[发明专利]涡轮叶片

说明书

技术领域

本发明涉及具有第一冷却空气管道和第二冷却空气管道的涡轮叶片，第二冷却空气管道通过壁从第一冷却空气管道分隔开，其与第一冷却空气管道相邻并具有主方向，其中第一和第二冷却空气管道在各自的端部由在壁中的第一开口彼此相连，其中壁具有第二开口，该第二开口在中间区域将壁分为第一部分和第二部分。

背景技术

涡轮是一种致流机，其将流动流体(液体或气体)的内能(焓)转换成旋转能，并最终转化为机械驱动能。围绕涡轮叶片的层流，其尽可能没有湍流，具有从流体流中提取一些其内能的效果，所述内能传递给涡轮的活动叶片。这些然后设定涡轮轴的旋转，并且可用功率被输送到与其联接的机器，诸如例如发电机。活动叶片和轴是被设置在外壳内的涡轮的可动转子的部件。

通常多个叶片被安装在轴上。安装在平面内的活动叶片分别形成叶轮或转子。叶片以稍微弯曲的方式被成形，类似于飞机机翼。在各转子的上游，通常存在定子。这些固定叶片从壳体伸出进入流动介质并赋予自旋给它。在定子内产生的自旋(动能)被用在随后的转子中，以设置转子叶片被安装在其上的轴旋转。转子和定子被统称为一个级。通常多个这样的级被一个连接在另一个后面。

涡轮的涡轮叶片经受特定载荷。高负载需要高度耐负载的材料。因此涡轮叶片由钛合金、镍基超合金或钨-钼合金制成。叶片被涂层保护以更耐温度和侵蚀，例如点蚀，也被称为“点状腐蚀”。热屏蔽涂层被称为热障涂层或简称TBC。用于使叶片更耐热的进一步措施包括冷却管道的独创系统。这种技术被用于固定叶片和活动叶片内。

涡轮叶片通常具有铸入冷却管道，其以蛇形或曲折的方式穿过相应涡轮叶片行进它们的路，即两个冷却管道之间的壁在各自的端部被开口中断，通过该开口的冷却空气在相反方向，即第二管道的冷却空气的主方向被转向进入第二管道。这种冷却管道例如从EP 1607 576A2中是已知的。在这里有时需要在两个蛇形通道之间的壁内提供附加的开口，被称为“冷却空气清新器(refresher)”，其作为部分旁通供给较新鲜空气，即较冷的空气，进入第二冷却空气管道的中间区域，以仍然在这里获得足够的冷却效果。然而，由于铸芯的稳定性原因，这可能也是必要的。

涡轮叶片的热负载目前限制了涡轮的效率，因为这些材料只允许有限的工作温度。然而高工作温度对卡诺效率具有积极作用。

发明内容

因此，本发明的目的是提供一种在开始时提及的类型的涡轮叶片，其允许改进的冷却空气效果，并且因此允许更高的工作温度和涡轮的更高效率。

根据本发明，这个目的是通过由转向(diverting)管道邻接的第二开口实现的，在进入第二冷却空气管道的区域内，其主方向基本上平行于第二冷却空气管道的主方向被对准。

在这里本发明是基于这样的构思，两个冷却空气管道之间的空气动力学旁路是由冷却空气清新器形成的，其能灵敏地扰乱冷却空气流，并因此可能会导致在涡轮叶片中的冷却问题。已经令人惊讶地发现的是，考虑到在一些情况下相邻冷却管道之间的大压差，冷却空气可以高达0.8Ma离开冷却空气清新器。这意味着，来自于冷却空气清新器的冷却空气的动量比沿着冷却空气管道中的主方向流动的其他冷却空气的动量大得多。流因此不转变成主方向，而是几乎不加制止地冲击在相对的壁上，并且只在冷却空气清新器的下游有限地可获得。为了抵消这个矛盾，应提供从冷却空气清新器到第二管道的主方向的冷却空气流的机械转向。这可以通过被转向管道邻接的冷却空气清新器的开口实现，所述转向管道对准平行于第二管道的主方向的冷却空气。

在一个有利的配置中，第二冷却空气管道是由具有多个冷却空气出口开口的涡轮叶片的外壁划界的。这是因为，特别是在冷却空气管道的情况下，该冷却空气管道直接毗邻叶片的外壁并具有用于薄膜冷却的出口开口，诸如例如在轮廓尖端的出口开口，存在这样的问题，即来自于冷却空气清新器的以大动量出现的冷却空气直接冲击在相对的出口开口上并流出那里。因此，几乎没有任何新鲜的冷却空气可以在冷却空气清新器的下游获得。因此，所描述的转向在这里特别有利。

在进一步有利的配置中，冷却空气管道的划界由壁的邻接第二开口的一部分形成。换句话说：转向管道平行于壁延伸，使得壁在第一冷却空气管道和转向管道之间形成划界。这使得在铸造过程期间特别容易的成形成为可能，因为相应的壁可被构造为直贯穿。

在又另一个有利的配置中，冷却空气管道的划界由壁的相对于彼此偏移的平行部分形成。在开口的近侧和远侧，壁的两部分因此以平行偏移的方式延伸超过开口，并因此部分重叠。其结果是，转向管道可通过壁的部分的简单延伸来形成，而无需额外的壁。