[发明专利]用于汽轮机的涡轮叶片

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于汽轮机的涡轮叶片，具有至少部分包含纤维复合材料的叶身区段以及叶根区段，其中所述叶身区段具有布置在叶身中心处的填充体，所述填充体完全被所述纤维复合材料所包围。除此以外，本发明涉及一种具有所述的涡轮叶片的汽轮机。

背景技术

所述的涡轮叶片尤其这种类型的构造为工作叶片的涡轮叶片在现有技术中由钢或钛制成。通常涡轮叶片以及尤其末级叶片因功能原因经受很高的离心力负荷，因为它们为获得高效率应该产生尽可能高的流出面积并且由此必须拥有很大的叶片长度。因此对一般用途来说使用高强度的钢。在所述高强度的钢出于离心力应力的原因不再可以使用的地方使用钛叶片，所述钛叶片由于更小的密度也经受更小的离心力应力。不过，这些叶片的成本比钢叶片的成本大得多。但是在钛叶片上对于全转速的(volltourig)的机器(50Hz)，流出面积限制在大约16平方米上，这对可达到的叶片长度来说引起相应的后果。

由于在叶片长度方面的实际限制，在现有技术中，在汽轮机的低压级上经常提高低压流(Niederdruckfluten)的数目。这比如通过将单流的涡轮级更换为双流的涡轮级这种做法或者通过多个低压部分进汽汽轮机的使用来进行。也可以降低涡轮机组的转速。这样在这种情况下可以利用更大的流出面积。但是所有这些措施都部分地引起巨大的成本。

发明内容

本发明的任务是，设置一种具有开头所述类型的涡轮叶片的汽轮机，所述涡轮叶片能够实现汽轮机的特别高的效率并且同时能够可靠地在所述汽轮机中运行。

从EP A1 462 606、US A 3,883,267、US A 5,240,377、FR A 1 178 140及EP A1 593 811中分别公开一种所述开头类型的涡轮叶片。不过，所使用的围绕着填充体的纤维复合材料或者说由所述纤维复合材料构成的相应的、围绕着填充体的层虽然在这些叶片中部分得到防腐保护， 但没有防止侵入的湿气，这尤其在湿蒸汽区域中会导致损坏。从EP A1577 422及DE 24 50 253 A1中也公开了用于防腐的措施。从DE 22 43132 A1中已公开一种完全由纤维复合材料制成的、具有以电镀方式涂覆的保护层的叶片。

按本发明，该任务用一种所述类型的、具有权利要求1所述特征的涡轮叶片得到解决。此外，按本发明该任务用一种按权利要求14所述的汽轮机得到解决。相应的回引的从属权利要求则包括本发明的优选的改进方案。

因此，按本发明将纤维复合叶片用作低压级叶片或者说末级叶片。 与不同材料的有关强度相比，对于作为末级叶片材料的用途来说纤维复合材料的优点十分明显。例如，关于密度(R_p0.2/ρ)的强度对高强度的调质钢来说是115m²/s²，对钛来说是221m²/s²，而反之对纤维增强型材料CFK-HM来说则为563m²/s²。由于纤维复合材料的显著提高的强度，要么以传统尺寸制成的涡轮叶片可承受更高负荷，要么可以制造具有更大长度的涡轮叶片。在此出现的离心力应力而后会因大大提高的强度/密度比在没有损害到运行可靠性的情况下轻易地为所述涡轮叶片所承受。

通过按本发明包含纤维复合材料的涡轮叶片的大的强度/密度比，尽管存在高的离心力负荷也可以根据叶身区段的布局为用在汽轮机的低压级中而设置显著扩大的流出面积。这尤其可以通过特别大的叶片长度的设置来进行。由此可以显著提高所述汽轮机的效率。

在工业涡轮机的领域内，比如可以通过末级的更高的背压的许可(空气压缩)，通过驱动涡轮机的更高的允许的转速或者通过用于转速可变的驱动装置的末级叶片的扩大，通过纤维复合材料的按本发明的使用，使具有规定尺寸的涡轮叶片承受更高的负荷。由此同样获得所述汽轮机的更高的效率。