[发明专利]用于转子叶片的轻量围带翼片

说明书

技术领域

本发明涉及用于涡轮机械、尤其是涡轮的具有围带的转子叶片。

背景技术

涡轮级，尤其是传统的涡轮机械的最后的级，具有长的转子叶片。最后一级转子叶片具有互锁的围带，以便特别是改进振动特性。基本上，围带具有厚度且具有侧面，它们被切割以便当存在相邻的转子叶片时产生互锁的构造。

围带的目的是防止叶片梢部上的泄漏，提高涡轮的效率以及提高转子叶片的动力学和振动质量。围带的互锁沿着两个支承面发生。支承面处的围带互锁导致振动的抑制。另外的特征提供于转子叶片围带的梢部上，其为翼片。取决于叶片围带的大小，可存在一个或多个翼片。

翼片具有密封功能，以便减少越过叶片梢部的副流。用来承受在叶片的运动期间产生的离心载荷所需要的抗弯刚度由翼片高度提供。

目前，用于最后一级旋转叶片的围带基本是实心的。该围带是对叶片和转子的额外的负载。叶片的翼型件和根部承载围带的重量。其对翼型件的截面积产生了很大的影响，且因此对翼型件和根部的重量产生很大的影响。在运行期间，随着叶片在转子上绕着涡轮轴线以高速旋转，叶片由叶片根部保持在转子中，叶片根部机械地接合在转子中。随着叶片旋转，离心力使叶片沿径向方向拉动且使叶片对转子加载。

转子以及因此将叶片保持在转子中的根部上的负载的量是叶片重量的函数。重型叶片在叶片根部与转子之间的交接部上引起更多的应力，以及在转子上引起高的总径向力。围带的重量增加了径向力，其接近转子极限。因此，其对涡轮的性能施加了重要的设计限制，并且可减少根部和转子的总体寿命。

涡轮机械，尤其是蒸汽涡轮，出于性能原因而具有长的叶片来增大排气环形区域。增大该环形区域以便允许高的质量流量。长叶片用于大的环形区域，其会导致叶片更高的重量。当前的设计典型地完全为叶片的梢部覆盖有翼片，以便有改进的振动控制，并且用来减少梢部泄漏损失。

为了减少涡轮运行期间的泄漏，蜂巢件典型地布置在翼片的对面。在运行期间，翼片切入蜂巢件中。

当代涡轮和压缩机的效率取决于旋转构件(叶片)与静止构件之间的紧密密封。该密封通过允许叶片的翼片在可磨损的密封材料中切割(摩擦)凹槽而建立，其会防止很大量的空气经过叶片梢部而泄漏。典型地，密封材料是蜂巢式密封件，或者具有(或者)烧结且铜焊就位的金属颗粒。为了确保涡轮的安全运行，翼片必须足够强健，以便在运行条件下切入到密封材料中。

此外，翼片必须足够强健，以便在相邻的叶片的翼片在运行期间支承在彼此之上时满足其阻尼(dampening)功能。

为了避免热运行条件期间翼片的蠕变，且为了延长寿命，已经在DE19904229中提出了翼片的冷却。还注意到，翼片的重量可通过将孔钻入翼片中来减少。然而，通过所钻的孔可实现的重量减少是有限的。此外，孔对叶片的寿命可能是有害的，因为它们具有切口效应，这可导致应力集中，并且因此导致翼片中的应力分布的高的局部最大值。 

发明内容

因此，本发明的一个目的是提供改进的更轻的旋转叶片，其具有减小的总体叶片质量，从而减小转子上的叶片的径向力，而不会损害叶片的强度或寿命。

本发明的另一个目的是提供不会损害围带-弯曲应力的改进的更轻的旋转叶片。

本发明的又一个目的是提供实现围带的互锁任务的改进的更轻的旋转叶片。

本发明的这些和其它目的通过改进的旋转涡轮叶片来解决。旋转叶片典型地包括：根部段；连接到根部的平台段；从平台延伸的翼型件，该翼型件具有连接到平台的平台端和与所述平台端相对的梢部端。具有围带的叶片还包括从梢部端向外延伸且附连到梢部端上的围带，以及沿径向远离外表面而延伸的至少一个翼片。

根据本发明的第一实施例，翼片包括：第一侧壁以及第二侧壁，它们分隔开，布置成平行于彼此，并且连接到围带；以及切割边缘，其连接到第一和第二侧壁，且由此在侧壁、围带以及切割边缘之间产生中空的空间。切割边缘还远离第一侧壁和第二侧壁而沿径向延伸。

在一个实施例中，第一侧壁和第二侧壁在与围带的连接部处分隔开，且轮廓设计为在沿径向远离围带的端部处汇合在一起。

在另一个实施例中，第一侧壁和第二侧壁轮廓设计为无缝地连接到切割边缘。

在一个实施例中，中空性实现为使得由于翼片和/或围带的质量而引起的离心力与叶片的中性轴线对齐，并且当涡轮旋转时不会在叶片上导致任何弯矩。

在另一个更具体的实施例中，中空性沿着翼片的中性轴线实现。在又一个实施例中，中空性沿着翼片的中性轴线对称地实现。