[發(fā)明專利]高壓渦輪的冷卻葉片

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201380049752.0
• 申請日: 2013-09-12
• 公開（公告）號: CN104685157A
• 公開（公告）日: 2015-06-03
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 艾萬·丹尼爾·波特瑞爾;夏洛特·瑪麗·度久
• 申請（專利權(quán)）人: 斯奈克瑪
• 主分類號: F01D5/08
• 分類號: F01D5/08;F01D5/18
• 代理公司: 北京派特恩知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11270
• 代理人: 歸瑩;張穎玲

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)領(lǐng)域并且涉及利用冷卻劑進(jìn)行冷卻的渦輪葉片，所述冷卻劑在內(nèi)部流通。

背景技術(shù)

渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)為旋轉(zhuǎn)機(jī)械，其中，能量的傳遞發(fā)生在流體流和剛性連接至轉(zhuǎn)子的葉片系統(tǒng)之間，所述轉(zhuǎn)子例如為壓縮機(jī)或形成渦輪軸發(fā)動(dòng)機(jī)(例如，氣體渦輪發(fā)動(dòng)機(jī))的一部分的渦輪。用于飛機(jī)的燃?xì)鉁u輪渦輪軸發(fā)動(dòng)機(jī)(例如，多流式渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī))沿氣體的流動(dòng)方向從上游到下游通常包括風(fēng)扇、一個(gè)或多個(gè)壓縮機(jī)級(例如，低壓壓縮機(jī)和高壓壓縮機(jī))、燃燒室、一個(gè)或多個(gè)渦輪級(例如，高壓渦輪和低壓渦輪)以及排氣管。渦輪能夠與各壓縮機(jī)相對應(yīng)，它們二者通過軸連接，從而形成例如高壓轉(zhuǎn)子和低壓轉(zhuǎn)子。

高壓轉(zhuǎn)子的渦輪被直接布置在燃燒室的下游并且被直接供給以所述室產(chǎn)生的氣流。氣體的溫度和組成渦輪的材料能夠承受的溫度一樣高，因?yàn)榘l(fā)動(dòng)機(jī)的熱力效率以及與其有關(guān)的比耗量取決于所述溫度。

高壓渦輪的葉片由耐高溫的合金制造而成并設(shè)置有內(nèi)部冷卻構(gòu)件，以便使葉片能夠抵抗惡劣的工作條件。具體地，燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的高壓渦輪的可動(dòng)葉片設(shè)置有內(nèi)腔，冷卻劑在內(nèi)腔中流通。冷卻劑由從高壓壓縮機(jī)處離開的空氣構(gòu)成。

總體地，葉片包括三個(gè)部分：空氣動(dòng)力學(xué)形式的槳葉、根部以及槳葉和葉片之間的確保氣流的連續(xù)性的平臺，通過嵌入到轉(zhuǎn)子盤體的輪緣上加工的凹口中可使槳葉通過根部被附接到所述盤體上。根據(jù)一種冷卻技術(shù)，空氣沿盤體或穿過盤體被引導(dǎo)至其凹口的底部，空氣從凹口的底部通過制成在所述葉片的根部的基部中的開口被注入到葉片中。空氣通過所述開口被分布到穿過根部并且與槳葉的內(nèi)腔連通的通道中。空氣沿槳葉的壁的內(nèi)表面在所述腔中流通并且隨后尤其通過沿槳葉的邊緣分布的孔眼被排到發(fā)動(dòng)機(jī)流動(dòng)氣流中。這種技術(shù)在本申請人名下的文獻(xiàn)WO?2010/046584中進(jìn)行了描述：開口被制造在葉片的根部的面對的凹口的底部的表面上，所述根部被嵌入在所述凹口中。葉片的根部的所述表面在下文被稱為“基部”。所述基部的形狀呈矩形。在上游邊緣和下游邊緣之間，每個(gè)通道中的開口在所述基部上縱向?qū)R。

注入到可動(dòng)葉片中的冷卻流產(chǎn)生于對可能的最佳冷卻的需求和對發(fā)動(dòng)機(jī)的比耗量的控制之間的折中。為此，孔眼板(被稱為調(diào)校板)被附接至葉片的根部的基部，以便調(diào)校注入到冷卻回路的各個(gè)腔中的氣流并且借此確保與部件的使用壽命要求相一致的熱度等級。

氣流分布還被優(yōu)化以保證孔眼處的最小超壓比(overpressure?ratio，氣流中的壓力和內(nèi)腔中的壓力之間的比值)，并且借此避免熱空氣從氣流引入到葉片中。

為了確保對冷卻空氣流的控制，根據(jù)測試反饋來調(diào)整調(diào)校板中的孔眼的尺寸就足以達(dá)到要求，而不必更改已經(jīng)加工的葉片。

根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)，調(diào)校板被釬焊到葉片的根部上，回路中的不同通道之間的密封通過板形式的釬焊條來確保。這種通過釬焊連接的方法眾所周知，但是要求與需要加熱爐有關(guān)的高代價(jià)的操作，因此希望減少這種高代價(jià)的操作。此外，如果調(diào)校孔具有非常小的直徑，必須進(jìn)行附加操作以便避免由釬焊過度導(dǎo)致的所述孔的阻塞。

本發(fā)明因此涉及以密封有效性和制造成本方面的最優(yōu)方式將所述調(diào)校板附接到葉片的根部的基部上。

為了避免釬焊操作，已經(jīng)提出了利用自熔接搭焊(特別是，使用激光束)將調(diào)校板附接到葉片的根部上。這種焊接方法在于：當(dāng)沿與葉片接觸的區(qū)域應(yīng)用激光束時(shí)在不添加材料的情況下圍繞邊緣連接所板。通透的焊接(transparent?weld)被制成在位于冷卻通道中的供給開口之間的分隔區(qū)域中，以便形成將開口相互分隔的密封。

然而，應(yīng)注意，通透的焊接可能導(dǎo)致葉片的根部中的裂縫。這些裂縫能夠蔓延并損壞部件。

消除分隔區(qū)域中的這種焊接將使得與裂縫形成的風(fēng)險(xiǎn)有關(guān)的問題能夠被解決。然而，所述方案將導(dǎo)致密封的消除并導(dǎo)致經(jīng)調(diào)校的空氣在冷卻回路的不同腔之間泄露的風(fēng)險(xiǎn)。隨后葉片中的冷卻空氣流的新的分布將隨之產(chǎn)生。葉片的熱狀況以及超壓比將變化，這將使以下方面產(chǎn)生問題：

-可靠的使用壽命；葉片的熱狀況的分布，

-葉片的完整性；導(dǎo)致燃燒風(fēng)險(xiǎn)的最小超壓比，

-導(dǎo)致葉片的冷卻率增大的高壓渦輪可靠效率。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目標(biāo)在于提供一種用于將調(diào)校板連接至葉片的根部的構(gòu)件，所述構(gòu)件確保經(jīng)調(diào)校的空氣(即已經(jīng)穿過調(diào)校板中的調(diào)校孔眼的空氣)的不同通道之間的密封。所述附接構(gòu)件必須在成本方面有利并且必須不能存在部件上形成裂縫的風(fēng)險(xiǎn)。