[發明專利]渦輪葉片

有效

• 申請號: 201480041671.0
• 申請日: 2014-07-16
• 公開（公告）號: CN105431614B
• 公開（公告）日: 2017-09-15
• 發明（設計）人: F·阿瑪德;A·黑澤爾豪斯
• 申請（專利權）人: 西門子股份公司
• 主分類號: F01D5/14
• 分類號: F01D5/14;F01D5/18
• 代理公司: 北京市金杜律師事務所11256
• 代理人: 王茂華

技術領域

本發明涉及具有第一冷卻空氣管道和第二冷卻空氣管道的渦輪葉片，第二冷卻空氣管道通過壁從第一冷卻空氣管道分隔開，其與第一冷卻空氣管道相鄰并具有主方向，其中第一和第二冷卻空氣管道在各自的端部由在壁中的第一開口彼此相連，其中壁具有第二開口，該第二開口在中間區域將壁分為第一部分和第二部分。

背景技術

渦輪是一種致流機，其將流動流體(液體或氣體)的內能(焓)轉換成旋轉能，并最終轉化為機械驅動能。圍繞渦輪葉片的層流，其盡可能沒有湍流，具有從流體流中提取一些其內能的效果，所述內能傳遞給渦輪的活動葉片。這些然后設定渦輪軸的旋轉，并且可用功率被輸送到與其聯接的機器，諸如例如發電機。活動葉片和軸是被設置在外殼內的渦輪的可動轉子的部件。

通常多個葉片被安裝在軸上。安裝在平面內的活動葉片分別形成葉輪或轉子。葉片以稍微彎曲的方式被成形，類似于飛機機翼。在各轉子的上游，通常存在定子。這些固定葉片從殼體伸出進入流動介質并賦予自旋給它。在定子內產生的自旋(動能)被用在隨后的轉子中，以設置轉子葉片被安裝在其上的軸旋轉。轉子和定子被統稱為一個級。通常多個這樣的級被一個連接在另一個后面。

渦輪的渦輪葉片經受特定載荷。高負載需要高度耐負載的材料。因此渦輪葉片由鈦合金、鎳基超合金或鎢-鉬合金制成。葉片被涂層保護以更耐溫度和侵蝕，例如點蝕，也被稱為“點狀腐蝕”。熱屏蔽涂層被稱為熱障涂層或簡稱TBC。用于使葉片更耐熱的進一步措施包括冷卻管道的獨創系統。這種技術被用于固定葉片和活動葉片內。

渦輪葉片通常具有鑄入冷卻管道，其以蛇形或曲折的方式穿過相應渦輪葉片行進它們的路，即兩個冷卻管道之間的壁在各自的端部被開口中斷，通過該開口的冷卻空氣在相反方向，即第二管道的冷卻空氣的主方向被轉向進入第二管道。這種冷卻管道例如從EP 1607 576A2中是已知的。在這里有時需要在兩個蛇形通道之間的壁內提供附加的開口，被稱為“冷卻空氣清新器(refresher)”，其作為部分旁通供給較新鮮空氣，即較冷的空氣，進入第二冷卻空氣管道的中間區域，以仍然在這里獲得足夠的冷卻效果。然而，由于鑄芯的穩定性原因，這可能也是必要的。

渦輪葉片的熱負載目前限制了渦輪的效率，因為這些材料只允許有限的工作溫度。然而高工作溫度對卡諾效率具有積極作用。

發明內容

因此，本發明的目的是提供一種在開始時提及的類型的渦輪葉片，其允許改進的冷卻空氣效果，并且因此允許更高的工作溫度和渦輪的更高效率。

根據本發明，這個目的是通過由轉向(diverting)管道鄰接的第二開口實現的，在進入第二冷卻空氣管道的區域內，其主方向基本上平行于第二冷卻空氣管道的主方向被對準。

在這里本發明是基于這樣的構思，兩個冷卻空氣管道之間的空氣動力學旁路是由冷卻空氣清新器形成的，其能靈敏地擾亂冷卻空氣流，并因此可能會導致在渦輪葉片中的冷卻問題。已經令人驚訝地發現的是，考慮到在一些情況下相鄰冷卻管道之間的大壓差，冷卻空氣可以高達0.8Ma離開冷卻空氣清新器。這意味著，來自于冷卻空氣清新器的冷卻空氣的動量比沿著冷卻空氣管道中的主方向流動的其他冷卻空氣的動量大得多。流因此不轉變成主方向，而是幾乎不加制止地沖擊在相對的壁上，并且只在冷卻空氣清新器的下游有限地可獲得。為了抵消這個矛盾，應提供從冷卻空氣清新器到第二管道的主方向的冷卻空氣流的機械轉向。這可以通過被轉向管道鄰接的冷卻空氣清新器的開口實現，所述轉向管道對準平行于第二管道的主方向的冷卻空氣。

在一個有利的配置中，第二冷卻空氣管道是由具有多個冷卻空氣出口開口的渦輪葉片的外壁劃界的。這是因為，特別是在冷卻空氣管道的情況下，該冷卻空氣管道直接毗鄰葉片的外壁并具有用于薄膜冷卻的出口開口，諸如例如在輪廓尖端的出口開口，存在這樣的問題，即來自于冷卻空氣清新器的以大動量出現的冷卻空氣直接沖擊在相對的出口開口上并流出那里。因此，幾乎沒有任何新鮮的冷卻空氣可以在冷卻空氣清新器的下游獲得。因此，所描述的轉向在這里特別有利。

在進一步有利的配置中，冷卻空氣管道的劃界由壁的鄰接第二開口的一部分形成。換句話說：轉向管道平行于壁延伸，使得壁在第一冷卻空氣管道和轉向管道之間形成劃界。這使得在鑄造過程期間特別容易的成形成為可能，因為相應的壁可被構造為直貫穿。

在又另一個有利的配置中，冷卻空氣管道的劃界由壁的相對于彼此偏移的平行部分形成。在開口的近側和遠側，壁的兩部分因此以平行偏移的方式延伸超過開口，并因此部分重疊。其結果是，轉向管道可通過壁的部分的簡單延伸來形成，而無需額外的壁。