CN102803658A - 用于涡轮机的环形的流动通道区段 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于涡轮机的环形的流动通道区段(12)，其具有导向叶片环，所述导向叶片环具有多个在圆周方向上串联设置的导向叶片(10)，所述导向叶片分别包括叶片根部、平台(16)和辐射状地伸入到流动通道(26)中的叶身(14)，其中，所述流动通道(26)在平台侧由屏蔽元件(22)限界，这些屏蔽元件分别设置在两个直接相邻的叶身(14)之间，其中，为了构造尤其节省空间的流动通道区段(12)，所述屏蔽元件(22)在形成缝隙的情况下设置在所述平台(16)上并且在所述平台(16)中设有冲击冷却孔(24)。

Description

用于涡轮机的环形的流动通道区段
技术领域
本发明涉及一种用于涡轮机的环形的流动通道区段，其具有导向叶片环，该导向叶片环具有多个在圆周方向上串联设置的导向叶片，导向叶片分别包括叶片根部、平台和辐射状地伸入到流动通道中的叶身，其中，流动通道在平台侧由屏蔽元件限界，屏蔽元件分别位于两个直接相邻的叶片之间。
背景技术
前面所述的环形的流动通道区段例如由EP1219787B1公知。该专利文献详细地公开了轴流式涡轮的经浇铸的导向叶片的环，其中，导向叶片具有弯曲成流线型的叶身，在它的径向外部的(根侧的)和内部的(顶侧的)端部上分别设有平台。在装入到涡轮中时，这些平台由陶瓷的隔热屏覆盖。这些隔热屏构造成，使得它们分别成对地覆盖两个直接相邻的导向叶片的平台半部。由此隔热屏基本上从第一导向叶片的叶片型面的吸力侧壁延伸至第二导向叶片的叶片型面的压力侧壁。在此，陶瓷的隔热屏通过弹簧与燃气涡轮叶片固定地连接，使得先前提及的隔热屏被可更换地固定。在US2007/0237630A1说明了用于固定这种护板的替代的结构。
然而陶瓷的隔热屏需要相对大的壁厚，以便能够持久并且可靠地承受在静止的燃气涡轮机中出现的热气的温度。如果不仅在导向叶片的顶侧的平台上而且在根侧的平台上使用这种陶瓷的隔热屏，那么这导致相对大的具有相应大的空间需求的涡轮导向叶片，这同时增加了制造成本。
同时由US2007/0237630A1公知了由超耐热合金制成的护板的使用。那么这种护板相对成本密集。
此外，由EP1557535A1公知了具有两个板壳的模块化的涡轮叶片，该涡轮叶片除了所属的平台半部外，分别也覆盖到弯曲成流线型的叶片的过渡部。然而这里不利的是，借助插入到槽中的密封元件密封在相邻的涡轮叶片的毗邻的平台半部之间的缝隙。由EP1557534A1得出流动通道的与此不同的限界形式。其中示出，如果板壳中的一个支撑在相邻的涡轮叶片上，则可省去由EP1557535A1公知构造的平台半部。为此可省去平台半部。然而在该实施方式中，不总是确保板壳密封地接触在相邻涡轮叶片上。
发明内容
因此，本发明的目的在于，提供一种用于涡轮机的环形的流动通道区段，该涡轮机需要相对小的空间需求并且此外对于尤其长的时间间隔，在流动通道区段中流动的热气尤其可靠地并且安全地被引导，而在限定流动通道的边界的结构部件上没有出现过早的磨损现象。
该目的借助用于涡轮机的环形的流动通道区段得以实现，其中，屏蔽元件在形成缝隙的情况下设置在平台上并且在平台中设置有用于冲击冷却屏蔽元件的冲击冷却孔。
本发明基于如下认识，即如果该屏蔽元件不由陶瓷组成，也可保护这些在导向叶片上成形的平台半部以免受到热气和其腐蚀影响以及热影响。在该情况下，屏蔽元件可被足够地冷却。为此，根据本发明提出，应用屏蔽元件的冲击冷却来冷却。由于屏蔽元件的冷却，该屏蔽元件可比现有技术中的屏蔽元件更薄壁地构造。屏蔽元件的相对薄壁的实施方式是节约空间的并且也更成本有利。由此相应的导向叶片的叶身的翼展可更短地构造，而相比于由现有技术公知的流动通道区段没有减小该环形的流动通道区段的通流横截面。
装入到根据本发明的流动通道区段中的导向叶片通常以浇铸方法制成并且由此大体上是一体的。因为目前这种导向叶片的平台或平台半部不仅必须承受住热气的压力而且必须将叶身的由流动力引起的机械负荷继续引导到后侧的卡接部中，所以这种导向叶片的平台或平台半部目前具有相对坚固的壁，也就是说大的壁厚。这导致平台的差的可冷却性，由此这种导向叶片的使用寿命目前也由平台限制。通过使用根据本发明的屏蔽元件可尤其降低这种平台的热负荷，这引起导向叶片的使用寿命显著地延长。
此外，尤其在其中装入有不具有屏蔽元件的导向叶片的流动通道区段中，尤其在从平台至叶片的内角倒圆式的过渡部的区域中由于相应的倒圆而出现的不能被足够地冷却的质量积聚部。由于过渡部的不足够的可被冷却性也在这些部位上出现如裂纹一样的疲劳现象。因为在该部位上从现在起存在在屏蔽元件和叶身壁之间的缝隙或者过渡部，通过缝隙或者过渡部为了冲击冷却屏蔽元件而使用的冷却介质，例如冷却空气，在冲击冷却结束之后排出到流动通道中，所以从现在起，可通过使用屏蔽元件更好地保护该过渡部，以免在流动通道中流动的热气的直接接触和影响。由于在从平台至叶片的过渡部的区域中的热负荷的降低，这也引起导向叶片的延长的使用寿命。
在此，每个屏蔽元件在由两个直接相邻的导向叶片的25个平台限界的缝隙上延伸。即使对于由于由热导致的膨胀而出现彼此相邻的平台偏移的情况，也实现了损耗少地将热气引导到流动通道中。
其他有利的实施方式在从属权利要求中给出。
屏蔽元件优选分别具有限定流动通道的边界的、由金属的材料组成的基板，该基板与导向叶片分开地制成。由于屏蔽元件的冷却，可动用金属的材料。此外，整个屏蔽元件与导向叶片分开地制成。这具有的优点是，如在没有被屏蔽的导向叶片平台中，对于在屏蔽元件上出现磨损现象的情况，仅需替换该屏蔽元件并且不需替换整个导向叶片。
屏蔽元件优选由具有好的绝热特性的金属材料制成。
根据另一有利的实施方式，基板的壁厚小于由屏蔽元件覆盖的平台的壁厚。屏蔽元件的壁越薄，越更好地通过冲击冷却来冷却该屏蔽元件。此外，借助相对薄壁的屏蔽元件提供在空间需求上紧凑的流动通道区段，这降低了用于这种流动通道区段的制造成本和材料成本。
根据优选的实施方式，在基板的边缘上设有横向设置的壁区段，所述壁区段能与平台的侧向的壁连接。由此实现有针对性地将屏蔽元件固定在导向叶片上。
为进一步提升屏蔽元件相对于热气的耐热性，有利的是，屏蔽元件在流动通道侧具有保护层、尤其是隔热的保护层。
附图说明
根据在附图中示出的实施例进一步阐释本发明。
附图示出：
图1作为具有设置在导向叶片的平台上的屏蔽元件的导向叶片的展开图示出穿过环形的流动通道区段的导向叶片中的两个的剖视图；以及
图2示出根据剖面线II-II的穿过导向叶片的平台以及穿过屏蔽元件的剖视图。
具体实施方式
图1示出穿过可由热气轴向流过的例如燃气轮机的涡轮机的环形的流动通道区段12的两个导向叶片10的叶身14的横截面。该流动通道区段12基本上包括导向叶片环，该导向叶片环具有多个在圆周方向上串联设置的导向叶片10。在图1中示出在现有技术中已公知的导向叶片环中的导向叶片10中的仅两个。在此，导向叶片10以通常的方式固定在导向叶片支座上。该图示在图1中选择为，使得叶片14以横截面示出并且因此获得导向叶片10的平台16的俯视图。在图1中的更下方示出的导向叶片10的吸力侧的叶身壁18和在图1中的更上方示出的导向叶片10的压力侧的叶身壁20之间形状接合地设置有屏蔽元件22。该屏蔽元件22基本上，也就是说在热气侧，一体地构造并且在两个直接相邻的导向叶片10的叶身14之间完全地覆盖位于屏蔽元件下方的平台16的一半。为了清楚起见，示出设置在流动通道区段12中的屏蔽元件22中的仅一个。原则上，导向叶片环在每对直接相邻的叶身14之间分别具有这种屏蔽元件22，其中，此外相邻的屏蔽元件22一方面在叶身14的前棱21的上游并且另一方面在叶身14的后棱23的下游以尽可能小的间隙相互毗邻。
此外，在平台16中，冲击冷却孔24设置成例如网栅形。图2示出根据剖面线II-II的穿过导向叶片10和屏蔽元件22的剖视图。在图2中，与图1相同的特征设有相同的附图标记。该屏蔽元件22在形成缝隙的情况下在热气侧设置在平台16上，其中，在平台16中设有例如相对于该平台的表面倾斜延伸的冲击冷却孔24。冷却介质K在涡轮机运行期间输入至背离流动通道26的后室28，该冷却介质通过冲击冷却孔24从后室28中流出并且射束状地流入到屏蔽元件22和平台16之间的缝隙中。在冲击冷却束冲击时，冲击冷却束冷却该屏蔽元件22，使得尽管通过该屏蔽元件流入到流动通道26中的热气，该屏蔽元件仍具有足够的使用寿命。
在图2中以横截面示出的屏蔽元件22是金属的并且基本上包括基板30，该基板平行于通道侧的平台表面延伸。在基板30的两个相对置的边缘上，设置有在侧向横向于基板30间隔的壁区段32，这些壁区段夹子状地包围平台16的相应的侧壁。在此，基板30的壁厚明显小于平台16在冲击冷却孔24的区域中的壁厚。
为了将屏蔽元件22固定在导向叶片10或者平台16上，该屏蔽元件例如能够被螺纹连接，如通过虚线所示。也可考虑其他固定类型，例如夹紧，尤其是屏蔽元件22在平台16上形状接合地夹紧。如果需要，那么屏蔽元件22在其承受热气的表面上可具有隔热保护层，以便进一步提升其耐热性。
流入到在屏蔽元件22和平台表面之间的缝隙中的冷却介质K在完成冲击冷却后，在设置在屏蔽元件22和吸力侧的叶身壁18或者压力侧叶身壁20之间的间隙36(图1)处流出。
在此，如果在环形的流动通道区段12中使用的导向叶片10在叶身14的两个相对置的端部上具有横向于叶身14延伸的平台16，那么图2中示出的平台16和在其上设置的屏蔽元件22为叶片10的根侧的平台和顶侧的平台。显然本发明也可应用在这种导向叶片10的两个平台16的仅一个上。
总体而言，借助本发明给出了一种用于涡轮机的环形的流动通道区段12，其具有导向叶片环，该导向叶片环具有多个在圆周方向上串联设置的导向叶片10，所述导向叶片分别包括平台16和辐射状地伸入到流动通道26中的叶身14，其中，流动通道26在平台侧由屏蔽元件22限界，所述屏蔽元件分别设置在两个直接相邻的叶身14之间，其中，为了构造尤其节省空间的流动通道区段12，屏蔽元件22在形成缝隙的情况下设置在平台16上并且在平台16中设有冲击冷却孔24。

Claims (5)

1.用于涡轮机的环形的流动通道区段(12)，具有导向叶片环，所述导向叶片环具有多个在圆周方向上串联设置的导向叶片(10)，所述导向叶片分别包括设计用于固定的叶片根部、至少一个根侧的具有两个平台半部的平台(16)和辐射状地伸入到流动通道(26)中的叶身(14)，其中，所述流动通道(26)在平台侧由屏蔽元件(22)限界，在所述屏蔽元件中，每个屏蔽元件(22)在两个直接相邻的叶身(14)之间与这些叶身邻接地设置，所述屏蔽元件覆盖由直接相邻的导向叶片(10)的平台半部限界的缝隙，
其特征在于，所述屏蔽元件(22)在形成缝隙的情况下设置在所述平台(16)上并且在所述平台(16)中设有用于冲击冷却所述屏蔽元件(22)的冲击冷却孔(24)。
2.根据权利要求1的流动通道区段(12)，其中，所述屏蔽元件(22)分别具有限定所述流动通道(26)的边界的、由金属的材料组成的基板(30)，所述基板与导向叶片(10)分开地制成。
3.根据权利要求2的流动通道区段(12)，其中，所述基板(30)的壁厚小于由所述屏蔽元件(22)覆盖的所述平台(16)的壁厚。
4.根据权利要求2或3的流动通道区段(12)，其中，在所述基板(30)上设有横向设置的壁区段(32)，所述壁区段能与所述平台(16)的侧向的壁连接。
5.根据权利要求1至4之一的流动通道区段(12)，其中，所述屏蔽元件(22)在流动通道侧具有保护层。
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