專利名稱：用于固定式燃氣輪機的渦輪葉片的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種用于固定式燃氣輪機的渦輪葉片，具有至少一個平臺部位，它包括具有平臺表面的平臺，在其上設有在橫截面中成型的葉片板，它具有壓力側壁和抽吸側 壁，其中處于熱燃氣下的壓力側壁和抽吸側壁的表面分別通過外部的倒圓過渡到平臺表面 中，該渦輪葉片還具有至少一個設置在葉片板中的、一直延伸到平臺部位中的空腔，在該空 腔中設有至少一個將壓力側壁與抽吸側壁連接的筋肋，它沿著葉片板的縱向延伸地劃分所 述空腔。
背景技術：
由現有技術早就已知上述的渦輪機葉片。它們通常具有由空腔穿通的葉片板，這 些空腔相互間通過筋肋分開。這些筋肋從抽吸側壁延伸到壓力側壁并且沿著葉片板的縱 向，即從平臺直到葉片尖部。在此鑄造的渦輪葉片在葉片板與平臺表面之間具有過渡部位， 它通過圓角形的倒圓使葉片側壁，即抽吸側壁和壓力側壁，在這個部位加厚。因此在過渡部 位存在材料堆積，它同時也帶來葉片板的剛度躍變。因此葉片板在平臺側比在其中間部位 或者葉片尖部一側剛性更強。由于這種剛度躍變可能在運行中導致較大的溫度梯度，它們 引起高的熱應力并由此限制渦輪葉片的使用壽命。為了避免由于從渦輪葉片脫離的碎片造成的渦輪機中的二次損壞，在渦輪機中安 裝這種渦輪葉片并且在運行時使用，在達到事先確定的最大使用壽命以后更換渦輪葉片。由現有技術還已知，至少部分地由此延長使用壽命，即在剛度躍變的部位中涂覆 比在沒有這種材料堆積的部位中更厚的隔熱層。由此降低溫度梯度。此外由EP 1 420 142A1已知一種渦輪葉片，其被熱燃氣迎流的前棱邊被沖擊冷 卻。為此所需的沖擊冷卻孔設置在筋肋中，筋肋在抽吸側壁與壓力側壁之間支撐葉片板。在 此沖擊冷卻孔在葉片板的高度上基本均勻地分布并且總是中間地設置在抽吸側與壓力側 之間，用于保證均勻地冷卻前棱邊。
發明內容
因此本發明的目的是，提供用于固定式渦輪機的渦輪葉片，它具有延長的使用壽 命。這個目的通過具有權利要求1特征的渦輪葉片得以實現。本發明規定，在上述形式的渦輪葉片中其中至少一個設置在葉片板中的筋肋在外 部的倒圓的高度上具有穿過所述筋肋中的靠近壁體的開口。該開口在外部的倒圓的高度上在渦輪葉片內部設置在處于那里的筋肋中。在此靠近壁體意味著，其位置在壓力側壁與抽吸側壁的內側面之間偏離中心。由 此可以減少材料在外部的倒圓高度上的堆積。這種簡單的結構措施導致剛度躍變的均衡， 并且降低在減小的材料堆積中的溫度梯度。必要時附加地要注意由開口引起的對渦輪葉片 冷卻空氣系統的影響以及對圍繞開口的應力過高的影響。同樣也要注意由于減小的、承載的筋肋橫截面引起的所謂的蠕變使用壽命以及由于減少質量引起的可能變化的固有頻率。 相應地可以有意義地設有橢圓的、具有適合的取向的開口。也可以有意義地延長筋肋直到 平臺部位中，并且還可延長直到渦輪葉片的根部或固定部位。按照另一有利的方案可以有意義地匹配設置在筋肋與側壁之間的另一倒圓。由此 減少機械負荷。當然也可以組合所建議的措施，用于補償由于使用靠近壁體的開口產生的 變化，由此總體上延長渦輪葉片的使用壽命。總之，通過本發明能夠降低材料堆積上的負荷 并由此提高使用壽命。如果保證通過葉片根部到筋肋的接觸性，可以簡單地實現按照本發明的措施(即 在筋肋中在外部的倒圓的高度上設有穿過所述筋肋的靠近壁體的開口)并且也可以事后 再配備到有需求的渦輪葉片中。另一方面，如果一體地澆鑄葉片板和平臺，并且為了加工空 腔在澆鑄裝置中所使用的鑄芯通過在芯中存在的孔實現用于之后在筋肋中存在的靠近壁 體的開口，則在加工新部件時可以通過簡單的 方式實現所述開口。這一點尤其是有利的，因 為孔也可以用于穩定鑄芯，并且可以省去其它的所謂的橫穿孔(Cross-Over-Holes)，這種 橫穿孔既不靠近壁體、也不在外部的倒圓的高度上位于設在抽吸側壁與壓力側壁之間的筋 肋中。有利的方案和改進方案在從屬權利要求中給出。如果開口設置在抽吸側壁與壓力側壁之間偏離中心，或者開口相切或相交于由抽 吸側壁和/或壓力側壁的內側面所形成的側壁平面，都可以使穿過筋肋的開口靠近壁體。適宜地使所述開口是圓形或橢圓的。這些開口能夠特別簡單地制成，尤其當渦輪 葉片基本一體鑄造的時候。由此使鑄芯在相應的位置具有僅一個相應的孔。按照對于權利要求1的備選解決方案，也可以延長對應于權利要求1前序部分所 述的渦輪葉片的使用壽命，即所述平臺側的筋肋端部在壓力側壁的內側面上比在抽吸側壁 的內側面上延伸得更長或更短。下面代替穿過所述筋肋的靠近壁體的開口也可以理解為缺口。即開口不是全圓周 地被筋肋材料包圍。通過這樣配備的渦輪葉片也可以局部減少在過渡部位中的材料堆積。 按照第二方案的渦輪葉片，在有利的改進方案中可以具有平臺表面，它是假想的穿過空腔 延伸的平臺平面的一部分，其中筋肋的平臺側的端部在壓力側位于平臺平面的一側，并且 在抽吸側位于平臺平面的另一側。
下面借助于附圖中的實施例詳細描述本發明的其它特征、特性和優點。所述特征 不僅可以單獨而且可以相互組合，都是有意義的。附圖中圖1示出按照本發明的渦輪葉片的立體圖，具有簡示的葉片板，圖2以立體圖示出按照圖1的按照本發明的渦輪葉片的局部細節Z，圖3示出細節Z的另一備選解決方案。
具體實施例方式圖1以立體圖示出用于固定式燃氣輪機的渦輪葉片10。按照圖1的渦輪葉片10 由工作葉片構成。但是本發明也可以應用于固定式渦輪機的導向葉片。鑄造的、一體的渦輪葉片10沿著縱向12包括葉片根部14，在其上連接平臺部位16。該平臺部位16主要包括具有平臺表面20的平臺18。該平臺表面20基本是平面的并因此是假想的平臺平面22 的一部分。在平臺表面20上設有在橫截面中成型的葉片板24。該葉片板24由壓力側壁 26和抽吸側壁28構成，它們從公共的前棱邊30延伸到公共的后棱邊32，并且不僅在前棱 邊30上而且在后棱邊32上都相互過渡。所述抽吸側壁28、壓力側壁26的表面以及平臺表 面20可由燃氣輪機的熱燃氣繞流。不僅壓力側壁26而且抽吸側壁28都通過圓角形的環 繞的倒圓34過渡到平臺18中。倒圓34或過渡部位作為肩角也是公知的。由側壁26、28包圍的空腔通過多個筋肋36分成小空腔。每個筋肋36至少在葉片 板24內部沿著其縱向12延伸。在圖1中僅僅示出葉片板24的一部分。僅僅通過虛線表 示直到葉片尖部的完整葉片板。圖2以立體圖示出按照圖1的渦輪葉片10的細節Z，其中為了清晰隱去在前棱邊 30和后棱邊32方向上的不重要的部件。圖2詳細地示出已經在圖1中描述的特征平臺 表面20、壓力側壁26、抽吸側壁28、平臺18、筋肋36和倒圓34。按照本發明在筋肋36中(沿著葉片板24的縱向12看去)在外部的倒圓34的高 度上設有穿過所述筋肋36的靠近壁體的開口 40。靠近壁體的開口 40在所示的方案中圓形 地構成。也能夠實現橢圓的開口 40。該開口 40以壓力側壁26的內側面42為基準這樣設 置，使由其形成的側壁平面44與開口 40相交。由此在外部的倒圓34部位產生材料減少， 它通過配有標記符號46的陰影表示。由于在渦輪葉片10內部減少外部的倒圓34部位中 的材料，可以避免剛度躍變，因為在外部的倒圓34部位的質量增加會由于開口 40而存在的 缺口至少部分地得到補償。由于在筋肋36中存在的開口 40，保留使抽吸側壁28與壓力側 壁26連接的連接臂50 (以筋肋端部48為基準)。按照本發明的效果也可以通過渦輪葉片10達到，其中不存在連接臂50。這實現備 選的渦輪葉片10，其細節Z在圖3中示出。在圖3中示出的細節Z基本對應于在圖2中所 示的細節并因此不再詳細描述。一致的特征在圖3中配有一致的標記符號。與圖2的差別 是，給筋肋36設有沒有完全被材料包圍的開口 40。取而代之，使筋肋36在平臺側終結在以 渦輪葉片10的縱向延展為基準的不一致的高度上。因此代替開口 40設有缺口。筋肋36的 直接設置在抽吸側壁28的內側面43上的那個部位，在葉片軸線12的縱向上看去，與筋肋 36的直接設置在壓力側壁26的內側面42上的那個部位相比，終結在不同的位置上。換言 之平臺側的筋肋端部在壓力側壁26的內側面42上比設置在抽吸側壁28的內側面43上 的筋肋端部更短地延伸。因此至少對于壓力側的外部的倒圓34的區段可以避免不必要的 材料堆積，它導致不必要的剛度躍變。所述平臺表面20是假想的通過空腔延伸的平臺平面22的一部分。所述筋肋36的 平臺側的端部最好在壓力側設置在平臺平面22 —側，即在平臺平面22以上(葉片尖部一 側)，并且在抽吸側設置在平臺平面22的另一側，即在平臺平面22以下(葉片根部一側)。 也能夠實現筋肋端部的相反布置，其中在平臺側筋肋34的壓力側的端部終結在平臺平面 22以下，筋肋36的抽吸側的端部終結在平臺平面22以上。在此平臺側的筋肋端部從壓力 側26到抽吸側38的走向的方式和方法可以任意地構成。該走向例如可以是直線的，或者 如圖3所示的方案，是凸起/凹陷的。要注意由于使用按照本發明的開口 40或缺口所產生 的對冷卻空氣系統以及對開口 40中的應力狀況的影響，最好也可以匹配另一倒圓41，它存在于筋肋36到壓力側壁26和/或抽吸側壁28的內壁42、43的過渡中。這種匹配在沿著 葉片板24的縱向延展12的不同位置上對于所述另一倒圓41導致不同的半徑Rl、R2。所 述另一倒圓41的半徑Rl在外部的倒圓34的高度上可以大于所述另一倒圓41在葉片板24 的中間高度上的半徑R2。
如果所述筋肋36設置在葉片板24的前棱邊30與后棱邊32之間的中間部位，則 在壓力側壁上設有開口 40或缺口。但是如果筋肋36相對靠近前棱邊30或相對靠近后棱 邊32，則可以在抽吸側壁上設置開口 40或按照本發明的缺口，因為在相應的部位產生較高 的熱燃氣溫度和材料溫度。由壓力側壁26的內側面42或抽吸側壁28的內側面43中的開口 40所引起的在 外部的倒圓34高度上的空缺可以沿著內側面42、43繼續延伸，也可以越過筋肋36的部位 繼續延伸，由此使空缺在內側也設置在過渡部位的這樣的區段中，即在那里沒有筋肋36支 撐側壁26、28。該空缺使側壁26、28的各從屬的形成的側壁平面圓角形地加深，由此也可以 在外部的倒圓34的沒設置筋肋36的區段中減少質量。這個空缺也可以在按照圖3的渦輪 葉片中使用。因此在這里也可以實現按照本發明的應力減小，它能夠進一步延遲在過渡部 位的這個區段中產生裂紋并且可能延遲裂紋生長。總之，本發明涉及一種用于固定式渦輪機的渦輪葉片10，它具有空心的葉片板 24，在其中在內部存在至少一個使壓力側壁26和抽吸側壁28相互支撐的筋肋36，在其中為 了延長渦輪葉片10的使用壽命，在外部的倒圓34的高度上在側壁26、28與平臺表面20之 間設有穿過所述筋肋36中的靠近壁體的開口 40。利用開口 40避免在過渡部位中的材料堆 積或者使堆積與沒有開口 40相比減少，由此可以避免剛度躍變和伴隨而來的更大的溫度 梯度。
權利要求
用于固定式燃氣輪機的渦輪葉片(10)，具有固定部位和連接在其上的平臺部位(16)，該平臺部位包括具有平臺表面(20)的平臺(18)，在所述平臺表面上設有在橫截面中成型的葉片板(24)，該葉片板具有壓力側壁(26)和抽吸側壁(28)，其中處于熱燃氣下的壓力側壁(26)和抽吸側壁(28)的表面分別通過外部的倒圓(34)過渡到平臺表面(20)中，所述渦輪葉片還具有至少一個設置在葉片板(24)中的、一直延伸到所述平臺部位(16)中的空腔，在該空腔中設有至少一個將壓力側壁(26)和抽吸側壁(28)連接的筋肋(36)，所述筋肋沿著葉片板(24)的縱向(12)延伸地劃分所述空腔，其中在筋肋(36)中在所述外部的倒圓(34)的高度上設有穿過所述筋肋(36)的開口(40)，其特征在于，所述開口(40)靠近壁體設置。
2.如權利要求1所述的渦輪葉片(10)，其特征在于，所述開口(40)局部地相切或相交 于由抽吸側壁(28)和/或壓力側壁(26)的內側面(42,43)形成的側壁平面(44)。
3.如權利要求1或2所述的渦輪葉片(10)，其特征在于，所述開口(40)是圓形或橢圓的。
4.如權利要求1前序部分所述的渦輪葉片(10)，其特征在于，所述平臺側的筋肋端部 (26)在壓力側壁(26)的內側面(42)上比在抽吸側壁(28)的內側面(43)上延伸得更長 (或更短)。
5.如權利要求4所述的渦輪葉片(10)，其特征在于，所述平臺表面(30)是假想的延伸 穿過所述空腔的平臺平面(22)的一部分，并且筋肋(36)的平臺側的端部在壓力側位于平 臺平面(22) —側，而在抽吸側位于平臺平面(22)另一側。
6.如上述權利要求中任一項所述的渦輪葉片(10)，其特征在于，所述筋肋(36)通過另 一倒圓(41)過渡到抽吸側壁(28)的內側面(43)中和/或壓力側壁(26)的內側面(42) 中，其中所述另一倒圓(41)在平臺(18)的高度上具有與在葉片板(24)的中間高度上不同 的半徑(Rl)。
7.如權利要求6所述的渦輪葉片(10)，其特征在于，所述另一倒圓(41)在不同大小的 半徑(Rl，R2)上的過渡是流暢的。
8.如上述權利要求中任一項所述的渦輪葉片(10)，其葉片板(24)和平臺(18)澆鑄成一體。
全文摘要
本發明涉及一種用于固定式燃氣輪機的渦輪葉片(10)，它具有空心的葉片板(24)，在其中在內部設有至少一個使壓力側壁(26)和抽吸側壁(28)相互支撐的筋肋(36)，在其中為了延長渦輪葉片(10)的使用壽命，在外部的倒圓(34)的高度上在側壁(26)、(28)與平臺表面(20)之間設有穿過所述筋肋(36)的靠近壁體的開口(40)。利用開口(40)避免在過渡部位中的材料堆積，或者使堆積與沒有開口(40)相比減少，由此可以避免剛度躍變和伴隨而來的更大的溫度梯度。
文檔編號F01D5/14GK101960096SQ200980106674
公開日2011年1月26日 申請日期2009年2月18日 優先權日2008年2月28日
發明者F·阿馬德, G·瓦爾茨, M·丹克特 申請人:西門子公司