CN107002496A - 中空叶片体、插入肋和中空叶片 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于中空叶片(1)的中空叶片体，包括具有压力侧(4)和抽吸侧(5)的叶片壁(6)，压力侧在其内侧(9)上具有至少一个第一叶片连接元件，并且抽吸侧(5)在其内侧(9)上具有与第一叶片连接元件直径上相对的至少一个第二叶片连接元件，其中第一叶片连接元件可以与布置在插入肋(12至18)的第一纵向端部的至少一个第一肋连接元件接合，并且第二叶片连接元件可以以如下方式与布置在插入肋(12至18)的、面向远离第一纵向端部的第二纵向端部的至少一个第二肋连接元件接合：使得插入肋(12至18)被固定在中空叶片体上且实现了中空叶片(1)的加强。

Description

中空叶片体、插入肋和中空叶片

技术领域

本发明涉及用于涡轮机的中空叶片。

背景技术

涡轮机具有由轴径向向内限定、并由壳体径向向外限定的流动管道。涡轮机具有固定至轴、且在涡轮机的操作期间与轴一起转动的转子叶片、以及固定至壳体且静止不动的定子叶片。特别地，在燃气轮机的涡轮部中，叶片暴露于高温，这会降低叶片的使用寿命。例如，高温会引起叶片的变形。

为了使叶片保持低的温度，传统上是通过提供内部具有使冷却空气流动通过的空腔的叶片而将热从叶片上去除。如果叶片的壁厚太大，则这不利地导致叶片的高温。然而如果壁厚太小，则这不利地导致叶片的强度不足。

为了冷却涡轮叶片，通常在叶片的内部使用板。板设置有孔并因此用作冲击冷却板以便能够充分且高效地冷却叶片壁。为此，文献US 4,063,851 A1、EP 0 032 646 A1和EP2 573 325 A1公开了多种构造，在其中呈现的解决方案中的每一个解决方案中，冲击冷却板只是承担冷却功能。它们没有其他功能。

发明内容

本发明具有提供一种用于涡轮机的高强度中空叶片的目的，借助于该叶片，可以在涡轮机的操作期间实现中空叶片的低温。

本发明的用于中空叶片的中空叶片体具有有着压力侧和抽吸侧的叶片壁，压力侧在其内侧上具有至少一个第一叶片连接元件，并且抽吸侧在其内侧上具有与第一叶片连接元件相对的至少一个第二叶片连接元件，其中第一叶片连接元件可以与布置在插入肋的第一纵向端部的至少一个第一肋连接元件接合，并且第二叶片连接元件可以与布置在插入肋的、与第一纵向端部相对的第二纵向端部的至少一个第二肋连接元件接合，使得插入肋被固定在中空叶片体上，以使插入肋可以被张紧地加载，以便插入肋因此可以加强中空叶片。

本发明的用于中空叶片的插入肋具有布置在插入肋的至少一个第一纵向端部的至少一个第一肋连接元件，并且具有布置在插入肋的、与第一纵向端部相对的第二纵向端部的第二肋连接元件，其中第一肋连接元件可以与布置在中空叶片体的叶片壁的压力侧的内侧上的至少一个第一叶片连接元件接合，并且第二肋连接元件可以与布置在叶片壁的抽吸侧的内侧上的、与第一叶片连接元件相对的至少一个第二叶片连接元件接合，使得插入肋被固定在中空叶片体上，并且中空叶片的这种加强减小了弯曲。

优选地，插入肋与叶片中空体互锁。

本发明的用于涡轮机的中空叶片具有中空叶片体和插入肋，其中第一叶片连接元件与第一肋连接元件接合，并且第二叶片连接元件与第二肋连接元件接合，使得插入肋被固定至中空叶片体并且就拉伸加载而言，加强中空叶片。

通过用插入肋加强中空叶片，即使用薄叶片壁，也可以有利地实现高强度叶片。因此，并且因为在操作中低的厚度使得可以实现用于中空叶片的低温，所以中空叶片具有长的使用寿命。此外，插入肋可以由不同的更加成本有效的材料制成，那么中空叶片体和作为结果的中空叶片有利地是成本有效的。插入肋的提供增加了中空叶片的内部表面面积，并且因此与没有提供插入肋的情况相比，可以由在中空叶片中流动的冷却流体去除更多的热。中空叶片体和插入肋可以在分离的生产过程中生产，因此与如果插入肋在单个工艺步骤中与中空叶片体一起铸造的情况相比，准许了插入肋的更复杂的几何形状。

优选的是，叶片连接元件中的至少一个叶片连接元件具有被引入到叶片壁中的至少一个叶片槽。叶片连接元件中的至少一个叶片连接元件优选地具有从叶片壁突出的至少一个叶片突起。叶片壁槽和叶片突起使得插入肋可以例如简单地通过推动而被引入到中空叶片体中。

优选的是，第一和第二叶片连接元件各具有从叶片壁突出的叶片突起，并且叶片突起与叶片壁一起限定槽，其中两个槽中的一个槽朝向中空叶片体的前缘开口，并且两个槽中的另一个槽朝向中空叶片体的尾缘开口，使得插入肋的转动运动允许肋连接元件与叶片连接元件接合。插入肋优选地具有转动轴线，并且第一肋连接元件和第二肋连接元件优选地各具有肋突起，其中，当插入肋围绕转动轴线在转动方向上转动时，肋突起从插入肋在其转动方向上突出，使得转动允许肋突起与叶片连接元件的槽进行锁定接合。如果压力侧与抽吸侧之间的分离沿着叶片高度变化，则转动接着允许插入肋自身与中空叶片体接合，作为其结果插入肋不能被推动。

中空叶片体优选地具有从压力侧延伸至抽吸侧的叶片肋，使得在中空叶片体内，形成有在中空叶片体的前缘的区域中的前缘通道和在尾缘的区域中的尾缘通道，其中叶片连接元件布置在前缘通道中。在涡轮机的操作期间，中空叶片的前缘可能弯曲。在前缘通道中设置插入肋加强了前缘并因此有利地防止前缘的弯曲。

优选的是，插入肋具有彼此固定地连接、且在从中空叶片的前缘到尾缘的方向上彼此挨着布置的至少两个横向腹板，其中肋连接元件中的至少一个肋连接元件布置在横向腹板的各纵向端部。借助于至少两个横向腹板各设置有两个肋连接元件的事实，优选的插入肋具有与至少四个对应的叶片连接元件锁定接合的至少四个肋连接元件。这使得可以带来中空叶片的特别强的加强。

插入肋优选地通过铸造工艺、通过使片材弯折、通过选择性激光烧结和/或选择性激光熔化来生产。在选择性激光烧结和选择性激光熔化的情况中，有利地可以获得小的生产公差和复杂的几何形状。片材的弯折有利地是简单的生产工艺。

优选的是，叶片连接元件与肋连接元件接合形成角连接、燕尾连接、齿形连接和/或欧米伽连接。这些连接有利地是在涡轮机的操作期间不会松动的钩状实心连接。中空叶片优选地具有挡板，挡板具有多个孔且布置在中空叶片内，使得冷却流体可以经由孔抵靠插入肋的表面流动。因此可以使用冲击冷却来冷却中空叶片的大的表面面积。

附图说明

下面将参照所附示意图更详细地说明本发明。其中：

图1示出有着第一插入肋的中空叶片，

图2示出有着第二插入肋的中空叶片，

图3示出有着第三插入肋的中空叶片，

图4是图3的细节，

图5是具有第四插入肋的中空叶片的细节，

图6是具有第五插入肋的中空叶片的细节，

图7是具有第六插入肋的中空叶片的细节，和

图8是具有第七插入肋的中空叶片的细节。

具体实施方式

如图1至图3所示，中空叶片1具有中空叶片体和插入肋。中空叶片体具有有着外侧8和内侧9的叶片壁6。内侧9限定中空叶片体的内部空腔。在其内安装中空叶片1的涡轮机的操作期间，外侧8暴露于涡轮机的工作流体流。中空叶片体还具有指向工作流体的上游方向的前缘2，和指向工作流体的下游方向的尾缘3。中空叶片体还具有压力侧4和抽吸侧5。

中空叶片体具有从压力侧4延伸至抽吸侧5的叶片肋7，使得中空叶片1的空腔被分成布置在前缘2的区域中的前缘通道10、以及布置在尾缘3的区域中的尾缘通道11。

图1的中空叶片1具有在其前缘通道10中的第一插入肋12，并且图2的中空叶片1具有在其前缘通道10中的第二插入肋13。为此，图1和图2中的中空叶片体具有呈引入到叶片壁6中的叶片槽24形式的、在压力侧4上的两个叶片连接元件和在抽吸侧5上的两个叶片连接元件。叶片槽24在叶片高度的方向上延伸，使得第一插入肋12和第二插入肋13可以通过在叶片高度的方向上推动而引入到中空叶片体中。

第一插入肋12和第二插入肋13具有彼此牢固地连接、且在从中空叶片1的前缘2到尾缘3的方向上彼此挨着布置的两个横向腹板，其中肋连接元件中的至少一个肋连接元件布置在横向腹板的各纵向端部处。肋连接元件各具有从相应的横向腹板突出的突起。肋连接元件分别与叶片壁槽24中的一个叶片壁槽24接合，并且当叶片壁归因于热效应而趋向于彼此远离地移动时，肋连接元件被张紧地加载。该配置意味着可以被张紧地加载的插入肋，以防止叶片壁的弯曲。

如图1所示的第一横向腹板由如下部件形成：第一端部横向腹板20，在其一个端部布置与抽吸侧5接合的肋连接元件中的一个肋连接元件，并且在其另一端部固定地附接第一纵向腹板21；第二端部横向腹板20，在其一个端部布置与压力侧4接合的肋连接元件中的一个肋连接元件，并且在其另一端部固定地附接第二纵向腹板21；以及中间横向腹板19，在其纵向端部固定地附接第一纵向腹板和第二纵向腹板21。如图2所示的第二横向腹板24由如下部件形成：第三端部横向腹板20，在其一个端部布置与抽吸侧5接合的肋连接元件中的另一个肋连接元件，并且在其另一纵向端部固定地附接第一纵向横向腹板；第四端部横向腹板20，在其一个端部布置与压力侧4接合的肋连接元件中的另一个肋连接元件，并且在其另一端部固定地附接第二纵向横向腹板21；以及中间横向腹板19。

图2中所示的两个横向腹板由第一横向腹板22和第二横向腹板22形成。第二插入肋13还具有纵向腹板23，纵向腹板23的纵向端部被固定地连接至第一横向腹板22和第二横向腹板22。如图1和图2所示，两个前缘通道10被相应的插入肋12、13分裂成四个部分通道。具有多个孔的环形挡板34分别被引入到部分通道中的每一个部分通道中，使得中空叶片1的所有内部表面都可以提供有冷却流体在环形挡板34内侧的法线入射流。

图3所示的中空叶片体具有作为叶片连接元件的、固定至抽吸侧5的第一叶片突起26a，以及附于压力侧4的第二叶片突起26b。第一叶片突起26a与抽吸侧叶片壁6一起限定第一槽36，并且第二叶片突起26b与压力侧叶片壁6一起限定第二槽37。第一槽36朝向前缘2开口，并且第二槽37朝向尾缘3开口。图3所示的中空叶片1具有第三插入肋14，其具有横向腹板25和作为肋连接元件的第一肋突起38和第二肋突起39。第一肋突起38从第三插入肋14在尾缘3的方向上突出，并且第二肋突起39从第三插入肋14在前缘2的方向上突出。该结构的效果是，通过使第三插入肋14围绕转动轴线35在转动方向40上转动，可以使第一肋突起38与第一槽36接合，并且同时可以使第二肋突起39与第二槽37接合。

图4以放大视图示出了来自图3的第一叶片突起26a和第一肋突起38。第一叶片突起26a与第一肋突起38一起形成了角连接。为此，第一叶片突起26a呈第三插入肋14环绕抓握的直角的形式。图5示出了具有与从叶片壁6突出的第三叶片突起27接合的第四插入肋15的中空叶片1。第四插入肋15也与第三叶片突起27一起形成角连接。该结构与图4所示的角连接的不同之处在于，第三叶片突起27在直角的自由端具有另一直角，使得第三叶片突起27具有朝向叶片壁6开口且第四插入肋15接合在其中的槽。

图6示出具有第五插入肋16的中空叶片1。作为叶片连接元件，中空叶片体具有第四叶片突起28，并且作为肋连接元件，第五插入肋16具有燕尾形槽，第四叶片突起28和第五插入肋16一起形成燕尾连接。为此，第四叶片突起28具有接合在第五插入肋16的燕尾形槽中的燕尾。在该情况下，同样可设想到第五插入肋16具有接合在中空叶片体的槽中的燕尾。

图7示出具有第六插入肋17的中空叶片1。作为叶片连接元件，中空叶片体具有第五叶片突起29，第五叶片突起29呈直角形式且具有布置在其面对内侧9的表面上的齿。作为肋连接元件，第六插入肋17具有其上也布置有齿的突起。第六插入肋17的齿和第五叶片突起29的齿彼此接合，并因此形成齿形连接。第六插入肋17的齿和第五叶片突起29的齿被成形为使得当接合时，第六插入肋17与第五叶片突起29在从压力侧4到抽吸侧5的方向上的相对移动是不可能的。同时，准许在从前缘2到尾缘3的方向上的相对移动，使得齿可以接合。防止从压力侧到抽吸侧的相对移动意味着可以在第六插入肋17与叶片壁6之间形成间隙。

图8示出具有第七插入肋18的中空叶片1。作为叶片连接元件，中空叶片体具有第六叶片突起30，并且作为肋连接元件，第七插入肋18具有槽，第六叶片突起30和第七插入肋18一起形成欧米伽连接。为此，第六叶片突起30呈具有形成在其自由端的膨胀部的直角形式。膨胀部接合在第七插入肋18的槽中。在该情况下，同样可设想到第七插入肋18在其端部具有接合在中空叶片体的槽中的膨胀部。

虽然已通过优选示例性示例的方式详细描述并图示了本发明，但本发明不受所公开的示例的限制，并且在不脱离本发明的保护范围的情况下，本领域技术人员可以从中导出其他变化。

Claims (12)

1.一种用于中空叶片(1)的中空叶片体，所述中空叶片体具有叶片壁(6)，所述叶片壁(6)具有压力侧(4)和抽吸侧(5)，所述压力侧(4)在其内侧(9)上具有至少一个第一叶片连接元件，并且所述抽吸侧(5)在其内侧(9)上具有与所述第一叶片连接元件相对的至少一个第二叶片连接元件，

其中所述第一叶片连接元件能够与布置在插入肋(12至18)的第一纵向端部的至少一个第一肋连接元件接合，并且所述第二叶片连接元件能够与布置在所述插入肋(12至18)的、与所述第一纵向端部相对的第二纵向端部的至少一个第二肋连接元件接合，使得所述插入肋(12至18)被固定在所述中空叶片体上，使得所述插入肋(12至18)能够被张紧地加载，以便所述插入肋(12至18)因此能够加强所述中空叶片(1)。

2.如权利要求1所述的中空叶片体，其中所述叶片连接元件中的至少一个叶片连接元件具有引入到所述叶片壁(6)中的至少一个叶片壁槽(24)。

3.如权利要求1或2所述的中空叶片体，其中所述叶片连接元件中的至少一个叶片连接元件具有从所述叶片壁(6)突出的至少一个叶片突起(26至30)。

4.如权利要求3所述的中空叶片体，其中所述第一叶片连接元件和第二叶片连接元件各具有叶片突起，所述叶片突起从所述叶片壁(6)突出、且与所述叶片壁(6)一起限定槽(36，37)，

其中两个所述槽(36，37)中的一个槽朝向所述中空叶片体的前缘(2)开口，并且两个所述槽(36，37)中的另一个槽朝向所述中空叶片体的尾缘(3)开口，使得所述插入肋(12至18)的转动运动允许所述肋连接元件与叶片连接元件接合。

5.如权利要求1至4中的任一项所述的中空叶片体，其中所述中空叶片体具有从所述压力侧(4)延伸至所述抽吸侧(5)的叶片肋(7)，使得在所述中空叶片体内，形成有在所述中空叶片体的所述前缘(2)的区域中的前缘通道(10)、以及在所述尾缘(3)的区域中的尾缘通道(11)，其中所述叶片连接元件布置在所述前缘通道(10)中。

6.一种用于中空叶片(1)的插入肋，所述插入肋具有布置在所述插入肋(12至18)的至少一个第一纵向端部的至少一个第一肋连接元件，并且具有布置在所述插入肋(12至18)的、与所述第一纵向端部相对的第二纵向端部的第二肋连接元件，

其中所述第一肋连接元件能够与布置在中空叶片体(1)的叶片壁(6)的压力侧(4)的所述内侧(9)上的至少一个第一叶片连接元件接合，并且所述第二肋连接元件可以与布置在所述叶片壁(6)的抽吸侧(5)的所述内侧(9)上的、与所述第一叶片连接元件相对的至少一个第二叶片连接元件接合，使得所述插入肋(12至18)被固定在所述中空叶片体上并加强所述中空叶片(1)。

7.如权利要求6所述的插入肋，

其中所述插入肋具有转动轴线，并且所述第一肋连接元件和第二肋连接元件各具有肋突起(38，39)，

其中当所述插入肋(12至18)围绕所述转动轴线在转动方向上转动时，所述肋突起(38，39)从所述插入肋(12至18)在所述插入肋(12至18)的转动方向上突出，使得所述转动允许所述肋突起(38，39)与所述叶片连接元件的槽(36，37)接合。

8.如权利要求6或7所述的插入肋，

其中所述插入肋(12，13)具有彼此固定地连接、且在从所述中空叶片(1)的前缘(2)到尾缘(3)的方向上彼此挨着布置的至少两个横向腹板(19，20，22)，其中所述肋连接元件中的至少一个所述肋连接元件布置在所述横向腹板(19，20，22)的各纵向端部。

9.如权利要求6至8中的任一项所述的插入肋，其中所述插入肋通过铸造过程、通过使片材弯折、通过选择性激光烧结和/或选择性激光熔化来生产。

10.一种用于涡轮机的中空叶片，具有如权利要求1至5中的一项所述的中空叶片体，并且具有如权利要求6至9中的一项所述的插入肋(12至18)，

其中所述第一叶片连接元件与所述第一肋连接元件接合，并且所述第二叶片连接元件与所述第二肋连接元件接合，使得所述插入肋(12至18)被固定至所述中空叶片体并加强所述中空叶片(1)。

11.如权利要求10所述的中空叶片，

其中所述叶片连接元件与所述肋连接元件接合形成角连接、燕尾连接、齿形连接和/或欧米伽连接。

12.如权利要求10或11所述的中空叶片，

其中所述中空叶片(1)具有挡板，所述挡板具有多个孔且布置在所述中空叶片(1)内，使得冷却流体可以经由所述孔抵靠所述插入肋(12至18)的表面流动。