲勞引起的裂紋形成的問(wèn)題，在到抽吸側(cè)壁7和/或壓力側(cè)壁6處的聯(lián)接區(qū)域中最前面的間壁8至少逐段地設(shè)有穿孔部16。在圖3a、b和c中示出穿孔部16的實(shí)施例。
[0033]在圖3a中示出第一實(shí)施例。在間壁8到抽吸和壓力側(cè)壁6、7處的聯(lián)接區(qū)域中各設(shè)置有穿孔部16。所示的示例的穿孔部是一排柱狀的孔17，其平行于抽吸和壓力側(cè)壁6、7布置。在抽吸側(cè)壁6處的穿孔部16在該示例中僅在間壁8的一區(qū)段上伸延。
[0034]在圖3b中示出第二實(shí)施例。在間壁8到抽吸和壓力側(cè)壁6、7處的聯(lián)接區(qū)域中各設(shè)置有穿孔部16。該示例的穿孔部是一排長(zhǎng)孔19，其平行于抽吸和壓力側(cè)壁6、7布置并且其長(zhǎng)側(cè)分別平行于相鄰的抽吸側(cè)壁7或壓力側(cè)壁6延伸。
[0035]在圖3c的第三實(shí)施例中，除了在圖3b中所示的示例的穿孔部16之外還設(shè)置有中間穿孔部20，其平行于抽吸和壓力側(cè)壁6、7在間壁8的中間伸延。由此與在到抽吸和壓力側(cè)壁6、7處的聯(lián)接區(qū)域中的穿孔部16共同形成兩件式的間壁8，其可柔性地來(lái)折疊。
[0036]為了更好地說(shuō)明間壁構(gòu)造，應(yīng)參照在圖4a中所說(shuō)明的詳細(xì)地示出的實(shí)施例，其顯示了在葉片前棱邊區(qū)域中的葉片輪廓。圖4a顯示了在抽吸側(cè)壁7的聯(lián)接區(qū)域中和在壓力側(cè)壁6的聯(lián)接區(qū)域中的穿孔部16。側(cè)壁6、7的材料膨脹或收縮趨勢(shì)21的主方向在該示例中大致平行于間壁8的延伸伸延。
[0037]與直線的構(gòu)造(如這在圖1、2、3和4a中對(duì)于間壁8、12、13是這樣的情況中)不同，在圖4b中示出帶有彎曲的間壁8的實(shí)施例。間壁8具有U形地構(gòu)造的壁橫截面，其在兩側(cè)不僅與抽吸側(cè)壁7而且與壓力側(cè)壁6在內(nèi)壁一體地連接。間壁8的U形的壁構(gòu)造賦予葉片輪廓區(qū)域附加的彈性變形性，這樣使得通過(guò)使壁間距w不是如至今那樣固定而是在一定的界限(其由間壁8的形狀和彎曲彈性以及穿孔部16的彈性來(lái)確定)中可變，可屈服于抽吸和壓力側(cè)壁的由熱引起的材料膨脹或收縮趨勢(shì)。
[0038]在圖4c中詳細(xì)示出帶有附加的中間穿孔部20的實(shí)施例。其將間壁8劃分成兩個(gè)邊腿，其從到側(cè)壁6、7處的聯(lián)接區(qū)域出發(fā)以一角度彼此相向行進(jìn)，其中，通過(guò)中間孔20可靈活地來(lái)改變?cè)摻嵌炔⑶乙虼丝扇菀椎仄胶庥膳蛎浺鸬脑趬毫?cè)壁與抽吸側(cè)壁之間的間距中的變化。
[0039]另外在圖4c中示出對(duì)于可能的薄膜冷卻組件的一示例。冷卻空氣通過(guò)薄膜冷卻孔14從空腔9向外離開(kāi)并且分別構(gòu)造表面地貼靠在抽吸側(cè)壁6和壓力側(cè)壁7處的冷卻空氣薄膜。U形地構(gòu)造的間壁8 (其在兩側(cè)不僅與抽吸側(cè)壁7而且與壓力側(cè)壁6的內(nèi)壁連接成一體)優(yōu)選地具有凸側(cè)的壁走向，其面向葉片前棱邊5并且很大程度上平行于限制空腔9的一體地連接在葉片前棱邊5處的抽吸側(cè)壁7和壓力側(cè)壁6來(lái)構(gòu)造。冷卻空氣在該示例中至少部分地通過(guò)穿孔部16和中間穿孔部20到達(dá)前面的空腔9中。
[0040]在圖4d中示出了帶有冷卻的細(xì)節(jié)的另一實(shí)施例。在此，間壁在到抽吸側(cè)壁7和壓力側(cè)壁6處的聯(lián)接區(qū)域處具有穿孔部16。在穿孔部旁邊，其還具有冷卻空氣穿過(guò)通道15a、b、c，其用于葉片壁前棱邊的內(nèi)壁側(cè)的沖擊空氣冷卻。以特別有利的方式，穿過(guò)通道15a、b、c關(guān)于其穿過(guò)通道縱向延伸和以此預(yù)設(shè)的通流方向至少可劃分成三組。第一組穿過(guò)通道15a特征在于指向抽吸側(cè)壁7的通流方向，第二組穿過(guò)通道15b特征在于指向葉片前棱邊的通流方向而第三組穿過(guò)通道15c特征在于指向壓力側(cè)壁6的通流方向。穿過(guò)通道15a、15b和15c在間壁8中沿著整個(gè)徑向延伸分布并且以該方式負(fù)責(zé)渦輪葉片的葉片前棱邊區(qū)域的有效的且單獨(dú)的冷卻。當(dāng)然，為了優(yōu)化的沖擊冷卻的目的可在間壁8處安裝另外的穿過(guò)通道。
[0041]另外，可將沖擊空氣冷卻與中間穿孔部相結(jié)合。典型地，沖擊空氣冷卻孔具有比穿孔部孔更大的直徑、例如其兩倍那么大的直徑。
[0042]附圖標(biāo)記清單 I渦輪級(jí)
2導(dǎo)葉
2i導(dǎo)葉的內(nèi)圍帶 2a導(dǎo)葉的外圍帶 3工作葉片 3i工作葉片的內(nèi)包葉 3a熱集中區(qū)段 4葉片葉 5葉片前棱邊 6凹狀的壓力側(cè)壁 7凸?fàn)畹某槲鼈?cè)壁8間壁9空腔
10,11空腔12，13間壁14薄膜冷卻孔15穿過(guò)通道16穿孔部17凹槽18孔19長(zhǎng)孔20中間穿孔部
21材料膨脹或收縮趨勢(shì)的主方向R轉(zhuǎn)子單元A旋轉(zhuǎn)軸線E彈性自由度W壁間距。
【權(quán)利要求】
1.一種用于流動(dòng)旋轉(zhuǎn)機(jī)器的渦輪葉片，其帶有葉片葉(4)，所述葉片葉由凹狀的壓力側(cè)壁(6)和凸?fàn)畹某槲鼈?cè)壁(7)限制，所述側(cè)壁在可與所述葉片葉(4)關(guān)聯(lián)的葉片前棱邊(5)的區(qū)域(B)中相連接并且包圍在所述葉片前棱邊(5)的縱向延伸中延伸的空腔(9)，所述空腔以內(nèi)壁方式由在所述葉片前棱邊(5)的區(qū)域中的所述壓力側(cè)壁(6)和抽吸側(cè)壁(7)以及由在相對(duì)于所述葉片前棱邊(5)的縱向上延伸的以內(nèi)壁方式將所述抽吸側(cè)壁(7)和所述壓力側(cè)壁(6)連接的間壁⑶限制，其特征在于，所述間壁⑶在到所述抽吸側(cè)壁(7)和/或壓力側(cè)壁(6)處的聯(lián)接區(qū)域中至少逐段地具有穿孔部(16)以在所述聯(lián)接區(qū)域中提高所述間壁的彈性。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的渦輪葉片，其特征在于，所述穿孔部(16)包括成排的柱狀的孔(17)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的渦輪葉片，其特征在于，所述穿孔部(16)包括成排的長(zhǎng)孔(19)或槽縫，其長(zhǎng)側(cè)平行于相鄰的所述抽吸側(cè)壁(7)和/或壓力側(cè)壁(6)延伸。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)所述的渦輪葉片，其特征在于，間壁(8)到所述抽吸側(cè)壁⑵和/或壓力側(cè)壁(6)處的所述聯(lián)接區(qū)域包括凹槽(17)并且所述穿孔部(16)至少部分地伸延通過(guò)所述凹槽(17)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4中任一項(xiàng)所述的渦輪葉片，其特征在于，所述間壁(8)具有背向所述空腔(9)的壁側(cè)，其與所述抽吸側(cè)壁(7)和壓力側(cè)壁(6)共同限制至少一個(gè)另外的空腔(10)，并且所述空腔(9，10)是冷卻通道，冷卻劑能夠引入其中。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的渦輪葉片，其特征在于，所述穿孔部(16)的開(kāi)口在所述間壁(8)的聯(lián)接區(qū)域中平行于所述抽吸側(cè)壁(7)或壓力側(cè)壁(6)的表面來(lái)實(shí)施，并且在運(yùn)行中冷卻空氣通過(guò)這些開(kāi)口從一空腔(10)中流入另一空腔(9)中，并且相應(yīng)的開(kāi)口的流出射束相切于相應(yīng)的所述抽吸側(cè)壁(7)或壓力側(cè)壁(6)的內(nèi)壁伸延。
7.根據(jù)權(quán)利要求1至6中任一項(xiàng)所述的渦輪葉片，其特征在于，所述間壁(8)在從所述抽吸側(cè)壁(7)向所述壓力側(cè)壁(6)或者反過(guò)來(lái)的延伸中具有偏離于直線的壁走向的彎曲地構(gòu)造的至少一個(gè)壁區(qū)段，并且彎曲的至少一個(gè)所述壁區(qū)段構(gòu)造成使得所述壁區(qū)段在所述間壁(8)從所述抽吸側(cè)壁(7)向所述壓力側(cè)壁(6)或者反過(guò)來(lái)的延伸的方向上具有彎曲引起的彈性。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的渦輪葉片，其特征在于，彎曲地構(gòu)造的至少一個(gè)所述壁區(qū)段在與所述葉片前棱邊(5)相交的橫截面中構(gòu)造成“V”或“u”形。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的渦輪葉片，其特征在于，在所述間壁⑶的“V”或“u”形地構(gòu)造的橫截面的基底處至少逐段地具有穿孔部(16)，其平行于所述聯(lián)接區(qū)域的穿孔部伸延，以提聞彈性。
10.根據(jù)權(quán)利要求7至9中任一項(xiàng)所述的渦輪葉片，其特征在于，“V”或“u”形地構(gòu)造的所述壁區(qū)段的凸?fàn)畹谋趥?cè)很大程度上平行于限制所述空腔(9)的連接在所述葉片前棱邊(5)處的所述抽吸側(cè)壁(7)和壓力側(cè)壁(6)來(lái)構(gòu)造和布置。
11.根據(jù)權(quán)利要求7至10中任一項(xiàng)所述的渦輪葉片，其特征在于，在所述間壁(8)中設(shè)置有用于在所述葉片前棱邊(5)處所連接的所述抽吸側(cè)壁(7)和壓力側(cè)壁(6)的沖擊冷卻的穿過(guò)通道(15)。
12.根據(jù)權(quán)利要求7至11中任一項(xiàng)所述的渦輪葉片，其特征在于，布置在所述間壁(8)內(nèi)的所述穿過(guò)通道鑒于由可與所述穿過(guò)通道相關(guān)聯(lián)的穿過(guò)通道縱向延伸所預(yù)設(shè)的其通流方向能夠至少劃分成三組:第一組穿過(guò)通道(15a)，其帶有指向所述抽吸側(cè)壁(7)的通流方向；第二組穿過(guò)通道(15b)，其帶有指向所述葉片前棱邊(5)的通流方向；以及第三組穿過(guò)通道(15c)，其帶有指向所述壓力側(cè)壁￠)的通流方向。
13.根據(jù)權(quán)利要求1至12中任一項(xiàng)所述的渦輪葉片，其特征在于，所述渦輪葉片是燃?xì)鉁u輪組件的渦輪級(jí)的導(dǎo)葉或工作葉片。
【文檔編號(hào)】F01D5/18GK104204412SQ201380015613
【公開(kāi)日】2014年12月10日 申請(qǐng)日期:2013年3月21日 優(yōu)先權(quán)日:2012年3月22日
【發(fā)明者】M.施尼伊德, S.施楚金 申請(qǐng)人:阿爾斯通技術(shù)有限公司