燃气涡轮叶片制造技术

本发明专利技术涉及燃气涡轮叶片（2），其包括根部（6）、翼型（4）和冷却空气通道系统（26、28），所述翼型（4）具有前缘（16）、后缘（18）、径向外尖端（24）以及在所述前缘（16）和所述后缘（18）之间的压力侧和吸力侧，所述冷却空气通道系统（26、28）从所述根部（6）内的空气入口开口（34、44）贯穿所述翼型（4）延伸到所述翼型（4）的所述尖端（24）顶部的所述压力侧和所述前缘处的多个空气出口（38、40、42、70）。为了有效冷却所述叶片（2）的所述尖端（24），提出了所述翼型（4）的所述尖端（24）顶部处的空气出口（38、40）的密集度在所述压力侧上要大于在所述吸力侧上。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术大体涉及燃气涡轮叶片，其包括根部；具有前缘、后缘、径向外尖端以及在前缘和后缘之间的压力侧和吸力侧的翼型；以及从根部内的空气入口开口贯穿翼型延伸到翼型的尖端顶部的压力侧和前缘处的多个空气出口的冷却空气通道系统。
技术介绍
燃气涡轮在高温运行，该高温可能达到1200摄氏度及更高。因此，涡轮叶片必须能够承受这样的高温。为了延长叶片的寿命，其通常包含冷却系统来引导冷却空气通过叶片。燃气涡轮叶片包括根部、平台和从平台向外延伸的翼型，翼型包括尖端、前缘和后缘。在燃气涡轮运转期间，在涡轮叶片的一些区域中可产生高应力。在翼型毂区域和毂处的后缘区域内存在特定的寿命受限区，其在翼型的下游侧形成相对薄的壁。由于其相对薄的结构以及在运转期间的高应力，后缘极易形成裂纹，这会导致翼型失效。冷却系统包含内部冷却通道，其从燃气涡轮的压缩机接收空气并使得空气通过叶片。冷却通道包括多个流路，其被设计成将涡轮叶片保持在相对均匀的温度。不过，有时离心力和边界层处的空气流动会阻止适度冷却涡轮叶片的某些区，从而导致形成局部热点，这会减少涡轮叶片的使用寿命。翼型中的冷却系统可以包括冷却空气通路以便最大化翼型尖端和后缘中的对流冷却，并且将一部分冷却空气通过翼型的尖端和后缘内的冷却孔排出。这样的涡轮叶片是已知的，例如从美国专利5，192，192可知。
技术实现思路
本专利技术的目标是提供在翼型尖端中具有高冷却能力的燃气涡轮叶片。根据本专利技术通过如上所述的燃气涡轮叶片来实现该目标，其中翼型尖端顶部处的空气出口的密集度在压力侧上大于在吸力侧上。使用这种手段，冷却空气或任意其他冷却流体被更精确地引导到叶片运转期间产生最多热量的尖端部分。因为更少或没有空气被引导到尖端顶部的吸力侧，所以大部分或全部冷却空气被分配用于冷却尖端顶部的被加热压力侧。可以以每单位面积尖端表面的出口横截面来测量空气出口的密集度，或者如果存在具有相同横截面的多个出口，则可以以每单位尖端表面面积的出口数量来测量空气出口的密集度。优选地，尖端顶部的吸力侧没有空气出口。尖端顶部可以被限定成尖端径向面向外的部分。压力侧可以被限定成尖端的顶部的压力侧区段并且前缘可以被限定成尖端顶部的前缘区段。压力侧区段和吸力侧区段，为方便起见称为压力侧和吸力侧，可以被限定成尖端顶部的从尖端的相应外边界延伸到尖端的骨架线或压力侧壁和吸力侧壁之间中间的线的区域。可以通过在骨架线切入翼型上游表面或压力侧表面的点处从骨架线测量±90度的区域来限定尖端的前缘。根据叶片类型，另一定义是从翼型前缘向后缘延伸一定距离的区域，该距离可以是前缘和后缘之间的距离的1/10。叶片尖端的顶部可以包括从尖端底部径向向外延伸的一个或更多个肋。这样的一个或更多个肋可以从前缘延伸到后缘或延伸该距离的一部分，两个肋形成在其间的腔或室。这样的一个或更多个肋用作密封器件来减少在叶片尖端和围绕成排叶片的静止外部密封之间流动的泄漏气体。优选地，冷却空气出口位于从尖端底部径向向外延长翼型的压力侧壁的肋的内侧。优选地，肋绕尖端的前缘以弓形延伸，空气出口位于该肋的弓形所围绕的前缘上。根据本专利技术的方面，尖端前缘附近，特别是前缘区段内，每单位面积的空气出口数量高于尖端顶部内每单位面积的空气出口的平均数量。尖端的前缘的热点可以以与非常有效地使用很少冷却空气相结合的最有效的方式被冷却。优选地，前缘上的空气出口的密集度大于压力侧上的最大出口密集度。有利地，前缘上相邻空气出口之间的平均距离大于尖端压力侧上相邻空气出口之间的平均距离。这样，冷却空气可以非常均等地分布于尖端的整个前缘区段。在本专利技术的优选实施例中，前缘处的空气出口形成设置在尖端前缘处的一组空气出口。使用这种方式，冷却空气也可以非常均等地分布于尖端的整个前缘区段。根据本专利技术另一方面，所述组和最靠近所述组的空气出口之间的最短距离大于所述组的直径。虽然翼型尖端的前缘是在叶片运转期间生成很多热量的热点，但是翼型压力侧靠近前尖端的区段生成相当少的热量，少于朝向后缘进一步向后的随后区段。利用这种实施例，冷却空气仅被引导到热区域，节省了产生很少热量的位置处的空气。优选地，没有空气出口的区域被设置在所述组和最靠近所述组的压力侧上的空气出口之间，这个区域沿从前缘到后缘的方向在直径上大于所述组的直径。根据本专利技术另一方面，尖端顶部的压力侧处的空气出口成排地完全设置在尖端压力侧处的肋的内侧，不影响肋的厚度。因为肋可能非常薄，特别是在小叶片中，所以在没有任何出口切口的情况下其机械强度保持较高。沿尖端压力侧在每个区段中产生的热是不相等的。相对于沿压力侧的不同生热情况来进行冷却，可以向较热区域供应更多冷却空气并且向较不热区域供应较少冷却空气。因此，有利的是，如果尖端顶部的压力侧处的空气出口成排地设置在肋的内侧，则前缘和后缘之间中间处的空气出口之间的距离大于更靠近后缘的空气出口之间的距离。实现了类似的优点如果尖端顶部的压力侧处的空气出口成排地设置在肋的内侦牝则前缘和后缘之间中间处的空气出口之间的距离大于更靠近前缘的空气出口之间的距离。结合或代替不同空气出口分布的另一手段是设定不同的空气出口横截面，较热区域内的出口比较冷区域内的出口具有更大的横截面。具体地，最靠近后缘的空气出口可比在前缘和后缘之间的中间处的空气出口具有更大的空气横截面。在翼型后缘内存在一个特殊的高应力区域，其是翼型形成相对较薄边缘的部分。因此，这个区域应该被小心地冷却以便防止形成会导致翼型失效的裂纹。在具有较大横截面的情况下，可以实现有效冷却。同样有利的是，如果尖端顶部的压力侧处的空气出口被设置在尖端的中间部分内的第一区段内以及尖端后缘处的第二区段内，其中第一区段的出口被形成为(具体地被形成为圆孔)不同于第二区段的出口(其被优选地形成为裂缝)。优选地，第二区段的出口径向指向外并且朝向后缘相对于径向方向倾斜45度至80度，具体地相对于径向方向倾斜68度至72度。涡轮的高压区域内的一些叶片可能小至几厘米长。因此，翼型的结构是精细的，最精细的区域是后缘和相邻区域。如果尖端包括底部和位于底部之上且至少部分围绕底部的肋，第一区段的出口是底部内的孔，底部结束于通向后缘的途中，其端部空余处是被形成为裂缝的第二区段的出口，则可以实现对这种结构的一致且可靠的冷却。在本专利技术的另一实施例中，冷却空气通路包含至少两个空气通道系统，其中第一个直接在前缘内部延伸并且第二个比第一个从前缘延伸得更远，优选地延伸贯穿其整个长度，第一通道系统向第一区段的空气出口供给并且分离于第二区段的至少一个出口，并且第二通道系统向第二区段的至少一个空气出口供给并且分离于第一区段的出口。在翼型的前缘内，在叶片运转期间产生很多热量，流入靠近前缘延伸的通道内的空气被加热到一定程度。因为尖端的后缘也是热区域，所以其不应仅被沿前缘已经沿途被加热过多的空气来冷却。通过将冷却空气分到两个通道系统中，其中一个通道系统可以沿前缘引导冷却空气来使其冷却并且第二通道系统内的冷却空气可保持足够冷从而仍足以冷却尖端的后缘。如果第一通道系统仅向尖端顶部的出口供给空气，并且第二通道系统将空气供给到尖端顶部和尖端与基底之间的后缘的出口这两个区域，则可以充分且可靠地冷却尖端和后缘。为了可靠冷却尖端的后缘处的热区域，应该防止由于叶片内部由叶片旋转所导致本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2010.06.23 RU PCT/RU2010/0003511.一种燃气涡轮叶片(2)，包括:根部(6)、翼型(4)和冷却空气通道系统(26、28)，所述翼型(4)具有前缘(16)、后缘(18)、径向外尖端(24)以及在所述前缘(16)和所述后缘(18)之间的压力侧和吸力侧，所述冷却空气通道系统(26、28)从所述根部(6)内的空气入口开口(34、44)贯穿所述翼型(4)延伸到所述翼型(4)的所述尖端(24)的顶部的所述压力侧和所述前缘(16)处的多个空气出口(38、40、42、70)， 其特征在于，所述翼型(4)的所述尖端(24)的顶部处的空气出口(38、40)的密集度在所述压力侧上大于在所述吸力侧上。2.根据权利要求1所述的燃气涡轮叶片(2)， 特征在于在所述尖端(24)的所述前缘附近的每单位面积的空气出口(38)的数量高于在所述尖端(24)的顶部内的每单位面积的空气出口(38、40、42、72)的平均数量。3.根据权利要求1或2所述的燃气涡轮叶片(2)， 特征在于所述前缘处的空气出口(38)形成设置在所述尖端(24)的前缘处的一组空气出口(38)。4.根据权利要求3所述的燃气涡轮叶片(2)， 特征在于所述组和最靠近所述组的在所述压力侧上的空气出口(40)之间的最短距离大于所述组的直径。5.根据前述权利要求中任一项所述的燃气涡轮叶片(2)， 特征在于所述尖端(24)的顶部的压力侧处的空气出口(40)成排地完全设置在所述尖端(24)的压力侧处的肋(72)的内侧，不影响所述肋(72)的厚度。6.根据前述权利要求中任一项所述的燃气涡轮叶片(2)， 特征在于在所述尖端(24)的顶部的压力侧处的空气出口(40)成排地设置在所述肋(72)的内侧，所述前缘(16)和所述后缘(18)之间中间处的空气出口(40)之间的距离大于更靠近所述后缘(18)的空气出口(40)之间的距离。7.根据前述权利要求中任一项所述的燃气涡轮叶片(2)， 特征在于在所述尖端(24)的顶部的压力侧处的空气出口(40)成排地设置在所述肋(72)的内侧，所述前缘(16)和所述后缘(18)之间中间处的空气出口(40)之间的距离大于更靠近所述前缘的空气出口(40)之间的距离。8.根据前述权利要求中任一项所述的燃气涡轮叶片(2)， 特征在于最靠近所述后缘(18)的空气...

【专利技术属性】
技术研发人员：V布雷格曼，M佩图霍夫斯基，
申请(专利权)人：西门子公司，OOO西门子公司，
类型：
国别省市：