CN105612312A - 涡轮叶片和燃气涡轮 - Google Patents

Abstract

本发明涉及具有涡轮叶片翼型(2)和涡轮叶片基部(3)的涡轮叶片(1)，涡轮叶片基部(3)用于将涡轮叶片(1)固定在涡轮轴(5)的涡轮轴狭槽(4)中，其中涡轮叶片基部(3)包括用于保持固定装置(10)的保持设备(9)，固定装置(10)用于固定被布置在涡轮叶片基部(3)的顶侧上的平坦的覆盖元件(11)。保持设备(9)布置在涡轮叶片基部(3)外部。

Description

涡轮叶片和燃气涡轮

技术领域

本发明涉及具有涡轮叶片翼型并且具有涡轮叶片基部的涡轮叶片，涡轮叶片基部用于将涡轮叶片固定在涡轮轴的涡轮轴狭槽中，其中情况中的涡轮叶片基部包括用于保持固定装置的保持设备，固定装置用于固定被布置在涡轮叶片基部的顶侧上的平坦的覆盖元件。

本发明还涉及具有多个涡轮叶片并且具有涡轮轴的燃气涡轮，涡轮叶片在每种情况下借助于涡轮叶片基部附接到涡轮轴。

背景技术

一般的涡轮叶片在现有技术中众所周知。相应的涡轮叶片具有涡轮叶片基部，涡轮叶片借助于涡轮叶片基部固定在被形成在涡轮轴上的对应的涡轮轴狭槽中。为此，具有其涡轮叶片基部的相应的涡轮叶片沿着与涡轮轴的旋转轴对准的轴向插入方向被推送到对应的涡轮轴狭槽中并且被固定。在涡轮轴的插入侧上，涡轮叶片基部和涡轮轴狭槽包覆有密封板。

特别地，为了固定密封板的周向位置，密封板一方面插入到涡轮轴的周向狭槽中，并且另一方面借助于涡轮叶片基部上的固定装置以固定方式布置。

固定装置至少包括螺栓元件和固定板元件。出于保持固定装置的目的，涡轮叶片基部上提供有被插入到涡轮叶片基部中的袋子形状的移除材料的区域。这些袋子例如通过侵蚀被引入到涡轮叶片基部中，如特别是根据WO2010/094539A1已知的。

另外，US4480958A公开了一种具有转子翼型、涡轮叶片基部和涡轮叶片平台的涡轮叶片，涡轮叶片平台布置在涡轮叶片基部与转子翼型之间，其中涡轮叶片安装在涡轮的涡轮盘上。在这一上下文中，附接到涡轮盘的保持板的第一端能够啮合到其中的周向狭槽被加工到涡轮叶片平台中。在这一上下文中，周向狭槽被切割到涡轮叶片平台中，这对涡轮叶片内的力流有负面影响。保持板本质上具有两个功能部分，即第一部分——用于密封位于涡轮盘与涡轮叶片基部之间的冷却导管的密封部分，以及第二部分——保持部分，涡轮叶片可以借助于保持部分在涡轮叶片接收狭槽中被保持就位，其中保持板借助于被螺固到涡轮盘中的螺丝经由密封部分被固定。这一螺丝固定保持板；螺丝被螺固到被配置为保持设备的内部螺纹中。在此没有示出被布置在涡轮叶片基部上的用于保持另外的固定装置的保持设备。

另外，DE19960896A1教示了具有保持环的轴向涡轮机的安装在叶片基座接收部分中的用于转子叶片的保持设备，保持环一方面在形成在转子盘上的掣子(catch)中径向向内啮合，并且另一方面具有径向向外的突出部，其每个可以在保持沟槽中啮合，保持沟槽径向向内打开并且被加工到叶片基座中，以便借助于保持环防止转子叶片轴向移动离开转子盘的叶片基座接收部分。保持沟槽也被切割到叶片基座中，这对涡轮叶片内的力流具有负面影响。

另外，美国5137430A公开了一种包括转子盘以及布置在转子盘上的多个转子叶片的布置，转子叶片每个具有转子叶片翼型、转子叶片基座以及布置在转子叶片基座与转子叶片翼型之间的转子叶片平台。径向向内打开的接收沟槽在转子叶片基座中被加工用于接收保持环，转子叶片借助于保持环被防止轴向移动离开转子盘的转子叶片基座接收部分。在这一上下文中，接收沟槽被切割到转子叶片基座中，这对涡轮叶片内的力流有负面影响。

发明内容

本发明的目的是进一步开发一般的涡轮叶片使得作用于涡轮叶片的力能够被涡轮叶片并且特别地被涡轮叶片的涡轮叶片基部更好地承接和传输。

本发明的目的通过具有涡轮叶片翼型并且具有涡轮叶片基部的涡轮叶片来实现，涡轮叶片基部用于将涡轮叶片固定在涡轮轴的涡轮轴狭槽中，其中情形中涡轮叶片基部包括用于保持固定装置的保持设备，固定装置用于固定被布置在涡轮叶片基部的顶侧的平坦的覆盖元件，其中保持设备布置在涡轮叶片基部外部的这一涡轮叶片基部上。

保持固定装置的保持设备布置在涡轮叶片基部外部的这一涡轮叶片基部上这一事实具体地通过涡轮叶片基部明显改善了承接和传输力的属性。

陈述“在涡轮叶片基部外部的这一涡轮叶片基部上”在本发明的上下文中表示保持设备没有通过例如铣削、侵蚀等被加工到涡轮叶片基部的材料本体中。

相反，保持设备通过材料在这一材料本体外部或者涡轮叶片基部外部上的积聚来产生。

“顶侧”这一概念在本发明的上下文中描述涡轮叶片基部的顶侧，其同时也在这一涡轮叶片基部的短边处。该顶侧因此横向于或者垂直于将涡轮叶片基部插入到接收涡轮叶片基部的涡轮轴狭槽中的方向行进，插入方向与涡轮轴的旋转轴方向对准。在这一上下文中，顶侧优选地是平坦的。这一顶侧例如以正确的角度延伸到杉树形状的涡轮叶片基部的波状外侧。

术语“覆盖元件”在本发明的上下文中描述任何元件，借助于该任何元件能够广阔地覆盖其涡轮轴狭槽的区域中的涡轮轴、以及至少部分覆盖在涡轮叶片的流体入口侧处和/或在涡轮轴处的涡轮叶片的流体出口侧处的涡轮叶片基部。优选地，这样的覆盖元件包括用于在涡轮叶片基部的区域中生成横向密封的密封板。

固定装置可以采用大量形式。在任何情况下，它们不同于平坦的覆盖元件。这表示固定装置可能在保持设备上、在涡轮轴的周向方向上无旋转地、独立于覆盖元件而不可移动。

优选地，固定装置可以被插入通过平坦的覆盖元件以便被保持在出于这一目的而提供的保持设备中。

例如，固定装置包括一个或者优选地包括至少两个固定元件，固定元件可以被插入通过在平坦的覆盖元件中的开口。

一般的固定装置根据现有技术已知并且在原则上可以在此使用。它们至少包括螺栓元件和固定板元件，这二者至少部分在保持设备上不可移动。

因此，在本发明的上下文中，本保持设备为固定装置保持设备。这一保持设备因此没有用于插入平坦的覆盖元件。

出于这一原因，提供在涡轮叶片基部上的保持设备也布置在距离周向狭槽的一定距离处，周向狭槽布置在涡轮叶片上或者涡轮叶片基部上并且覆盖元件可以插入到周向狭槽中。

因此，本发明的特征特别地在于保持设备，保持设备被布置在距离用于插入覆盖板的一端的周向狭槽的一定距离处，本固定装置借助于保持设备可以在涡轮叶片基部上、在涡轮轴的周向方向上无旋转地而不可移动。

保持设备布置在涡轮叶片基部上在涡轮叶片平台下面，涡轮叶片平台布置在涡轮叶片翼型与涡轮叶片基部之间。这表示，保持设备位于涡轮叶片平台的被取向为远离涡轮叶片翼型的侧面上——即涡轮叶片基部定位于其上的侧面上。

在这点上，特别有利的实施例变型也提供一种保持设备，其包括接收空间，该接收空间形成在涡轮叶片基部外部用于布置固定装置的螺栓元件。

如果这一接收空间布置在涡轮叶片基部外部，则能够省略至今使用并且不利地定位在力流中的袋子，其延伸到涡轮叶片基部中。这使得能够至少在涡轮叶片基部的区域中积极地提高涡轮叶片的负载承载能力，或者能够在保持涡轮叶片基部的负载承载能力恒定的同时使得涡轮叶片基部更小。

这表示保持设备布置在涡轮叶片基部的外侧上的外部，并且因此从顶侧表面突出。

如果保持设备从涡轮叶片基部的外侧出发被布置在涡轮叶片基部的表面上方，则有利的是，有可能基本上放大在涡轮叶片基部内可获得的冷却剂线等的安装空间。

另外，如果保持设备包括用于布置固定装置的螺栓元件的接收空间，则固定装置以及覆盖元件可以特别快且简单地安装，接收空间能够从多于一侧、优选地从三侧接近。

在这种情况下，接收空间布置在涡轮叶片基部的外侧的外部。这表示接收空间布置在涡轮叶片基部的材料本体外部，并且因此没有从涡轮叶片基部去除任何材料，从而导致没有唤醒形成涡轮叶片基部的这一材料本体的材料。因此能够明显改善涡轮叶片基部内的力流。

在这一上下文中，接收空间在涡轮叶片的插入方向上至少能够从涡轮叶片基部的顶侧接近。

如果保持设备包括两个保持突出元件，该两个保持突出元件彼此间隔开并且至少部分环绕用于布置固定装置的螺栓元件的接收空间，则接收空间可以在构造方面特别简单地配置。

应当理解，还能够提供多于两个这样的保持突出元件以创建保持设备。然而，这可能相应地增加生产的复杂性。

如果两个保持突出元件被布置成使得它们彼此并行行进，则出于这一目的的接收空间很容易在涡轮叶片基部上生产。

如果两个保持突出元件布置在涡轮叶片基部上使得它们在涡轮叶片翼型的纵向方向上延伸，则固定装置可以关于在涡轮轴的周向方向上起作用的加速度力被非常好地固定和安装。在这一上下文中，两个保持突出元件被布置成彼此相邻，如沿着涡轮轴的周向方向可见。

另外，有利的是，两个保持突出元件布置在涡轮叶片基部的顶侧上使得它们垂直于涡轮轴的周向表面，覆盖元件因此有可能被有利地支持在该保持设备上。

如果两个保持突出元件径向布置在涡轮轴的周向表面上方，则覆盖元件可以借助于固定装置以非常操作安全的方式被固定到涡轮叶片。

如果两个保持突出元件具有大于其高度和/或厚度的长度，则可以实现用于涡轮叶片基部上的覆盖元件的基本上改进的支承。这样的长度使得能够另外对保持设备上的覆盖元件的纵向承载表面进行规制。

如果两个保持突出元件布置涡轮叶片基部的短边上，则保持设备可以很容易被重新工作、特别是在机械上。

如果两个保持突出元件布置在被布置在涡轮轴中的涡轮轴狭槽的插入侧上，则布置在涡轮叶片基部外部的保持设备可以很容易被集成到多个涡轮叶片和涡轮轴的布置中。

如果两个保持突出元件在其互相面对的凸缘侧的纵向侧边缘上倾斜，则可以进一步简化保持设备上的固定装置的保留。特别地，被取向成远离涡轮叶片基部的表面的该纵向边缘上的倾斜可以有利地简化固定装置的安装。

应当理解，在生产过程中，可以在涡轮叶片基部上用不同的方式生产两个保持突出元件。例如，它们可以从与涡轮叶片基部一起的固体被铣削或浇铸。替选地，它们以材料结合方式固定到涡轮叶片基部作为单独的部件。

在这点上，有利的是，如果两个保持突出元件被铣削、浇铸、焊接或者粘附性地结合在涡轮叶片基部上。另外，生产保持突出元件通常比例如在涡轮叶片基部内侵蚀对应的袋子更加成本有效。

涡轮叶片基部优选地是杉树的形状。

本发明的目的还通过具有多个涡轮叶片和涡轮轴的燃气涡轮来实现，涡轮叶片在每种情况下借助于涡轮叶片基部附接到涡轮轴，其中燃气涡轮包括根据在此描述的特征之一的涡轮叶片。

本涡轮叶片的使用使得燃气涡轮能够有利地被进一步开发。

借助于本涡轮叶片，密封元件可以另外地以特别低震动的方式在燃气涡轮上不移动，这是因为其在通过固定装置被固定的情况下可以另外地被支持在两个保持突出元件上。

本保持设备可以用在任何燃气涡轮类型的涡轮叶片上。

附图说明

下面参考所附的示意性附图解释根据本发明的涡轮叶片的优选实施例。在附图中：

图1示意性地示出根据本发明的在涡轮叶片基部的区域中的涡轮叶片的透视图，涡轮叶片基部具有布置在涡轮叶片基部外部的保持设备用于保持用于固定平坦的覆盖元件的螺栓元件，

图2示意性地示出布置在涡轮叶片基部上的图1的保持设备的详细视图，以及

图3示意性地示出在图1和图2中以示例方式被图示的布置在涡轮轴上的涡轮叶片的侧视图。

具体实施方式

图1和图2所示的涡轮叶片1具有涡轮叶片翼型2和涡轮叶片基部3，涡轮叶片翼型2仅部分在此示出。涡轮叶片1的特征还在于涡轮叶片平台2A，涡轮叶片平台2A布置在涡轮叶片翼型2与涡轮叶片基部3之间，使得涡轮叶片基部3通过涡轮叶片平台2A与涡轮叶片翼型2分离。

如根据图3中的图示很清楚的，涡轮叶片1借助于涡轮叶片基部3被固定在涡轮轴5的涡轮轴狭槽4中，可以使得涡轮轴5绕旋转轴(在此未示出)旋转。

为此，涡轮叶片基部3沿着与涡轮轴5的旋转轴对准的轴向插入方向6被推送到涡轮轴5的插入侧6A上的涡轮轴狭槽4中。

因此，多个涡轮叶片1、1A等在涡轮轴5的周向表面7上方附接到涡轮轴5。

在本示例性实施例中，涡轮叶片基部3为杉树形状。因此，涡轮轴狭槽4为补充配置。杉树形状用已知的方式将涡轮叶片1沿着径向方向8固定到涡轮轴5。

另外，涡轮叶片1在其涡轮叶片基部3上包括保持设备9，保持设备9用于保持固定装置10(参见图3)，固定装置10用于固定平坦的覆盖元件11，平坦的覆盖元件11布置在涡轮叶片基部3上并且其下面被插入到固定狭槽12中，固定狭槽12绕涡轮轴5的轴向边行进，平坦的覆盖元件11的上面被插入到由涡轮叶片1、1A形成的横向狭槽13中。

在这一上下文中，平坦的覆盖元件11表示本身已知的密封板，密封板用于密封包括多个涡轮叶片1和1A等以及在相应涡轮叶片基部3的区域中的涡轮轴5的布置的端面(仅以示例方式被编号)。

根据本发明，保持设备9布置在涡轮叶片基部3外部的涡轮叶片基部3上，使得涡轮叶片基部3能够被设计得更坚固，因为有可能省略去除在涡轮叶片基部3上的袋子形状的材料。保持设备9布置在距离涡轮叶片平台的一定距离处。另外。保持设备9布置在距离固定狭槽12和横向狭槽13二者的一定距离处，并且因此由其不同地形成。

然而，保持设备9具有接收空间14，接收空间14用于布置螺栓元件15和固定装置10的至少又一个固定板元件16，接收空间14布置在涡轮叶片基部3的顶侧17上或前面。

在这一上下文中，保持设备9放置在顶侧17上，顶侧17同时表示涡轮叶片基部3的短边(在此没有重复编号)，使得其从涡轮叶片基部3的外侧18出发被布置在涡轮叶片基部3的表面19上方。

如果保持设备9包括形成在涡轮叶片基部3外部的用于至少布置螺栓元件15的接收空间14，则有可能完全省略至今被加工到涡轮叶片基部3中的袋子。

另外，接收空间14没有非常深地布置在上述布置上，并且因此可很容易接近。

另外，保持设备9使得用于布置固定装置10的接收空间14可从三个面20、21和22接近，使得在构造的制备方面很简单，其中面20对应于插入侧6A。

构造复杂性进一步减小，因为保持设备9的接收空间14由两个保持突出元件23和24简单地定义，两个保持突出元件23和24彼此间隔开并且在本示例性实施例中连同涡轮叶片基部3从固体来铣削。

这两个保持突出元件23和24被布置成彼此平行并且其纵向延伸25(在此仅以示例方式被指示)沿着涡轮叶片翼型2的纵向方向26对准。

这两个保持突出元件23和24被布置成垂直于涡轮轴5的周向表面7，并且径向地——也就是沿着径向方向8可见地——在涡轮叶片基部3的顶侧17上的这一周向表面7上方，从而进一步改善接收空间14的可接近性。

由于保持突出元件23和24在安装固定装置10时实际上整个被平坦的覆盖元件11覆盖，所以有利的是，保持突出元件23和24各自在被取向为远离涡轮叶片基部3的表面19的其相应纵向侧边缘27和28上具有斜面29(仅以示例方式被编号)。这些倾斜的纵向侧边缘27和28位于保持突出元件23和24的相互面对的凸缘侧30和31上。

两个保持突出元件23和24各自的长度32大于相应保持突出元件23或24的高度33。同样，长度32大于相应保持突出元件23或24的厚度34。

两个相互面对的凸缘侧30和31在相应斜面29下面是平坦的，使得接收空间14因此具有能够支承固定装置10的平面的界定内壁表面。

另外，两个保持突出元件23和24各自具有更宽的底座区域35(仅以示例方式被编号)以便向保持突出元件23和24提供良好的稳定性。

具体地，根据图3的说明，另一涡轮叶片1A的涡轮叶片基部3前面布置有平坦的覆盖元件11，其中一旦这一平坦的覆盖元件11被放置，则首先螺栓元件15通过开口36被插入在平坦的覆盖元件11中并且被插入到接收空间14中。另外，为了防止其丢失，螺栓元件15借助于固定板元件16被夹持在接收空间14内，固定板元件16也通过开口36被插入在平坦的覆盖元件11中并且被插入到接收空间14中。

因此，平台的覆盖元件11被快速且简单地布置在燃气涡轮37的涡轮轴5上相应涡轮叶片1的前面。

虽然已经通过优选的示例性实施例更详细地描述和说明了本发明，然而本发明不受这一公开的示例性实施例的限制，本领域技术人员可以在不偏离本发明的保护范围的情况下根据其得到其他变型。

Claims (15)

1.一种涡轮叶片(1)，具有涡轮叶片翼型(2)并且具有用于将所述涡轮叶片(1)固定在涡轮轴(5)的涡轮轴狭槽(4)中的涡轮叶片基部(3)，在该情形中所述涡轮叶片基部(3)包括用于保持固定装置(10)的保持设备(9)，所述固定装置(10)用于固定被布置在所述涡轮叶片基部(3)的顶侧上的平坦的覆盖元件(11)，

其中所述保持设备(9)被布置在所述涡轮叶片基部(3)上的所述涡轮叶片基部(3)的外部。

2.根据权利要求1所述的涡轮叶片(1)，

其中所述保持设备(9)包括形成在所述涡轮叶片基部(3)外部的接收空间(14)，所述接收空间(14)用于布置所述固定装置(10)的螺栓元件(15)。

3.根据权利要求1或2所述的涡轮叶片(1)，

其中所述保持设备(9)被布置为从所述涡轮叶片基部(3)的外部(18)出发并且在所述涡轮叶片基部(3)的表面(19)上方。

4.根据权利要求1到3中的任一项所述的涡轮叶片(1)，

其中所述保持设备(9)包括用于布置所述固定装置(10)的螺栓元件(15)的接收空间(14)，

其中所述接收空间(14)能够从多于一侧(20)、优选地从三侧(20，21，22)接近。

5.根据权利要求1到4中的任一项所述的涡轮叶片(1)，

其中所述保持设备(9)包括彼此间隔开并且至少部分环绕接收空间(14)的两个保持凸缘元件(23，24)，所述接收空间(14)用于布置所述固定装置(10)的螺栓元件(15)。

6.根据权利要求5所述的涡轮叶片(1)，

其中所述两个保持凸缘元件(23，24)被布置成使得所述两个保持凸缘元件(23，24)彼此并行行进。

7.根据权利要求5或6所述的涡轮叶片(1)，

其中所述两个保持凸缘元件(23，24)布置在所述涡轮叶片基部(3)上，使得所述两个保持凸缘元件(23，24)沿着所述涡轮叶片翼型(2)的纵向方向(26)延伸。

8.根据权利要求5到7中的任一项所述的涡轮叶片(1)，

其中所述两个保持凸缘元件(23，24)布置在所述涡轮叶片基部(3)的顶侧(17)上，使得所述两个保持凸缘元件(23，24)垂直于所述涡轮轴(5)的周向表面(7)。

9.根据权利要求5到8中的任一项所述的涡轮叶片(1)，

其中所述两个保持凸缘元件(23，24)径向地布置在所述涡轮轴(5)的周向表面(7)上方。

10.根据权利要求5到9中的任一项所述的涡轮叶片(1)，

其中所述两个保持凸缘元件(23，24)布置在所述涡轮叶片基部(3)的短边上。

11.根据权利要求5到10中的任一项所述的涡轮叶片(1)，

其中所述两个保持凸缘元件(23，24)布置在被布置在所述涡轮轴(5)中的所述涡轮轴狭槽(4)的插入侧(6A)上。

12.根据权利要求5到11中的任一项所述的涡轮叶片(1)，

其中所述两个保持凸缘元件(23，24)在所述两个保持凸缘元件(23，24)的相互面对的凸缘侧(30，31)的纵向侧边缘(27，28)上倾斜。

13.根据权利要求5到12中的任一项所述的涡轮叶片(1)，

其中所述两个保持凸缘元件(23，24)的长度(32)大于所述两个保持凸缘元件(23，24)的高度(33)和/或厚度(34)。

14.根据权利要求5到13中的任一项所述的涡轮叶片(1)，

其中所述两个保持凸缘元件(23，24)被铣削、浇铸、焊接或者粘附性地结合在所述涡轮叶片基部(3)上。

15.一种燃气涡轮(37)，具有多个涡轮叶片(1)并且具有涡轮轴(5)，所述涡轮叶片(1)在每种情况下借助于涡轮叶片基部(3)附接至所述涡轮轴(5)，

其中所述燃气涡轮(37)包括根据前述权利要求中的任一项所述的涡轮叶片(1)。