[發明專利]用于燃氣渦輪機的渦輪機葉片和用于制造這樣的渦輪機葉片的型芯

有效

• 申請號: 200980126714.4
• 申請日: 2009-05-19
• 公開（公告）號: CN102089498A
• 公開（公告）日: 2011-06-08
• 發明（設計）人: H-T.博爾姆斯;F.艾哈邁德;C.勒納
• 申請（專利權）人: 西門子公司
• 主分類號: F01D5/18
• 分類號: F01D5/18
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 楊國治;梁冰

技術領域

本發明涉及一種用于燃氣渦輪機的渦輪機葉片，具有空心的能夠被熱氣環流的葉身，多個分布在所述葉身的后緣上的用于吹出對渦輪機葉片進行冷卻的冷卻劑的開口通過布置在其之間的分隔片彼此分開，其中在葉身的內部設置了至少一個與所述開口中的多個開口在流動技術上相連接的空腔，在所述空腔中在所述分隔片的上游設置了多個渦流元件，所述渦流元件分別具有朝向到達那里的冷卻劑流的流入側。此外，本發明涉及一種用在澆鑄裝置中的用于制造按權利要求1前序部分所述的澆鑄的渦輪機葉片的型芯，用于在將型芯從所澆鑄的渦輪機葉片中移走之后在渦輪機葉片中留下能夠被冷卻劑穿流的空腔。

背景技術

開頭所提到的渦輪機葉片和用于制造這樣的渦輪機葉片的型芯比如從WO?2003/042503?A1中得到公開。已知的渦輪機葉片具有得到冷卻的后緣，在該后緣上多個用于吹出冷卻空氣的開口通過布置在其之間的分隔片彼此分開，所述分隔片在英語中也作為“tear?drops（淚狀物）”而為人所知。在所述布置在后緣上的開口的前面布置了共同的空腔，在所述空腔中布置了三列柱狀的管座，管座在英語里也在名稱“Pin-Fins（翅片）”下面為人所知，所述管座設置用于提高從其旁邊掃過的冷卻空氣的熱傳遞并且用于提高那里的壓力損失。

為制造這樣的渦輪機葉片所需要的型芯在此在WO?2003/042503?A1的圖7中以透視方式示出。被型芯所占據的位置空間在制造澆鑄的渦輪機葉片之后作為空腔留在渦輪機葉片中，其中布置在型芯中的開口用澆鑄材料填滿。就這一點而言，所述型芯是渦輪機葉片的內部的相反的反映。

從WO?2003/042503?A1中公開的翅片擁有柱形的形狀并且將渦輪機葉片的葉身的吸入側壁和壓力側壁的彼此對置的內表面連接起來。

在這方面知道，在渦輪機葉片的后緣上流出的冷卻空氣量通過最大的壓力損失的合適的選擇和/或在后緣附近被冷卻空氣穿流的最小的橫截面面積來調節。但是這種處理方式會導致這樣的型芯，對于所述型芯來說設置在型芯后緣上的開口如此變大，從而在其之間還僅僅留下較薄的分隔片。但是在操作型芯時型芯恰恰會在這個位置破裂，使得該型芯隨后不能使用。

此外，從WO?2003/042503?A1中公開了用于冷卻空氣的布置在內部的C形的導流元件，所述導流元件應該在損失少的情況下使冷卻空氣轉向和并將其引導到下游的區域中。

此外，從EP?1?091?092?A2中公開了一種空氣冷卻的渦輪機葉片。為了實現葉身的空心壁的吸入側或者說壓力側的特別有效的冷卻，在雙層壁的空腔中格柵狀地布置了銷柱（Pins）。所述銷柱原則上具有菱形形狀，其中其棱角被倒圓并且其棱邊向里凹入地拱起。由此在所述銷柱之間產生由用于冷卻空氣的通道構成的網，所述用于冷卻空氣的通道相應地具有變窄的入口和變窄的出口，在所述入口與出口之間布置了擴散器區段和噴嘴區段。借助于所述區段應該使冷卻空氣減慢和加速，用于實現有效的冷卻。

發明內容

因此，本發明的任務是，提供一種開頭所提到的用于燃氣渦輪機的渦輪機葉片，所述渦輪機葉片能夠用盡可能少量的冷卻劑來得到有效且足夠的冷卻，并且/或者對于所述渦輪機葉片來說為進行制造而可以在澆鑄裝置中使用能夠特別堅固地操作的型芯。

涉及渦輪機葉片的任務用一種按權利要求1所述特征的渦輪機葉片得到解決。涉及型芯的任務用一種按權利要求9所述特征的型芯得到解決。

本發明以這樣的認識為基礎，即可以實現更加穩定的型芯，如果布置在型芯后緣中的第一開口沿縱剖面進一步縮小，使得在型芯中布置在所述第一開口之間的分隔片加寬。但是布置在型芯中的分隔片的這種加寬在用這樣的型芯制造的渦輪機葉片中導致布置在后緣上的開口的擴大，冷卻劑通過所述開口從渦輪機葉片中逸出。因為以前這些開口也用于調節冷卻劑的消耗，所以擴大了的開口由此導致冷卻劑的消耗的增加。這種增加原則上不值得追求并且降低了燃氣渦輪機的效率。現在為了抵抗這種效應，本發明提出，在渦輪機葉片的后緣開口上游的區域中，更準確地說在從流動技術上看布置在所述開口前面的空腔中提高壓力損失并且由此在那里設置提高了的流動阻力，用于對前面所提到的冷卻劑流量擴大的效應進行補償，如果不是這種情況則甚至對所述效應進行過度補償。為了與從現有技術中公開的柱形的翅片相比在渦輪機葉片的后緣上的開口的上游在冷卻劑流中實現進一步得到提高的壓力損失，按本發明提出，在所述分隔片的上游設置了多個渦流元件，所述渦流元件分別具有朝向到達在那里的冷卻劑流的流入側，所述流入側至少部分凹入地拱起。通過該措施可以忍受所述開口的擴大，而沒有由此出現冷卻劑的消耗的提高。