CN111794805A - 涡轮机的动叶片 - Google Patents

Abstract

一种涡轮机的动叶片具有：叶片叶；叶片根部，用于将动叶片安装到轮毂体上，其中，叶片根部形成为杉树状，在径向方向上看具有至少两个彼此间隔开的突起；内罩，在径向方向上看布置在叶片叶和叶片根部之间；冷却通道，其集成在叶片叶和叶片根部中以用于冷却介质，其中，冷却通道的入口在叶片根部上在径向内侧形成。冷却通道的入口由第一入口通道部分和第二入口通道部分形成，在叶片根部的轴向方向上看，第二入口通道部分布置在第一入口通道部分后面，材料腹板在第一入口通道部分和第二入口通道部分之间延伸。第一和第二入口通道部分合并成合并通道部分，在径向方向上看，该合并通道部分被布置在叶片根部的最上面突起的径向外侧并在内罩的径向内侧。

Description

涡轮机的动叶片

技术领域

本发明涉及一种涡轮机的动叶片。

背景技术

涡轮机，诸如涡轮或压缩机，包括定子侧组件和转子侧组件。涡轮机的转子侧组件包括所谓的涡轮机转子，该涡轮机转子包括轮毂体和源自轮毂体的径向向外延伸的动叶片。涡轮机的动叶片包括导流叶片叶和叶片根部，经由该叶片根部可将动叶片安装在涡轮机的轮毂体中。涡轮机的动叶片包括流动前缘、流动后缘和用于在流动前缘和流动后缘之间延伸的用于处理介质的导流面，其也可以称为吸力和压力侧。叶片根部通常形成为杉树状，从动叶片的径向方向看，具有至少两个彼此间隔开的突起，经由该叶片根部可将动叶片安装在涡轮机的轮毂体中。动叶片还包括所谓的内罩，在动叶片的径向方向上看，其布置在叶片叶和叶片根部之间。如果合适的话，外罩也可以在径向外侧邻接叶片叶。特别是在热处理介质经由涡轮机流过的涡轮区域中，采用了其中集成了冷却通道的动叶片。在那儿，冷却通道不仅穿越叶片根部而且穿越叶片叶延伸。冷却通道的入口在径向内侧形成在叶片根部上。冷却通道的出口可在径向外侧形成在叶片叶上或形成在径向外罩上或在另一位置。

尽管通常已知具有集成在动叶片中的冷却通道的被冷却的动叶片，但是仍需要进一步改善动叶片的冷却，即同时具有高强度的动叶片。

发明内容

从此出发，本发明基于以下目的：创造一种新型的涡轮机的动叶片，该动叶片尽管具有冷却通道，但是具有高强度。

该目标通过根据权利要求1的动叶片解决。

根据本发明，冷却通道的入口由第一入口通道部分和第二入口通道部分形成，在叶片根部的轴向方向上看，第二入口通道部分布置在第一入口通道部分的后面，材料腹板在第一入口通道部分与第二入口通道部分之间延伸。冷却通道的第一入口通道部分和冷却通道的第二入口通道部分合并成冷却通道的合并通道部分，在径向方向上看，该合并通道部分布置在叶片根部的最上面或径向最外侧突起的径向外侧或径向上方，并且布置在内罩的径向内侧或径向下方。这用于动叶片的有效冷却同时具有高强度的动叶片。

优选地，第一入口通道部分和第二入口通道部分在径向方向上最初从径向内侧到径向外侧直线地延伸。在其中第一入口通道部分和第二入口通道部分在径向方向上直线地延伸的叶片根部的区域中，材料腹板的轴向厚度为恒定的。这用于动叶片的有效冷却同时具有高强度的动叶片。

第一入口通道部分和与其毗邻的第二入口通道部分朝着合并通道部分的方向延伸，在每种情况下弯曲或成曲形，即，基于处理介质流动，朝着叶片根部的上游或轴向前端的方向弯曲或成曲形。在其中第一入口通道部分和第二入口通道部分在每种情况下弯曲或成曲形延伸的叶片根部的区域中，材料腹板的轴向厚度优选地朝着合并通道部分的方向减小。这还用于动叶片的有效冷却同时具有高强度的动叶片。

根据有利的进一步改进，第一入口通道部分朝着叶片根部的上游或轴向前端的方向以第一曲率半径弯曲。第二入口通道部分朝着叶片根部的上游或轴向前端的方向以第二曲率半径弯曲。第一曲率半径至少与第二曲率半径一样大，优选地大于第二曲率半径。这些特征也用于确保动叶片的有效冷却同时具有高强度的动叶片。

根据有利的进一步改进，与合并通道部分邻接的冷却通道首先朝着径向外部偏转通道部分的方向延伸到径向外侧。与径向外部偏转通道部分邻接的冷却通道朝着径向内部偏转通道部分的方向延伸到径向内侧。邻接径向内部偏转通道部分的冷却通道朝着冷却通道出口的方向延伸到径向外侧。径向内部偏转通道部分在径向方向上布置在叶片根部的最上面或径向最外侧突起的上方或径向外侧，并且布置在内罩的下方或径向内侧。这也用于有效地冷却动叶片同时具有高强度。

根据有利的进一步改进，第一入口通道部分和第二入口通道部分具有相同的流动横截面。这确保了动叶片的有效冷却。

附图说明

本发明的优选的改进方案从从属权利要求和以下说明中得出。通过附图更详细地解释本发明的示例性实施例，但不限于此。在附图中示出：

图1为根据本发明的涡轮机的动叶片的侧视图。

图2为根据本发明的动叶片的透视正视图。

图3为在叶片根部区域中的根据本发明的动叶片的细节。

图4为根据本发明的动叶片的冷却通道的轮廓图。

图5为图4的节取V。

图6为具有几何量的图4的节取V。

图7为具有另外的几何量的图4的节取V。

具体实施方式

图1和图2示出了动叶片10的视图，其中，动叶片10包括导流叶片叶11和叶片根部12。导流叶片叶11用于流过涡轮机的处理介质，特别是工艺气体的流动导向，其中叶片叶11包括用于处理介质的流动前缘13、用于处理介质的流动后缘14和用于在流动前缘13和流动后缘14之间延伸的处理介质的导流面15、16。导流面15、16形成吸力侧和压力侧。

叶片根部12用于将动叶片10安装在未示出的涡轮机的轮毂体中。叶片根部12形成为杉树状，在动叶片10的径向方向上看，其具有至少两个彼此间隔开的突起17。在所示的示例性实施例中，三个这样的突起17在动叶片10的径向方向上彼此间隔开。在相邻的突起17之间，叶片根部12的杉树轮廓在每种情况下逐渐变细。每个突起17和每个在相应突起17正上方布置的杉树轮廓的逐渐变细部分限定了所谓的杉树轮廓的齿。

此外，动叶片10包括内罩18，在动叶片10的径向方向上看，该内罩布置在动叶片10的叶片叶11和叶片根部12之间。内罩18在径向内侧界定用于处理介质的导流通道。在所示的示例性实施例中，动叶片10还包括外罩19。外罩19在径向外侧界定用于处理介质的导流通道。

在动叶片10中集成有用于冷却介质、特别是冷却空气的冷却通道20。在图1中，冷却通道20的轮廓以虚线示出。在图3的某些部分中也以虚线示出了冷却通道20的轮廓。图4、5、6和7仅示出了冷却通道20的轮廓，而没有实际的动叶片10。

冷却通道20包括入口或冷却通道入口21，其在叶片根部12上在径向内侧形成。此外，冷却通道20包括出口或冷却通道出口31，该出口或冷却通道出口特别地在叶片叶11上在径向外侧形成或在外罩19上形成。冷却通道出口31也可以位于另一位置。

图3、5、6和7示出了冷却通道20的入口或冷却通道入口21的细节。

冷却通道20的入口或冷却通道入口21包括第一入口通道部分22和第二入口通道部分23。从图1中可以最好地看出，在轴向方向上看，第一入口通道部分22基于处理介质的流动被定位在前面，即，基于处理介质的流动被定位成比第二入口通道部分23更靠近叶片根部12的上游或轴向前端。

在叶片根部12的轴向方向上看，第二入口通道部分23被布置在第一入口通道部分22的后面。

如已经说明的，叶片根部12不用于处理介质的传导，而仅用于将动叶片10安装或组装在轮毂体上。然而，叶片根部12包括彼此相反定位的两个轴向端部，即，基于处理介质流动的上游或轴向前端，以及基于处理介质流动的下游或轴向后端。

第一入口通道部分22布置在叶片根部12的上游或轴向前端与第二入口通道部分23之间。

第二入口通道部分23布置在第一入口通道部分22与叶片根部12的下游或轴向后端之间。

材料腹板24在两个入口通道部分22和23之间延伸，该两个入口通道部分在叶片根部12的轴向方向上彼此间隔开。该材料腹板24在其叶片根部12的区域中使动叶片10变硬。

冷却通道20的第一入口通道部分22和第二入口通道部分23合并成连接通道部分25。

在动叶片10的径向方向上看，该连接通道部分25被布置或形成在最上面或径向最外侧突起17的上方或径向外侧，并且在内罩18的下方或径向内侧。

由此得出，材料腹板24从径向内侧延伸到径向外侧，一直延伸到叶片根部12的被布置在叶片根部12的径向最外侧并因此最上面突起17的上方或径向外侧的一部分中，因此，可以特别有利地在叶片根部12的区域中调节动叶片10的强度。优选地，材料腹板24一直延伸到叶片根部12的杉树轮廓的径向最外侧并因此最上面的齿的最窄横截面的区域中。

在叶片根部12的径向内侧，第一入口通道部分22限定第一流动入口开口，并且在叶片根部12上的径向内侧，第二入口通道部分23限定第二流动入口开口。就像入口通道部分22、23本身一样，在叶片根部12的轴向方向上看，它们被定位成一个在另一个后面，并通过材料腹板24彼此间隔开。

基于处理介质流动，第一流动入口开口并因此第一入口通道部分22具有距离叶片根部12的上游或轴向前端的限定的轴向距离Δx。优选地，在第一入口通道部分22并因此第一流动入口开口与叶片根部12的上游或轴向前端之间的限定的轴向距离Δx为叶片根部12的轴向长度L的10％至30％之间，特别是在15％至25％之间。

从图4、5、6和7可以最佳地看出，第一入口通道部分22和第二入口通道部分23从它们各自的流动入口开口开始，即从径向内侧开始，最初在径向方向上直线延伸到径向外侧。在两个入口通道部分22、23在径向方向上直线地延伸的区域中，材料腹板24在轴向方向上具有恒定的厚度。上面在第一入口通道部分22与叶片根部12的上游端之间限定的轴向距离Δx与在径向方向上直线地延伸到径向外侧的第一入口通道部分22的区域相关。与两个入口通道部分22、23在径向方向上直线延伸的区域邻接，该两个入口通道部分22、23朝着连接通道部分25的方向弯曲或成曲形延伸。在该曲率的区域中，上面定义的距离Δx改变。入口通道部分22、23在相同的径向方向上直线延伸的区域与连接通道部分25之间的曲率指向叶片根部12的上游或轴向前端的方向或指向动叶片11的流动前缘13的方向。在该区域中，经由材料腹板24彼此分开的两个入口通道部分22、23弯曲或成曲形地延伸，材料腹板24的轴向厚度优选地在合并通道部分25的方向上减小。在该区域中，材料腹板24逐渐变细。可替代地，材料腹板24的轴向厚度在该区域中也可以为恒定的。

在所示的示例性实施例中，与连接通道部分25邻接，冷却通道20朝着径向外部偏转通道部分27的方向最初以另外的部分26延伸到径向外侧，并与径向外部偏转通道部分27邻接，朝着内部偏转通道部分29的方向以另外的部分28延伸到径向内侧，并且与该径向内部偏转通道部分29邻接，朝着冷却通道出口31的方向以另外的部分30延伸到径向外侧。冷却通道20的部分26、28和30在叶片叶11内延伸。冷却通道20在连接通道部分25下游的其他路线也是可能的。

在径向方向上看，径向内部偏转通道部分29被布置在叶片根部12的最上面或径向最外侧的突起17的上方或径向外侧，并且在内罩18的下方或径向内侧，即在与入口通道部分22、23相对的轴向方向上，在叶片根部12的下游或轴向后端的方向上轴向向后偏移。

上部或径向外部偏转通道部分27可以延伸到外罩19的区域中。

使用根据本发明的动叶片10，冷却介质相应地经由入口通道部分22、23的流动入口开口流入冷却通道20中，其中，经由两个入口通道部分22、23流动的该冷却剂在合并通道部分25的区域中被合并。这发生在叶片根部12的区域中。与此邻接，冷却介质经由通道部分26、27、28、29和30朝着冷却通道出口31的方向被引导。

在径向方向上延伸的通道部分26、28和30穿越叶片叶11的径向延伸部分延伸。在通道部分26、28之间并且在通道部分28和30之间，经由偏转通道部分27和29发生流动偏转。

图6和7示出了在冷却通道入口21的区域中的流动通道20的几何特征变量。因此从图6中可以看出，朝着叶片根部12的上游轴向端部的方向第一入口通道部分22以第一曲率半径R1弯曲，并且第二入口通道部分23以第二曲率半径R2弯曲。第一曲率半径R1至少与第二曲率半径R2一样大，优选地，R1大于R2。

图7可视化了入口通道部分22和23的流动横截面。从图7可以明显看出，两个入口通道部分22和23具有相同的流动横截面A，即在它们的整个径向范围内直至合并通道部分25。

在根据本发明的动叶片10中，在入口通道部分22、23的区域中的冷却介质可以在径向方向上直接进入冷却通道20，因此，冷却介质有效地进入冷却通道20中是可能的。在轴向方向上看，在轴向方向上彼此间隔开的入口通道部分22、23距离叶片根部12的上游端具有限定的轴向距离。此外，入口通道部分22、23在轴向方向上由材料腹板24彼此间隔开。这用于在叶片根部12的区域中提供动叶片10的高强度。在径向方向上看，腹板24一直延伸到杉树状叶片根部12的最上面或径向最外侧突起17的上方或径向外侧。这确保了在叶片根部12的区域中的最佳强度。

在两个入口通道部分22和23合并成合并通道部分25的叶片根部12的径向区域中，还布置了与合并通道部分25轴向间隔开的径向内部偏转通道部分29。该径向内部偏转通道部分29延伸到叶片根部12中，但是终止于腹板24的径向外侧或径向上方，与杉树状叶片根部12的径向最外侧的突起17间隔开。根据本发明的动叶片10允许以高强度进行最佳冷却。这特别用在燃气轮机中。

附图编号列表

10 动叶片

11 叶片叶

12 叶片根部

13 流动前缘

14 流动后缘

15 导流面

16 导流面

17 突起

18 内罩

19 外罩

20 冷却通道

21 冷却通道入口

22 第一入口通道部分

23 第二入口通道部分

24 材料腹板

25 合并通道部分

26 通道部分

27 偏转通道部分

28 通道部分

29 偏转通道部分

30 通道部分

31 冷却通道出口。

Claims (13)

1.一种涡轮机的动叶片（10），

具有叶片叶（11），所述叶片叶包括流动前缘（13）、流动后缘（14）和用于在所述流动前缘（13）和所述流动后缘（14）之间延伸的用于处理介质的导流面（15、16），

具有叶片根部（12），所述叶片根部用于将所述动叶片安装到所述涡轮机的轮毂体上，其中，所述叶片根部（12）形成为杉树状，在径向方向上看具有至少两个彼此间隔开的突起（17），

具有内罩（18），在径向方向上看，所述内罩布置在所述叶片叶（11）和所述叶片根部（12）之间，

具有用于冷却介质的集成在所述叶片叶（11）和所述叶片根部（12）中的冷却通道（20），其中，所述冷却通道（20）的入口（21）在所述叶片根部（12）上在径向内侧形成，

其特征在于，所述冷却通道（20）的入口由第一入口通道部分（22）和第二入口通道部分（23）形成，在所述叶片根部（12）的轴向方向上看，所述第二入口通道部分（23）布置在所述第一入口通道部分（22）后面，材料腹板（24）在所述第一入口通道部分和所述第二入口通道部分之间延伸，

所述冷却通道（20）的所述第一入口通道部分（22）和所述冷却通道（20）的所述第二入口通道部分（23）合并成所述冷却通道（20）的合并通道部分（25），在径向方向上看，所述合并通道部分布置在所述叶片根部（12）的最上面或径向最外侧突起（17）的径向外侧或径向上方，并且布置在所述内罩（18）的径向内侧或径向下方。

2.根据权利要求1所述的动叶片，其特征在于，所述冷却通道（20）的所述第一入口通道部分（22）限定第一流动入口开口，并且所述冷却通道（20）的所述第二入口通道部分（23）限定第二流动入口开口，在所述叶片根部（12）的轴向方向上看，所述第二流动入口开口位于所述第一流动入口开口的后面。

3.根据权利要求1或2所述的动叶片，其特征在于，所述第一入口通道部分（22）以及因此所述第一流动入口开口基于处理介质流动距所述叶片根部（12）的上游端或轴向前端具有限定的轴向距离（Δx）。

4.根据权利要求3所述的动叶片，其特征在于，在所述第一入口通道部分（22）以及因此所述第一流动入口开口与所述叶片根部（12）的上游端或轴向前端之间的所述限定的轴向距离（Δx）等于所述叶片根部（12）的轴向长度（L）的10％至30％之间。

5.根据权利要求1至4中的任一项所述的动叶片，其特征在于，所述冷却通道（20）的所述第一入口通道部分（22）和所述冷却通道（20）的所述第二入口通道部分（23）最初在径向方向上从径向内侧直线延伸到径向外侧，

所述第一入口通道部分（22）和与其毗邻的所述第二入口通道部分（23）朝着冷却通道（20）的合并通道部分（25）的方向在每种情况下弯曲或成曲形地延伸，即，基于所述处理介质流动，朝着所述叶片根部（12）的上游端或轴向前端弯曲或成曲形地延伸。

6.根据权利要求5所述的动叶片，其特征在于，在所述第一入口通道部分（22）和所述第二入口通道部分（23）在径向方向上直线地延伸的区域中，所述材料腹板（24）的轴向厚度为恒定的。

7.根据权利要求5或6所述的动叶片，其特征在于，在所述第一入口通道部分（22）和所述第二入口通道部分（23）在每种情况下弯曲或成曲形地延伸的区域中，所述材料腹板（24）的轴向厚度朝着所述合并通道部分（25）的方向减小。

8.根据权利要求5或6所述的动叶片，其特征在于，在所述第一入口通道部分（22）和所述第二入口通道部分（23）在每种情况下弯曲或成曲形地延伸的区域中，所述材料腹板（24）的轴向厚度为恒定的。

9.根据权利要求5至8中的任一项所述的动叶片，其特征在于，所述第一入口通道部分（22）朝着所述叶片根部（12）的上游端或轴向前端的方向以第一曲率半径（R1）弯曲，所述第二入口通道部分（23）朝着所述叶片根部（12）的上游端或轴向前端的方向以第二曲率半径（R2）弯曲，

所述第一曲率（R1）至少等于所述第二曲率半径（R2），优选地大于所述第二曲率半径（R2）。

10.根据权利要求1至9中的任一项所述的动叶片，其特征在于，所述冷却通道（20）在与所述合并通道部分（25）邻接的情况下延伸到径向外侧。

11.根据权利要求1至10中的任一项所述的动叶片，其特征在于，所述冷却通道（20）在与所述合并通道部分（25）邻接的情况下，最初朝着径向外部偏转通道部分（27）的方向延伸到径向外侧，

所述冷却通道（20）在与所述径向外部偏转通道部分（27）邻接的情况下，朝着径向内部偏转通道部分（29）的方向延伸到径向内侧，

所述冷却通道（20）在与所述径向内部偏转通道部分（29）邻接的情况下，朝着冷却通道出口（31）的方向延伸到径向外侧。

12.根据权利要求11所述的动叶片，其特征在于，所述径向内部偏转通道部分（27）在径向方向上被布置在所述叶片根部（12）的最上面或径向最外侧突起（17）的径向外侧或径向上方并布置在所述内罩（18）的径向内侧或径向下方。

13.根据权利要求1至12中的任一项所述的动叶片，其特征在于，所述冷却通道（20）的所述第一入口通道部分（22）和所述冷却通道（20）的所述第二入口通道部分（23）具有相同的流动横截面（A）。

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