[發明專利]具有冷卻流量調節特征的渦輪機定子葉片和/或渦輪機轉子葉片以及適應葉片的對應方法

有效

• 申請號: 201680040312.2
• 申請日: 2016-07-06
• 公開（公告）號: CN107849925B
• 公開（公告）日: 2020-03-17
• 發明（設計）人: S·巴特
• 申請（專利權）人: 西門子股份公司
• 主分類號: F01D5/18
• 分類號: F01D5/18;F01D9/06
• 代理公司: 北京市金杜律師事務所 11256
• 代理人: 王茂華

一種制造葉片(61)的方法，葉片(61)包括根部部分(62)、翼型以及至少延伸通過根部部分(62)的冷卻通道(63)，冷卻通道(63)由壁(76)限定并且包括流量適配特征(64)，方法包括步驟：形成具有流量適配特征(64)的葉片(61)，流量適配特征限定入口開口(73)，入口開口(73)具有初始標稱流道面積Ai并且Ai小于針對第一期望冷卻劑質量流量的流道面積；測試流過冷卻通道(63)的冷卻劑的質量流速，以找到實際質量流量；確定流量適配特征(64)的面積的增加，以基于實際質量流量實現期望的冷卻劑質量流量；對流量適配特征(64)進行機械加工，以增加入口開口(73)面積來實現期望的質量流量。還提供對應的渦輪葉片。

技術領域

本發明涉及用于渦輪機定子葉片和/或轉子葉片(例如，蒸汽或燃氣輪機的動葉或葉片)的冷卻調節特征。

背景技術

在操作期間，渦輪葉片(例如，渦輪機定子葉片或轉子葉片，后者也被稱為渦輪動葉)在燃氣或蒸汽渦輪機中經受熱燃氣或蒸汽。因此，這些渦輪葉片需要主動冷卻，該主動冷卻通過使諸如空氣之類的冷卻流體通過被稱為冷卻通道的葉片的內部通路來實現。

冷卻流體的壓降和流速由每個葉片的內部幾何形狀等確定，特別地由冷卻通道的幾何形狀確定，并且還可以根據影響例如冷卻通道的截面面積的制造公差而不同。此外，相同類型的葉片可以用于不同類型或版本的渦輪機中，并進一步用于不同操作領域，這可能導致不同點火溫度和/或不同壽命要求。因此，關于冷卻流體流量可能存在不同需求。

鑒于這些不同要求，通常將葉片制造成匹配與期望的冷卻流量相關的較差情況的制造公差和/或最高冷卻需求。例如，冷卻通道的截面面積被確定為足夠大，以便即使在預期的最高點火溫度下也能保證足夠的冷卻流體流量。然而，這會導致性能損失，因為一方面，冷卻流體(尤其是冷卻空氣)在離開渦輪機葉片時混合到渦輪機中的熱氣體中，并且因此降低其能量水平。另一方面，冷卻空氣從壓氣機中抽出，從而降低了壓縮空氣的壓力和能量。

發明內容

因此，需要提供具有更高效率的渦輪機定子葉片和/或轉子葉片，以改善不同類型的渦輪機在變化的預定條件下的性能和功率輸出，同時在另一方面滿足給定的使用壽命要求。

這些目的通過根據本文所述的渦輪機定子葉片或轉子葉片、包括渦輪機定子葉片或轉子葉片的渦輪機、制造渦輪機定子葉片或轉子葉片的方法、以及適配渦輪機定子葉片或轉子葉片的方法來解決。其他優選實施例在本文所述的實施例中描述。

渦輪機定子葉片或渦輪機轉子葉片具有主體、適配用于引導冷卻流體通過主體的通道、以及從主體突出到通道中以減小通道的截面面積的流量適配特征。流量適配特征因此被適配用于對通過通道的冷卻流體的流量進行節流。

在本文中，術語“葉片”是用于渦輪機定子葉片和/或渦輪機轉子葉片。此外，正如有時常見的，渦輪機轉子葉片也可以在下文中被稱為動葉。應注意，流量適配特征被適配用于渦輪機定子葉片和轉子葉片(即，渦輪機動葉和葉片)，并且還被適配用于任何種類的渦輪機(例如，燃氣渦輪機、蒸汽渦輪機等)。

葉片的該主體可以形成葉片的一個主體，例如包括其尖端、動葉、根部平臺和根部，或者形成該葉片的多個部分。葉片的主體可以通過進行例如合金材料的熔模鑄造形成。

冷卻通道可以被適配用于例如空氣冷卻或流體冷卻。冷卻通道可以以任何種類的幾何形狀引導通過葉片的主體，并且可以被適配用于葉片的對流冷卻、沖擊冷卻、薄膜冷卻和/或傾注冷卻。

流量適配特征可以以向內延伸到通道中的方式突出到通道中，由此減小通道在突起方向上的截面面積。由于通道的截面面積相對于通道的其余部分而減小得較少，所以這提供了用于在冷卻流體進入葉片時計量該冷卻流體的裝置。因此，這形成了被放置在通道內的節流裝置，這些突起在冷卻通道內形成節流閥。