基于模塊化結(jié)構的導葉組件的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種渦輪機的基于模塊化結(jié)構的導葉組件，其中，導葉元件包括至少翼型(100)、內(nèi)平臺、外平臺(200)，其中，導葉翼型和/或平臺在其一端具有用于導葉元件彼此間的連接的機構。導葉元件彼此間的連接被配置為與渦輪機的轉(zhuǎn)子軸線相比關于翼型的徑向或準徑向延伸的可拆卸的、永久的或半永久性的固定。翼型相對于至少一個平臺的組裝是基于力配合和/或形狀配合的連接(210)，或者翼型相對于至少一個平臺的組裝是基于使用金屬的和/或陶瓷的配合面，或者翼型相對于至少一個平臺的組裝是基于帶有可拆卸的、永久的或半永久性的固定的力鎖合機構。至少導葉翼型或翼型的備選基本結(jié)構包括至少一個流充填的熱氣體路徑外襯(221,223)，它包住導葉翼型的至少一部分。該流充填的熱氣體路徑外襯通過使用冷縮接合與導葉翼型或翼型的備選基本結(jié)構連接。
【專利說明】
基于模塊化結(jié)構的導葉組件
技術領域
[0001]本發(fā)明涉及渦輪機，特別是燃氣渦輪機的基于由至少兩個可拆卸的元件組裝的模塊化結(jié)構的導葉組件?；旧?，這種導葉組件包括由可更換的和不可更換的元件構成，并且除了模塊化的導葉組件之外還包括可替換的和不可替換的元件。
[0002]導葉組件包括至少一個翼型、內(nèi)平臺、外平臺，其中所述導葉翼型和/或平臺在其一端具有用于將導葉元件彼此連接的裝置，其中，導葉元件彼此連接的連接被配置為與渦輪機的轉(zhuǎn)子軸線相比關于翼型的徑向或準徑向延伸的可拆卸的、永久的或半永久性的固定，其中，所述翼型相對于至少平臺的組裝是基于力配合或形狀配合的連接，或者所述翼型相對于至少平臺的組裝是基于使用金屬的和/或陶瓷的配合面，或者所述翼型相對于至少平臺的組裝是基于帶有可拆卸的、永久的或半永久性的固定的力鎖合機構，其中，至少所述導葉翼型或翼型的備選基本結(jié)構包括至少一個流施加的熱氣體路徑外襯，它包住導葉翼型的至少一部分。
[0003]該可拆卸的或永久的連接包括力鎖合機構/手段，它具有螺栓或鉚釘精加工，或者HT釬焊步驟，活性釬焊步驟或軟釬焊步驟。此外，內(nèi)平臺和外平臺可由單件制成或由復合結(jié)構制成。
[0004]此外，內(nèi)平臺和/外平臺包括能夠抵抗熱應力和物理應力的裝置和/或插入件，其中，所提到的裝置是整體地或部分地可彼此互換的。
[0005]發(fā)明背景
US 7452182 B2涉及一種模塊化的導葉組件。該導葉組件包括翼型部分，外平臺和內(nèi)平臺。翼型部分可以由至少兩個段制成。優(yōu)選地，所述構件連接在一起，從而允許導葉的裝配和拆卸。因此，在導葉損害的情況下，修理涉及到僅僅更換損壞的子構件。模塊化的設計便于在導葉中使用各種材料，包括不同的材料。因此，可選擇合適的材料，以優(yōu)化構件壽命、冷卻空氣用法、空氣動力學性能和成本。因為導葉是較小子構件的組裝件，所以導葉的各個構件可更容易地制造，并可以包括更復雜的特征。根據(jù)該文獻，翼型的一端可以被接收在內(nèi)平臺和外平臺之一的凹部內(nèi)。該組件還可以包括設置在凹部與翼型的徑向端部及翼型的靠近徑向端的外周面的至少一者之間的密封件。其結(jié)果是，熱氣體滲透或冷卻空氣泄漏最小化。在這種情況下，一個或多個翼型段、內(nèi)平臺和/或外平臺可以由金屬間化合物，氧化物彌散強化(ODS)合金，單晶金屬，先進超合金，金屬基復合材料，陶瓷或CMC制成。
[0006]此外，翼型段可以沿其徑向界面被釬焊或焊接在其外周面或附近，以便封閉間隙。可選的是，所述間隙可以被填充有柔順性插入件或其他密封件(繩密封，舌和槽密封，滑動燕尾等)，以防止熱氣體進入并通過間隙迀移，如US 7452182 B2的圖4所示。
[0007]密封件可以或不可被固定到形成該間隙的其中至少一界面表面上。又一可能性在于，配置該間隙，以便在其中形成更長和曲折的流動路徑。例如，翼型段的界面表面可包括一個或多個步驟，如US 7452182 B2的圖5所示。
[0008]這些和其他的系統(tǒng)可以用于減小通過翼型段之間的任何間隙的流動勢。
[0009]EP 1881156 A2的多個方面涉及導葉組件，其中至少一個平臺中配備有一個或多個可拆卸的平臺插入件。這些插入件可以在平臺的其中發(fā)生故障或損壞風險的那些區(qū)域中使用。如果插入件損壞或者在發(fā)動機的運行期間被破壞，那么能夠容易地更換插入件，并且平臺框架和翼型可以重復使用。其結(jié)果是，導葉的整體壽命可以延長。此外，插入件可以由相比于已知導葉可以降低冷卻要求的材料制成，從而允許冷卻空氣用于發(fā)動機的其他用途。
[0010]所提到的插入件可以由一種或多種不同的材料制成。例如，插入件可以由陶瓷基復合材料(CMC)制成，諸如碳化硅CMC。在一個實施例中，插入件可以由氧化物基混合CMC體系制成，例如在美國專利N0.6676783 ； 6641907 ； 6287511 ；和6013592中公開的那些。插入件可以由金屬制成，例如單晶先進合金。
[0011]根據(jù)所述歐洲專利申請的一個實施例，插入件由與接收它們的各自平臺框架相同的材料制成，諸如IN939合金和ECY768合金。插入件可以由這樣的材料制成，所述材料與平臺框架的材料相比可能會或可能不會有更好的耐熱能力。例如，插入件可與與接收平臺框架的材料相比耐熱性能更低的材料制成。插入件可以由廉價的材料制成，以便更換插入件的成本在機器壽命內(nèi)不會顯著增加總成本。
[0012]US 2006/228211 Al涉及模塊化的渦輪導葉組件。該導葉組件包括翼型部分、外罩和內(nèi)罩。翼型部分可以由至少兩個段制成。優(yōu)選地，這些構件連接在一起，從而允許導葉的組裝和拆卸。因此，在導葉損壞的情況下，修理涉及到僅僅更換損壞的子構件，而非整個導葉。模塊化的設計便于在導葉中使用各種材料，包括不同的材料。因此，可選擇合適的材料，以優(yōu)化構件壽命、冷卻空氣用法、空氣動力學性能和成本。因為導葉是較小子構件的組裝件而非一個單件式結(jié)構，所以，導葉的各個構件可更容易地制造，并可以包括更復雜的特征。
[0013]US 8366398 BI沒有公開或暗示冷縮接合。
[0014]發(fā)明概述
本發(fā)明的發(fā)明構思許可典型導葉的使用，所述典型導葉包括翼型、內(nèi)平臺和外平臺，也被稱為罩，其被制成為一個整體。特別是，通過使用可以由至少兩個單獨的部件(即一單獨的翼型和外平臺和一單獨的內(nèi)平臺)組裝而成的導葉，就形成了這樣的先決條件，即，提供了所指的單獨的部件、模塊、元件的可互換性或修理和/或修復，而無需更換整個導葉。另夕卜，也可以使用三個可分開的部件(即，外平臺、翼型和內(nèi)平臺)制成的導葉。在一單獨的工藝中，導葉的多個不同的部件或模塊或元件可以被修理和/或修復。
[0015]基于模塊化組件的渦輪機的模塊化導葉優(yōu)選包括定子側(cè)平臺(也被稱為“外平臺”)、翼型，和轉(zhuǎn)子側(cè)平臺(也被稱為“內(nèi)平臺”)。導葉可以包括至少一個翼型載體，其形成外平臺的至少一個流部件。翼型和/或平臺在其一端優(yōu)選具有機械裝置，用于所述導葉元件的可互換連接的用途，其中，所述導葉元件相互間的連接是基于與渦輪機的轉(zhuǎn)子軸線相比在徑向或準徑向延伸的關于翼型的永久或半永久性固定。翼型相對于平臺的組裝優(yōu)選是基于粘附互連導致的力配合或摩擦鎖定結(jié)合。
[0016]備選地，翼型同平臺的組裝是基于相對于各自導葉元件的固定引導區(qū)域使用金屬的和/或陶瓷的表面。備選地，翼型同平臺的組裝是基于力鎖合機構或至少一個陰連接器，但帶有可拆卸的或永久的連接，其中，至少基本翼型包括至少一個熱氣體路徑外襯，其包住翼型的至少一個部分。
[0017]因此，導葉包括翼型，其在其一端在徑向或準徑向上具有這樣的機構，用于將翼型端插入到與內(nèi)平臺相關聯(lián)的凹部和/或抬高部(boost)中，用于翼型的可拆卸或半可拆卸的或永久或準永久的相應固定。這種固定的進行可以通過粘附促使的摩擦鎖定方式，或者通過使用金屬的和/或陶瓷的表面涂層，或者通過包括螺栓或鉚釘?shù)牧︽i合機構，或者通過HT釬焊或活性釬焊或軟釬焊。
[0018]相同的程序也被應用于翼型關于外平臺的處理，其中，內(nèi)平臺和外平臺可以制成為單件，或者可以由許多元件組裝而成。
[0019]根據(jù)單獨的操作要求或單獨的操作機制，翼型、內(nèi)平臺和外平臺包括能夠抵抗熱應力和物理應力的附加機構和/或插入件，其中所述的附加裝置和插入件是整體的，或者它們的部分是可互換的。
[0020]插入件可以力配合的方式插入到適當設計的凹部中，以帶有附加固定機構的推送裝載抽屜的方式。上表面形成流充填(flow-charged)的區(qū)域。
[0021]然而，必須確保第一排導葉的全部內(nèi)平臺和外平臺在圓周方向上彼此相鄰地排列，這限定了渦輪級的入口開口區(qū)域中的環(huán)形熱氣流。
[0022]在翼型的各自端和內(nèi)平臺之間具有可拆卸固定的情況下，內(nèi)平臺提供了至少一個凹部用于插入翼型的鉤狀延伸部或凸耳，使得翼型至少在渦輪機的軸向和周向方向上固定。
[0023]該鉤狀延伸部具有像十字形的橫截面，其適配到內(nèi)平臺內(nèi)的凹槽內(nèi)。內(nèi)平臺內(nèi)的凹槽提供了用于插入或拆卸的至少一個位置，凹部在該位置提供了開口，翼型的鉤狀延伸部僅通過徑向運動就能夠穿過該開口而被完全插入。翼型的該延伸部的形狀和內(nèi)平臺的該凹部的形狀優(yōu)選地像彈簧螺母連接那樣彼此適配。
[0024]出于插入或拆卸目的，也可以只在翼型的其沿徑向向外導向的端部來操縱翼型，這是在渦輪機級處進行維護工作的一個顯著特征。
[0025]可行的是，內(nèi)平臺被可拆卸地安裝到中間件上，所述中間件也可拆卸地安裝到渦輪機級的內(nèi)部部件的各自內(nèi)部結(jié)構上。就此而言，中間件提供至少一個凹部用于插入內(nèi)平臺的鉤狀延伸部，用于內(nèi)平臺的軸向、徑向和周向固定。
[0026]基本上，上述中間件允許關于內(nèi)平臺在軸向、周向和徑向方向上的一些運動。在中間件上設有軸向、周向和徑向止動部以防止內(nèi)平臺的無約束的運動。通過這些軸向和周向止動部，導葉翼型在外平臺和內(nèi)平臺處被支撐。
[0027]—種附加的彈簧類型的部件將內(nèi)平臺壓靠在中間件內(nèi)的徑向止動部上，使得能夠通過從外平臺襯上方的空間徑向向內(nèi)地滑動翼型，而將翼型安裝到外平臺和內(nèi)平臺中。
[0028]此外，將翼型和殼或殼部分(也被稱為熱氣體路徑外襯)連接到相應的內(nèi)平臺和外平臺上的一種附連方式包括，能夠在設置于外平臺的凹部中接收翼型的徑向端。同樣地，也可以在設置于內(nèi)平臺的凹部中接收翼型的徑向端。所提到的凹部可以具有大致翼型的形狀，以便對應于翼型或翼型組件的外輪廓。因此，包括殼布置的翼型和翼型組件就能夠被受限地保持在內(nèi)平臺和外平臺之間。
[0029]此外，根據(jù)“發(fā)明背景”中提到的現(xiàn)有技術的現(xiàn)有解決方案僅僅涵蓋了本發(fā)明的目的的一部分。本發(fā)明的其中一個最重要的解決方案是，提供至少一個外殼，如果有必要和有需要的話，并根據(jù)個別的操作要求或不同的操作機制，提供用于初始翼型的模塊化變體的至少一個無流充填的中間殼。翼型載體的作用是承載來自翼型模塊的機械載荷。為了保護翼型載體免受翼型模塊的熱氣體路徑的高溫和不同的熱變形，可以應用外殼和中間殼。
[0030]如果提供若干疊加的殼，則這些殼可以構建有或沒有彼此之間的間隔。
[0031]所提到的殼可以由至少兩個段制成。優(yōu)選的是，形成殼的構件被連接在一起，從而允許導葉的殼、殼構件、翼型和各種構件的組裝和拆卸。
[0032]通過本發(fā)明、特別是指熱氣體路徑外襯實現(xiàn)的優(yōu)點，包括這樣的事實，即，作為導葉基翼型與相關聯(lián)的附加的流充填元件組合的結(jié)果，可以很大程度地使用標準化組件來生產(chǎn)單獨地并特定地匹配局部變化的應用條件的導葉。
[0033]可以補償或減輕對導葉個體的流充填的局部差異。
[0034]以這種方式，就可以減少在轉(zhuǎn)子葉片區(qū)域中的振蕩的激勵。這種增加流充填元件以適應不同應用條件的使用方式，特別是能夠替代不同的但幾何形狀相似的部件(即，大量完整的導葉)的生產(chǎn)和庫存，其中所述大量完整的導葉各自單獨地適應特定的條件。
[0035]在流充填的殼損壞的情況下，其修理涉及到僅僅更換受損的子構件，而不是更換整個翼型。采用模塊化的設計便于在殼中使用各種的材料，包括不同的材料。因此，在殼構件內(nèi)可選擇合適的材料，以優(yōu)化構件壽命、冷卻空氣用法、空氣動力學性能和成本。
[0036]流充填的殼組件還可以包括設置在凹部與殼的徑向端部及翼型的鄰接徑向端的外周面的至少一者之間的密封件。其結(jié)果是，如果殼段能夠沿它們的徑向界面在外周面處或其附近被釬焊或焊接以封閉間隙，則可以排除熱氣體滲透或冷卻空氣泄漏，除了當提供噴射之外?？蛇x的是，所述間隙可以被填充有柔順性插入件或其他密封件(繩密封，舌和槽密封，滑動燕尾等)，以防止熱氣體進入并通過間隙迀移。在所有情況下，將保證單個外殼或外殼構件的可互換性。
[0037]單個殼部件的徑向界面的間隙或凹槽可填充有陶瓷繩，和/或可以使用粘結(jié)劑混合物。一種備選方案包括，在翼型上收縮殼或收縮殼組件。如果在這種情況下殼或殼部件的互換性不能保證，就必須確保整個翼型裝置可以被替換。
[0038]內(nèi)平臺和外平臺兩者都可以類似于翼型地形成。
[0039]尤其是，提到的內(nèi)平臺和外平臺可以由至少兩個段制成。優(yōu)選地，形成外平臺的部件連接在一起，或者連接到翼型和/或殼部件，以便允許該外平臺的裝配和拆卸。
[0040]平臺的熱氣體加載側(cè)配備有一個或多個固定或可移除的插入件。該插入件設備相對于熱氣體加載區(qū)構成一整體的覆蓋或封蓋。
[0041]所提到的插入件設備具有涂層表面，其能夠抵抗熱應力和物理應力，其中，所述的插入件設備包括整體地或部分的可互換的插入件。
[0042]無論翼型或殼連接到內(nèi)平臺和外平臺的具體方式如何，必須防止燃氣渦輪使用時的熱氣體滲透到平臺的凹部與翼型殼的相應翼型之間的任何間隔中，以便防止不期望的熱輸入以及最小化流損失。
[0043]如果翼型被處于比熱燃燒氣體更高壓力下的冷卻介質(zhì)內(nèi)部冷卻，這可發(fā)生過度的冷卻介質(zhì)泄漏到熱氣體路徑中。為了盡量減少這樣的擔憂，可以連同殼裝置一起連接提供一個或多個附加的密封件。所述密封件可以是繩密封件，W形密封件，C形密封件，E型密封件，平板，和迷宮式密封中的至少一者。密封件可以由各種材料制成，包括例如金屬和陶瓷。
[0044]另外，熱絕緣材料或熱障涂層(TBC)可以被施加到導葉組件的不同部分。
[0045]本發(fā)明的主要優(yōu)勢如下: -與整體設計相比，模塊的熱-機械分離提高了部件的壽命。
[0046]-可以選擇在冷卻和/或材料配置方面具有不同變體的模塊，以便最佳地適配不同操作機制。
[0047]-翼型包括單個外殼或由多個構件組裝而成的外殼，其可以以這樣的方式進行選擇，g卩，用以優(yōu)化部件壽命，冷卻用途，空氣動力學性能，并提高耐抗高溫應力和熱變形的能力。
[0048]-連同內(nèi)平臺和外平臺一起加蓋或引入各種插入件可以這樣的方式進行選擇，即，用以優(yōu)化部件壽命，冷卻用途，空氣動力學性能，并提高耐抗高溫應力和熱變形的能力。
[0049]-翼型，內(nèi)平臺，和外平臺以及附加的集成元件可以被完善加工有選擇的熱絕緣材料或熱障涂層。
[0050]-導葉的所有上述元件的冷卻主要由對流冷卻組成，帶有可選擇地疊加或集成的沖擊冷卻和/薄膜冷卻/瀉流冷卻。
[0051]-所有元件的可彼此互換性或與等同形式的可互換性是作為一個原則給出的。
[0052]-各種元件的彼此固定可以通過:a)粘附促使的摩擦鎖定，或通過使用金屬的和/或陶瓷的表面涂層，或者b)通過力配合，或者c)通過形狀配合，或者d)通過使用螺栓或鉚釘?shù)牧︽i合組裝，或者通過HT釬焊、活性釬焊或軟釬焊。
[0053]-該平臺可以由多個獨立的部件構成，所述多個獨立的部件一方面被主動連接到翼型和殼元件，另一方面被主動地連接到轉(zhuǎn)子和定子。
[0054]-翼型的模塊化的設計便于根據(jù)不同操作機制在殼中使用各種材料，包括不同的材料。
[0055]-模塊化的導葉組件由可更換的和不可更換的元件構成，此外，模塊化的導葉組件包括可替換的和不可替換的元件。
[0056]-外平臺通過鑄造、鍛造或以金屬片或板制造而成。外平臺是在預定周期內(nèi)的消耗品并按規(guī)定保養(yǎng)周期經(jīng)常更換，并且可從導葉翼型上機械地分離，其中外平臺可以使用力鎖合元件(即，螺栓)機械地補充地連接到翼型載體上。外平臺可以涂有CMC或陶瓷材料。
[0057]-導葉翼型具有徑向上的優(yōu)異的或渦旋的空氣動力學輪廓，通過鑄造、機加工或鍛造而成，并另外地包括局部內(nèi)腹板結(jié)構以用于冷卻或強化方面的改進。此外，導葉翼型可以被涂覆，并且包括靈活的冷卻配置以用于調(diào)整至渦輪機的操作要求，例如基本負荷，峰值模式，部分負荷。
[0058]-翼型載體通過鑄造、機加工或鍛造而成，并且另外包括局部內(nèi)腹板結(jié)構以用于冷卻或強化方面的改進。此外，翼型載體可以被涂覆，并且包括靈活的冷卻配置以用于適配燃氣渦輪的操作要求，例如基本負荷，峰值模式，部分負荷。
[0059]-內(nèi)平臺通過鑄造、鍛造或以金屬片或板制造而成。內(nèi)平臺是消耗品，并在規(guī)定的保養(yǎng)期后更換，并且可從導葉翼型上機械地分離，其中，內(nèi)平臺可以使用力鎖合元件(即，螺栓)補充地機械地連接到翼型載體上。內(nèi)平臺可以涂有CMC或陶瓷材料。
[0060]-翼梁，作為導葉翼型的子結(jié)構或者作為殼組件的子結(jié)構直接地工作，是可互換的，是預先制備的，是單件式或多件式的，是未冷卻的結(jié)構或者是使用對流冷卻和/或薄膜冷卻和/或瀉流冷卻和/或沖擊冷卻的結(jié)構，具有用于改進冷卻或強化的腹板結(jié)構。
[0061]-外殼和額外的中間殼是可互換的消耗品，是預先制備的，采用帶有徑向或周向補丁的單件或多件形式，并相對于導葉翼型的子結(jié)構使用冷縮接合。
[0062]附圖簡要說明
下面結(jié)合附圖基于示例性的實施例對本發(fā)明進行更詳細的解釋。在附圖中:
圖1示出了用于燃氣渦輪機的示例性導葉；
圖2示出了通過導葉的橫截面；
圖3示出了包括額外的流施加的熱氣體路徑外襯(也稱為殼模塊)的導葉的橫截面；
圖4示出了在外平臺區(qū)域中的組裝的導葉，其中該組裝是通過釬焊和/或摩擦連接和/或機械加載進行的；
圖5示出了在外平臺區(qū)域中的組裝的導葉，其中該組裝是通過陶瓷襯套進行的；
圖6示出在內(nèi)平臺區(qū)域中的組裝的導葉，其中該組裝是通過陶瓷襯套進行的；
圖7示出了由HT陶瓷可選地密封的帶插入件或機械聯(lián)鎖裝置的平臺；
圖8示出了在導葉翼型載體和外殼組件的范圍內(nèi)的接合技術；
圖9示出了在導葉翼型載體和外殼組件的范圍內(nèi)的另一接合技術；
圖10示出了一導葉的構思。
[0063]示例性實施例的詳細描述
圖1示出一典型的導葉，其通常具有翼型100、外平臺200和內(nèi)平臺300。外平臺設置為壁元件，用于將導葉固定至燃氣渦輪機的內(nèi)殼體(也稱為定子)，并形成用于工作介質(zhì)流過渦輪的熱氣體管道的外邊界。為了工作介質(zhì)的流動的有效路線布置，將導葉排布置在轉(zhuǎn)子葉片排的上游，其中，所述導葉通常都配有形成輪廓的導葉翼型。導葉翼型100在一側(cè)的導葉根部與在另一側(cè)一體地形成在導葉葉片上的蓋板之間延伸;此蓋板或平臺在各自導葉排的區(qū)域中限定了熱氣體導管，用于工作介質(zhì)在朝向渦輪軸的方向上流動。導葉翼型和導葉根部連同蓋板一起形成了相應導葉的導葉基本主體，其通常是單件式的設計，可選地包括內(nèi)平臺300。這種類型的導葉主體可以例如通過鑄造，鍛造來制造，或者如果合適的話也可以是單晶的形式。
[0064]因此，每個導葉提供了徑向外平臺200，翼型100和徑向內(nèi)平臺300。徑向外平臺包括安裝鉤201、202，它們被插入到第一渦輪級的定子部件的安裝槽(未示出)中。導葉的內(nèi)平臺300典型地用轉(zhuǎn)子襯套圍起一間隙，通過該間隙，冷卻介質(zhì)的吹掃流可被注入到燃氣渦輪機內(nèi)的熱氣流中。以同樣的方式將冷卻介質(zhì)的吹掃流噴射通過一間隙，該間隙由定子構件、導葉外平臺200的上游邊緣和燃燒器外襯套(也稱為定子襯套)的部分圍起。一般地，在外平臺200的下游，熱屏蔽(未示出)被安裝在定子構件的內(nèi)部，以與在外平臺200的情況下相同的方式防止在定子部件的內(nèi)面區(qū)域中的過熱。
[0065]圖2示出了參照圖1的導葉的橫截面。導葉前緣側(cè)冷卻通道103，中間冷卻通道104、105和導葉后緣側(cè)冷卻通道106、107獨立地形成于葉片有效段的導葉前緣101側(cè)與導葉后緣102側(cè)之間。如圖2所示，傳熱加速元件108a，108b和109a，109b各自地沿相應壓力側(cè)110和吸力側(cè)120上的各導葉壁而內(nèi)部地定位于導葉外平臺200與內(nèi)平臺300之間。此外，這些元件108a，108b和109a，109b各自地可以被布置為相對于冷卻介質(zhì)的前進流動方向傾斜的一個角度上，并且處于所謂的右上升狀態(tài)或向左上升的狀態(tài)。單個的隔壁限定了各自的通往相鄰隔壁的冷卻通道103-107。
[0066]為了強化的冷卻效果，可以提供傳熱加速元件108a，108b和109a，109b。傳熱加速元件108a，108b位于導葉前緣側(cè)冷卻通道103中，并且以右上升狀態(tài)相對于冷卻介質(zhì)的前進流動方向傾斜。在壓力側(cè)110的傳熱加速元件108a和在吸力側(cè)120的傳熱加速元件108b可以在冷卻介質(zhì)的徑向流動方向上交替地定位。因此，當冷卻介質(zhì)跳過在壓力側(cè)110的傳熱加速元件108a和在吸力側(cè)120的傳熱加速元件108b時，冷卻介質(zhì)流過相鄰吸力側(cè)120和壓力側(cè)110的各間隔并且形成渦旋130。
[0067]至少在導葉翼型100和外平臺200之間的組裝是通過在一側(cè)的凸耳150和在另一側(cè)的凹部140來實現(xiàn)的。在圓周方向，該連接140/150可以被布置為圓形或多角形的結(jié)構。該連接是基于摩擦鎖定接合或永久連接。此外，提供了用于整個連接的局部錨固的機構141。所提到的形成該連接的相鄰主體部件，設有金屬的和/或陶瓷的配合面。
[0068]通常，用于導葉元件(即翼型、內(nèi)平臺、外平臺和可選的流載體)的可互換連接的機構，包括基于摩擦鎖定結(jié)合或永久連接或固定的相互對應的凸耳或凹槽。
[0069]圖3示出了導葉的橫截面圖，包括附加的流施加的熱氣體路徑外襯400，也被稱為殼模塊。該流施加的殼模塊根據(jù)空氣動力學要求一體地或部分地包住導葉的基本導葉翼型的外輪廓。部分殼結(jié)構主動地連接到導葉的基本翼型的前緣，其中所述基本翼型的外輪廓由一主動地連接至導葉翼型前緣的獨立的流充填部分構成。流充填的殼結(jié)構一體地包住基本導葉翼型的外輪廓，遵循導葉的空氣動力學最終目標;或者，流充填的殼結(jié)構在燃氣渦輪機的工作介質(zhì)的流動方向上部分地包住基本翼型的外輪廓，遵循導葉的空氣動力學最終目標。根據(jù)一附加的實施例，基本導葉翼型內(nèi)包括由翼梁結(jié)構形成的補充體。代替基本導葉翼型的是，翼梁可制成為子結(jié)構。殼結(jié)構可以一體地或由分段體的形式而形成。第一殼結(jié)構內(nèi)部包括無流充填的或部分流充填的第二殼結(jié)構或中間殼結(jié)構，遵循導葉的空氣動力學最終目標。這兩個殼襯是相鄰的，或者彼此之間具有一中間距離。當流充填的第一殼結(jié)構一體地包住導葉翼型的外輪廓時，該殼結(jié)構包括完全地或部分地形成基本導葉翼型的外輪廓的至少兩個主體。所提到的完全地或部分地形成外殼結(jié)構的主體沿它們的徑向界面被釬焊或焊接，并且它們具有填充有密封件和/或陶瓷材料的徑向或準徑向間隙。
[0070]外殼是可互換的消耗品，是預先制備的，采用帶有徑向或周向補丁的單件或多件的形式，并相對于導葉翼型的子結(jié)構使用冷縮接合。
[0071]此外，一個或多個中間殼是可選的組件的部分。上面提到的殼是可互換的，預先制備的，布置為帶有徑向或周向補丁的單件或多件，未被冷卻或被冷卻(對流冷卻，薄膜冷卻，瀉流冷卻，沖擊冷卻)，被制備為用于外殼和翼梁的不同熱膨脹的補償器，帶有用于優(yōu)化操作要求的關于不同冷卻配置的冷卻裙部。
[0072]翼梁作為導葉翼型或殼體組件的子結(jié)構是可互換的，是預先制備的或不同地制造的，是單件或多件式的，是未被冷卻的或者使用對流冷卻、薄膜冷卻、瀉流冷卻、沖擊冷卻來進行冷卻的，具有腹板結(jié)構以用于冷卻或強化方面的改進。
[0073]圖4示出在外平臺區(qū)域中的組裝的導葉，其中，在翼型100和外平臺200的各自翼型載體220之間的組裝，是通過釬焊和/或摩擦連接210進行的。該接頭可以是機械地加載的，不要求絕對的密封性。此外，組裝的導葉包括下列措施:外平臺200具有翼型載體220，其形成熱氣體外襯，可以被鑄造、機加工或鍛造而成。翼型載體可以包括用于局部內(nèi)腹板結(jié)構以用于冷卻或強化方面的改進。材料選擇和性能根據(jù)單獨的應用進行了優(yōu)化。翼型載體220包括靈活的冷卻配置以用于適配燃氣渦輪在基本負荷、峰值模式或部分負荷方面的功能要求。另一接頭222在導葉徑向的不同水平上影響翼型100與外平臺200之間的融合，超越翼型100與外平臺200之間的通過釬焊和/或摩擦連接和/或機械加載210的上述組裝。接頭222未構造成吸收機械載荷，而是作為一密封連接。另一接頭225影響在定子一側(cè)的在外平臺200和翼型載體220之間的融合。這一接頭225未構造成吸收機械載荷，而是作為一密封連接。關于熱氣體，外平臺200的流施加的下側(cè)在導葉徑向方向的不同水平上包括保護襯221,223。所提到的襯221，223通過釬焊和/或摩擦連接和/或機械加載224制成。同樣的措施被應用于內(nèi)平臺300(未具體示出)。
[0074]通常，平臺200，300和導葉翼型不是消耗品。相反，提及的密封件和襯是消耗品。翼型載體可以是消耗品，這取決于成本。
[0075]翼型載體220被鑄造、機加工或鍛造以包括添加的特征，其帶有局部內(nèi)腹板結(jié)構以用于冷卻或強化方面的改進。此外，翼型載體包括靈活的冷卻配置以用于調(diào)整至燃氣渦輪的操作要求，如基本負荷、峰值模式、部分負荷。
[0076]圖5示出了在外平臺區(qū)域中的組裝的導葉，其中，在翼型100與外平臺200各自的翼型載體220之間的組裝是通過陶瓷襯套230進行的。該接頭231可以是機械地加載的，不要求絕對的密封性。該組裝的其余結(jié)構基本上對應于如在圖4中看到的布置。
[0077]外平臺200被鑄造、鍛造或以金屬片或板制造而成。外平臺是預定周期的消耗品并按規(guī)定保養(yǎng)周期經(jīng)常更換，并且可從導葉翼型上機械地分離，其中外平臺可以使用力鎖合元件(即，螺栓)補充地機械地連接到翼型載體。外平臺可以涂有CMC或陶瓷材料。
[0078]圖6示出了在內(nèi)平臺300的區(qū)域中的組裝的導葉，其中，在翼型100和內(nèi)平臺300之間的組裝是通過陶瓷襯套240進行的。該接頭241可以是機械地加載的，不要求絕對的密封性。該組裝的其余結(jié)構基本上對應于如在圖4中看到的布置。
[0079]內(nèi)平臺300被鑄造、鍛造或以金屬片或板制造而成。外平臺是消耗品并在規(guī)定的保養(yǎng)期更換，并且可從導葉翼型上機械地分離，其中，內(nèi)平臺可以使用力鎖合元件(即，螺栓)補充地機械地連接到翼型載體上。內(nèi)平臺可以涂有CMC或陶瓷材料。
[0080]圖7示出了導葉組件的平臺200，其帶有被HT陶瓷可選地密封的插入件和/或機械聯(lián)鎖裝置501-503。這種布置可包括內(nèi)平臺和/或外平臺，和/或翼型，和/或翼型載體，和/或熱氣體路徑外襯，并且沿著熱應力區(qū)域(即，導葉的流充填區(qū))設置或設置在該熱應力區(qū)域中。形成各自的流充填區(qū)的插入元件和/或機械聯(lián)鎖裝置至少以力配合方式被插入到適當設計的凹部中，或者以帶有附加固定機構504的推送裝載抽屜的方式被插入。此外，該插入元件和/或機械聯(lián)鎖裝置可以通過HT陶瓷密封。
[0081 ]圖8示出了在導葉翼型載體和外殼組件的范圍內(nèi)的接合技術。具體而言，圖8示出了外平臺200及導葉翼型載體220;另外示出了用于在翼梁600的范圍針對插入件602施加作用力的彈簧606，其中，所述彈簧被主動地連接到鎖定系統(tǒng)601,603的滑動床構造。另一彈簧604導致主動地連接到金屬夾605和翼梁600，并且間接地連接到外殼401。環(huán)607提供了在外平臺200和金屬夾605之間的密封。
[0082]圖9示出在導葉翼型載體和外殼組件的范圍內(nèi)的另一接合技術。關于外殼401同翼梁600的組裝，包括彈簧8和金屬蓋元件609。
[0083]關于圖8和圖9所示的接合的重要方面如下:CMC或金屬外殼是保護敏感金屬翼梁所必須的。避免了尤其是在CMC上的機械載荷，減少了故障的風險。該構思涉及利用陶瓷襯套與補償器(彈簧)的干涉配合，以及CMC或金屬殼利用金屬夾及彈簧(圖8)的固定或通過彈簧及金屬蓋(圖9)的固定。
[0084]圖10顯示了帶金屬殼700的導葉的一典型布置。圖10中所示的元件很容易被本領域的技術人員理解，即:701金屬殼;702翼梁;703翼型載體;704外平臺載體;705外平臺熱氣體襯;706內(nèi)平臺熱氣體襯;707內(nèi)平臺載體;708螺栓和銷;709補丁。元件的技術方面從前述的附圖和相關描述中可以得到。內(nèi)平臺包括釬焊/焊接補丁。熱氣體襯和熱氣體載體組成釬焊結(jié)構。外平臺包括沖擊冷卻。外平臺包括釬焊/焊接結(jié)構。翼梁包括相對于翼型密封的密封結(jié)構。外平臺包括固定元件/旋轉(zhuǎn)元件。
[0085]雖然本發(fā)明已經(jīng)關于其詳細實施例進行了圖示和描述，但本領域的技術人員可以理解，在不脫離權利要求限定的本發(fā)明的精神和范圍的前提下，可以對其進行形式上和細節(jié)上的各種變化。
[0086]引用標號清單100翼型
101導葉前緣
102導葉后緣
103冷卻通道
104冷卻通道
105冷卻通道
106導葉后緣側(cè)冷卻通道
107導葉后緣側(cè)冷卻通道
108a傳熱加速元件
108b傳熱加速元件
109a傳熱加速元件
109b傳熱加速元件
110高壓側(cè)
120吸力側(cè)
130渦旋
140凹部
150凸耳
200外平臺
201安裝鉤
202安裝鉤
210連接
220翼型載體
221保護襯
222接頭
223保護襯
224機械加載機構
225接頭230陶瓷襯套
231接頭
240陶瓷襯套
241接頭
300內(nèi)平臺
400殼結(jié)構
401外殼，CMC殼
501插入元件或機械聯(lián)鎖裝置
502插入元件或機械聯(lián)鎖裝置
503插入元件或機械聯(lián)鎖裝置
504固定機構
600翼梁，CMC翼梁
601鎖定系統(tǒng)
602插入件，CMC插入件
603鎖定系統(tǒng)
604彈黃
605 CMC殼的金屬夾606彈簧607密封環(huán)608彈簧
609 CMC殼的金屬蓋700構思的導葉701金屬殼702翼梁703翼型載體704外平臺載體705外平臺熱氣體襯706內(nèi)平臺熱氣體襯707內(nèi)平臺載體708螺栓和銷709 補丁。
【主權項】
1.渦輪機的基于模塊化結(jié)構的導葉組件，其中，所述導葉包括至少一個翼型、內(nèi)平臺、外平臺，其中，所述導葉翼型和/或平臺在其一端具有用于導葉元件彼此間的連接的機構，其中，所述導葉元件彼此間的連接被配置為與所述渦輪機的轉(zhuǎn)子軸線相比關于所述翼型的徑向或準徑向延伸的可拆卸的、永久的或半永久性的固定，其中，所述翼型相對于至少一個平臺的組裝是基于力配合和/或形狀配合的連接，或者所述翼型相對于至少一個平臺的組裝是基于使用金屬的和/或陶瓷的配合面，或者所述翼型相對于至少一個平臺的組裝是基于帶有可拆卸的、永久的或半永久性的固定的力鎖合機構，其中，至少所述導葉翼型或所述翼型的備選基本結(jié)構包括至少一個流充填的熱氣體路徑外襯，它包住所述導葉翼型的至少一部分，其中，所述流充填的熱氣體路徑外襯通過使用冷縮接合連接到所述導葉翼型或所述翼型的備選基本結(jié)構。2.根據(jù)權利要求1所述的導葉組件，其特征在于，所述導葉元件包括至少一個翼型載體，其形成所述外平臺的至少一個流部件。3.根據(jù)權利要求1所述的導葉組件，其特征在于，通過將至少兩個部件在將所述翼型置于所述兩個部件之間的情形下接合，來組裝所述內(nèi)平臺和/或所述外平臺。4.根據(jù)權利要求1所述的導葉組件，其特征在于，金屬的和/或陶瓷的配合面形成相鄰主體部件的組成部分。5.根據(jù)權利要求1所述的導葉組件，其特征在于，所述流充填的熱氣體路徑外襯整體地或部分地包住所述翼型的外輪廓。6.根據(jù)權利要求1所述的導葉組件，其特征在于，所述翼型的備選基本結(jié)構形成為翼Wi O7.根據(jù)權利要求1所述的導葉組件，其特征在于，所述翼型的外輪廓由一獨立的流充填部分構成，其被直接地或間接地主動連接到所述導葉的翼型的前緣。8.根據(jù)權利要求1至7中的一項所述的導葉組件，其特征在于，所述流充填的熱氣體路徑外襯整體地包住所述翼型的外輪廓，或者所述流充填的熱氣體路徑外襯部分地包住所述翼型的外輪廓，或者所述流充填的熱氣體路徑外襯整體地包住子結(jié)構，其中，所述子結(jié)構是通過翼梁的形式形成的。9.根據(jù)權利要求1至8中的一項所述的導葉組件，其特征在于，所述流充填的熱氣體路徑外襯整體地包住所述翼型的外輪廓，其中，所述熱氣體路徑外襯是由一體的或分段的主體的形式形成的。10.根據(jù)權利要求1至9中的一項所述的導葉組件，其特征在于，第一流充填的熱氣體路徑外襯內(nèi)部具有第二或中間的無流充填的襯或部分流充填的襯。11.根據(jù)權利要求1至10中的一項所述的導葉組件，其特征在于，第一流充填的熱氣體路徑外襯內(nèi)部具有第二無流充填的或部分流充填的襯，其中，所述外襯和中間襯以相互間隔開的方式彼此相鄰地布置。12.根據(jù)權利要求1至11中的一項所述的導葉組件，其特征在于，至少所述第一流充填的熱氣體路徑外襯整體地包住所述翼型的外輪廓，其中，所述第一熱氣體路徑外襯包括至少兩個主體，其完全地或部分地形成所述導葉翼型的外輪廓。13.根據(jù)權利要求1至12中的一項所述的導葉組件，其特征在于，至少所述第一熱氣體路徑外襯整體地包住所述翼型的外輪廓，其中，所述熱氣體路徑外襯包括形成所述翼型之外輪廓的至少兩個主體，并且其中，這些主體沿它們的徑向界面被釬焊或焊接。14.根據(jù)權利要求1至13中的一項所述的導葉組件，其特征在于，至少所述第一熱氣體路徑外襯整體地包住所述翼型的外輪廓，其中，所述熱氣體路徑外襯包括形成所述翼型之外輪廓的至少兩個主體，并且其中，這些主體具有徑向或準徑向的間隙，其填充有密封件和/或陶瓷材料。15.根據(jù)權利要求1至14中的一項所述的導葉組件，其特征在于，用于導葉元件，即翼型、內(nèi)平臺、外平臺之間的可互換連接的機構，包括用于摩擦鎖定結(jié)合或永久連接的相互對應的凸耳或凹部。16.根據(jù)權利要求1至15中的一項所述的導葉組件，其特征在于，至少一個平臺包括至少一個插入元件或機械聯(lián)鎖裝置和/或沿熱應力區(qū)域的附加熱障涂層。17.根據(jù)權利要求1至16中的一項所述的導葉組件，其特征在于，至少一個平臺和/或翼型和/或翼型載體和/或熱氣體路徑外襯包括沿熱應力區(qū)域或在熱應力區(qū)域內(nèi)的至少一個插入元件和/或機械聯(lián)鎖裝置，其中，所述插入元件和/或機械聯(lián)鎖裝置。18.根據(jù)權利要求17所述的導葉組件，其特征在于，形成各自的流充填區(qū)的所述插入元件和/或機械聯(lián)鎖裝置至少以力配合的方式被插入適當設計的凹部中，或者以帶附加固定機構的推送裝載抽屜的方式被插入。19.根據(jù)權利要求18所述的導葉組件，其特征在于，形成各自的流充填區(qū)的所述插入元件和/或機械聯(lián)鎖裝置的上表面由HT陶瓷密封。20.根據(jù)權利要求1至19中的一項所述的導葉組件，其特征在于，所述翼型的內(nèi)部冷卻路徑被主動地連接到第一流充填的熱氣體路徑外襯、第二熱氣體路徑外襯和/或所述內(nèi)平臺及外平臺的冷卻結(jié)構，其中，所述冷卻包括對流冷卻和/或薄膜冷卻和/或瀉流冷卻和/或沖擊冷卻方法。21.根據(jù)權利要求1至20中的一項所述的導葉組件，其特征在于，所述導葉翼型具有徑向方向上的渦旋的空氣動力學輪廓。22.根據(jù)權利要求1至21中的一項所述的導葉組件，其特征在于，在所述翼型載體和外殼的范圍內(nèi)的組裝包括用于熱膨脹的至少一個補償器。23.—種用于組裝渦輪機的基于模塊化結(jié)構的導葉的方法，其中，導葉元件包括至少翼型、內(nèi)平臺、外平臺，其中，所述導葉翼型和/或平臺在其一端具有用于導葉元件彼此間的連接的機構，所述導葉元件彼此間的連接被配置為與所述渦輪機的轉(zhuǎn)子軸線相比關于所述翼型的徑向或準徑向延伸的可拆卸的、永久的或半永久性的固定，其中，所述翼型相對于至少一個平臺的組裝是基于力配合和/或形狀配合的連接，或者所述翼型相對于至少一個平臺的組裝是基于使用金屬的和/或陶瓷的配合面，或者所述翼型相對于至少一個平臺的組裝是基于帶有可拆卸的、永久的或半永久性的固定的力鎖合機構，其中，至少所述導葉翼型或所述翼型的備選基本結(jié)構包括至少一個流充填的熱氣體路徑外襯，它包住所述導葉翼型的至少一部分，其中，所述流充填的熱氣體路徑外襯通過使用冷縮接合與所述導葉翼型或所述翼型的備選基本結(jié)構連接。24.—種用于組裝渦輪機的基于模塊化結(jié)構的導葉的方法，其中，導葉元件包括至少翼型、內(nèi)平臺、外平臺，其中，所述導葉翼型和/或平臺在其一端具有用于導葉元件彼此間的連接的機構，所述導葉元件彼此間的連接被配置為與所述渦輪機的轉(zhuǎn)子軸線相比關于所述翼型的徑向或準徑向延伸的可拆卸的、永久的或半永久性的固定，其中，所述翼型相對于至少一個平臺的組裝是基于力配合和/或形狀配合的連接，或者所述翼型相對于至少一個平臺的組裝是基于使用金屬的和/或陶瓷的配合面，或者所述翼型相對于至少一個平臺的組裝是基于帶有可拆卸的、永久的或半永久性的固定的力鎖合機構，其中，至少所述導葉翼型或所述翼型的備選基本結(jié)構包括至少一個流充填的熱氣體路徑外襯，它包住所限定的導葉翼型的至少一部分，其中，所述平臺包括至少一個插入元件或機械聯(lián)鎖裝置和/或沿熱應力區(qū)域的附加熱障涂層。25.—種用于組裝渦輪機的基于模塊化結(jié)構的導葉的方法，其中，導葉元件包括至少翼型、內(nèi)平臺、外平臺，其中，所述導葉翼型和/或平臺在其一端具有用于導葉元件彼此間的連接的機構，所述導葉元件彼此間的連接被配置為與燃氣渦輪機的轉(zhuǎn)子軸線相比關于所述翼型的徑向或準徑向延伸的可拆卸的、永久的或半永久性的固定，其中，所述翼型相對于至少一個平臺的組裝是基于力配合和/或形狀配合的連接，或者所述翼型相對于至少一個平臺的組裝是基于使用金屬的和/或陶瓷的配合面，或者所述翼型相對于至少一個平臺的組裝是基于帶有可拆卸的、永久的或半永久性的固定的力鎖合機構，其中，至少所述導葉翼型或所述翼型的備選基本結(jié)構包括至少一個流充填的熱氣體路徑外襯，它包住所限定的導葉翼型的至少一部分，其中，平臺和/或翼型和/或翼型載體和/或熱氣體路徑外襯包括沿著熱應力區(qū)域或在熱應力區(qū)域內(nèi)的至少一個插入元件和/或機械聯(lián)鎖裝置。26.根據(jù)權利要求23至25中的一項所述的用于組裝導葉的方法，其特征在于，形成各自的流充填區(qū)的插入元件和/或機械聯(lián)鎖裝置至少以力配合的方式被插入適當設計的凹部中，或者以帶附加固定機構的推送裝載抽屜的方式被插入。27.根據(jù)權利要求23至26中的一項所述的用于組裝導葉的方法，其特征在于，形成各自的流充填區(qū)的插入元件和/或機械聯(lián)鎖裝置的上表面由HT陶瓷密封。
【文檔編號】F01D9/04GK105917081SQ201480074053
【公開日】2016年8月31日
【申請日】2014年11月24日
【發(fā)明人】M.T.普魯加雷維茨, A.斯坦科維斯基, U.維倫坎普, H.赫恩勒
【申請人】通用電器技術有限公司