[发明专利]涡轮机空心叶片、涡轮机以及相关的制造方法

说明书

技术领域

本说明书所公开的主题的各实施例总体涉及制造带有成形通道的涡轮机叶片的方法、如此制造出的涡轮机叶片以及使用了此类叶片的涡轮机。

背景技术

在蒸汽涡轮机中，在其最后一级或更多级处发生蒸汽部分冷凝。

具体来说，在通常是涡轮机最后一级的所谓“冷凝级”中的定子叶片的翼型部分上发生冷凝。

如果由于冷凝而产生了液滴，那么所述液滴离开静态定子叶片并且撞击转动着的转子叶片；由此，可能会对转子叶片造成损坏。

为了减小液滴所导致的损坏，可以减小转子叶片转速，但是通过这种方式，涡轮机的效率也会降低。

或者，为了减小对转子叶片的任何损坏，存在用于在液滴产生前收集冷凝物的解决方案。

在这些解决方案中，最典型的解决方案包括：使用其中有可能发生冷凝的空心定子叶片，设有穿过叶片翼型部分从翼型表面延伸到内部空腔的孔或槽，并且从内部空腔中抽吸以使任何冷凝物都离开翼型表面并且进入所述内部空腔。通过这种方式，定子叶片翼型表面上就不会产生并释放液滴。

这些空心叶片通常通过以下方式获得：铣削出两根金属棒，将它们焊接在一起并精轧所组装的部件，以便生产具有合理精确度、同时避免高铸造成本的叶片。

在燃气轮机中，空心叶片有时用于转子叶片，以便减小转动元件重量。

这些空心叶片通常通过铸造、尤其通过“熔模铸造”获得，以便获得具有极精确的形状和尺寸的转动元件。

发明内容

因此，一般需要改进涡轮机叶片以便用于“油气”应用。

改进可不仅仅涉及功能方面，例如，翼型部分的形状和尺寸，而且涉及安装、维护并且尤其是制造。

对于制造而言，必须考虑的是，在“油气（Oil&Gas）”领域中，由于针对特定客户来研究（或者至少定制）解决方案，因此小批生产同样是常见的。

总体来说，始终希望具有高精确度和低生产成本。

理想来说，为了实现高的性能，叶片的形状、尺寸和材料应当可以沿其整个长度自由选择。

蒸汽涡轮机中的空心定子叶片尤其存在此种一般需要；这些叶片一般定位在多级蒸汽涡轮机的最后一级或更多级处；这些叶片通常是由金属制成。

由发明人所做出的重要考虑在于，待制造叶片的特定配置可以正面地影响制造方法。

本发明的第一方面是一种用于涡轮机的空心叶片。

根据其实施例，一种用于涡轮机的空心叶片包括翼型部分；所述翼型部分纵向延伸一定长度；所述翼型部分由外表面横向限定；所述翼型部分具有至少一个内部空腔，所述内部空腔沿着所述长度延伸并且由内表面横向限定；所述翼型部分具有从所述外表面延伸到所述内表面的一组通道；所述通道的开口沿映现出所述外表面上的等压线的曲线对准。

在这种情况下，增材制造是尤其有效并且有利的。

本发明的第二方面是一种涡轮机。

根据其实施例，一种涡轮机包括多个空心叶片；每个空心叶片包括翼型部分；所述翼型部分纵向延伸一定长度；所述翼型部分由外表面横向限定；所述翼型部分具有至少一个内部空腔，所述内部空腔沿着所述长度延伸并且由内表面横向限定；所述翼型部分具有从所述外表面延伸到所述内表面的一组通道；所述通道的开口沿映现出所述外表面上的等压线的曲线对准。

本发明的第三方面是一种制造涡轮机空心叶片的方法。

根据其实施例，一种制造涡轮机空心叶片的方法包括翼型部分，所述翼型部分纵向延伸一定长度；所述翼型部分由外表面横向限定；所述翼型部分具有至少一个内部空腔，所述内部空腔沿着所述长度延伸并且由内表面横向限定；所述翼型部分具有从所述外表面延伸到所述内表面的一组通道；所述通道的开口沿映现出所述外表面上的等压线的曲线对准；所述翼型部分通过增材制造获得。

所述叶片、所述涡轮机以及所述制造方法的有利技术特征在详细描述中阐明。

附图说明

附图并入本文中并构成说明书的一部分，用于示出本发明的实施例并与说明书一起解释这些实施例。在附图中：

图1示出根据本发明的叶片的第一实施例中的翼型部分的横截面，

图2示出根据本发明的叶片的第二实施例中的翼型部分的横截面，

图3示出根据本发明的叶片的第三实施例中的一定长度的翼型部分的第一三维视图——第三实施例将第一和第二实施例中的特征组合，

图4示出图3的实施例中的一定长度的翼型部分的第二三维视图，所述长度被部分剖切，

图5示出根据本发明的叶片的第四实施例中的翼型部分的横截面，