CN104285040A - 用于燃气轮机的轴向的转子部段和涡轮机转子叶片 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种涡轮机转子叶片(14)，所述涡轮机转子叶片具有叶根(54)、连接在叶根上的平台(28)和位于平台(28)的背离叶根(54)的一侧上的叶身(15)，其中在叶根(54)的下侧(64)上设有至少一个开口(62)，用于将冷却介质(66)供给到涡轮机转子叶片内部中，所述开口过渡到冷却介质通道(60)中。此外本发明涉及一种用于涡轮机的转子(23)的轴向的转子部段(10)，其具有邻接于两个端侧的第一侧面(53)的外部的环周面，在所述外部的环周面中设置有用于涡轮机的转子叶片(14)的、在环周上分布的、沿着轴向方向延伸的转子叶片保持槽(12)，其中在每个保持槽(12)中设有涡轮机转子叶片(14)，其中在转子部段(10)的侧面(53)的侧向上设有多个密封元件(16)，所述密封元件以形成间隙的方式与叶根(54)的端侧(52)相对置。为了实现对密封元件(16)的改进的冷却，这延长了其寿命或者使得该密封元件适合于更高的环境温度，提出：在侧面(53)中和/或在端面(52)中设置多个排出孔(58)，用于冲击冷却密封元件(16)。

Description

用于燃气轮机的轴向的转子部段和涡轮机转子叶片

技术领域

本发明涉及一种用于燃气轮机的转子的轴向的转子部段，所述转子部段具有邻接于两个端侧的第一侧面的外部的环周面，在所述外部的环周面中设置有用于涡轮机的转子叶片的、在环周上分布的、沿着轴向方向延伸的转子叶片保持槽。此外本发明涉及一种涡轮机转子叶片，所述涡轮机转子叶片具有叶根、连接在所述叶根上的平台和位于平台的背离根部的一侧上的叶身，其中在叶根中设有至少一个用于将冷却介质供给到涡轮机转子叶片内部中的开口，所述开口过渡到冷却介质通道中。

背景技术

用于涡轮机的常规的轴向的转子部段例如从公开文献DE 1963364A1中已知。由转子盘形成的转子部段配备有沿着轴向方向伸展的用于涡轮机的转子叶片的保持槽，其中在端侧上设有环形环绕的用于密封板的容纳槽。位于其中的密封板阻挡转子叶片沿着保持槽移动进而固定该转子叶片。每个密封板在此由螺丝锁定以防止丢失。

密封板此外沿着环周方向来观察形成密封环。密封环使得密封板和转子盘的端侧之间的第一空间与位于密封板的另一边的第二空间分隔。在运行时，第一空间由冷却空气穿流，这防止叶根和转子盘的外边缘的热过载。

已知的设备的缺点是使用螺丝来锁定密封板免于沿着环周方向移动。由于在运行和停机状态之间出现的热交变负荷并且由于流经涡轮机的热气体，能够导致螺接中的腐蚀问题和强度问题。这可能不能够常规地来解决。在该情况下钻入螺丝，其中该过程通常在仍位于燃气轮机的下部的壳体半部中的转子上执行。在此能够发生的是：切屑落到下部的壳体半部中，所述下部的壳体半部在下面的运行中会导致不期望的污染。

此外从FR 2 524 933中已知用于防止转子叶片轴向移动的锁定，所述转子叶片借助于沿着环周方向可移动的板来保持。然而在这里所示出的布置不适合将靠近盘的空间相对于存在于板的另一边的空间密封。也就是说，在此存在叶根和转子盘边缘受到由温度引起的损伤的风险。

此外从公开出版物DE 30 33 768 A1中已知一种用于涡轮机的转子盘的转子组件，所述转子组件具有一件式的密封环用于轴向锁定转子叶片。然而由于一件式的密封环，该密封环仅适合于飞机燃气轮机，因为该飞机燃气轮机沿着轴向方向通过交替地叠置转子构件和定子构件来组装。固定式燃气轮机反之由两个壳体半部组装，所述两个壳体半部完整地包围安装的转子。DE 30 33 768 A1的一件式的密封环按照卡口连接的方式与涡轮机盘卡住。

此外从US 2004/0081556 A1中已知一种常规的燃气轮机叶片，所述燃气轮机叶片具有叶根、平台和叶身。平台关于热气体从入流侧的边棱朝向出流侧的边棱延伸，所述热气体沿着轴向方向流经燃气轮机。平台具有沿着涡轮机盘的环周方向伸展的出流侧的边棱，所述出流侧的边棱以檐的方式突出于涡轮机盘的轴向宽度。在平台的出流侧的边棱的下侧上设有多个影响冷却空气流的结构元件。

随着技术的日益进步和对燃气轮机的功率和寿命的新的要求，存在提供新的构造的需求，所述构造尽管具有在技术上更高要求的边界条件但是此外具有所期望的寿命。

发明内容

因此本发明的目的是提供一种涡轮机转子叶片和一种轴向的转子部段，借助于所述涡轮机转子叶片和轴向转子叶片能够满足上述要求。

针对涡轮机转子叶片的目的通过这样的根据权利要求1的特征所述的涡轮机转子叶片来实现。

根据本发明提出：在叶根的端侧中设有多个排出孔，用于冷却相邻的构件，所述排出孔通入到有关的冷却介质通道中。

本发明基于如下常识：涡轮机转子叶片的叶根与作为平台和连接在平台上的叶身的承载部相比也能够用于其它的目的。现在涡轮机转子叶片的叶根设计为，使得其是冷却装置的部件，其中待冷却的构件不属于涡轮机转子叶片，而是密封元件，所述密封元件和涡轮机转子叶片在安装状态中彼此相邻。一方面密封元件在轴向上将有关的涡轮机转子叶片固定在转子叶片保持槽中并且另一方面它在轴向的转子部段的侧面和叶根的端侧处将冷却介质靠近表面地引导。同时，到目前为止被引导经过的该冷却介质流也冷却密封元件。

现在，通过使用根据本发明的涡轮机转子叶片产生如下可能性：避免对密封元件的对流冷却并且为此借助于尤其简单的构造建立冲击冷却。尤其有利的是，能够放弃耗费地固定的冲击冷却元件。替代于此，在叶根的内部中为冲击冷却介质设有供给通道、即冷却介质通道，所述供给通道优选以相对靠近叶根的端面下方的方式延伸。关于在燃气轮机中的取向，冷却介质通道沿径向方向延伸。同时在叶根的端面中预设有多个孔，所述孔通入冷却介质通道中。在冷却介质通道中入流的冷却介质随后能够穿过孔、即所谓的排出孔，在叶根的端侧处放射状地离开，此后该冷却介质碰撞到密封元件的——朝向叶根的端侧的——面上。借助于此，与迄今相比密封元件被更好地冷却。同时能够实现对叶根和转子部段的或者转子盘的外边缘的更有效的热屏蔽。这在使用条件不改变的情况下起延长寿命的作用或者在使用条件非常差的情况下、即更高的局部的运行温度下实现了与迄今为止相似的寿命。

在此排出孔的纵轴线相对于叶根或者转子叶片保持槽的纵向延伸能够具有任何所需要的角度，以便冲击冷却密封元件的尽可能大的面。

另一个优点的是叶片系统中的提高的密封效果，因为由于冲击冷却射束，较少的冷却空气沿着转子部段的侧面流动。如果密封元件在燃气轮机的轴向的转子部段上设置在叶根的这两个端侧上，那么在叶根的这两个端侧上同样适合于使用具有设置在端侧上的冷却介质通道和排出孔的根据本发明的设备。

冷却介质通道和设置在端侧上的排出孔能够直接在铸造叶根或涡轮机转子叶片时一起制造。替选地，也存在如下可能性：将该冷却介质通道和排出孔引入到通常的已铸造的涡轮机转子叶片中。引入冷却介质通道和/或排出孔例如能够借助于激光打孔或者通过侵蚀来实现。在此排出孔适宜地在均匀网格中面状地分布。其它制造方法、例如经由端侧的冷却介质通道槽固定冲击冷却板，同样是可以考虑的。

针对轴向的转子部段的目的通过权利要求6的特征来实现。因此以类似于涡轮机转子叶片的方式在轴向的转子部段中在至少一个侧面的设置在保持槽之间的区域处设置排出孔，用于冲击冷却密封元件。

在此以与在使用根据本发明的涡轮机转子叶片时类似的方式产生相同的优点。

有利的设计方案在相应的从属权利要求中给出，所述设计方案的特征可彼此任意组合。

为了保持涡轮机转子叶片的叶根的有关的端侧和密封元件之间的限定的间距，能够在有关的端侧处设置至少一个间距保持件。

因为提供用于涡轮机转子叶片的冷却介质大多在叶根下侧进行，所以有利的是，冷却介质通道的开口设置在叶根下侧并且在开口和与叶根的与其相关联的端侧之间设有对于冷却介质而言产生压力损耗的元件或者在叶根下侧设有进行密封的元件。借助于这类元件，压力降能够调节为，使得冷却介质流入到冷却介质通道中并且穿过排出孔流出。

然而这些元件不必强制性地与转子叶片或者与轴向的转子部段一件式地构成。它们也能够构成为独立制造的密封件或者流动障碍件。

为了沿着环周来观察尤其均匀地冷却轴向的转子部段的密封元件环的所有的密封元件，推荐将根据本发明的涡轮机转子叶片使用在根据本发明的轴向的转子部段中。

附图说明

根据一个实施例详细阐述本发明的其它的优点和特征。附图示出：

图1示出具有设置在外环周上的涡轮机转子叶片的轴向的转子部段，

图2示出根据图1的沿着剖线II-II剖开的横截面视图，

图3示出穿过根据本发明的涡轮机转子叶片的根部区域的纵剖面，以及

图4示出根据本发明的涡轮机转子叶片的叶根的立体视图。

在所有的附图中相同的特征设有相同的附图标记。

具体实施方式

图1在侧视图中示出轴向的转子部段10并且图2在根据图1中的剖线II-II的横截面中示出轴向的转子部段。对于每个待锁定的以免在其转子叶片保持槽12内轴向移动的涡轮机转子叶片14，在下文中简称为转子叶片，设置有两个相邻的密封元件16，所述密封元件分别各占一半地遮盖有关的转子叶片保持槽12的端侧的开口。每个密封元件16借助于其径向靠内的端部18处于槽20中，所述槽在端侧设置在转子盘19上，并且每个密封元件16借助于其径向靠外的端部22处于止动槽24中，所述止动槽设置在转子叶片14的平台28的下侧26上。为了锁定每个安全元件16以免沿着环周方向U移动，在每个密封元件上固定有径向笔直的板带30。每个板带30在其径向靠外的端部32处在均匀汇集的尖端34中终止。在转子叶片14的平台28处存在斜边36，其中直接相邻的转子叶片14的两个相对置的边36分别形成逐渐变尖的凹部38，板带30的用于锁定密封元件16以免沿着环周方向U移动的尖端34伸入到所述凹部中并且贴靠在其中。

密封元件16此外用于分隔两个空间37、39，在所述空间中一方面能够产生冷却介质并且另一方面能够产生由冷却介质和热气流构成的混合物。

为了将板带30固定在密封元件16上，在密封元件中设置有两个平行的狭缝40，已经U形预弯曲的板带30插入穿过所述狭缝。板带30的与尖端34相反置的末端41在将密封元件16安装在转子盘19上之前就已经弯曲到在图2中所示出的位置中以固定板带30。

在将转子叶片14安装到转子盘19中之后，密封元件16与预安装的板带30依次装入到环形环绕的、设置在转子盘19上的槽20中并且装入到设置在平台28的下侧26上的止动槽24中。密封元件16沿着槽20的环周定位为，使得每个板带30对置于凹部38。紧接着，将板带30的尖端34弯入到凹部38中，以便排除密封元件16沿环周方向U的移动。

在叶根54的端侧52中并且在所谓的爪56的侧面53中设置有排出孔58，所述爪在两个彼此直接相邻的保持槽12中形成转子盘19的外边缘。如从图2中所看到的，设置在叶根54中的排出孔58与冷却介质通道60连接，所述冷却介质通道的入流侧的开口62设置用于在叶根54的下侧64中供给冷却介质。

在配备有这样的转子部段10的燃气轮机运行时，冷却介质66穿过设置在转子盘19中的冷却通道65流到叶根下侧64和保持槽12的槽底之间的自由空间67中。冷却介质66的一部分从该处起到达开口62，此后紧接着进入到冷却介质通道60中。由于存在的压力降，冷却介质66紧接着穿过排出口58以冲击冷却射束的形式流出并且以冲击冷却的方式碰撞密封元件16。

为了设置所期望的压力降，必要时提出，在叶根54的下侧64上在开口62和端侧52之间设置产生压力损耗的元件68。该元件也能够构成为密封元件。

对于叶根54的端侧52和密封元件16之间的限定的间距而言也能够在端侧52上设置间距元件70。

给设置在爪56中的排出孔58供给冷却空气能够借助于转子盘19中的适当的钻孔(未示出)来实现。

图3和4示出根据本发明的涡轮机转子叶片14，所述涡轮机转子叶片包括叶根54、平台28和设置在平台上的叶身15，但是其中后者仅部分地示出。此外示出供给开口62和排出孔58。叶根54的端侧52和开口62之间的间距是相对小的，使得在图3中在横截面中示出的冷却介质通道60设置在与其相关联的端侧52的相对近处。冷却介质通道60平行于叶根54的基本上平坦的端侧52延伸。

因此总体上，本发明涉及一种涡轮机转子叶片14，所述涡轮机转子叶片具有叶根54、连接在叶根上的平台28和位于平台28的背离叶根54的一侧上的叶身15，其中在叶根54的下侧64上设有至少一个开口62，用于将冷却介质66供给到涡轮机转子叶片内部中，所述开口过渡到冷却介质通道60中。此外本发明涉及一种用于涡轮机的转子33的轴向的转子部段10，其具有邻接于两个端侧的第一侧面53的外部的环周面，在所述环周面中设置有用于涡轮机的转子叶片14的、在环周上分布的、沿着轴向方向延伸的转子叶片保持槽12，其中在每个保持槽12中设有涡轮机转子叶片14，其中在转子部段10的侧面53的侧向上设有多个密封元件16，所述密封元件以形成间隙的方式与叶根54的端侧52相对置。为了实现对密封元件16的改进的冷却，所述改进的冷却延长了密封元件的寿命或者使得该密封元件适合于更高的环境温度，提出：在侧面53中和/或在端面52中设置有多个排出孔58用于冲击冷却密封元件16。

Claims (8)

1.一种涡轮机转子叶片(14)，所述涡轮机转子叶片具有叶根(54)、连接在所述叶根上的平台(28)和位于所述平台(28)的背离根部的一侧上的叶身(15)，

其中在所述叶根(54)中设有至少一个开口(62)，用于将冷却介质(66)供给到涡轮机转子叶片内部中，所述开口过渡到冷却介质通道(60)中，

其特征在于，

在两个所述端侧(52)的至少一个中设有多个排出孔(58)用于面状地冲击冷却相邻的构件，所述排出孔通入有关的所述冷却介质通道(60)中。

2.根据权利要求1所述的涡轮机转子叶片(14)，

其中所述开口(62)设置在叶根下侧。

3.根据权利要求1或2所述的涡轮机转子叶片(14)，

其中有关的所述冷却介质通道(60)直接相邻于所述叶根(54)的有关的所述端侧(52)。

4.根据权利要求1、2或3所述的涡轮机转子叶片(14)，

其中在有关的所述端侧(52)上设有至少一个间距保持件(70)，用于接触密封元件(16)。

5.根据权利要求2至4中任一项所述的涡轮机转子叶片(14)，

其中在所述开口(62)和与所述开口相关联的所述端侧(52)之间在所述下侧(64)上设置有对于冷却介质产生压力损耗的元件(68)。

6.一种用于涡轮机的转子(23)的轴向的转子部段(10)，所述转子部段具有邻接于两个端侧的第一侧面(53)的外部的环周面，在所述环周面中设置有用于所述涡轮机的转子叶片(14)的、在环周上分布的、沿着轴向方向延伸的转子叶片保持槽(12)，其中在每个保持槽(12)中设置有涡轮机转子叶片(14)，其中在所述转子部段(10)的侧面(53)的侧向上设有多个密封元件(16)，所述密封元件以形成间隙的方式与所述叶根(54)的所述端侧(52)相对置，

其特征在于，

在所述侧面(53)的至少一个中设有多个排出孔(58)用于面状地冲击冷却所述密封元件(16)。

7.根据权利要求6所述的转子部段(10)，

其中所述涡轮机转子叶片(14)根据权利要求1至5中任一项构成。

8.一种用于冷却根据权利要求6或7中任一项所述的转子部段(10)的密封元件(16)的方法，其中使冷却空气流出所述排出孔(58)以面状地冲击冷却所述密封元件(16)。