CN107849935A - 具有冲击板的可冷却壁元件 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于燃气涡轮的可冷却壁元件(10)，该壁元件(10)包括基体(12)，该基体(12)具有可经受热气体的第一表面(14)，与第一表面相对布置的第二表面(16)，以及用于容纳冲击板的边缘的第一座，该壁元件还包括部分地插入到第一座中的冲击板，冲击板位于与第二表面相距一定距离处且与第二表面相邻。本发明还涉及一种用于将冲击板组装到基体上和从基体上拆卸，以形成可冷却壁元件的方法。对于冲击板，建议提供具有延长的使用寿命的可冷却壁元件，其中冲击板可拆卸地附接到基体，且具有卡扣连接，该卡扣连接包括可弯折保持片，可弯折保持片从冲击板(32)的其余部分延伸到该保持片(42)的自由端(44)，其中基体(12)包括用于片的自由端(44)的第二座(28)，第二座(28)构造为当可弯折保持片(42)被释放时阻挡冲击板(32)相对于主体(12)的移动。

Description

具有冲击板的可冷却壁元件
技术领域
本发明涉及一种用于燃气涡轮的冲击式可冷却壁元件，该壁元件包括基体，该基体具有可经受热气体的第一表面、与第一表面相对布置的第二表面、以及用于容纳冲击板的边缘的第一座，该壁元件还包括部分地插入到第一座中的冲击板，冲击板位于与第二表面相距一定距离处且与第二表面相邻。本发明还涉及一种用于将冲击板组装到可冷却壁的基体上/从可冷却壁的基体拆卸冲击板的方法，提供具有可经受热气体的第一表面、与第一表面相对布置的第二表面、以及用于容纳冲击板的边缘的第一座的基体。
背景技术
在现有技术中，前面提到的可冷却壁元件作为环形段是众所周知。这些环形段，也被称为叶片外部空气密封件，通常布置在燃气涡轮内以用于形成涡轮段的热气体路径的边界。这些环形段沿周向布置，其中圆周的所有段形成一个环。在上述环的内部，当涡轮转子在操作期间旋转时，安装在上述涡轮转子上的涡轮动叶沿着它们的热气体路径表面移动。
通常，上述环形段由涡轮静叶承载件承载。通常的涡轮静叶承载件在横截面上垂直于呈环形的机器轴，并且对于固定燃气涡轮，静叶承载件被分成下半部分和上半部分。涡轮静叶承载件具有在周向上延伸的凹槽，沿该轴向方向环形段可以逐一滑动到其指定位置以形成热气体路径的外边界。
由于热气体沿着环形段流动，所以上述环形段必须被冷却以达到其预定的使用寿命。为了实现冷却目的，已知的是在环形段的外侧上附接冲击板，以使得环形段可以由冲击在环形段的冷侧上的空气来冷却，由此带走环形段的壁的热能。
为了提供可靠的环形段，冲击板必须保持在固定位置而没有明显的移动。为此，在过去，冲击板直接焊接或钎焊到环形段的主体上。
此外，WO 2014/186166 A1公开了一种具有卡入式冲击板的冷却装置。具体来说，冲击板的四个边缘中的每一个边缘位于对应的凹槽中，而没有被焊接或钎焊。然而，冲击板需要弯折的边缘以将相应的边缘夹紧到对应的凹槽中。提供这些弯折的边缘似乎是昂贵的。
除此之外，EP 2 789 803 A1公开了一种U形冲击环形元件，该冲击环形元件被组装到环形承载件的周向凹槽中，冷却空气通过该凹槽被引导到冲击环形元件。该环形元件包括保持片，作为阻止冲击环形元件与其凹槽之间的径向移动的止动元件，该凹槽沿径向方向打开。
因此，根据环形段的本发明的问题在于提供一种冲击式可冷却壁元件，其包括经受热气体以及在冲击板相对侧上的主体，并均具有延长的使用寿命。本发明的另一目的是提供一种用于将冲击板组装到可冷却壁的基体上/从可冷却壁的基体拆卸的方法，该方法可以容易且快速地执行而无需任何额外的工具。
发明内容
根据可冷却壁元件的问题通过根据权利要求1的特征的可冷却壁元件来解决。根据组装方法的问题通过根据权利要求7的特征的方法来解决，并且从可冷却壁的基体拆卸冲击板的问题通过权利要求8的特征来解决。
通过在环形段的制造期间避免焊接和钎焊操作，消除了在基体内和冲击板内的焊接操作(或钎焊操作)期间遭受的热应力。避免了由这种热应力引起的内部张力。此外，通过避免上述应力和张力，可冷却壁的尺寸在加工时保持不变。这样可以延长使用寿命，提高壁元件的精度。具有可拆卸地附接到基体上的冲击板的这种可冷却壁的简单设计包括卡扣锁，该卡扣锁包括可弯折的保持片，可弯折的保持片从冲击板的其余部分延伸到该保持片的自由端，其中基体包括用于片的自由端的第二座，第二座构造为当可弯折保持片被释放时阻挡冲击板相对于主体的移动。
本发明的另一优点是在维修和翻新可冷却壁元件期间冲击板易于移除。在检查和清洁可冷却壁元件的情况下，可以将板很容易地从基体上拆下并重新安装到基体上。此外，可以降低组装成本，可以节省制造时间，并且也可以降低修理冷却壁元件的成本。
两种方法都具有相同的想法，即为了将冲击板插入或移出其在基体上的最终组装位置，作为冲击板的整体部分的保持片必须弹性弯折，以使被布置到基体上的阻挡元件通过。
具体而言，一种用于将冲击板组装到可冷却壁的基体上的方法包括以下步骤：
-提供基体，基体具有可经受热气体的第一表面，与第一表面相对布置的第二表面，以及用于容纳冲击板的边缘的第一座，并且其中基体在第二表面的两个相对边缘的每个边缘处包括台阶，每个台阶包括作为冲击板的第一座的凹槽，凹槽具有彼此面对的相对的第一开口，凹槽各自具有第二开口，冲击板的相对边缘可通过第二开口插入到对应的凹槽中，其中基体包括指定于接收冲击板的片的自由端的第二座，第二座构造为当可弯折保持片被释放时阻挡冲击板相对于主体的移动，
-提供冲击板，冲击板包括可弯折保持片，可弯折保持片从冲击板的其余部分延伸到保持片的自由端，以及
-将冲击板插入凹槽中并沿凹槽滑动，同时在远离第二表面的方向上暂时抬起保持片，直到冲击板接近其最终的组装位置，并且
-释放或弯折保持片，使得保持片的自由端位于第二座中，在第二座中保持片被阻挡，从而阻止冲击板相对于主体的任何进一步移动。
一种用于将冲击板从可冷却壁的基体拆卸的方法包括以下步骤：首先以弹性或塑性方式将保持片抬起，并且接着，在保持该保持片至少暂时弯折时，将冲击板移出其最终组装位置。这很容易执行。
在从属权利要求中提及了另外的优选实施例，由此它们的特征可以以任何方式容易地组合。
根据第一优选实施例，冲击板包括可弯折保持片，可弯折保持片从冲击板的其余部分延伸到保持片的自由端，其中基体包括用于片的自由端的第二座，第二座构造为当可弯折保持片被释放时阻挡冲击板的移动。
根据该实施例，特定元件(这里指保持片)的弯折仅需在组装期间使用。在最终位置中，可冷却壁元件的所有元件都被释放并保持不弯折，而没有任何内部张力或机械应力。这提供了延长的壁元件的使用寿命，同时使用卡扣锁定来将冲击板保持就位。
另外的优选实施例提出了一种第二座，该第二座包括与保持片的自由端相邻的销，销阻止保持片的移动。这个小特征提供了一个简单的结构，以用于可拆卸地将冲击板附接到基体上。
在另外的优选实施例中，基体在第二表面的两个相对边缘的每个边缘处包括台阶，台阶具有作为用于冲击板的相对边缘的第一座的凹槽，凹槽各自具有第二开口，冲击板的上述边缘可通过第二开口插入到对应的凹槽中。这提供了用于将冲击板保持在基体上的简单且可靠的构造。
更优选地，保持片的自由端是弯曲的。换句话说：保持片包括柄部。保持片的弯曲端是易于制造的柄部，以供需要将冲击板组装到基体上或从基体拆卸的维护人员使用。
在更优选的实施例中，为了提供可靠且长寿命的冲击板，保持片通过槽而部分地与冲击板的其余部分分离，上述槽包括位于冲击板的边缘中的一个边缘处的外端和与外端相对的内端，其中内端具有钥匙孔形状。
该形状避免了围绕上述槽的内端的缺口应力。
在优选实施例中，可冷却壁元件可以是涡轮动叶的一部分、涡轮静叶的一部分，燃烧器壁的一部分或环形段。特别是所提出的冲击式冷却壁可以是涡轮静叶或涡轮动叶的平台的一部分。
附图说明
以下结合附图对本发明的说明性和示例性实施例的描述，进一步解释了本发明的上述特性、特征和优点以及如何容易地实施这些特性、特征和优点。
图1以透视图示出了根据第一示例实施例的可冷却壁元件的基体；
图2示出了根据本发明的冲击板的透视图；和
图3示出了具有附接的冲击板的可冷却壁元件。
在所有的附图中，相同的特征将被分配以相同的附图标记。
具体实施方式
借助于燃气涡轮的环形段来解释本发明。尽管如此，根据本发明的可冷却壁元件10同样可以应用在燃气涡轮的其他设备上。其他设备也可以是同样通过冲击冷却而被冷却的涡轮静叶的平台，可附接到燃气涡轮的转子的涡轮动叶或者是燃烧器壳体的冲击式冷却的壁元件。
图3以透视图显示了作为可冷却壁元件10的环形段50，该可冷却壁元件10包括基体12和可拆卸的附接的冲击板32。位于基体12的冷侧的钩部52用于将环形段附接到涡轮静叶承载件(未示出)。
图1仅显示了基体12，其包括第一表面14，该第一表面在可冷却壁元件组装在燃气涡轮中的情况下可经受热气体。与第一表面14相对，基体12具有第二表面16，第二表面16被指定由通过冲击板(未示出)生成的冲击冷却空气射流来冷却。基体12在第二表面16上还包括位于基体12的相对边缘20处的台阶18。上述台阶18各自沿上述边缘20延伸。优选地，通常具有矩形形状的基体12的四个边缘20中的每一个边缘都包括台阶18，同时以闭合方式围绕基体的第二表面16。所有的台阶18在它们相应的端部合并，由此形成盆21，以作为待被用于冲击冷却的冲击板覆盖的空间。
在这个示例中，这些台阶18中的两个台阶具有从第二表面16的水平测量比其他边缘20的高度大的高度。在具有较大高度的两个相对的台阶18中，凹槽22布置在其中，从而为冲击板提供第一座。这些凹槽22具有面向彼此的相对的第一开口。除了这些第一开口之外，每个凹槽22在基体12的一个面25上具有第二开口24，冲击板的相对边缘可以通过该第二开口24滑入。
在基体12位于第二表面16侧的一个角部27处，设置有用于接收冲击板的特定部分的第二座28，这将在稍后进行说明。座28部分地由销30定界。第二座28也可以位于沿着凹槽22的其他位置上。
图2示出了根据本发明的冲击片32的透视图。冲击片32具有与可冷却的壁元件相对应的形状，并且根据该示例性实施例，冲击板32的形状主要是矩形且主要是平的。为了形成整体地附接到冲击板32的其余部分的保持片42，在保持片中机加工出槽34。上述槽34具有位于冲击板32的边缘中的一个边缘38处的外端36和与外端36相对的内端40，其中上述内端具有用于减小缺口应力的钥匙孔形状。槽34具有非常小的间隙宽度，并且平行于冲击板32的第二边缘43延伸，同时形成保持片42。这导致保持片42具有自由端44。自由端44具有用于形成柄部的弯曲设计。冲击板32的其余部分以及也可以是保持片42包括以规则或不规则图案设置的一组冲击孔45。当可冷却壁元件或环形段组装在相应的运行的燃气涡轮中时，冷却空气可以流过冲击孔45，同时产生用于冷却基体的冲击射流。
冲击板32还包括将一个边缘47延伸的凸轮46，上述边缘47与第二边缘43的相对而置。
为了形成可冷却壁元件10(相应地，环形段50)，上述冲击板32及其对应的相对边缘39必须被插入到基体12的凹槽22的第二开口24中。包括保持片42的冲击板32的第二边缘43首先被插入凹槽22的第二开口24中，同时以弹性方式将保持片42抬起一定程度使得保持片42不阻挡任何移动。具体而言，保持片42被弯折到一定程度以使得其自由端44布置在凹槽22外侧。冲击板32连同其抬起的保持片42被移动到其最终位置，在最终位置处冲击板32完全覆盖盆21。当凸轮46到达位于基体12处的销31时，冲击板32已经到达其最终组装位置。最后，保持片42将释放。当释放保持片42时，自由端44移入第二座28中。换句话说：保持片42快速弹回到其不弯折的位置。在这个位置，销30阻挡了保持片42在凹槽22的方向上的运动，销30和销31的组合也是如此。在该位置中，冲击板32牢固地固定，但也可拆卸地附接到基体上，同时形成可冷却壁元件10。拆卸时，必须执行相反的操作。
其他的卡扣锁定结构也是可能的。在示例中代替或附加于销30，第二座28可以包括柱脚，该柱脚可以延伸到可以位于保持片的自由端上的孔中。
图3以透视图显示了包括基体12和上述可移除的附接的冲击板32的环形段50。位于基体12的冷侧的钩部52用于将环形段附接到涡轮静叶承载件(未示出)。

Claims (8)

1.用于燃气涡轮的可冷却壁元件(10)，包括：
一个基体(12)，所述基体(12)具有能经受热气体的一个第一表面(14)，与所述第一表面(14)相对布置的一个第二表面(16)，以及用于容纳一个冲击板(32)的多个边缘(39)的一个第一座，
其中所述壁元件(10)还包括部分地插入到所述第一座中的一个冲击板(32)，所述冲击板位于与所述第二表面(16)相距一定距离处且与所述第二表面(16)相邻，所述冲击板能拆卸地附接到所述基体(12)上，
其中所述基体(12)在所述第二表面(16)的两个相对边缘(20)的每个边缘处包括一个台阶(18)，每个台阶包括作为所述冲击板(32)的所述第一座的一个凹槽(22)，所述凹槽(22)具有面向彼此的相对的第一开口，所述凹槽(22)各自具有第二开口(24)，所述冲击板(32)的相对边缘(39)能通过所述第二开口(24)插入到对应的所述凹槽(22)中，
其中所述冲击板(32)包括一个能弯折的保持片(42)，所述能弯折的保持片从所述冲击板(32)的其余部分延伸到所述保持片(42)的一个自由端(44)，
其中所述基体(12)包括用于所述保持片的所述自由端(44)的一个第二座(28)，所述第二座(28)被构造为在所述能弯折的保持片(42)被释放时阻挡所述冲击板(32)相对于所述主体(12)的移动。
2.根据权利要求1所述的壁元件(10)，其中位于所述第二表面(16)上的所述第二座包括与所述保持片(42)的所述自由端(44)相邻的一个销(30)，所述销(30)阻止所述保持片(42)相对于所述主体(12)的所述移动。
3.根据权利要求1或2所述的壁元件(10)，其中所述第二座(28)包括一个柱脚(53)，并且所述保持片(42)在其自由端包括一个孔(51)，其中在所述保持片被释放时，所述柱脚延伸到所述孔中以阻挡所述冲击板相对于所述主体的所述移动。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的壁元件(10)，其中所述自由端(44)包括一个柄部。
5.根据前述权利要求中任一项所述的壁元件(10)，其中所述保持片(42)通过一个槽(34)而部分地与所述冲击板(32)的所述其余部分分离，所述槽包括位于所述冲击板(32)的所述边缘(38)中的一个边缘处的一个外端(36)和与所述外端(36)相对的一个内端(40)，其中所述内端(40)具有钥匙孔形状。
6.涡轮动叶、涡轮静叶、环形段(50)或燃烧器壳体元件，包括能经受热气体的壁，所述壁被构造为根据前述权利要求中任一项所述的壁元件(10)。
7.一种用于将冲击板(32)组装到可冷却壁的基体(12)上的方法，
-提供一个基体(12)，所述基体(12)具有能经受热气体的一个第一表面(14)，与所述第一表面(14)相对布置的一个第二表面(16)，以及用于容纳一个冲击板(32)的多个边缘(39)的一个第一座，并且其中所述基体(12)在所述第二表面(16)的两个相对边缘(20)的每个边缘处包括一个台阶(18)，每个台阶包括作为所述冲击板(32)的所述第一座的一个凹槽(22)，所述凹槽(22)具有彼此面对的相对的第一开口，所述凹槽(22)各自具有第二开口(24)，所述冲击板(32)的相对边缘(39)能通过所述第二开口(24)插入到对应的所述凹槽(22)中，其中所述基体(12)包括指定用于接收一个冲击板(32)的一个片的一个自由端(44)的第二座(28)，所述第二座(28)被构造为在所述能弯折的保持片(42)被释放时阻挡所述冲击板(32)相对于所述主体(12)的移动，
-提供一个冲击板(32)，所述冲击板(32)包括一个能弯折的保持片(42)，所述能弯折的保持片(42)从所述冲击板(32)的其余部分延伸到所述保持片(42)的一个自由端(44)，
其特征在于步骤：
-将所述冲击板(32)插入所述凹槽(22)中并沿所述凹槽(22)滑动，同时在远离所述第二表面(16)的方向上暂时抬起所述保持片(42)，直到所述冲击板(32)接近其最终的组装位置，
-释放或弯折所述保持片(42)，使得所述保持片(42)的自由端(44)位于所述第二座(28)中，在所述第二座(28)中所述保持片(42)被阻挡，从而阻止所述冲击板(32)相对于所述主体任何进一步移动。
8.一种用于将冲击板(32)从根据权利要求1至6中任一项所述的可冷却壁(10)的基体(12)拆卸的方法，
包括步骤：
-首先以弹性或塑性方式将所述保持片(42)抬起，并且
-接着在保持所述保持片(42)至少暂时弯折时，将所述冲击板(32)移出其最终组装位置。
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