[发明专利]具有内部模块的涡轮叶片和用于制造涡轮叶片的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种具有内部模块的涡轮叶片和一种用于借助于选择性激光熔化制造所述涡轮叶片的方法。

背景技术

燃气涡轮机用作为用于不同装置的动力机械，例如在发电厂中、在推进器等中。燃气涡轮机构件、尤其涡轮导向叶片和转子叶片，但是还有燃烧室的区域中的环形区段或构件在其运行期间经受高的热和机械负荷。对此，通常借助压缩空气来冷却，并且在燃烧室的情况下也借助未燃烧的燃料来冷却。有时也使用水蒸气来冷却。

涡轮叶片通常形成空腔，所述空腔通过所述涡轮叶片的外套、也称作为罩壳形成，其中所述空腔通常通过侧壁来划分。为了冷却，构件例如在由侧壁形成的内腔中由冷却介质穿流，其中在内部从构件抽取热量，进而构件被主动冷却。对此，例如从内部空间中通过所谓的冲击通道将冷却空气导入到内部空间和罩壳之间的间隙中，并且在那里撞击到高热负荷的罩壳的内侧上。在本申请中的技术特别是针对冷却空气作为冷却介质来提出。此外，对此使用术语冷却空气，然而不排除其他冷却介质。

随后，冷却空气通常通过罩壳中的孔被吹出。在此，冷却空气将热量从内部或者构件壁中导出，并且此外在叶片表面上形成膜，所述膜作为叶片表面和热气体之间的绝缘层。

在燃气涡轮机的如今的实施方案中，出于有效冷却，也容忍在成本、构件寿命、效率和功率方面的缺点。因此，例如在涡轮转子叶片中通过在真空精铸中的芯的形状产生针对机械完整性和冷却空气引导而设计的内部几何形状。在此，例如通过微系统技术，更复杂地、更稳定地且在微观范围中更精确地构成芯进而还有随后的构件。在涡轮导向叶片中，内部几何形状通常除了铸芯的复制外也通过冷却空气插件、通常所谓的冲击冷却组件展现。佛罗里达涡轮技术有限公司的所谓的Spar-Shell技术(梁-壳技术)视为对此的前沿技术。

然而，现有技术的解决方案具有一些缺点。用于涡轮叶片的常规的芯制造工艺在芯几何复杂性、芯稳定性、几何部件分辨率方面和另外在其他标准方面受到限制。在意图优化的造型中，微芯也受制于限制，尤其是在加工工艺期间的复杂的陶瓷芯的稳定性和尺寸方面的限制。制造工艺也由于高的废品率而相对昂贵。在具有由常规微工艺制成的芯的转子叶片中，冷却空气流主要沿径向方向运动，这恰恰在如下观点下限制了冷却空气潜力的最佳利用，即在局部传热提高的情况下通常需要普遍提高叶片的冷却空气质量流以便也能够从构件中导出热量。尤其在涡轮机的转子叶片中，但是也在导向叶片中通常出现如下问题：一方面由于热负荷并且另一方面由于有效的冷却而在构件中出现的应力降低寿命或者限制设计，因为在构件中存在如下区域，在所述区域处，极其热的区域，例如外壁，邻接于极其冷的区域，例如极其强地被冷却的内壁，因为借助常规的或微芯制造的涡轮转子叶片形成整体的、还由配套的、同类材料构成的构件。例如通过局部陶瓷内覆层将一些区域热绝缘进而至少部分地接近所述问题的方案至今为止在加工方面无法实现。

此外，在涡轮导向叶片中出现如下问题：冷却空气供应压力在那里通常在构件的全部区域中相同高，这并不是必需的。以该方式，降低冷却潜力的一大部分并且使用昂贵的压缩空气进行冷却。由于冷却空气不仅径向地而且也沿流动方向和相反于流动方向穿流构件，Spar-Shell技术在此提供在冷却空气利用进而效率方面的优点。当然，冷却插件(梁)的制造是相当耗费的进而是昂贵的并且也在其复杂性方面在加工技术上受到限制。此外，随后接合到构件(壳)中同样是耗费的，并且由于在接合之前或在安装时到构件中必要的可移入性，形成构件造型的现有接合工艺限制了构件设计。

发明内容

因此，存在如下目的：提供一种具有确保最佳冷却的插件的涡轮叶片，所述涡轮叶片能够复杂地、稳定地并且在此轻地制造。此外，还存在如下目的：提供一种能够用于制造具有相应的插件的涡轮叶片的方法。第一目的通过一种具有权利要求1的特征的涡轮叶片实现。第二目的通过一种具有权利要求10的特征的方法实现。本发明的其他有利的变型形式和设计方案从从属权利要求、实施例和附图中得出。

本发明的第一方面涉及具有罩壳和匹配于罩壳形状的内部模块的涡轮叶片，其中内部模块包括能够沿纵向方向穿流的内部空间和壁，所述内部空间具有入流口，所述壁具有多个能沿径向方向穿流的且将内部模块的壁的内侧与外侧连接的通道，其中在内部模块的壁的外侧和罩壳的内侧之间存在周边间隙，并且在罩壳的外侧和内侧之间以相对于罩壳的外侧特定的倾角存在多个穿孔，其特征在于，内部模块的外侧借助于至少一个固定支承部和至少一个浮动支承部与罩壳的内侧连接。