CN105378227B - 具有阶梯状的和倾斜的平台棱边的涡轮叶片 - Google Patents

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Abstract

描述一种涡轮叶片(1)，所述涡轮叶片包括叶片叶身(3)和平台(2)，所述平台具有上表面(4)，叶片叶身(3)设置在所述上表面上；并且所述涡轮叶片包括至少一个侧面(8)，其中侧面(8)包括用于接合密封条带的缝隙(10)。在平台(5)的上表面(4)和至少一个侧面(8)之间的过渡部包括阶梯状的区域(13)和倾斜的区域(14)。

Description

具有阶梯状的和倾斜的平台棱边的涡轮叶片
技术领域
本发明涉及一种涡轮叶片，例如燃气轮机或蒸汽轮机的导向叶片或转子叶片。本发明还涉及一种用于制造这种涡轮叶片和涡轮机的方法。
背景技术
燃气轮机或蒸汽轮机的涡轮叶片典型地经受机械的、化学的和热学的强负荷。出于所述原因，相应的叶片叶身的表面和叶片平台的同样经受所述负荷的表面设有适当的覆层。这种覆层系统例如包括所谓的粘附层(bond coat)和热学的保护覆层(thermalbarrier coating，TBC)。
涡轮叶片的叶片叶身通常设置在所谓的平台上。平台和在其下设置的叶片根部用于将涡轮叶片设置和固定在固持构件、例如转子盘(rotor disc)或环或叶片环上。在本文中，不期望的是，覆层材料由于叶片叶身的和平台的表面的覆层伸出平台的棱边并且尤其位于平台的侧面上。平台的侧面的相应的污染使得转子叶片在固持构件上、例如在转子盘上或在环上的精确的设置变得更困难并且此外能够引起不期望的机械效应或泄露电流。
对叶片叶身和平台的表面的覆层优选通过喷射覆层材料来进行。对涡轮叶片、例如导向叶片或转子叶片的可能的超范围喷射是不可接受的，使得出于在上文中提到的原因，必须将到达平台边缘之上的覆层材料手动地移除，例如必须磨光。这造成提高的成本、就制造工艺而言的附加的时间消耗和可能的在相应的涡轮叶片的尺寸方面的不期望的偏差。
为了避免对平台的所述再加工，部分地将平台的上表面的边缘棱边通过凹部缩回，使得在上部的平台表面和平台的侧面之间的过渡部阶梯状地构成。这种台阶或凹部通常具有4mm的高度。
在平台的侧面上通常设置有用于密封条带的缝隙。缝隙包括上部的和下部的边缘。因为平台从转子叶片或导向叶片朝向连接于涡轮机的做功机械的方向或沿主流动方向变薄，这有损于热气流动通道的轮廓，存在下述风险，由于所述台阶或凹部，上边缘持续地变薄并且可能消失。密封缝隙的上边缘然而是必要的，以便防止覆层材料喷入到缝隙中。
发明内容
在所述背景下，本发明的第一目的是，提供一种有利的涡轮叶片。第二目的在于，提供一种有利的涡轮机。本发明的第三目的在于，提供一种用于制造涡轮叶片的有利的方法。
第一目的通过根据本发明的涡轮叶片来实现。第二目的通过根据本发明的涡轮机来实现。第三目的通过根据本发明的用于制造涡轮叶片的方法来实现。本文包含本发明的其他的、有利的设计方案。
根据本发明的涡轮叶片包括叶片叶身和平台。平台包括上表面，在所述上表面上设置有叶片叶身。平台还包括至少一个侧面。侧面包括用于接合或容纳密封条带的缝隙。在平台的上表面和侧面之间的过渡部包括阶梯状的区域和倾斜的区域。
因此，在用于平台的坯件中首先在平台的上表面和侧面之间存在的棱边在制造涡轮叶片的范围内在第一区域中以台阶或凹口的形式或者以凹槽或凹部的形式构成。在第二区域中，原始的棱边以倾斜部或倒棱或斜边的形式构成。
优选地，阶梯状的区域和倾斜的区域沿涡轮叶片的纵向方向依次设置。涡轮叶片能够包括前侧和后侧。在此，前侧是在平台上设置有叶片叶身的迎流棱边的一侧并且后侧是设置有叶片叶身的出流棱边的一侧。沿从涡轮叶片的前侧朝向后侧的方向，阶梯状的区域优选设置在倾斜的区域的上游。
根据本发明的涡轮叶片具有下述优点，避免结合平台的棱边的连续阶梯状的构成方案得出的缺点。尤其，密封缝隙的上边缘保持不变并且尤其不丧失其稳定性。
根据本发明的涡轮叶片有利地为转子叶片或导向叶片，例如为燃气轮机的或蒸汽轮机的转子叶片或导向叶片。
平台例如能够包括两个侧面、前侧和后侧。在此，阶梯状的区域设置在前侧和倾斜的区域之间并且倾斜的区域设置在阶梯状的区域和后侧之间。之间在此表示沿平行于相应的侧棱边或平行于相应的侧面的纵向方向的方向。优选地，平台的两个侧面如所描述的那样配设有阶梯状的区域和倾斜的区域。
此外，平台能够包括过渡区域，所述过渡区域设置在阶梯状的区域和倾斜的区域之间，并且在所述过渡区域中，阶梯状的区域过渡至倾斜的区域。优选地，在过渡区域中，阶梯状的区域连续地过渡至倾斜的区域。阶梯状的区域到倾斜的区域的连续的过渡具有下述优点，涡轮叶片易于安装并且避免在固持件中、例如在转子盘中的不期望的扭曲。
阶梯状的区域优选地具有高度在2mm和6mm之间、例如在3.5mm和4.5mm之间、优选为4mm的台阶。台阶此外能够具有在0.4mm和8mm之间、例如在0.5mm和7mm之间、优选为6mm的深度。
有利地，倾斜的区域沿平行于侧面伸展的纵向方向设置在平台的后侧和叶片叶身之间。这就是说，在叶片叶身的位置到沿着侧面伸展的轴线上的投影中，倾斜的区域在所述轴线上设置在平台的后侧和叶片叶身、尤其叶片叶身的出流棱边之间。这具有下述优点，平台中的平台的厚度最小的区域配设有倾斜的棱边。由此，用于密封条带的缝隙关于其功能和稳定性方面保持不变。
有利地，平台的高度或厚度从涡轮叶片的出流棱边朝向平台的后侧减小。优选地，平台的厚度或高度在倾斜的区域上朝向平台的后侧减小。所述减小有利地连续地进行。
根据本发明的涡轮叶片具有下述优点，在覆层之后减少或避免可能需要的再加工。同时，减少或完全避免通过由于超范围喷射覆层材料而对平台的附加的加工造成的在平台的几何形状或尺寸方面的偏差。此外，根据本发明的涡轮叶片是易于维修的。所述涡轮叶片在再加工时在腐蚀和侵蚀方面造成较小的难度。原则上，倾斜的区域与阶梯状的区域的连接能够不仅用于导向叶片、而且也用于转子叶片。
根据本发明的涡轮机包括在上文中描述的涡轮叶片。所述涡轮叶片原则上具有与在上文中描述的涡轮叶片相同的优点。根据本发明的涡轮机例如能够为燃气轮机或蒸汽轮机。
根据本发明的用于制造在上文中描述的根据本发明的涡轮叶片的方法的特征在于，通过火花电蚀(EDM-electrical discharge machining)从平台冲蚀出阶梯状的区域和/或倾斜的区域和/或在阶梯状的区域和倾斜的区域之间的过渡区域。根据本发明的方法具有下述优点，能够以简单的方式产生平台的作为根据本发明的涡轮叶片的特征的几何形状。
阶梯状的区域的和/或倾斜的区域的作为根据本发明的涡轮叶片的特征的几何形状优选能够在制造涡轮叶片的范围内使用的电极中、例如在石墨电极中实现。原则上，例如能够将阶梯状的区域和/或倾斜的区域和/或过渡区域结合加工出用于密封条带的缝隙同样从平台坯件中加工出。这尤其在导向叶片中提供。
此外，所应用的电极例如能够通过铣切制成。尤其在转子叶片的情况下适合于，将要应用的电极通过5轴线铣切来制造。
附图说明
本发明的其他的特征、特性和优点在下文中根据实施例参考所附的附图来详细描述。所有迄今和在下文中描述的特征在此不仅单独地、并且以任意彼此组合的方式是有利的。在下文中描述的实施例仅是示例，所述示例然而不限制本发明的主题。
图1示意地示出贯穿涡轮叶片的一部分的剖面图。
图2示意地示出导向叶片的子区域的立体图。
图3示意地示出导向叶片的子区域的立体图。
图4示意地示出燃气轮机。
具体实施方式
图1示意地示出贯穿涡轮叶片1的一部分的剖面图。在图1中示出的涡轮叶片1例如能够为导向叶片117或转子叶片115。图1示意地示出平台2的一部分和叶片叶身3的一部分。平台2包括上表面4、下表面5、前侧6、后侧7和两个侧面8。在平台2的上侧4或上表面上设置有叶片叶身3。在平台2的下表面5或下侧上连接有叶片根部9。
侧面8包括用于接合密封条带的缝隙10。密封条带用于密封两个相邻的涡轮叶片1之间的间隙。
不仅叶片叶身3、而且平台2的上表面4由粘附层和热学的保护层覆层。这典型地通过喷射覆层材料来进行。为了防止上表面的覆层材料超范围喷射到侧面上，从上表面4到侧面8的过渡部以台阶11的形式构成。这引起，对阶梯状的区域11的超范围喷射是无害的并且尤其不需要对平台2的再加工。此外，侧面8在台阶11或凹部或凹口下方的区域得到有效的保护以免由覆层材料的不期望的喷射。
台阶11具有4.0±0.5mm的高度h和0.6±0.1mm的深度t。
图2和3示意地示出导向叶片117的子区域的立体图。导向叶片117包括叶片叶身3、平台2和叶片根部9。叶片叶身3设置在平台2上。所述叶片叶身包括入流棱边16和出流棱边17。平台2包括两个侧面8。在每个侧面8上设置有用于接合密封环的缝隙10。
平台2的厚度或高度d沿热气的主要流动方向20或者沿平行于一个侧面8伸展的纵向方向21至少从叶片叶身3的出流棱边17朝向平台2的后侧减小，优选连续地减小。在图2中例如平台2在出流棱边17之后的厚度或高度d1大于平台2在后侧7上的厚度或高度d2。
在平台2的前侧6和平台2的后侧7之间，沿着侧面8在用于密封环的缝隙10之上设置有阶梯状的区域13和连接于此的倾斜的区域14。参照纵向方向21，阶梯状的区域13始于平台2的前侧6并且延伸至叶片叶身3的出流棱边17的后方。倾斜的区域14从阶梯状的区域13延伸至平台2的后侧7。
在阶梯状的区域13和倾斜的区域14之间存在过渡区域15。在过渡区域15中，阶梯状的区域13的几何形状连续地过渡至倾斜的区域14的几何形状。
阶梯状的区域13优选地具有高度在2mm和6mm之间、例如为3.5mm至4.5mm之间、优选为4mm的台阶11。台阶11优选具有在0.4mm和0.8mm之间、例如在0.5mm和0.7mm之间、优选为0.6mm的深度t。
图4示意地示出燃气轮机。燃气轮机在内部中具有围绕旋转轴线转动安置的具有轴107的转子，所述转子也称作为涡轮转子。沿着转子依次跟随有抽吸壳体109、压缩机101、燃烧器装置15、涡轮机105和排气壳体190。
燃烧器装置15例如与示例性为环形的热气通道联通。在那里，多个依次连接的涡轮级形成涡轮机105。每个涡轮级由叶片环形成。沿工作介质的流动方向观察，在热气通道中，导向叶片排117跟随有由转子叶片115形成的排。
导向叶片117在此固定在定子的内壳体上，相反地，一排的转子叶片115例如借助于涡轮叶轮盘安置在转子上。发电机或做功机械耦联于转子。
在燃气轮机运行期间，由压缩机101通过抽吸壳体109抽吸并且压缩空气。在压缩机101的涡轮机侧的端部上提供的压缩的空气被引导至燃烧器装置15并且在那里与燃料混合。混合物随后在燃烧室中燃烧以形成工作介质。工作介质从那里开始沿着热气通道流动经过导向叶片117和转子叶片115。工作介质在转子叶片115上以传递动量的方式膨胀，使得转子叶片115驱动转子并且所述转子驱动耦联于其的做功机械。

Claims (25)

1.一种涡轮叶片(1)，所述涡轮叶片包括叶片叶身(3)和平台(2)，所述平台具有上表面(4)，所述叶片叶身(3)设置在所述上表面上；并且所述涡轮叶片包括至少一个侧面(8)，其中所述侧面(8)包括用于接合密封条带的缝隙(10)，
其特征在于，
在所述平台(2)的所述上表面(4)和至少一个所述侧面(8)之间的过渡部包括阶梯状的区域(13)和倾斜的区域(14)。
2.根据权利要求1所述的涡轮叶片(1)，
其特征在于，
所述涡轮叶片(1)为转子叶片(115)或导向叶片(117)。
3.根据权利要求1或2所述的涡轮叶片(1)，
其特征在于，
所述平台(2)包括两个侧面(8)、前侧(6)和后侧(7)，其中所述阶梯状的区域(13)设置在所述前侧(6)和所述倾斜的区域(14)之间，并且所述倾斜的区域(14)设置在所述阶梯状的区域(13)和所述后侧(7)之间。
4.根据权利要求1或2所述的涡轮叶片(1)，
其特征在于，
所述平台(2)包括过渡区域(15)，所述过渡区域设置在所述阶梯状的区域(13)和所述倾斜的区域(14)之间，并且在所述过渡区域中，所述阶梯状的区域(13)过渡至所述倾斜的区域(14)。
5.根据权利要求3所述的涡轮叶片(1)，
其特征在于，
所述平台(2)包括过渡区域(15)，所述过渡区域设置在所述阶梯状的区域(13)和所述倾斜的区域(14)之间，并且在所述过渡区域中，所述阶梯状的区域(13)过渡至所述倾斜的区域(14)。
6.根据权利要求1或2所述的涡轮叶片(1)，
其特征在于，
所述阶梯状的区域(13)包括高度在2mm和6mm之间和/或深度在0.4mm和0.8mm之间的台阶(11)。
7.根据权利要求3所述的涡轮叶片(1)，
其特征在于，
所述阶梯状的区域(13)包括高度在2mm和6mm之间和/或深度在0.4mm和0.8mm之间的台阶(11)。
8.根据权利要求4所述的涡轮叶片(1)，
其特征在于，
所述阶梯状的区域(13)包括高度在2mm和6mm之间和/或深度在0.4mm和0.8mm之间的台阶(11)。
9.根据权利要求5所述的涡轮叶片(1)，
其特征在于，
所述阶梯状的区域(13)包括高度在2mm和6mm之间和/或深度在0.4mm和0.8mm之间的台阶(11)。
10.根据权利要求3所述的涡轮叶片(1)，
其特征在于，
所述倾斜的区域(14)沿平行于所述侧面(8)伸展的纵向方向(21)设置在所述平台(2)的所述后侧(7)和所述叶片叶身(3)之间。
11.根据权利要求5所述的涡轮叶片(1)，
其特征在于，
所述倾斜的区域(14)沿平行于所述侧面(8)伸展的纵向方向(21)设置在所述平台(2)的所述后侧(7)和所述叶片叶身(3)之间。
12.根据权利要求7所述的涡轮叶片(1)，
其特征在于，
所述倾斜的区域(14)沿平行于所述侧面(8)伸展的纵向方向(21)设置在所述平台(2)的所述后侧(7)和所述叶片叶身(3)之间。
13.根据权利要求9所述的涡轮叶片(1)，
其特征在于，
所述倾斜的区域(14)沿平行于所述侧面(8)伸展的纵向方向(21)设置在所述平台(2)的所述后侧(7)和所述叶片叶身(3)之间。
14.根据权利要求3所述的涡轮叶片(1)，
其特征在于，
所述平台(2)的高度朝向所述平台(2)的所述后侧(7)减小。
15.根据权利要求5所述的涡轮叶片(1)，
其特征在于，
所述平台(2)的高度朝向所述平台(2)的所述后侧(7)减小。
16.根据权利要求7所述的涡轮叶片(1)，
其特征在于，
所述平台(2)的高度朝向所述平台(2)的所述后侧(7)减小。
17.根据权利要求9所述的涡轮叶片(1)，
其特征在于，
所述平台(2)的高度朝向所述平台(2)的所述后侧(7)减小。
18.根据权利要求10所述的涡轮叶片(1)，
其特征在于，
所述平台(2)的高度朝向所述平台(2)的所述后侧(7)减小。
19.根据权利要求11所述的涡轮叶片(1)，
其特征在于，
所述平台(2)的高度朝向所述平台(2)的所述后侧(7)减小。
20.根据权利要求12所述的涡轮叶片(1)，
其特征在于，
所述平台(2)的高度朝向所述平台(2)的所述后侧(7)减小。
21.根据权利要求13所述的涡轮叶片(1)，
其特征在于，
所述平台(2)的高度朝向所述平台(2)的所述后侧(7)减小。
22.一种涡轮机，所述涡轮机包括根据权利要求1至21中任一项所述的涡轮叶片(1)。
23.根据权利要求22所述的涡轮机，
其特征在于，
所述涡轮机为燃气轮机或蒸汽轮机。
24.一种用于制造根据权利要求1至21中任一项所述的涡轮叶片(1)的方法，
其特征在于，
通过火花电蚀从所述平台(2)冲蚀出所述阶梯状的区域(13)和/或所述倾斜的区域(14)和/或在所述阶梯状的区域(13)和所述倾斜的区域(14)之间的过渡区域(15)。
25.根据权利要求24所述的方法，
其特征在于，
在加工出用于所述密封条带的缝隙期间，加工出所述阶梯状的区域(13)和/或所述倾斜的区域(14)和/或在所述阶梯状的区域(13)和所述倾斜的区域(14)之间的所述过渡区域(15)。
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