CN104471191A - 用于燃气轮机的空气冷却的涡轮机转子叶片 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于燃气轮机的涡轮机转子叶片(10)，所述涡轮机转子叶片具有叶根(12)和与其连接的空气动力学拱曲的叶身(16)，所述叶身具有抽吸侧的侧壁和压力侧的侧壁，所述侧壁沿弦方向从共同的前缘(18)延伸至后缘(20)并且沿跨度方向以从叶根侧的端部(22)至叶尖侧的端部(24)的总跨度延伸，其中在叶身(16)中为了引导冷却介质设有冷却介质通道(28)。为了提供可充分冷却的、构成为具有相对小的轮廓厚度的涡轮机转子叶片(10)提出，叶身(16)从其叶根侧的端部(22)起自跨度为总跨度的75％处、优选为总跨度的60％处开始不具有冷却介质通道。

Description

用于燃气轮机的空气冷却的涡轮机转子叶片

技术领域

本发明涉及一种用于燃气轮机的空气冷却的涡轮机转子叶片，所述涡轮机转子叶片具有叶根和连接于其的空气动力学拱曲的叶身，所述叶身具有抽吸侧的侧壁和压力侧的侧壁，所述侧壁沿弦方向从前缘延伸至后缘并且沿跨度方向以从叶根侧的端部至叶尖侧的端部的总跨度延伸，其中在叶身中为了引导冷却介质设有冷却介质通道。

背景技术

这种涡轮机转子叶片从广泛可用的现有技术中最好地已知。通常在铸造法中制造的涡轮机转子叶片借助于在铸造设备中使用的铸芯构成为是空心的，使得在内部存在冷却通道，在运行中，冷却介质——通常为冷却空气——能够流过所述冷却通道。冷却介质用于充分冷却涡轮机叶片的材料，借此虽然在燃气轮机运行时在涡轮机叶片的环境中出现高的环境温度，但是所述材料仍能够达到预定的和期待的使用寿命。

当前，涡轮机叶片的内部构造的复杂性增大，因为所述涡轮机叶片必须持久地经受较高的环境温度。就此而言，冷却通道在此期间多次以波浪形换向。同时，在叶片外壁的内侧上通常也设有涡流器，以便提高从涡轮机叶片的材料到冷却空气中的热传递。在实现从涡轮机叶片的材料中吸收热能之后，将之后加热的冷却空气在叶身的后缘上、在叶身的尖部上或也在叶身的前缘的区域中通过相应的开口排放并且混入热气流，所述开口必要时也能够构造成薄膜冷却开口。

因此，涡轮机转子叶片的构造非常难于设计，尤其是在轮廓厚度较小的情况下。因此，叶身的壁厚并且还有设在内部中的冷却通道必须相对精细地构造，以便能够满足关于小的轮廓厚度的要求。然而，较小的冷却横截面引起较小的铸芯壁厚，使得所述铸芯在操作和装配铸造设备时更多地趋于断裂。

发明内容

基于所述原因，提出具有相对小的轮廓厚度的涡轮机转子叶片的需求，所述涡轮机转子叶片然而是足够冷却的并且在所述涡轮机转子叶片中避免上述缺点。

本发明所基于的目的借助根据权利要求1的特征的空气冷却的涡轮机转子叶片来实现。涡轮机转子叶片的有利的改进方案在从属权利要求中提出，所述从属权利要求能够以任意的方式彼此组合。

在根据本发明的用于燃气轮机的涡轮机转子叶片中，所述涡轮机转子叶片具有叶根和与其连接的空气动力学拱曲的叶身，所述叶身具有抽吸侧的侧壁和压力侧的侧壁，所述侧壁沿弦方向从共同的前缘延伸至后缘并且沿跨度方向以从叶根侧的端部至叶尖侧的端部的总跨度延伸，其中在叶身中为了引导冷却介质而设有冷却介质通道，在此提出，叶身从其等于0％的叶身跨度的叶根侧的端部起自跨度为总跨度的60％处、优选自为总跨度的75％处不具有冷却介质通道。优选地，所述涡轮机转子叶片一体化地构造进而在铸造法中制造。

本发明基于下述认知：这种涡轮机转子叶片虽然不必经受当时最高可能的热气温度，而是经受较低的温度，如其例如能够在大的、固定式燃气轮机的情况下在第二或第三涡轮级中出现。根据本发明的涡轮机转子叶片的特殊点是其在尖部侧能够构成为是实心的，使得仅要冷却叶片轮廓沿跨度方向的中部区域和叶身轮廓的根部侧的区域。在此，本发明考虑下述认知：沿跨度方向观察，最热的温度在跨度的中部区域中出现，而在外部的边缘部段中——即在叶尖侧和叶根侧——出现较低的温度。就此而言，不需要对叶身在叶尖侧进行冷却，因此其能够是不具有冷却介质通道的。不具有冷却介质通道的区域能够实现制造具有相对小的轮廓厚度的涡轮机转子叶片，因为所述区域整体上提高叶身的刚性和强度。

因为冷却介质输送经由涡轮机转子叶片的根部进行，所以近似也对叶身的根部侧的区域进行冷却，尽管这不必是强制性需要的。

因为叶身的叶尖侧的区域是不具有冷却介质通道的，在叶尖上不进行冷却空气的排放。优选地，同样少量地在叶身的整个后缘上进行冷却空气的排放。换言之：在叶身的后缘的上游的沿轮廓弦方向延伸的区域在叶身的总跨度上是不具有冷却介质通道的。这也提高叶身的强度，因为否则存在的冷却介质通道会在该位置上使所承载的横截面变薄弱。

根据另一个有利的设计方案，冷却介质通道具有设置在叶根中的用于冷却介质的入口和至少一个冷却介质出口，所述冷却介质出口或多个冷却介质出口也仅设置在叶根中。借此，本发明提出一种完全新型的构造。在叶身中加热的冷却空气不经由叶身直接引入到涡轮机的热气路径的热气流中，而是在燃气轮机的热气路径之外的区域中排放。在此，对热气路径限界的构件的温度梯度能够减小，因为其较冷侧借助于排放的、然而预热的冷却空气能够受到温度调节。因此，例如甚至在入流侧能够设有冷却介质出口，尽管如此在出流侧从叶根排放冷却空气也是可能的。

附图说明

根据实施例详细阐述其他的优点和特征。附图示出：

图1示出涡轮机转子叶片的纵剖图。

具体实施方式

图1示出涡轮机转子叶片10的纵剖图。涡轮机转子叶片10设为用于固定式燃气轮机的中等地或低地冷却的涡轮级。就此而言，涡轮机转子叶片10能够用在第二、第三或第四涡轮级中。涡轮机转子叶片10具有在图1中在下部示出的叶根12。叶根12在此包括平台14，在所述平台上，叶身16沿跨度方向延伸。叶身16沿轮廓弦方向从前缘18延伸至后缘20。叶身16在用在燃气轮机的涡轮机叶片10中在运行中由热气环流，使得前缘18在入流侧安置并且后缘20在出流侧安置。

此外，叶身20具有叶根侧的端部22以及叶尖侧的端部24。平均的总跨度由在前缘18上的跨度和在后缘20上的跨度的算术平均值确定并且归一化成百分比的数值。跨度的起点设置在叶身16的从平台14朝向叶根侧的端部22的过渡部中，使得在叶尖处存在100％的总跨度。在叶身的50％的跨度的中点设有附图标记26。

涡轮机转子叶片10空心地构造成具有唯一的冷却介质通道28，所述冷却介质通道具有叶根侧的入口30。在唯一的转向部段32的下游，冷却介质通道28包括前缘部段34，所述前缘部段的出口36在图1中设置在平台14下方进而设置在叶根12中。通过不具有冷却介质通道的叶尖侧的区域38并且通过在总跨度上延伸的同样不具有冷却介质通道的后缘区域40，虽然轮廓厚度是相对小的，涡轮机转子叶片10能够具有足够的稳定性和强度。同时，所述涡轮机转子叶片充分受到冷却，以便实现其所要求的使用寿命。

当然，设置在内部的冷却介质通道28也能够不同地成形或者也能够具有出流侧的出口36。

因此，总的来说，本发明涉及一种用于燃气轮机的涡轮机转子叶片10，所述涡轮机转子叶片具有叶根12和与其连接的空气动力学拱曲的叶身16，所述叶身具有抽吸侧的侧壁和压力侧的侧壁，所述侧壁沿弦方向从共同的前缘18延伸至后缘20并且沿跨度方向以从叶根侧的端部22至叶尖侧的端部24的总跨度延伸，其中在叶身16中为了引导冷却介质设有冷却介质通道28。为了提供可充分冷却的、构成为具有相对小的轮廓厚度的涡轮机转子叶片10，提出，叶身16从其叶根侧的端部22起自跨度为总跨度的75％处、优选为总跨度的60％处开始不具有冷却介质通道。

Claims (5)

1.一种用于燃气轮机的空气冷却的涡轮机转子叶片(10)，

所述涡轮机转子叶片具有叶根(12)和连接于所述叶根的空气动力学拱曲的叶身(16)，所述叶身具有抽吸侧的侧壁和压力侧的侧壁，所述侧壁沿弦方向从共同的前缘(18)延伸至后缘(20)并且沿跨度方向以从叶根侧的端部(22)至叶尖侧的端部(24)的总跨度延伸，

其中在所述叶身(16)中为了引导冷却介质设有冷却介质通道(28)，

其特征在于，

所述叶身(16)从其叶根侧的端部(22)起自跨度为总跨度的75％处、优选为总跨度的60％处开始不具有冷却介质通道。

2.根据权利要求1所述的涡轮机转子叶片(10)，

所述涡轮机转子叶片一体化地构造。

3.根据权利要求1或2所述的涡轮机转子叶片(10)，

其中所述冷却介质通道(28)具有至少一个转向区域(32)。

4.根据权利要求1、2或3所述的涡轮机转子叶片(10)，

其中所述冷却介质通道(28)具有用于冷却介质的叶根侧的入口(30)和至少一个冷却介质出口(36)，一个或多个所述冷却介质出口(36)仅在叶根侧设置。

5.根据权利要求1、2或3所述的涡轮机转子叶片(10)，

其中一个或多个所述冷却介质出口在入流侧设置。