[發明專利]構成為轉子盤或者渦輪葉片的燃氣輪機構件的冷卻

有效

• 申請號: 201080039240.2
• 申請日: 2010-09-02
• 公開（公告）號: CN102482944A
• 公開（公告）日: 2012-05-30
• 發明（設計）人: 法蒂·艾哈邁德;哈拉爾德·赫爾;卡斯滕·科爾克;哈拉爾德·寧普奇;維爾納·塞茨
• 申請（專利權）人: 西門子公司
• 主分類號: F01D5/08
• 分類號: F01D5/08;F01D5/18
• 代理公司: 北京集佳知識產權代理有限公司 11227
• 代理人: 張春水;田軍鋒

技術領域

本發明涉及一種具有通到平滑的、即未結構化的表面中的至少一個通道的燃氣輪機構件。

背景技術

從現有技術中已知多種類型的燃氣輪機構件。開頭所述的燃氣輪機構件例如可以理解為具有冷卻空氣口的渦輪葉片，所述冷卻空氣口通到渦輪葉片的由熱氣所環流的表面中，例如作為薄膜冷卻口。同樣，可以將在本專利申請意義上的燃氣輪機構件理解為用于燃氣輪機的轉子盤，在所述轉子盤中設置用于輸送空氣的大多徑向延伸的穿孔。還從現有技術中已知的渦輪機靜葉片支架具有用于輸送稍后用于冷卻所使用的冷卻空氣的通道，所述通道通到所述渦輪機靜葉片支架的表面。

對于所有所述的燃氣輪機構件共同的是，直接包圍通道的材料承受特別的負荷。在渦輪機靜葉片和動葉片的情況下，尤其產生熱的和機械的負荷。同樣，轉子盤由于產生的離心力尤其受到機械負荷。同樣還可以產生周期的負荷。這些負荷導致應力，所述應力由于存在大多通過穿孔形成的通道而在表面附近且在通道的緊鄰的環境中進一步增加(應力集中)。與負荷的來源無關，這種增加不允許地高，這限制了相應構件的使用壽命。

因此，在開始所述的構件中從通道的出流口區域起形成裂紋，必須監視所述裂紋并且所述裂紋在超過臨界的裂紋長度時導致構件的更換。

在設計構件時所執行的計算還可以表明由于過小的裂口-負荷交變數而沒有達到期望的計算的使用壽命。

發明內容

因此，本發明的目的是，提供一種具有延長的使用壽命的、可靠的燃氣輪機構件。

基于本發明的目的通過根據權利要求1的特征的燃氣輪機構件來實現。

本發明提出，在自身平滑的表面中，在通道的出口附近存在至少一個槽形的凹部，所述凹部通過分隔壁與出口分離，并且在燃氣輪機構件的材料中由于通道引起的應力集中方面，相對于沒有槽形的凹部時的應力集中，所述凹部有效地降低了應力集中。通過設有根據本發明的為端部封閉的凹部的槽，相比較于沒有這種槽的構型降低了在通到表面的通道部段的緊鄰的區周圍環境中的應力集中。通過應力集中的降低，降低了由于周期的應力變化而引起的材料疲勞并且因此降低了形成疲勞裂紋的風險。如果真地產生裂紋，那么相應地減緩其生長。因此，根據本發明的燃氣輪機構件具有期望的使用壽命延長。

有利的擴展方案在從屬權利要求中說明。

根據第一擴展方案提出，分隔壁具有最小的壁厚并且通道具有出口直徑，并且最小的壁厚與直徑之間的比值在0.05至3之間的范圍中，優選在0.05至2之間的范圍內。由此一方面確保在出口和卸載的槽形的凹部之間的距離不過大，所述過大的距離損害了有效性。另一方面，確保分隔壁的足夠的完整性。

按照另一有利的擴展方案，燃氣輪機構件構成為用于燃氣輪機的轉子盤。優選地是，轉子盤構成為渦輪盤并且具有用于動葉片的多個沿著外周分布的保持槽，所述保持槽的壁具有表面，并且其中至少在通到相應的表面中的通道附近分別設置至少一個槽形的凹部。

根據替選的擴展方案，燃氣輪機構件構成為具有通到由熱氣所環流的表面中的多個通道的渦輪葉片，其中，所述通道中的至少一個通道在其在表面中的出口附近具有用于降低應力集中的至少一個槽形的凹部。

因此，根據本發明的構造一方面提供用于轉子盤，在所述轉子盤中存在用于輸送冷卻空氣的穿孔。在此，轉子盤可以為渦輪盤，在所述渦輪盤的外周上，渦輪動葉片插入到相應的保持槽中，或者轉子盤可以為壓縮機盤，為了抽出壓縮空氣，所述壓縮機盤安裝在轉子的壓縮機側的部段中。

另一方面，本發明尤其有利地應用在渦輪葉片中，在所述渦輪葉片中，大多構成圓柱形的冷卻空氣排流口通到由熱氣所環流的表面中。因為尤其是設置在渦輪葉片的葉身的迎流邊中的冷卻通道排流口遭受最高的熱負荷，所以提供了，借助根據本發明的槽狀的凹部尤其防止所述冷卻通道排流口形成裂紋并且還減緩所形成的裂紋的生長。

適宜的是，用于輸送冷卻劑的至少一個通道構成為穿孔。

轉子盤的有利的擴展方案具有兩個凹部，在垂直于轉子盤的旋轉軸線的橫截面中觀察時，所述兩個凹部設置在出口的兩側。換言之：其中插入有燃氣輪機的動葉片的保持槽具有壁，所述壁一方面包括槽底面并且另一方面包括兩個彼此對置的、至少部分成波浪形延伸至轉子盤的外邊緣的側壁面，其中在從槽底面到相應的側壁面的過渡部中分別設置有這些凹部的一個。

在此，這些凹部的輪廓可以是任意的。優選的是，輪廓主要是矩形的，然而在側壁之間具有倒圓的角。同樣地，凹部側壁到底面的過渡部被倒圓。兩個被倒圓的角用于降低和避免缺口應力。