CN107735548A - 涡轮机叶片 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种具有平台(16)并具有布置在其上的中空叶片翼型(18)的铸造涡轮机叶片(10)，其中叶片翼型(18)具有沿居中布置的弯曲外形中心线(42)从公共的前缘(28)延伸到公共的后缘(30)的压力侧叶片壁(34)和吸力侧叶片壁(32)，并且涡轮机叶片(10)具有在叶片翼型和平台(36)之间的具有外轮廓外形的过渡部(36)，其中叶片壁(32、34)均具有局部地确定的叶片壁厚(D)，其中涡轮机叶片在内部具有部分地适应于过渡部(36)的外轮廓外形的轮廓外形，使得过渡部(36)的区域具有基本均匀的叶片壁厚。为了进一步改善这种涡轮机叶片的使用寿命，提供了在过渡部(36)中，叶片翼型的面向前缘(28)的表面部分(40)处的轮廓外形使得：与远离前缘的过渡部的叶片壁厚相比，此处的叶片壁厚增加。

Description

涡轮机叶片
技术领域
本发明涉及根据权利要求1的前序部分所述的涡轮机叶片。
背景技术
中空涡轮机叶片、尤其是燃气涡轮机叶片在从叶片翼型到平台的过渡部内在外表面上具有在加载和铸造方面所必需的曲率，其中由于设置在内部的冷却通道的直线形内部设计，而在该圆角状过渡部中局部地出现材料累积，所述材料累积难以被能够在该处流动的冷却介质所冷却。这种涡轮机叶片例如从US 6,019,579和WO 2007/012592已知，其中后者建议通过提供局部冷却空气管道来冷却材料累积。此外，文献US 2,861,775示出了由弯曲金属片制成的涡轮机叶片。
另外，从EP 1355041 A1已知一种具有较长使用寿命的涡轮机叶片，其中叶片内部的从叶片翼型到平台的过渡的轮廓被适应，以便甚至在该过渡部区域中也能获得叶片-翼型壁厚，该壁厚近似对应于叶片翼型的其余部分的壁厚。在这种情况下，轮廓沿着整个闭合的周边(即沿着平台)而被适应。然而，由于强度的原因，减小的壁厚可能对涡轮机叶片的使用寿命具有负面影响，这是不期望的。
发明内容
因此，本发明的目的是提供一种铸造涡轮机叶片，其中从叶片翼型到平台的过渡部区域继续能够被充分地冷却，实现了使用寿命的提高。
根据本发明，该目的通过具有权利要求1中所指定的特征的涡轮机叶片而实现。有利的构造在从属权利要求中给出，从属权利要求的特征可以根据需要相互组合。
根据本发明，对于与前序部分相对应的涡轮机叶片，提供的是，使其在过渡部的区域中具有界定空腔的内表面，所述内表面的轮廓以如下方式适应于第一部分中的内表面，即，使得在过渡部的区域中具有基本均匀的叶片壁厚，其中在过渡部中，叶片翼型与前缘相对地定位的第二内表面部分上的内表面的轮廓外形使得：与内表面的第一部分的过渡部的叶片壁厚相比，此处的叶片壁厚增加。换句话说，在过渡部中，叶片翼型与前缘相对地定位的内表面部分上的轮廓外形使得：与远离局部内表面部分的过渡部的叶片壁厚相比，此处的叶片壁厚增加。
因此，涡轮机叶片在其内部在平台的高度上具有围绕空腔的周边不同的轮廓。在前缘区域中，空腔的内部轮廓倾向于沿着配备有其的燃气轮机的径向轴线呈直线形，并且和与远离过渡部的前缘相对地定位的内表面对齐。以这种方式，避免材料累积的内部轮廓仅存在于叶片翼型的那些位于前缘的更下游的区域中。
优选地，具有增加的叶片壁厚的第二内表面部分从叶片翼型的前缘开始，沿着吸力侧壁和/或压力侧壁、沿着外形中心线而延伸到小于或等于外形中心线长度的9％的位置。
通过本发明，强度(特别是涡轮机叶片的前缘区域中的强度)可以局部地增加，因而使得所讨论的区域的使用寿命增加。
已经发现，特别有利的是，平台具有平台壁厚，并且远离过渡部的叶片翼型具有叶片壁厚，其中在过渡部的具有基本均匀的叶片壁厚的区域中，叶片壁厚与平台壁厚之比在0.5至1之间。
这种涡轮机叶片可以被特别均匀地冷却，从而降低涡轮机叶片材料中的热机械应力。
附图说明
在附图中示出了本发明的示例性实施例。
在所有附图中，相同的特征被提供相同的附图标记。
在图中：
图1示出了构造为导向静叶的涡轮机叶片的根部区域的平面图；以及
图2示出沿着剖面线II-II穿过根据图1的涡轮机叶片的纵截面图。
具体实施方式
图1示出了涡轮机叶片10的透视图。该透视图被选择为示出构造为导向静叶的涡轮机叶片10的紧固区域12的平面图。图2示出了在图1中的剖面线II-II上穿过涡轮机叶片10的纵截面图。涡轮机叶片10沿着径向轴线14依次具有紧固区域12，邻接紧固区域12的叶片平台16，以及叶片翼型18。在紧固区域12中形成有叶片根部20，叶片根部20用于将涡轮机叶片10紧固到涡轮机导向静叶支撑件(未示出)上。
本发明例如以被构造为具有两个平台的导向静叶的涡轮机叶片为例进行说明。然而，其他构造也是可能的，并且特别地，涡轮机叶片也可以被构造为涡轮机的转子动叶。至少涡轮机叶片的主体通过铸造工艺制造，并且该主体至少包括叶片翼型18和至少一个平台16。
如从附图中显而易见的，根据本发明的涡轮机叶片10(特别是其叶片翼型18)在内部以中空的方式实施，使其包括一个空腔25，该空腔25能够以已知的方式而被构造为具有或不具有冲击冷却的冷却管道。
叶片翼型18从前缘28延伸到后缘30。在这种情况下，叶片翼型18包括吸力侧叶片壁32(仅在图1中示意性地示出)和压力侧叶片壁34。叶片壁32、34在径向方向14上具有基本恒定的壁厚D。
由于制造工艺，在叶片翼型18和平台16之间存在过渡部36，所述过渡部36在涡轮机叶片10的外表面上被倒圆并且因此呈圆角的形式。
叶片翼型18在内部具有与外表面相对定位的内表面。内表面在吸力侧叶片壁32的区域中为如下方式，以使得内表面部分地适应于过渡部的外轮廓外形，即，沿着径向轴线14从叶片尖端到叶片根部，使得在过渡部36那里也存在基本均匀的叶片壁厚D1。
过渡部36的区域中的内表面包括与前缘28相对定位的第二内表面部分40，第二内表面部分40的轮廓外形使得：与远离第二内表面部分40的过渡部的叶片壁厚D1相比，此处的叶片壁厚D2增加。换言之，第二内表面部分40仅定位在紧邻前缘处，并且如在径向方向14或纵向截面中所见，与叶片翼型的其余部分的内表面形成直线，而吸力和/或压力侧的内表面的其余部分在过渡部(即，第一内表面部分41)中是弯曲的，使得大致均匀的叶片壁厚D1得以维持。因此，从前缘28开始，沿着过渡部36，首先是具有增加的壁厚D2的第二内表面部分40，接着是具有与叶片翼型的壁厚D相对应的壁厚D1的第一内表面部分41。
结果，可以提供在前缘28的区域中被加厚的、涡轮机叶片10的过渡部区域，所述过渡部区域具有比其余区域更大的刚度。这可以提高涡轮机叶片10的使用寿命。
总的来说，本发明涉及一种铸造涡轮机叶片10，该铸造涡轮机叶片10具有平台16并且具有布置在其上的中空叶片翼型18，其中叶片翼型18包括压力侧叶片壁34和吸力侧叶片壁32，压力侧叶片壁34和吸力侧叶片壁32沿居中布置的弯曲外形中心线42、从公共的前缘28延伸到公共的后缘30，并且涡轮机叶片10具有在叶片翼型和平台16之间的过渡部36，过渡部36呈外轮廓外形，其中叶片壁32、34均具有被局部确定的叶片壁厚D，其中涡轮机叶片在内部具有一个轮廓外形，该轮廓外形以如下方式部分地适应于过渡部36的外轮廓外形，即，使得在过渡部36的区域中具有基本均匀的叶片壁厚。为了进一步改善这种涡轮机叶片的使用寿命，本发明提供了在过渡部36中，叶片翼型的、与前缘28相对定位的第二内表面部分40的轮廓外形使得：与远离前缘的过渡部的叶片壁厚相比，此处的叶片壁厚增加。

Claims (5)

1.一种铸造中空涡轮机叶片(10)，具有一个平台并具有布置其上的一个中空叶片翼型(18)，其中所述叶片翼型(18)包括一个压力侧叶片翼型壁(34)和一个吸力侧叶片翼型壁(32)，所述压力侧叶片翼型壁(34)和所述吸力侧叶片翼型壁(32)沿一个居中布置的弯曲外形中心线(42)从一个公共的前缘(28)延伸到一个公共的后缘(30)，并且所述涡轮机叶片(10)具有在所述叶片翼型(18)和所述平台(16)之间的过渡部(36)，所述过渡部(36)呈外轮廓外形，
其中所述叶片壁(32、34)均具有局部地确定的叶片壁厚(D)，
其中所述涡轮机叶片(10)在所述过渡部(36)的区域中具有界定一个空腔的内表面，所述内表面的轮廓以如下方式适应于在第一部分(41)中的内表面，即，使得在所述过渡部(36)的区域中具有基本均匀的叶片壁厚(D1)，
其特征在于，在所述过渡部(36)中，所述叶片翼型(18)的、与所述前缘(29)相对地定位的第二内表面部分(40)上的所述内表面的轮廓外形使得：与所述内表面的所述第一部分(41)的所述过渡部(36)的叶片壁厚(D2)相比，此处的叶片壁厚(D1)增加。
2.根据权利要求1所述的涡轮机叶片(10)，其中所述第二内表面部分(40)中的轮廓外形沿着径向轴线(14)是直线形的。
3.根据权利要求1或2所述的涡轮机叶片(10)，
其中所述平台具有平台壁厚(D3)，并且远离所述第二内表面部分(40)的所述叶片翼型(18)具有叶片壁厚(D)，其中在具有基本均匀的叶片壁厚的区域中，叶片壁厚(D)与平台壁厚(D3)之比(D/D3)在0.5至1之间。
4.根据权利要求1、2或3所述的涡轮机叶片(10)，
其中具有增加的叶片壁厚(D2)的所述第二内表面部分(40)沿着所述吸力侧壁(32)和/或沿着所述压力侧壁(34)、沿着所述外形中心线(42)而从所述前缘(28)延伸到小于所述外形中心线(42)的长度的15％的位置。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的涡轮机叶片，所述涡轮机叶片被构造为涡轮机导向静叶。
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