CN103261584B - 涡轮机部件、置于其中空翼型内的冲击管及其组装方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及涡轮机部件、置于其中空翼型内的冲击管及其组装方法，具体涉及翼型形状的燃气涡轮机部件，例如燃气涡轮机转子叶片和定子叶瓣，且涉及在这种部件中用于冷却的冲击管。根据本发明，冲击管由至少两个单独区段形成，每个区段沿翼展方向延伸通过中空翼型。冲击管的至少两个区段中的第一区段首先插入中空翼型且沿中空翼型的后缘区域的方向被操纵到中空翼型的腔的后部内就位。其次，冲击管的至少两个区段中的第二区段插入到中空翼型内与所述第一区段相邻。冲击管的第一区段和第二区段被锁定装置连接在一起，其中锁定装置将冲击管锁定在中空翼型内就位，其中锁定装置沿轴向方向被设置在所述区段之间且具有沿中空翼型的径向方向延伸的主延伸部。

Description

涡轮机部件、置于其中空翼型内的冲击管及其组装方法
技术领域
本发明涉及翼型形状的燃气涡轮机部件（例如燃气涡轮机转子叶片和定子叶瓣）并且涉及在这样的部件内为了冷却目的被使用的冲击管。本发明进一步涉及用于在这样的部件内组装冲击管的方法。
背景技术
现代燃气涡轮机通常以极高温度运转。温度对涡轮机叶片和/或定子叶瓣的影响可能对于涡轮机的有效运转是不利的，并且在极端情况下能够导致叶片或叶瓣的扭曲和可能的失效。为了避免这种风险，高温涡轮机可包括结合用于冷却目的的所谓冲击管的中空叶片或叶瓣。
这些所谓的冲击管是在叶片或叶瓣内径向延伸的中空管。空气被驱入这些管内并沿这些管且通过适当孔隙排出到所述管和中空叶片或叶瓣的内部表面之间的空隙内。这产生了内部空气流动来冷却叶片或叶瓣。
通常，通过具有中空结构的铸件来形成叶片和叶瓣。冲击管可以从一端或另一端被插入到中空结构内并且通常焊接于中空结构以便将其固定就位。弦肋通常也被铸造在叶片内部，主要用于引导冷却剂并且提供更大的冷却表面面积。这些肋或具体地铸造肋可以用作冲击管的定位间隔件，以便为冷却空气产生必要的内部空间。
在将冲击管装配到叶片或叶瓣时会产生问题。叶片或叶瓣的翼型截面会极度复杂。中空翼型的特征可在于多向曲率（具有三维曲率的复杂形状）以便改进翼型的空气动力学效率并且因此增加燃气涡轮机的效率。在翼型上允许的弯曲和扭转的量受到冲击管需要从翼型的一端滑入的限制。
已知用于使得冲击管能够被装配到这种中空涡轮机叶片或叶瓣内部的多种技术。US 7,056,083 B2公开了具有用于冷却目的的冲击管的涡轮机叶片或叶瓣，该冲击管大体沿径向方向被置于中空叶片或叶瓣翼型内。冲击管包括从中空翼型的相对径向端部延伸到该中空翼型内且定位成抵靠特定成形的肋的两个部分，所述肋绕翼型的前缘大体沿翼弦方向延伸。从中空翼型的两端组装冲击管且冲击管被定位成抵靠近似在腔的孔隙之间的中途的成形肋。
US 4,798,515 A公开了用于涡轮机器的定子叶瓣的冷却设置。在定子叶瓣的腔内部设置两个冲击冷却插入件。它们被铜焊或经由插入件的扩张弹性部分压配合到叶瓣的耳轴的入口孔隙内。两个冲击冷却插入件从叶瓣的相对端被插入到腔中。为了将所述两个冲击冷却插入件连接于彼此，在冲击冷却插入件处提供定位销，其与冲击冷却插入件处的定位销插座相互作用。
在US 6,742,984 B1中，示出了具有用于冲击冷却喷嘴叶瓣壁的插入件的燃气涡轮机。每个插入件均具有两个部分，这两个部分被相继插入到叶瓣的腔内以便它们从前缘到后缘在相同轴向高度处被设置在腔内。通过焊接或铜焊操作将插入件固定到腔内就位。插入件的每个部分的腿区段沿叶瓣的径向方向延伸。垂直于径向方向延伸的支撑杆被设置在腿区段之间以便将它们彼此分开。此外，提供这些支撑杆来保持腿区段的外壁处的支座接合抵靠喷嘴叶瓣壁的内壁表面。
EP 1 626 162 A1描述了具有在燃气涡轮机内使用的叶瓣的叶瓣组件。隔板组件中的第一和第二隔板从叶瓣的相对两端被插入到叶瓣的腔内以便它们沿翼展方向径向地一个叠一个地设置。此外，隔板借助于紧固件被径向地固定于彼此且被固定在腔内，所述紧固件向叶瓣施加翼展方向的拉伸载荷。EP 1 380 725 A2描述了具有位于中空叶片内的多个冲击管的中空叶片。通过使所述冲击管中的一个被最后插入到中空叶片内，冲击管将被锁定在中空叶片内就位。
本发明的第一目标是提供用于在翼型形状的燃气涡轮机部件（例如燃气涡轮机转子叶片和定子叶瓣）的中空翼型内组装冲击管的方法，该方法能够克服上述缺点并且尤其有助于更加具有空气动力学效率的翼型和燃气涡轮机部件。
本发明的第二目标是提供诸如燃气涡轮机转子叶片和定子叶瓣的有利的翼型形状的燃料涡轮机部件。本发明的第三目标是提供在这样的部件中所用的用于冷却目的的有利冲击管。
发明内容
因此，本发明提供包括中空翼型和被置于该中空翼型内的冲击管的涡轮机部件。由至少两个单独区段形成冲击管，每个所述区段沿翼展方向延伸通过中空翼型。所述冲击管的相邻区段通过锁定装置被物理地（使用间隔件、转接器或中间部分直接地以及间接地）以及功能性地连接在一起，其中所述锁定装置可被插入到中空翼型（5）内并且将所述冲击管锁定在中空翼型内就位。所述锁定装置是沿轴向方向位于所述区段之间的滚销并且具有沿中空翼型的径向方向延伸的主延伸部。
本发明还提供被置于涡轮机部件的中空翼型内的冲击管。冲击管包括至少两个单独区段，每个所述区段沿翼展方向延伸通过中空翼型。所述冲击管的相邻区段通过锁定装置被连接在一起，其中所述锁定装置可插入到中空翼型内并被设置成将所述冲击管锁定在中空翼型内就位。所述锁定装置是沿轴向方向被置于所述区段之间的滚销并且具有沿中空翼型的径向方向延伸的主延伸部。
本发明还提供用于在涡轮机部件的中空翼型内组装冲击管的方法。冲击管由至少两个单独区段形成，每个所述区段沿翼展方向延伸通过中空翼型。所述方法包括步骤：
-将冲击管的所述至少两个区段中的第一区段插入所述中空翼型内并且沿所述中空翼型的后缘区域的方向操纵所述第一区段到所述中空翼型的腔的后部内就位，
-将冲击管的所述至少两个区段中的第二区段插入所述中空翼型内与所述第一区段相邻，以及如果需要但并不是必须的，操纵所述第二区段到所述中空翼型内就位，
-通过锁定装置将所述第一和第二区段连接在一起，该锁定装置是沿轴向方向被置于所述区段之间的滚销并且具有沿中空翼型的径向方向延伸的主延伸部，且因此将所述冲击管锁定在中空翼型内就位。
本发明是基于如下构思，即：可通过使用两部分或更多部分型冲击管来避免对中空翼型的弯曲和扭转的限制，其中每个部分/区段可以单个地组装在中空翼型内。装配在相邻区段之间的锁定装置将冲击管锁定在中空翼型内就位。
根据本发明的方案，使用两部分或更多部分型冲击管，特别是可以单个组装区段，允许翼型区段具有更大更复杂的弯曲和扭转，这通过避免不当安装而增加了翼型的空气动力学效率且因此增加了涡轮机的效率。
因此，冲击管可以分成两个或更多个区段。之后每个区段可以单个地在中空翼型（即在中空翼型的腔）内滑动，并且之后运动到其正确翼弦位置。通过在相邻区段之间使用锁定装置，例如滚销，将所述两部分或更多部分型冲击管锁定并保持就位。
根据中空翼型的尺寸，即中空翼型的腔的尺寸，可以使用根据本发明的两个或更多个这样的锁定装置。对于小中空翼型，仅一个锁定装置会是足够的；较大中空翼型会需要更多这样的锁定装置来保持区段和冲击管就位。
通过使用这样的锁定装置，冲击管的区段将沿轴向方向（沿中空翼型的前缘和后缘方向，该前缘和该后缘位于中空翼型的前部和后部）被机械连结。对于笔直座有利的是如果所述中空翼型在所述中空翼型的内表面处包括凸起或锁定销或肋。
在有利实施例中，由两个单独区段形成冲击管，特别地该两个单独区段是所述冲击管的前部和后部区段，其中所述前部区段可位于所述中空翼型的前部且/或所述后部区段可位于所述中空翼型的后部。当将区段组装成中空翼型时，有利的是首先将后部区段插入到中空翼型内，之后是前部区段。
但是还可以想到，冲击管由三个单独区段形成，特别地该三个单独区段是所述冲击管的前部、中间和后部区段，其中所述前部区段可以位于所述中空翼型的前部，所述中间区段可以位于所述中空翼型的中间，且/或所述后部区段可以位于所述中空翼型的后部。锁定装置被放在相邻区段之间。组装区段时的次序可以首先是后部区段、之后是中间区段且第三个是前部区段。组装中间区段和前部区段的次序还可以颠倒成先是前部区段，随后是中间区段。
在本发明的实施例中，所述至少两个单独区段中的至少一个可以基本完全延伸通过中空翼型的翼展。但是还可以想到，所述至少两个单独区段中的至少一个被进一步分成至少两个径向段，类似于从US 7, 056, 083 B2所知的径向剖分冲击管。
在此方面的“径向”意味着在第一平台和第二平台之间的方向且中空翼型在该第一平台和该第二平台之间延伸。“径向”涉及的是包括多个翼型的已组装燃气涡轮发动机，其中所述多个翼型绕燃气涡轮发动机的旋转轴线设置且延伸通过环形流动路径。
进一步的优点在于如下情况，即：所述前部区段具有与所述中空翼型的前部的内表面基本相同的轮廓并且/或者所述后部区段具有与所述中空翼型的后部的内表面基本相同的轮廓。
有利地，所述中空翼型包括单个腔。但是本发明还可以被实现成用于包括两个或更多个腔的中空翼型，其中每个所述腔包括根据本发明的分段式冲击管。在另一有利实施例中，涡轮机部件是涡轮机叶片或叶瓣，例如喷嘴引导叶瓣。
附图说明
将参考附图描述本发明，附图中：
图1示出了两部分型冲击管的立体图，该冲击管具有由滚销连接的两个独立区段/节段；
图2示出了在中空叶瓣的腔内部组装两部分型冲击管的绘图。
具体实施方式
在本描述中，为了简化，将仅参考叶瓣（喷嘴引导叶瓣）作为翼型，不过应该理解本发明可应用到涡轮机（特别地燃气涡轮机）的叶片和叶瓣二者。这样的叶瓣或叶片可以被组装在限定流体流动路径的边界的平台之间。平台和翼型也可以是单件，例如通过铸造生产的单件。考虑到燃气涡轮机的转子部分回转所绕的旋转轴线，平台沿轴向和周向方向延伸。叶片或叶瓣相对于旋转轴线基本沿径向方向延伸。
如图1所示，在喷嘴引导叶瓣5内用于冷却目的的冲击管1具有两个区段/节段，即前部区段2和后部区段3。两个区段2、3将被滚销4连接于彼此以便将冲击管1锁定在中空喷嘴引导叶瓣5的腔6内就位。
如图2所示，在将后部区段3首先从腔6的一个径向端部插入腔6时，冲击管1被插入到中空喷嘴引导叶瓣5的腔6内。后部区段3将被操纵到中空喷嘴引导叶瓣5的腔6的后部7内就位，该后部7具有与后部区段3基本相同的轮廓/形状。
之后，冲击管的前部区段2从腔6的该径向端部被插入腔6，并且如果需要的话还将被操纵到中空叶瓣5的腔6的前部8内就位，该前部8具有与前部区段2基本相同的轮廓/形状。
最终，滚销4被装配成将冲击管1锁定在喷嘴引导叶瓣5的腔6内就位。滚销4沿轴向方向被设置在区段2、3之间，并且具有沿叶瓣5的径向方向延伸的主延伸部。
换言之，后部区段3通过径向运动（径向向内或径向向外）首先被插入到腔6内。在该径向运动之后，后部区段3将经历沿中空叶瓣5的后缘区域方向的进一步运动。一旦就位，前部区段2就再次通过基本单纯径向运动到中空叶瓣5的前缘区域内而被插入到腔6内。
具体地，前部区段2和后部区段3将从相同侧被插入，即：从径向外侧或从径向内侧被插入。
“前”和“后”限定了绕翼型的气流。前缘是基本圆筒形区段而后缘是尖锐边缘。
使用多于一个冲击管允许适应腔6（具体地在后缘区域内）的更大弯曲和/或扭转。因此，翼型能够具有更好的空气动力学。能够改善对翼型的可能冷却。

Claims (12)

1.一种涡轮机部件，所述涡轮机部件包括中空翼型（5）和位于所述中空翼型（5）内的冲击管（1），所述冲击管（1）由至少两个单独区段（2、3）形成，每个所述区段沿翼展方向延伸通过所述中空翼型（5），其中所述冲击管（1）的相邻区段（2、3）被锁定装置（4）连接在一起，所述锁定装置（4）可插入到所述中空翼型（5）内并将所述冲击管（1）锁定在所述中空翼型（5）内就位，其特征在于所述锁定装置（4）是沿轴向方向被置于所述区段（2、3）之间的滚销并且具有沿所述中空翼型（5）的径向方向延伸的主延伸部。
2.根据权利要求1所述的涡轮机部件，其特征在于，所述中空翼型（5）包括单个腔（6）。
3.根据权利要求1所述的涡轮机部件，其特征在于，所述冲击管（1）由所述冲击管（1）的前部区段（2）和后部区段（3）形成。
4.根据权利要求3所述的涡轮机部件，其特征在于，所述前部区段（2）和所述后部区段（3）被置于所述中空翼型（5）的前部（8）和后部（7）内。
5.根据权利要求4所述的涡轮机部件，其特征在于，所述前部区段（2）具有与所述中空翼型（5）的所述前部（8）的内表面基本相同的轮廓，并且/或者所述后部区段（3）具有与所述中空翼型（5）的所述后部（7）的内表面基本相同的轮廓。
6.根据权利要求1所述的涡轮机部件，其特征在于，所述至少两个单独区段（2、3）中的至少一个完全延伸通过所述中空翼型（5）的翼展。
7.根据权利要求1所述的涡轮机部件，其特征在于，所述至少两个单独区段（2、3）中的至少一个被分成至少两个径向节段。
8.根据权利要求1所述的涡轮机部件，其特征在于，所述涡轮机部件是涡轮机叶片或叶瓣。
9.根据前述权利要求中任一项所述的涡轮机部件，其特征在于，所述中空翼型（5）包括在所述中空翼型（5）的内表面处的凸起或锁定销或肋。
10.一种用于置于涡轮机部件的中空翼型（5）内的冲击管（1），所述冲击管（1）包括至少两个单独区段（2、3），每个所述区段沿翼展方向延伸通过所述中空翼型（5），其中所述冲击管（1）的相邻区段（2、3）被锁定装置（4）连接在一起，所述锁定装置（4）可被插入到所述中空翼型（5）内并被设置成将所述冲击管（1）锁定在所述中空翼型（5）内就位，其特征在于所述锁定装置（4）是沿轴向方向被置于所述区段（2、3）之间的滚销并且具有沿所述中空翼型（5）的径向方向延伸的主延伸部。
11.一种用于在涡轮机部件的中空翼型（5）内组装冲击管（1）的方法，所述冲击管（1）由至少两个单独区段（2、3）形成，每个所述区段沿翼展方向延伸通过所述中空翼型（5），所述方法包括步骤：
将所述冲击管（1）的至少两个区段（2、3）中的第一区段（3）插入所述中空翼型（5）内并且沿所述中空翼型（5）的后缘区域的方向操纵所述第一区段（3）到所述中空翼型（5）的腔（6）的后部（7）内就位，
将所述冲击管（1）的至少两个区段（2、3）中的第二区段（2）插入所述中空翼型（5）内与所述第一区段（3）相邻，
通过锁定装置（4）将所述第一和第二区段（2、3）连接在一起，所述锁定装置（4）是沿轴向方向被置于所述区段（2、3）之间的滚销并且具有沿所述中空翼型（5）的径向方向延伸的主延伸部，且因此将所述冲击管（1）锁定就位。
12.根据权利要求11所述的用于在涡轮机部件的中空翼型（5）内组装冲击管（1）的方法，其特征在于，所述冲击管（1）的所述第二区段（2）被操纵到所述中空翼型（5）内就位。
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