CN209976583U - 用于燃气轮机的具有冷却的扫掠边缘的转子叶片 - Google Patents

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Abstract

一种用于燃气轮机的具有冷却的扫掠边缘的转子叶片，包括沿径向方向延伸的叶片(1)，具有叶片体(2)，该叶片体(2)包括：具有压力侧壁部分(3a)和吸入侧壁部分(3b)的周壁，板状顶部基部，在叶片尖端的区域中连接至周壁，以及沿周壁延伸的扫掠边缘，周壁以及顶部基部在叶片体中限定腔体，扫掠边缘在外侧与周壁对齐并且在顶部基部的上方径向地突出，并且在叶片体中设置有冷却通道，该冷却通道从腔体延伸到设置在扫掠边缘中的冷却流体出口(12)，在扫掠边缘的前表面(7b)中形成至少一个凹部(9)，至少一些冷却通道通入该凹部中，从而使冷却流体出口完全被布置在凹部(9)的底部区域(9a)中。

Description

用于燃气轮机的具有冷却的扫掠边缘的转子叶片
技术领域
本实用新型涉及用于燃气轮机的转子叶片，包括叶片翼型，该叶片翼型沿径向延伸并且具有叶片翼型体，该叶片翼型体包括具有压力侧壁部分和吸力侧壁部分的周壁，板状顶部基部，在叶片尖端的区域中连接至周壁，以及沿周壁延伸的扫掠边缘，其中周壁和顶部基部在叶片翼型体中限定腔体，扫掠边缘在外侧与周壁对齐并且在顶部基部的上方径向地突出，并且在叶片翼型体中设置有冷却通道，该冷却通道从腔体延伸到设置在扫掠边缘中的冷却流体出口。
背景技术
在燃气轮机设备中，由燃料燃烧生成的热气体的热能和/或流动能被转换成旋转能，该旋转能通常借助于发电机被转换成电能。出于该目的，燃气轮机设备具有流动通道，在该流动通道的轴向方向上，可旋转地安装涡轮机转子。涡轮机转子包括多个轮盘，在每个轮盘的径向外端面上布置有多个呈叶片环形式的转子叶片。出于该目的，每个转子叶片具有叶片根部，叶片根部被插入到一个或多个接纳槽中，这些接纳槽形成在轮盘的端面上，并且叶片根部被固定在接纳槽中。
在叶片根部的顶侧上形成有叶片平台，叶片翼型从叶片平台的外侧背向轮盘，突出到流动通道中。
在燃气轮机设备运行期间，热气体流过流动通道，伴随着流动的热气体将力作用在转子叶片上，该力由于叶片翼型的形状而被转换成扭矩，该扭矩作用在涡轮机转子上并且驱动涡轮机转子旋转。
燃气轮机设备中的热气体温度越高，则燃气轮机设备的热力学效率越高。然而，由于转子叶片的热负荷能力，热气体温度的高低受到限制。因此，目的是提供一种转子叶片，即使在高热负荷的情况下，转子叶片也具有足以用于燃气轮机设备运行的机械强度。出于该目的，转子叶片设置有精细的涂层系统。为了进一步提高允许的最高热气体温度，转子叶片在燃气轮机设备运行期间被冷却。出于该目的，在转子叶片的内部形成有腔体以及冷却通道，冷却流体(通常是空气) 流过该冷却通道。通常的冷却方法是例如冲击冷却，其中冷却流体被引导以使得从内侧冲击到叶片翼型的壁上，或者薄膜冷却，其中冷却流体从叶片翼型的内部通过在叶片翼型体中形成的冷却孔向外流动，以便在所述翼型的外侧形成冷却薄膜。
因此，例如从US5,733,102和US2014/044557A1中已知通过铸造工艺来制造冷却的转子叶片的叶片翼型。通常的铸造叶片翼型各自包括中空的叶片翼型体，该叶片翼型体在叶片尖端的区域中通过所谓的顶部基部来封闭。在叶片尖端的区域中，叶片翼型体还具有扫掠边缘，该扫掠边缘以齐平的方式在外侧被模制到叶片翼型体上，并且沿着叶片翼型体的周壁的外轮廓在径向方向上突出。在扫掠边缘和通道壁 (该通道壁限定了燃气轮机设备的流动通道)之间，保持有预定宽度的、狭窄的径向间隙，一方面，这是为了允许涡轮机转子在流动通道中的低摩擦旋转，而在另一方面，这是为了只允许热气体的一小部分未被使用地流过该径向间隙。为了保护扫掠边缘，已知为了冷却的目的，在扫掠边缘中形成冷却通道，该冷却通道从腔体向外延伸到冷却流体出口，该冷却流体出口形成在扫掠边缘的端面中。
在涡轮机设备的特定运行持续时间之后，径向间隙可能发生变化。例如，由于蠕动，涡轮机转子可以偏离其初始的中心位置，转子叶片的长度可以由于离心力而增加，或者原来是圆形的流动通道可以变成椭圆形。这样的结果是由于热气体的热负荷和/或旋转引起的离心力或者重力而引起的下沉和/或伸长所导致的。由此引起的扫掠边缘端面和通道壁之间的接触导致材料由于摩擦(以金属灰尘或者金属碎片的形式)而从扫掠边缘被移除。然后，冷却流体出口可能被所移除的叶片翼型材料堵塞，其结果是损害或者防止了扫掠边缘的冷却。扫掠边缘的不充分冷却会导致更大的磨损，并且因此导致叶片翼型的使用寿命缩短。
因此，EP2378076A1公开了一种涡轮机转子叶片的叶片尖端，该叶片尖端被加宽以形成小翼。小翼在转子叶片的叶片翼型的两侧突出，并且在径向外侧设置有相对窄的槽。槽的壁在一个部分中是阶梯形的，使得冷却开口在阶梯中开放。径向向外朝向的翼面设置有研磨材料，以便在磨合阶段期间移除相对的环段上的可磨损材料，从而在叶片尖端和相对的热气壁之间提供尽可能小的径向间隙。由于设置了沿着叶片轮廓被布置在叶片尖端中的槽以及被布置在阶梯中的膜冷却孔，被磨下的材料可以通过沿着槽流动的冷却介质而被带出。
此外，从EP1281837A1中已知，延伸通过叶片尖端的冷却孔部分地也在扫掠边缘的向内表面中延伸。以这种方式，旨在改进涡轮机叶片的扫掠边缘的冷却。
EP2863015A1公开了一种类似的装置，该装置在扫掠边缘的内表面上具有阶梯。
实用新型内容
从所述现有技术出发，本实用新型的目的是提供一种用于之前介绍中所提到类型的燃气轮机的转子叶片，该叶片具有备选的结构并且允许可靠的扫掠边缘的冷却。
为了实现所述目的，本实用新型提供一种用于之前介绍中所提到类型的燃气轮机的具有冷却的扫掠边缘的转子叶片，其中，包括一个叶片翼型，叶片翼型沿径向方向延伸并且具有一个叶片翼型体，叶片翼型体包括：一个周壁，具有一个压力侧壁部分和一个吸入侧壁部分；一个板状顶部基部，在叶片尖端的区域中连接至周壁；以及沿周壁延伸的一个扫掠边缘，其中周壁和顶部基部在叶片翼型体中限定一个腔体，扫掠边缘在外侧与周壁对齐并且在顶部基部的上方径向地突出，并且在叶片翼型体中设置有多个冷却通道，多个冷却通道从腔体向外延伸到设置在扫掠边缘中的多个冷却流体出口，其中，在扫掠边缘的端面中形成至少一个凹部，至少一些多个冷却通道通入至少一个凹部中，从而使多个冷却流体出口完全位于凹部的一个底部区域中。关于径向方向，至少一个凹部的底部区域被布置在扫掠边缘的端面与顶部基部的外表面之间。至少一个凹部一直延伸到扫掠边缘的一个内侧，以便形成一个阶梯状横截面，并且相对于径向方向，扫掠边缘的一个内表面向外倾斜，以便形成一个第一倾斜角，并且测量在沿径向方向延伸的一个平面中被执行，平面与扫掠边缘垂直相交。第一倾斜角在 0°至45°的范围内，并且相对于垂直于径向方向的一个平面，每个冷却通道朝转子叶片前缘的方向倾斜，或者朝转子叶片后缘的方向倾斜，以便形成一个第三倾斜角和/或一个第四倾斜角，其中朝转子叶片后缘的方向的第三倾斜角以及朝转子叶片前缘的方向的第四倾斜角各自在一个平面中被测量，平面与第一倾斜角的测量平面垂直相交，并且第三倾斜角和第四倾斜角各自在30°和90°之间的范围内，这样，由于多个冷却通道朝向前缘倾斜的布置，多个冷却通道的冷却流体射流能够被引导到在运行期间被布置在吸入侧的扫掠边缘的尖端的上方。
本实用新型所基于的考虑是，关于径向方向相对于扫掠边缘的端面降低冷却流体出口。根据本实用新型，在扫掠边缘的端面中形成至少一个凹部，并且至少一些冷却出口被完全布置在至少一个凹部的底部区域中。以这种方式，冷却流体出口与扫掠边缘的端面和通道壁之间的接触区域相距一定距离，其结果是，减少或者防止冷却流体出口被所移除的叶片翼型材料堵塞的情况。因此，在燃气轮机设备的运行持续时间内冷却性能基本上被保持，与此相关联地，相应地延长了叶片翼型的使用寿命。
此外，关于径向方向，至少一个凹部的底部区域被布置在扫掠边缘的端面与顶部基部的外表面之间。此处优选地，底部区域被形成为平坦的底部表面，该底部表面相对于端面具有一个深度，该深度在 0.5mm至4.5mm的范围内，并且优选地在0.5mm至2.5mm的范围内。底部区域的这种径向位置具有如下效果：首先，冷却流体出口被布置为紧邻扫掠边缘的自由端区域，其结果是，可以确保扫掠边缘的该区域的有效冷却。其次，凹部的底部表面相对于端面的较小的深度足以防止从端面被移除的材料颗粒堵塞冷却流体出口，与此相关联地，这保证了均匀的冷却性能。
以已知的方式，关于径向方向，扫掠边缘相对于顶部基部的外表面具有如下整体高度，该整体高度在1mm至10mm的范围内，有利地在1.5mm至6mm的范围内，并且优选地为3.5mm。凹部的底部表面在顶部基部的外表面上方的高度有利地在整体高度的60％和80％之间的范围内。在具有在该范围内的整体高度的扫掠边缘中，可以容易地形成具有合适深度的凹部。
此外，扫掠边缘的内表面相对于径向方向而向外倾斜，以便形成第一倾斜角，其中测量在沿径向方向(R)延伸的一个平面中被执行，该平面与扫掠边缘垂直相交，该第一倾斜角在0°至45°的范围内，并且优选地大于10°和/或小于30°。扫掠边缘的内表面的倾斜带来如下结果，即，扫掠边缘从端面向顶部基部的方向变宽。这改善了扫掠边缘的稳定性，并且附加地改善了扫掠边缘与顶部基部或者周壁之间的热传递。
此外，至少一个凹部一直延伸到扫掠边缘的内侧，以便形成阶梯状横截面，其中特别地，横截面的阶梯角被倒圆角，该阶梯角优选地是内角。在这样的配置中，形成至少一个凹部，以便向内侧开放。这种凹部在叶片翼型体的铸造期间可以容易地被制造，或者仅仅例如通过铣削或者腐蚀来后续被制造。
而且，相对于垂直于径向方向的平面，每个冷却通道朝转子叶片前缘的方向倾斜，或者朝转子叶片后缘的方向倾斜，以便形成第三倾斜角和/或第四倾斜角，其中朝转子叶片后缘的方向的第三倾斜角以及朝转子叶片前缘的方向的第四倾斜角各自在与第一倾斜角的测量平面垂直相交的平面中被测量，第三倾斜角和/或第四倾斜角小于80°，例如在30°和80°之间的范围内，并且特别地为45°。朝前缘方向或者后缘方向具有这种倾斜的冷却通道具有较长的长度，由此，扫掠边缘的对流冷却得到改善。特别地，关于后缘倾斜的冷却通道的布置使得射流被引导到吸入侧扫掠边缘的尖端上方，并且在那里(通常是最热的地方)冷却表面。而且，它们能够有利地影响流出的冷却流体的流动方向。不同倾斜方向的冷却通道可以彼此穿透或者可以在没有穿透的情况下交叉。
优选地，在至少一个凹部的区域中，扫掠边缘的端面具有如下宽度，该宽度小于叶片翼型体的周壁在至少一个凹部区域中的厚度。另外，在凹部区域中，扫掠边缘的端面可以具有的宽度小于至少一个凹部的底部区域的宽度。以这种方式，仅扫掠边缘的相对窄的外部区域形成扫掠边缘的径向外端区域。
有利地，在至少一个凹部的区域中，扫掠边缘的端面以及至少一个凹部的底部区域组合起来具有如下宽度，该宽度近似等于叶片翼型体的周壁在至少一个凹部的区域中的厚度。这种扫掠边缘基本上构成了在顶部基部上的叶片翼型体周壁的延伸。
备选地，扫掠边缘的端面中的凹部可以被形成为凹槽，外端面部分和内端面部分在加工中被保留，其中特别地，凹部的内角被倒圆角。
在这种情况下，在凹部的区域中，扫掠边缘的外端面部分的宽度以及内端面部分的宽度可以各自在0.5mm至5mm的范围内，并且优选地至少为1mm，其中外宽度和内宽度之间的比率在0.7和1.3之间的范围内，特别是0.9和1.1之间的范围内，并且优选地为1。
根据另一变型，在凹部的区域中，周壁朝顶部基部的方向缩减，以有利于腔体，其中周壁的厚度从初始厚度被减小到缩减厚度，该缩减厚度至少是初始厚度的一半，并且这样的缩减发生在周壁的径向部分上，该径向部分的高度至少是初始厚度的五倍并且至多是十倍。在顶部基部正下方的周壁厚度变小带来的结果是，可以形成冷却通道，以便使它们更靠近扫掠边缘的外侧延伸，与此相关联地，扫掠边缘的对流冷却得到改善。
在至少一个凹部中，冷却流体出口有利地被彼此相邻并且彼此间隔开地布置，特别是以等距的方式和/或沿着一条线被布置。以这种方式布置的冷却流体出口特别适合于沿扫掠边缘的周边范围冷却扫掠边缘。然而，原则上，冷却流体出口可以以任何期望的方式分布。
在根据本实用新型的转子叶片中，至少一个凹部可以仅被设置在扫掠边缘的从周壁的吸入侧壁部分突出的部分中。以这种方式，可以改善从周壁的吸入侧壁部分突出的扫掠边缘部分的冷却。
在本实用新型的一个变型中，仅一个凹部被设置。这提供了根据本实用新型的转子叶片的特别简单的实施例。
备选地，可以设置多个凹部，这些凹部在周向方向上被相互邻近地布置，一些冷却通道通入每个凹部中，并且特别地，多个凹部具有至少一个上述特征。多个凹部使得冷却通道相应地分组。
根据一个变型，每个冷却通道以直线方式延伸和/或具有圆形横截面，该圆形横截面的直径在0.25mm至2mm的范围内，并且优选地为0.6mm。
此处，冷却通道可以在冷却流体出口的区域中被加宽，其中，加宽部特别地具有圆柱体的形状，该圆柱体的高度至多是冷却通道的直径的五倍，优选地与该直径相等，和/或该圆柱体的直径至多是冷却通道的直径的三倍，优选地为两倍。以这种方式加宽的冷却流体出口可以用作扩散器，并且相应地加宽流出的冷却流体流，其结果是，扫掠边缘的大部分区域可以根据薄膜冷却原理来冷却。作为圆柱体的备选方案，冷却流体出口也可以以锥形、半圆锥形或者扇形方式来加宽。
有利地，冷却通道被形成为孔。孔允许具有圆形横截面的直线形冷却通道容易地被引入到铸造叶片翼型体中。
有利地，相对于径向方向，冷却通道关于扫掠边缘的内表面横向地倾斜，以便形成第二倾斜角，其中特别地，冷却通道的第二倾斜角 (第二倾斜角的每个角度在沿径向方向延伸并且与扫掠边缘垂直相交的平面中被测量)等于或者近似等于扫掠边缘的内表面的第一倾斜角。具有这种倾斜的冷却通道将冷却流体从扫掠边缘的内侧引导到扫掠边缘的外侧端部区域，并且离开冷却流体出口。
根据另一实施方式，扫掠边缘的内表面与顶部基部的外表面之间的过渡区域被倒圆角。这改善了叶片尖端的空气动力学特性。否则，沿径向方向来观察，扫掠边缘的内表面大部分是直线。
以本身已知的方式，叶片翼型体通过铸造或者以一种生成工艺(generativeVerfahren)，特别是借助于3D打印来制造。铸造已经证明是合适的制造方法，特别是对于在其内部具有腔体的冷却叶片翼型。然而，生成工艺也适用于制造叶片翼型体。
附图说明
参考附图，基于根据本实用新型的转子叶片的六个实施例，本实用新型的其他优点和特征将变得清楚，其中：
图1示出了根据本实用新型第一实施例的转子叶片的叶片翼型的局部透视图；
图2示出了图1中所示的转子叶片的局部放大视图；
图3示出了图2中所示的转子叶片沿由III表示的线的放大横截面图；
图4对应于图3，示出了根据本实用新型第二实施例的转子叶片的叶片翼型的放大横截面图；
图5对应于图3，示出了根据本实用新型第三实施例的转子叶片的叶片翼型的放大横截面图；
图6对应于图3，示出了根据本实用新型第四实施例的转子叶片的叶片翼型的放大横截面图；
图7对应于图2，示出了根据本实用新型第五实施例的转子叶片的叶片翼型的局部放大视图；以及
图8对应于图2，示出了根据本实用新型第六实施例的转子叶片的叶片翼型的局部放大视图。
具体实施方式
图1至图3示出了根据本实用新型第一实施例的用于燃气轮机的转子叶片。转子叶片包括叶片翼型1，叶片翼型1沿径向方向R延伸并且具有铸造叶片翼型体2。叶片翼型体2具有周壁3，周壁3具有压力侧壁部分3a和吸入侧壁部分3b。叶片翼型体2还包括板状顶部基部4，顶部基部4在叶片尖端5的区域中被连接至周壁3。周壁3 和顶部基部4在叶片翼型体2中限定腔体6，冷却流体在燃气轮机的运行期间流过腔体6。
叶片翼型体2还包括扫掠边缘7。扫掠边缘7沿周壁3延伸并且在外侧与周壁3对齐。在这种情况下，扫掠边缘7在顶部基部4的上方径向地突出，并且关于径向方向R具有相对于顶部基部的外表面 4a的整体高度h，该整体高度h垂直于顶部基部的外表面4a被测量，并且大约为3mm。根据横截面图，扫掠边缘7的内表面7a被形成为大部分是直线形，并且相对于径向方向R以大约25°的第一倾斜角δ而倾斜，该角度在沿径向方向(R)延伸并且与扫掠边缘7垂直相交的平面中被测量。扫掠边缘7的内表面7a与顶部基部4的外表面4a 之间的过渡区域8被形成为圆角。
在从周壁3的吸入侧壁部分突出的扫掠边缘7的一部分中，形成有凹部9，该凹部9一直延伸到扫掠边缘7的内侧，以便形成阶梯状横截面。在这种情况下，阶梯形横截面的内角10被倒圆角。凹部9 的底部区域9a被形成为平坦的底部表面，并且关于径向方向R，底部区域9a被布置在扫掠边缘7的端面7b和顶部基部4的外表面4a 之间。此处，顶部基部4的外表面4a、凹部9的底部表面9a以及扫掠边缘7的端面7b彼此平行并且垂直于径向方向R地延伸。以这种方式，凹部9相对于端面7b具有深度h1，将底部表面9a和端面7b 之间的垂直距离测量为h1，并且约为1mm。相应地，凹部9的底部表面在顶部基部4的外表面4a的上方被垂直测量的高度h2约为2mm。然而，凹部9的底部表面9a和顶部基部4的外表面4a也可以关于彼此和/或关于径向方向R倾斜，那么，在每种情况下深度h1或者高度 h2则必须关于内角10来确定。
在凹部9的区域中，扫掠边缘7的端面7b具有宽度a1，宽度a1小于凹部9的区域中叶片翼型体2的周壁3的厚度d1。而且，在凹部 9的区域中，扫掠边缘7的端面7b的宽度a1小于凹部9的底部区域9a的宽度b1。以组合方式，扫掠边缘7的端面7b和凹部9的底部区域9a具有宽度a1+b1，宽度a1+b1大致等于凹部9的区域中叶片翼型体2的周壁3的厚度d1，将周壁3的外表面和内表面之间的垂直距离测量为厚度d1。从图3中可以看出，宽度a1和b1各自彼此平行并且与顶部基部4的外表面4a平行地被测量。本实用新型的其他实施例可以具有与本文中所选择的宽度a1和b1以及厚度d1的相对尺寸比率不同的相对尺寸比率。
在叶片翼型体2中形成有冷却通道11，该冷却通道11从腔体6 延伸到被设置在扫掠边缘7中的冷却流体出口12。冷却通道11通入凹部9中，以便使冷却流体出口12完全被布置在凹部9的底部区域 9a中。在这种情况下，冷却流体出口12以等距的方式并且沿着线相互邻近地被布置在凹部9中。每个冷却通道11被形成为孔并且直线地延伸。冷却通道11具有圆形横截面，直径约为0.6mm。相对于径向方向R，每个冷却通道11关于扫掠边缘7的内表面7a横向地倾斜，形成冷却通道11的第二倾斜角θ，这些倾斜角各自在沿径向方向R 延伸并且与扫掠边缘7垂直相交的平面中被测量，并且大约等于扫掠边缘7的内表面7a的第一倾斜角δ。
图4示出了根据本实用新型第二实施例的用于燃气轮机的转子叶片。该转子叶片的结构基本上对应于图1至图3中所示的第一实施例的结构。与之前的实施例不同，此处的冷却通道在冷却流体出口的区域中被加宽。加宽的冷却流体开口12a具有圆柱体的形状，圆柱体的高度h5等于冷却通道11的直径，并且圆柱体的直径c5是冷却通道11 的直径的两倍，对于该圆柱体，其横截面积是冷却通道11的横截面积的四倍。在该实施例中，在转子叶片的运行期间相应地产生出加宽的冷却流，由此大面积的扫掠边缘7得到冷却。
图5示出了根据本实用新型第三实施例的用于燃气轮机的转子叶片。所述转子叶片基本上具有与图1至图3中所示的转子叶片相同的结构。与之不同的是，凹部9被形成为凹槽，外端面部分和内端面部分在加工中被保留，并且因此凹部9不一直延伸到扫掠边缘7的内侧，而是同样由扫掠边缘7的内侧所限定。此处，外侧端面7b具有宽度 a2，内侧端面7b具有宽度c2，并且凹部9的底部区域9a具有宽度b2。这使得在凹部9区域中的扫掠边缘7的组合宽度为a2+b2+c2，所述宽度大于叶片翼型体2的周壁3的厚度d1。因此，扫掠边缘7的内表面7a相对于径向方向R的第一倾斜角δ相应地更小。在这种情况下，扫掠边缘7的内侧高度(h3+h4)等于扫掠边缘的外侧高度(h＝h1+ h2)，但也可以不同。
图6示出了根据本实用新型第四实施例的用于燃气轮机的转子叶片。所述转子叶片与目前已描述的实施例的不同之处在于，周壁3朝顶部基部4的方向缩减，以有利于腔体6。在加工中，周壁3的厚度从初始厚度d1被减小到缩减的厚度d2，该厚度d2大约是初始厚度d1的一半。缩减在周壁3的径向部分上发生，该部分的高度l大约是初始厚度d1的五倍。在所示的实施例中，缩减以线性方式延伸，也就是说，周壁3的内侧是平坦的，并且与周壁3没有缩减的实施例相比，以角度ε倾斜。由于周壁3缩减，冷却通道11的横向倾斜角θ被选择为更小，以便使冷却通道11更靠近扫掠边缘7的外侧而延伸，其结果是，扫掠边缘7的对流冷却得到改善。周壁3到顶部基部4的过渡区域被倒圆角，其曲率由曲率半径r2限定，曲率半径r2可以与周壁 3没有缩减的实施例的曲率半径r1不同。在图7中，示出了大约是r1两倍的曲率半径r2。该缩减的远离顶部基部4的过渡区域被倒圆角，以避免出现棱边，其中该圆角由曲率半径r3限定。
图7示出了根据本实用新型第五实施例的用于燃气轮机的转子叶片。所述转子叶片具有与上述实施例相同的基本结构，并且与目前已描述的实施例的不同之处在于，相对于垂直于径向方向R的平面，冷却通道朝转子叶片后缘的方向倾斜。此处，朝转子叶片后缘的方向的第三倾斜角α在与第一倾斜角δ的测量平面垂直相交的平面中被测量，并且为45°。因此，冷却通道11具有更长的长度，其结果是扫掠边缘7的对流冷却得到改善。
图8示出了根据本实用新型第六实施例的用于燃气轮机的转子叶片。所述转子叶片与图7中所示的实施例的不同之处在于，设置有另外的冷却通道11，该冷却通道11相对于垂直于径向方向R的平面，朝转子叶片前缘的方向倾斜。此处，朝转子叶片后缘的方向的第四倾斜角β在与第一倾斜角δ的测量平面垂直相交的平面中被测量，并且为45°。在该转子叶片中，每个不同倾斜方向的冷却通道11相互穿透。然而，备选地，它们也可以在没有穿透的情况下相交，特别是在冷却流体出口12被布置成两个彼此相邻布置的行时。而且，第四倾斜角β也可以被选择为与第三倾斜角α不同。
根据本实用新型的转子叶片的一个优点在于，冷却通道11不会被从扫掠边缘7的端面7b移除材料而堵塞，或者仅仅会略微堵塞。这确保了扫掠边缘7的冷却，该冷却在燃气轮机的运行期间是均匀的，并且因此确保了转子叶片的长使用寿命。根据本实用新型的转子叶片的另一优点是，凹部9和冷却通道11能够容易地被制造。由于凹部9 的深度较低，仍然可能在扫掠边缘7的整个高度h上进行有效的冷却。而且，在燃气轮机运行期间，从冷却流体出口12流出的冷却流体在其流向扫掠边缘7的外部阶梯的短路径上几乎不会发生偏转，与此相关联地，叶片尖端5得到有效的冷却。
尽管本实用新型已经通过优选的示例性实施例更具体地被说明和描述，但是本实用新型不受所公开的示例的限制，并且在不脱离本实用新型的保护范围的情况下，其他变型可以由本领域技术人员从中得出。

Claims (38)

1.一种用于燃气轮机的具有冷却的扫掠边缘的转子叶片，包括一个叶片翼型(1)，所述叶片翼型沿径向方向(R)延伸并且具有一个叶片翼型体(2)，所述叶片翼型体(2)包括：一个周壁(3)，具有一个压力侧壁部分(3a)和一个吸入侧壁部分(3b)；一个板状顶部基部(4)，在叶片尖端(5)的区域中连接至所述周壁(3)；以及沿所述周壁(3)延伸的一个扫掠边缘(7)，其中所述周壁(3)和所述顶部基部(4)在所述叶片翼型体(2)中限定一个腔体(6)，所述扫掠边缘(7)在外侧与所述周壁(3)对齐并且在所述顶部基部(4)的上方径向地突出，并且在所述叶片翼型体(2)中设置有多个冷却通道(11)，所述多个冷却通道(11)从所述腔体(6)向外延伸到设置在所述扫掠边缘(7)中的多个冷却流体出口(12)，其中，在所述扫掠边缘(7)的端面(7b)中形成至少一个凹部(9)，至少一些所述多个冷却通道(11)通入所述至少一个凹部(9)中，从而使所述多个冷却流体出口(12)完全位于所述凹部(9)的一个底部区域(9a)中，其中，关于所述径向方向(R)，所述至少一个凹部(9)的所述底部区域(9a)被布置在所述扫掠边缘(7)的所述端面(7b)与所述顶部基部(4)的外表面(4a)之间，
其中所述至少一个凹部(9)一直延伸到所述扫掠边缘(7)的一个内侧，以便形成一个阶梯状横截面，并且
其中，相对于所述径向方向(R)，所述扫掠边缘(7)的一个内表面(7a)向外倾斜，以便形成一个第一倾斜角(δ)，并且测量在沿所述径向方向(R)延伸的一个平面中被执行，所述平面与所述扫掠边缘(7)垂直相交，
其特征在于，
所述第一倾斜角(δ)在0°至45°的范围内，并且
相对于垂直于所述径向方向(R)的一个平面，每个冷却通道(11)朝所述转子叶片前缘的方向倾斜，或者朝所述转子叶片后缘的方向倾斜，以便形成一个第三倾斜角和/或一个第四倾斜角(α，β)，其中朝所述转子叶片后缘的方向的所述第三倾斜角(α)以及朝所述转子叶片前缘的方向的所述第四倾斜角(β)各自在一个平面中被测量，所述平面与所述第一倾斜角(δ)的测量平面垂直相交，并且所述第三倾斜角和第四倾斜角各自在30°和90°之间的范围内，这样，由于多个冷却通道(11)朝向所述前缘倾斜的布置，所述多个冷却通道(11)的冷却流体射流能够被引导到在运行期间被布置在所述吸入侧的所述扫掠边缘(7)的所述尖端的上方。
2.根据权利要求1所述的转子叶片，其特征在于，
所述底部区域(9a)被形成为一个平坦底部表面，所述平坦底部表面相对于所述端面(7b)具有如下深度(h1)，所述深度(h1)在0.5mm至4.5mm的范围内。
3.根据权利要求2所述的转子叶片，其特征在于，
所述深度(h1)在0.5mm至2.5mm的范围内。
4.根据权利要求1所述的转子叶片，其特征在于，
关于所述径向方向(R)，所述扫掠边缘(7)相对于所述顶部基部(4)的所述外表面(4a)具有如下整体高度(h)，所述整体高度(h)在1mm至10mm的范围内。
5.根据权利要求4所述的转子叶片，其特征在于，
所述整体高度(h)在1.5mm至6mm的范围内。
6.根据权利要求5所述的转子叶片，其特征在于，
所述整体高度(h)为3.5mm。
7.根据权利要求4所述的转子叶片，其特征在于，
其中所述凹部(9)的底部表面在所述顶部基部(4)的所述外表面(4a)上方的高度(h2)在所述整体高度(h)的60％和80％之间的范围内。
8.根据权利要求1所述的转子叶片，其特征在于，
所述第一倾斜角(δ)小于30°和/或大于10°。
9.根据权利要求1所述的转子叶片，其特征在于，
所述横截面的一个阶梯角被倒圆角。
10.根据权利要求9所述的转子叶片，其特征在于，
所述阶梯角为内角(10)。
11.根据权利要求9所述的转子叶片，其特征在于，
在所述至少一个凹部(9)的所述区域中，所述扫掠边缘(7)的所述端面(7b)具有如下宽度(a1)，所述宽度(a1)小于所述叶片翼型体(2)的所述周壁(3)在所述至少一个凹部(9)的区域中的厚度(d1)。
12.根据权利要求9所述的转子叶片，其特征在于，
在所述至少一个凹部(9)的所述区域中，所述扫掠边缘(7)的所述端面(7b)具有如下宽度(a1)，所述宽度(a1)小于所述至少一个凹部(9)的所述底部区域(9a)的宽度(b1)。
13.根据权利要求9所述的转子叶片，其特征在于，
在所述至少一个凹部(9)的所述区域中，所述扫掠边缘(7)的所述端面(7b)以及所述凹部(9)的所述底部区域(9a)组合起来具有如下宽度(a1+b1)，所述宽度(a1+b1)近似等于所述叶片翼型体(2)的所述周壁(3)在所述至少一个凹部(9)的所述区域中的厚度(d1)。
14.根据权利要求1所述的转子叶片，其特征在于，
所述扫掠边缘(7)的所述端面(7b)中的所述凹部(9)被形成为一个凹槽，一个外端面部分和一个内端面部分在加工中被保留。
15.根据权利要求14所述的转子叶片，其特征在于，
所述凹部(9)的内角(10)被倒圆角。
16.根据权利要求14所述的转子叶片，其特征在于，
在所述凹部(9)的所述区域中，所述扫掠边缘(7)的所述外端面部分的宽度(a2)以及所述内端面部分的宽度(c2)各自在0.5mm至5mm的范围内，其中所述外端面部分的宽度(a2)和所述内端面部分的宽度(c2)之间的比率在0.7和1.3之间的范围内。
17.根据权利要求16所述的转子叶片，其特征在于，
所述扫掠边缘(7)的所述外端面部分的宽度(a2)以及所述内端面部分的宽度(c2)各自至少为1mm。
18.根据权利要求16所述的转子叶片，其特征在于，
其中所述外端面部分的宽度(a2)和所述内端面部分的宽度(c2)之间的比率在0.9和1.1之间的范围内。
19.根据权利要求18所述的转子叶片，其特征在于，
其中所述外端面部分的宽度(a2)和所述内端面部分的宽度(c2)之间的比率为1。
20.根据权利要求1至19中任一项所述的转子叶片，其特征在于，
在所述凹部(9)的所述区域中，所述周壁(3)朝所述顶部基部(4)的方向缩减，以有利于所述腔体(6)，其中所述周壁(3)的厚度从初始厚度(d1)被减小到缩减厚度(d2)，所述缩减厚度(d2)至少是所述初始厚度(d1)的一半。
21.根据权利要求20所述的转子叶片，其特征在于，
所述缩减在所述周壁(3)的一个径向部分上发生，所述径向部分的高度(l)至少是所述初始厚度(d1)的五倍并且至多是十倍。
22.根据权利要求1至19中任一项所述的转子叶片，其特征在于，
所述至少一个凹部(9)仅被设置在所述扫掠边缘(7)、的从所述周壁(3)的所述吸入侧壁部分(3b)突出的一个部分中。
23.根据权利要求1至19中任一项所述的转子叶片，其特征在于，
仅一个凹部(9)被设置。
24.根据权利要求1至19中任一项所述的转子叶片，其特征在于，
设置多个凹部(9)，所述多个凹部(9)在周向方向上被相互邻近地布置，一些所述多个冷却通道(11)通入每个所述凹部(9)中。
25.根据权利要求1至19中任一项所述的转子叶片，其特征在于，
在所述至少一个凹部(9)中，所述多个冷却流体出口(12)在周向方向上被彼此相邻并且彼此间隔开地布置。
26.根据权利要求25所述的转子叶片，其特征在于，
所述多个冷却流体出口(12)以等距的方式和/或沿着一条线被布置。
27.根据权利要求1至19中任一项所述的转子叶片，其特征在于，
每个冷却通道(11)以直线方式延伸和/或具有一个圆形横截面，所述圆形横截面的直径在0.25mm至2mm的范围内。
28.根据权利要求27所述的转子叶片，其特征在于，
所述圆形横截面的直径为0.6mm。
29.根据权利要求1至19中任一项所述的转子叶片，其特征在于，
所述多个冷却通道(11)在所述多个冷却流体出口(12)的区域中被加宽。
30.根据权利要求29所述的转子叶片，其特征在于，
其中加宽部(12a)具有一个圆柱体的形状，所述圆柱体的高度(h5)至多是一个冷却通道(11)的直径的五倍，和/或所述圆柱体的直径(c5)至多是一个冷却通道(11)的直径的三倍。
31.根据权利要求30所述的转子叶片，其特征在于，
所述圆柱体的高度(h5)与冷却通道(11)的直径相等。
32.根据权利要求30所述的转子叶片，其特征在于，
所述圆柱体的直径(c5)是冷却通道(11)的直径的两倍。
33.根据权利要求27所述的转子叶片，其特征在于，
所述多个冷却通道(11)被形成为多个孔。
34.根据权利要求1至19中任一项所述的转子叶片，其特征在于，
相对于所述径向方向(R)，所述多个冷却通道(11)倾斜以便形成一个第二倾斜角(θ)，其中所述多个冷却通道(11)的多个第二倾斜角(θ)等于或者近似等于所述扫掠边缘(7)的所述内表面(7a)的所述第一倾斜角(δ)，所述多个第二倾斜角(θ)中的每一个在沿所述径向方向(R)延伸并且与所述扫掠边缘(7)垂直相交的一个平面中被测量。
35.根据权利要求27所述的转子叶片，其特征在于，
所述第三倾斜角和/或所述第四倾斜角小于80°。
36.根据权利要求35所述的转子叶片，其特征在于，
所述第三倾斜角和/或所述第四倾斜角为45°。
37.根据权利要求1至19中任一项所述的转子叶片，其特征在于，
所述扫掠边缘(7)的一个内表面(7a)与所述顶部基部(4)的所述外表面(4a)之间的一个过渡区域(8)被倒圆角。
38.根据权利要求1至19中任一项所述的转子叶片，其特征在于，
所述叶片翼型体(2)通过铸造或者借助于3D打印来制造。
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