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）和翼型（4），该翼型具有前缘（16）和后缘（18）；冷却空气通道系统（28），其从根部（6）内的冷却空气开口（44）经由迂回蜿蜒通道（50）延伸到后缘（18）处的后缘通道（56），在后缘（18）处包括空气出口（62）。为了有效地冷却叶片（2）的后缘（18），提出该冷却空气通道系统（28）包括绕过蜿蜒通道（50）将根部（6）内的所述冷却空气开口（44）连接于后缘通道（56）的空气旁路通道（54）。

【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涡轮叶片，且更具体地涉及燃气涡轮叶片，其包括:根部；以及具有前缘和后缘的翼型；冷却空气通道系统，其从根部内的冷却空气开口经由迂回蜿蜒通道延伸到后缘处的后缘通道，其在后缘处包括空气出口。
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4278400可知。
技术实现思路
本专利技术的目标是提供在翼型的后缘部分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，其中冷却空气通道系统包括绕过蜿蜒通道将根部内的所述冷却空气开口连接于后缘通道的空气旁路通道。润轮发动机的运彳丁导致在润轮叶片的多个区域中广生闻应力。在翼型后缘中存在一个特殊的高应力区域，该翼型后缘是形成相对较薄边缘的翼型的一部分。因为后缘相对较薄并且是在运行期间易于发生高应力的区域，所以后缘极易受到裂纹形成的影响，这可导致翼型的失效。利用旁路通道，来自根部内的开口的冷空气被直接引导到后缘通道而不会在径向通道或蜿蜒通道内被加热，从而非常有效地冷却后缘。冷却空气经由根部的径向内侧的开口被供应到翼型的内部。这样的根部可具有多于一个的开口。如已知的那样，一个开口可将空气供应到蜿蜒通道且进一步供应到后缘通道，并且另一开口可作为旁路将空气直接供应到后缘通道。然而，如果所述开口中的一个用于将空气供应到前缘区域，那么仅剩下一个可用于将空气供应到后缘区域或通道的开口。本专利技术提出了尤其针对叶片的有益方案，其具有多于一个的开口，尤其是仅两个开口，其中仅一个开口将空气供应到后缘。该一个开口用于供应蜿蜒通道以及旁路通道，有效地冷却叶片的外壁和后缘。后缘通道可平行于叶片的后缘延伸，直接通向后缘或围绕后缘的区域中的一个或多个出口。根据本专利技术的一个方面，旁路的最窄宽度是翼型的翼弦宽度且从而前缘16和后缘18之间的距离(尤其是靠近形成根部的顶部的平台的翼弦宽度)的至少10%。当从根部内的同一开口向旁路通道和蜿蜒通道供给时，应当注意的事实是:足够的冷却空气经由旁路通道被供应。旁路通道因此应当在液力直径上较大，尤其是在翼型的翼弦宽度的10%和15%之间。该宽度可以是界定旁路通道的壁之间的距离，尤其是在从前缘延伸到后缘的平面内。基于相同理由，如果旁路的最窄宽度大于分出旁路通道的冷却通道的宽度的一半，那么这是有利的。根据本专利技术的另一方面，冷却空气通道系统包括至少部分地位于根部内的根部通道，旁路通道在根部之内从根部通道分出。由于对根部之内的空气的加热是相当低的，因此该实施例确保旁路空气在到达后缘通道时是冷的。根部通道相比于旁路分支可从根部内的开口延伸到更下游的径向通道。如果旁路通道被设置成其长度的至少一半位于根部之内，尤其是在叶片的平台的径向内侧，则对旁路通道区域内的叶片的加热被保持得较低，确保了对后缘的有效冷却。在本专利技术的另一实施例中，台座位于旁路通道中，所述台座被穿过旁路通道的冷却空气包围。来自待冷却的区域的热可被有效地传递到冷却空气。台座可将翼型的压力侧壁连接于吸力侧壁或者可以仅连接于突出到旁路通道中的壁之一。如果旁路所通向的后缘通道至少在旁路开口的区域内包括台座，则可以获得用于均匀冷却后缘的连续空气流动。基于相同理由，优选的是每单位面积的台座的数量，即阻塞效应，在旁路通道和后缘通道中相同。而且，优选的是旁路通道中的台座和后缘通道中的台座是相同类型。特别地，所述台座具有相同形状和尺寸。如果旁路直接通向后缘则可以实现对后缘的有效冷却。这正是如下情况那样:当进入后缘通道到达后缘内的最近空气出口的旁路通道的开口和/或后缘通道的开口之间的距离小于将后缘连接于前缘的平面内的旁路通道的最窄宽度的三倍时。在本专利技术的进一步实施例中，旁路在从根部到尖端的径向方向上通向后缘通道。由于叶片的旋转，径向力作用在流动通过旁路通道的冷却空气上。所述流动由径向开口来维持，确保了通过旁路通道的冷却空气的充分流动。附图说明虽然以具体指明并清楚要求本专利技术的权利要求来总结了说明书，不过现在将参考附图仅通过示例方式描述本专利技术的实施例，附图中: 图1示出了包括根部和翼型的涡轮叶片的立体图， 图2示出了具有用于引导冷却空气通过翼型的通道的涡轮叶片的横截面图，以及 图3示出了翼型尖端的俯视图。具体实施例方式参考图1，示出了用于燃气涡轮发动机的示例性涡轮叶片2。叶片2包括翼型4和根部6，该根部6用于常规地将叶片2固定到发动机的转子盘以便将叶片2支撑在涡轮的工作介质流动路径内，在此工作介质气体在其表面上施加原动力。参考图1和图2，翼型4具有围绕中空内部14的外壁8。翼型外壁8包括大体凹入的压力侧壁10和大体凸出的吸力侧壁12 (图3)，所述压力侧壁10和吸力侧壁12沿宽度方向分开从而在其间限定中空内部14。压力侧壁和吸力侧壁10、12在上游前缘16和下游后缘18之间延伸并在上游前缘16和下游后缘18处被连结在一起。前缘16和后缘18轴向或弦向彼此分开。翼型4沿由翼型4的翼展限定的叶片2的纵向或径向方向从径向内翼型平台20向翼型4的尖端24的径向外叶片尖端表面22径向延伸。如图2所示，在中空内部14内限定两个冷却流体通道系统26、28。冷却流体通道系统26、28沿翼展方向延伸通过涡轮叶片2并且二者均流体连通于冷却流体源且彼此分开。冷却流体通道系统26、28均穿过翼型4并且在压力侧壁10和吸力侧壁12之间沿其整个长度延伸以便将热量从翼型侧壁10、12的表面传递到冷却流体并且保持叶片2的温度低于最大允许温度。冷却流体通道系统26包括径向通道30和沿空气流动方向紧随径向通道30的轴向通道32。冷却流体通道系统26从外壁8内侧的根部6的径向内端处的开口 34直接沿前缘16延伸、直接相邻于前缘16从前缘16径向内开端直到尖端底部36从而形成与尖端24的延伸相平行的壁。贯穿该通路，通道系统26没有分支从而将其冷却空气沿前缘16全部供应到尖端底部36并且非常有效地冷却前缘16。沿其进一步路线，冷却流体通道系统26，或更精确地，其轴向通道32结束于多个空气出口 38、40、42，所有这些出口均设置在翼型4的尖端24处。因此，穿过内部开口 34进入冷却流体通道系统26的所有冷却空气均被引导到尖端24顶部处的出口 38、40、42。第二冷却流体通道系统28也开始于叶片2的根部6的径本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种燃气涡轮叶片（2），包括：根部（6）和翼型（4），该翼型（4）具有前缘（16）和后缘（18）；冷却空气通道系统（28），从根部（6）内的冷却空气开口（44）经由迂回蜿蜒通道（50）延伸到后缘（18）处的后缘通道（56），在后缘（18）处包括空气出口（62），其特征在于，冷却空气通道系统（28）包括绕过蜿蜒通道（50）将根部（6）内的所述冷却空气开口（44）连接于后缘通道（56）的空气旁路通道（54）。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2010.06.23 RU PCT/RU2010/0003521.一种燃气涡轮叶片(2)，包括:根部(6)和翼型(4)，该翼型(4)具有前缘(16)和后缘(18);冷却空气通道系统(28)，从根部(6)内的冷却空气开口(44)经由迂回蜿蜒通道(50)延伸到后缘(18)处的后缘通道(56)，在后缘(18)处包括空气出口(62)， 其特征在于，冷却空气通道系统(28 )包括绕过蜿蜒通道(50 )将根部(6 )内的所述冷却空气开口(44)连接于后缘通道(56)的空气旁路通道(54)。2.根据权利要求1所述的燃气涡轮叶片(2)， 特征在于旁路通道(54)的最窄宽度是翼型(4)的翼弦宽度的至少10%。3.根据权利要求1或2所述的燃气涡轮叶片(2)， 特征在于旁路通道(54)的最窄宽度大于分出旁路通道的冷却通道(64)的宽度的一半。4.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，冷却空气通道系统(28)包括至少部分地位于根部(6)内的根部通道(64)，旁路通道(54 )在...

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