CN1798905A - 叶片和燃气轮机 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种在流体机械中使用的叶片(1)，其包括一叶根、一平台区和一叶身(3)，该叶身(3)从叶片前缘(4)到叶片后缘(5)有叶片宽度以及从平台区到叶身顶端有叶片高度，以及该叶身由至少一个基体段(3b)和在这两个叶片前后缘(4、5、12)至少之一的区域内的至少一个与该基体段(3b)形状闭合连接的边缘段(3a、3c)构成。为了在延长使用寿命的同时提供一种结构可选择并简化的模块组合式叶片，建议，所述形状闭合的连接通过至少两个成形在区段(3a、3b、3c)之一上的沿叶片高度方向间隔的一些凸块(7)构成，另一个区段(3a、3b、3c)设置为至少部分插入各凸块之间。

Description

叶片和燃气轮机
本发明涉及一种在流体机械中使用的叶片，它包括叶根、平台区和叶身，该叶身从叶片前缘到叶片后缘有叶片宽度以及从平台区到叶身顶端有叶片高度，以及，该叶身由至少一个基体段和在至少一个所述叶缘区域内的至少一个与该基体段形状闭合连接的边缘段构成。
由US 4786234已知如上所述的模块组合式结构的涡轮叶片。在那里公开的叶身由多个部分或区段组成。其中不同的区段沿叶片高度分割。按一种改型方案，US 4786234展示了一种沿叶片宽度方向分割的叶身，在这种情况下尤其叶身的前缘和后缘设计为单独的可沿径向移动的构件。
为了在一种包括一个基体段和两个铸造的平台的导向叶片上使用US4786234的例如后面介绍的那种设计，两个平台中至少一个必须有一口，可沿径向移动的叶片边缘可通过它插在叶身上。在这种情况下需要采取特殊的结构性措施，例如在叶身与平台之间过渡区内的密封措施，这些对于制造和工作都是不利的。
因此本发明的目的是，在延长使用寿命的同时，提供一种结构可选择并简化的模块组合式叶片。此外，本发明的目的还在于提供一种降低维护和制造成本的流体机械。
针对叶片的目的通过权利要求1的特征达到，以及后一个目的通过权利要求14的特征达到。在从属权利要求中说明有利的设计。
为达到上述目的，本发明建议，形状闭合的连接通过成形在区段之一上的沿叶片高度方向彼此间隔的多个凸块构成，另一个区段设置为至少部分插入这些凸块之间。
这种连接可以实现特别简单地装配叶片后缘或叶片前缘，因为边缘段设计为可横向于叶片边缘移动。因此，在按本发明的叶片中，更换边缘段可以在不拆卸叶片的情况下进行，这导致缩短修理时间。此外，通过这种模块组合式结构，可以有针对性地更换叶身上承受高负荷和如上所述易损坏的叶片边缘。这延长了受较少磨损的基体段的使用寿命。此外，可更换的区域可有针对性地满足机械和热力学方面的要求，从而导致降低成本。
此外，通过分成区段可以制造用于各种叶片尺寸的标准区段，由此可以通过标准化进一步降低与使用和磨损有关的费用。在这方面有利的是各区段有不同的尺寸，从而可以优化组合各种耐磨的区域。这种连接可以通过压配合、钎焊、熔焊、粘结或销钉连接实现。有利地，区段连接面水平和/或垂直定向。
按一项有利的设计可以达到一种特别有效的连接，即，基体段和边缘段分别有多个凸块和处于凸块之间的凹槽。为了构成形状闭合的啮合，设在两个区段之一上的凸块可以形状闭合地插入另一个区段与之对置的凹槽内。为此尤其在工作叶片中可以实现叶片边缘可靠地固定，因为在工作时沿径向作用在边缘段上的离心力可通过基体段的一个与之横向延伸的区段连接面补偿。
按一项特别有利的设计，一个沿叶片边缘方向延伸的固定销钉防止这些区段相对运动，为此它横向地贯穿两个区段。通过各个凸块的啮合造成一些互相插接的重叠区，一个对齐的孔可以通过它们延伸，在孔内插入固定销钉。
另一项有利的设计规定，构成叶身的区段用不同的材料制造。这是有利的，因为存在一些遭受高机械负荷的区域和一些遭受高热负荷的区域，所以采用不同材料可以使叶身在其分段式结构中最佳地适应各自的磨损条件。在这方面按本发明的另一个教导，区段的一部分用一种热导率特别高的材料制造，以及另一部分用耐高温的材料制造。
在这里作为材料可考虑使用陶瓷材料、金属、合金和塑料。此外，按本发明的另一个教导规定，在所述区段上施加涂层。由此可以有针对性地进一步影响该区段的特性。
为了减轻重量，区段可以有空腔。在这里这些空腔可以充填一种与区段材料不同的材料。例如可以涉及泡沫材料。以此方式可有针对性地影响区段的强度特性。
恰当地，叶片设计为导向叶片或工作叶片。特别有利的是，将这种叶片使用在燃气轮机内。
由下面对附图的说明得出本发明其他特征和优点，附图示意表示用于一流体机械的叶身的模块组合式叶片边缘的一种实施方式。其中：
图1表示按本发明的带有一后缘段的叶片的透视图；
图2表示按本发明的带有一后缘段的叶片的示意性局部剖视图；
图3表示带有另一种后缘段的叶片的示意性侧视图；
图4表示按本发明的带有一前缘段的叶片的透视图；以及
图5表示按本发明的带有一前缘段的叶片的示意性局部剖视图。
流体机械为了将流动能转换为旋转能或反之将旋转能转换为流动能使用叶片级，它们由相邻排列的工作叶片和导向叶片组成。其中，导向叶片安装在机器的壳体上，而工作叶片直接与转子连接。
按本发明的包括一个分段式后缘的叶片1表示在图1至3中。叶片1本身有一个平台2a和一个叶身3，叶身有叶片前缘4和叶片后缘5。用虚线表示成形在叶身3上端部5a上的第二平台2b。叶身3由一个基体段3b和一个后缘段3c组成。如在叶身3上端部5a处可看到的那样，基体段3b有多个空腔6。当强度足够时，它们用于减少叶片质量，为的是减小工作时的机械及热负荷。在这里可以用一种泡沫材料充填一个或多个空腔6，以提高叶身3的强度。
后缘段3c在叶片后缘5的区域内有沿叶片高度H间隔的凸块7，它们形状闭合地插入在基体段3b上对置的凹槽8内，从而使两个区段3b、3c互相形状闭合地啮合。凸块7和凹槽8仅仅沿部分叶片高度延伸。持久的连接可通过压配合或在装配后通过钎焊或熔焊建立。这一设计必要时也可以适用于工作叶片，因为存在一个横向于离心力定向的用于可装配的后缘段3c的区段连接面11，它用作在工作时作用在后缘段3c上的离心力的支座。
图2用局部剖面表示在后缘段3c与基体段3b之间的销钉连接。在基体段3b内设凹槽8，它们与设在后缘段3c内的另一些凹槽9对置，以及在凹槽内分别插入一个销钉状固定件10。为了装配，固定件10例如设计为压配合装入后缘段3c内，以及接着通过沿着横向于叶片后缘5方向的移动以相同的方式固定在基体段3b上。
图3表示另一种设计的涡轮导向叶片，它有两个分别设在叶身3端部的平台2a、2b。在叶片后缘5，部分叶身3设计为可更换的后缘段3c。叶片1的基体段3b有一个在两个凸块7之间的凹槽8，其中完全装入所述后缘段3c。凸块7和后缘段3c为了它们的固定和/或为了保险被一个销钉状固定件10沿叶片后缘5的方向贯穿，它可以从平台2b的一侧置入，以及接着可与平台2b焊接。因此平台2b在叶片后缘5的区域内可过渡到所述基体段3b作为凸块7，从而在此过渡区可以避免复杂的结构并例如取消密封件。当然这种结构也可以使用于叶片1承受高负荷的叶片前缘4。此外，叶片1的两个叶片边缘12也可以同时设计为分段式的。
类似于图1和2，在图4和5中表示叶片前缘4相对于叶身3的分段式结构。在这里，前缘段3a与基体段3b之间的连接，在图4中借助一种由凸块7与凹槽8构成的啮合以及在图5中借助一种用销钉状固定件10的销钉连接建立。
通过将叶片分割成多个部分可以降低铸造精度，这有助于降低成本。此外，当导向叶片再加工时可以只替换已磨损的边缘。
特别有利的是这些区段可用具有不同强度特性及热导率的不同材料制成，以使叶片低成本地适应具体的要求。

Claims (14)

1.一种在流体机械中使用的叶片(1)，其包括一叶根、一平台区和一叶身(3)，该叶身(3)从叶片前缘(4)到叶片后缘(5)有叶片宽度以及从平台区到叶身顶端有叶片高度，以及，该叶身由至少一个基体段(3b)和在所述叶片前后缘(4、5、12)至少之一的区域内的至少一个与该基体段(3b)形状闭合连接的边缘段(3a、3c)构成，其特征为：所述形状闭合的连接通过成形在所述区段(3a、3b、3c)之一上沿叶片高度方向间隔的凸块(7)构成，另一区段(3a、3b、3c)设置为至少部分插入所述各凸块之间。
2.按照权利要求1所述的叶片，其特征为：所述基体段(3b)和边缘段(3a、3c)分别有多个凸块(7)和处于凸块之间的凹槽(8)；以及，为了构成形状闭合的啮合，设在这两个区段(3a、3b、3c)之一上的凸块(7)形状闭合地插入另一个区段(3a、3b、3c)对置的凹槽(8)内。
3.按照权利要求1或2所述的叶片(1)，其特征为：一个沿叶片边缘(4、5、12)方向延伸的销钉状固定件防止所述区段(3a、3b、3c)相对运动，为此它横向地贯穿两个区段(3a、3b、3c)的凸块(7)。
4.按照权利要求1至3之一所述的叶片(1)，其特征为：所述区段(3a、3b、3c)用不同的材料制造。
5.按照权利要求1至4之一所述的叶片(1)，其特征为：至少一个区段(3a、3b、3c)用一种热导率特别高的材料制造。
6.按照权利要求1至5之一所述的叶片(1)，其特征为：至少一个区段(3a、3b、3c)用一种耐高温的材料制造。
7.按照权利要求1至6之一所述的叶片(1)，其特征为：至少一个区段(3a、3b、3c)用一种陶瓷材料制造。
8.按照权利要求1至7之一所述的叶片(1)，其特征为：至少一个区段(3a、3b、3c)用一种金属和/或用一种合金制造。
9.按照权利要求1至8之一所述的叶片(1)，其特征为：至少一个区段(3a、3b、3c)用一种塑料制造。
10.按照权利要求1至9之一所述的叶片(1)，其特征为：在所述区段(3a、3b、3c)上加涂层。
11.按照权利要求1至10之一所述的叶片(1)，其特征为：至少一个区段(3a、3b、3c)具有一空腔。
12.按照权利要求11所述的叶片(1)，其特征为：向所述空腔(6)内充填一种与区段材料不同的材料。
13.按照权利要求1至12之一所述的叶片(1)，其特征为：所述叶片设计为导向叶片或工作叶片。
14.一种具有按照权利要求1至13之一所述叶片的燃气轮机。
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