[发明专利]燃气涡轮机叶片或叶瓣的冲击冷却

说明书

技术领域

本发明涉及翼型形状的燃气涡轮机部件（例如燃气涡轮机转子叶片和定子叶瓣）并且涉及在这样的部件内为了冷却目的被使用的冲击管。本发明进一步涉及用于在这样的部件内组装冲击管的方法。

背景技术

现代燃气涡轮机通常以极高温度运转。温度对涡轮机叶片和/或定子叶瓣的影响可能对于涡轮机的有效运转是不利的，并且在极端情况下能够导致叶片或叶瓣的扭曲和可能的失效。为了避免这种风险，高温涡轮机可包括结合用于冷却目的的所谓冲击管的中空叶片或叶瓣。

这些所谓的冲击管是在叶片或叶瓣内径向延伸的中空管。空气被驱入这些管内并沿这些管且通过适当孔隙排出到所述管和中空叶片或叶瓣的内部表面之间的空隙内。这产生了内部空气流动来冷却叶片或叶瓣。

通常，通过具有中空结构的铸件来形成叶片和叶瓣。冲击管可以从一端或另一端被插入到中空结构内并且通常焊接于中空结构以便将其固定就位。弦肋通常也被铸造在叶片内部，主要用于引导冷却剂并且提供更大的冷却表面面积。这些肋或具体地铸造肋可以用作冲击管的定位间隔件，以便为冷却空气产生必要的内部空间。

在将冲击管装配到叶片或叶瓣时会产生问题。叶片或叶瓣的翼型截面会极度复杂。中空翼型的特征可在于多向曲率（具有三维曲率的复杂形状）以便改进翼型的空气动力学效率并且因此增加燃气涡轮机的效率。在翼型上允许的弯曲和扭转的量受到冲击管需要从翼型的一端滑入的限制。

已知用于使得冲击管能够被装配到这种中空涡轮机叶片或叶瓣内部的多种技术。US 7,056,083 B2公开了具有用于冷却目的的冲击管的涡轮机叶片或叶瓣，该冲击管大体沿径向方向被置于中空叶片或叶瓣翼型内。冲击管包括从中空翼型的相对径向端部延伸到该中空翼型内且定位成抵靠特定成形的肋的两个部分，所述肋绕翼型的前缘大体沿翼弦方向延伸。从中空翼型的两端组装冲击管且冲击管被定位成抵靠近似在腔的孔隙之间的中途的成形肋。

US 4,798,515 A公开了用于涡轮机器的定子叶瓣的冷却设置。在定子叶瓣的腔内部设置两个冲击冷却插入件。它们被铜焊或经由插入件的扩张弹性部分压配合到叶瓣的耳轴的入口孔隙内。两个冲击冷却插入件从叶瓣的相对端被插入到腔中。为了将所述两个冲击冷却插入件连接于彼此，在冲击冷却插入件处提供定位销，其与冲击冷却插入件处的定位销插座相互作用。

在US 6,742,984 B1中，示出了具有用于冲击冷却喷嘴叶瓣壁的插入件的燃气涡轮机。每个插入件均具有两个部分，这两个部分被相继插入到叶瓣的腔内以便它们从前缘到后缘在相同轴向高度处被设置在腔内。通过焊接或铜焊操作将插入件固定到腔内就位。插入件的每个部分的腿区段沿叶瓣的径向方向延伸。垂直于径向方向延伸的支撑杆被设置在腿区段之间以便将它们彼此分开。此外，提供这些支撑杆来保持腿区段的外壁处的支座接合抵靠喷嘴叶瓣壁的内壁表面。

EP 1 626 162 A1描述了具有在燃气涡轮机内使用的叶瓣的叶瓣组件。隔板组件中的第一和第二隔板从叶瓣的相对两端被插入到叶瓣的腔内以便它们沿翼展方向径向地一个叠一个地设置。此外，隔板借助于紧固件被径向地固定于彼此且被固定在腔内，所述紧固件向叶瓣施加翼展方向的拉伸载荷。

本发明的第一目标是提供用于在翼型形状的燃气涡轮机部件（例如燃气涡轮机转子叶片和定子叶瓣）的中空翼型内组装冲击管的方法，该方法能够克服上述缺点并且尤其有助于更加具有空气动力学效率的翼型和燃气涡轮机部件。

本发明的第二目标是提供诸如燃气涡轮机转子叶片和定子叶瓣的有利的翼型形状的燃料涡轮机部件。本发明的第三目标是提供在这样的部件中所用的用于冷却目的的有利冲击管。

发明内容

因此，本发明提供包括中空翼型和被置于该中空翼型内的冲击管的涡轮机部件。由至少两个单独区段形成冲击管，每个所述区段沿翼展方向延伸通过中空翼型。所述冲击管的相邻区段通过锁定装置被物理地（使用间隔件、转接器或中间部分直接地以及间接地）以及功能性地连接在一起，其中所述锁定装置将所述冲击管锁定在中空翼型内就位。所述锁定装置沿轴向方向被设置在所述区段之间并且具有沿中空翼型的径向方向延伸的主延伸部。

本发明还提供被置于涡轮机部件的中空翼型内的冲击管。冲击管包括至少两个单独区段，每个所述区段沿翼展方向延伸通过中空翼型。所述冲击管的相邻区段通过锁定装置被连接在一起，其中所述锁定装置被设置成将所述冲击管锁定在中空翼型内就位。所述锁定装置沿轴向方向被设置在所述区段之间并且具有沿中空翼型的径向方向延伸的主延伸部。