[发明专利]用于冲击冷却的涡轮组件及组装方法

说明书

本发明涉及一种涡轮组件(10)以及一种组装此类组件的方法。涡轮组件(10)包括基本中空翼型(12)、冲击管(15)和冲击管套筒(200)。冲击管套筒(200)包括至少一个冲击管套筒段(201)，中空翼型(12)在其内表面(210)处具有纵向肋(211)，所述纵向肋从中空翼型(12)的前缘(16)朝向后缘(20)延伸。所述至少一个冲击管套筒段(201)中的第一冲击管套筒段(202)在第一冲击管套筒段(202)的表面(205)处提供带槽阻流器(204)，第一冲击管套筒段(202)被插入到中空翼型(12)中，使得中空翼型(12)的肋(211)与带槽阻流器(204)的对应槽(208)接合，并且使得第一冲击管套筒段(202)的表面(205)抵靠在肋(211)上。冲击管(15)被插入到中空翼型(12)中，使得所述至少一个冲击管套筒段(201)被布置在中空翼型(12)的内表面(210)和冲击管(15)的外表面(220)之间。

技术领域

本发明涉及一种翼型形状的涡轮组件，该涡轮组件诸如是涡轮的转子动叶和定子静叶，本发明还涉及对此类部件的冷却。本发明还涉及用于组装的相关方法。

背景技术

现代涡轮(特别是燃气涡轮)常常在非常高的温度下运行，从而允许高效的操作。温度对涡轮动叶和/或定子静叶的影响会不利于涡轮的高效操作，这是因为高温会导致涡轮部件损坏，这是由于转子动叶经历大的离心应力，并且转子动叶或定子静叶的材料在高温下强度较差。在极端情况下，这甚至可能导致动叶或静叶的变形，并且可能导致故障。为了克服这种风险，高温中空动叶或静叶可以与并入的冷却通道、插入件和底座一起使用，以达到冷却目的。所提到的特征用于冲击冷却和/或对流冷却。而且，薄膜冷却可用于保护动叶或静叶的表面。

内部冷却被设计成提供来自翼型的高效热传递，并且提供冷却空气在内部的流动。如果热传递效率改善，则需要较少的冷却空气来充分地冷却翼型。内部冷却通常包括用以改善热传递效率的结构，这些结构包括例如冲击管或底座(也被称为针翅)。因此，涡轮翼型内的内部冷却通常使用例如以下组合，即冲击冷却，然后是底座/针翅冷却区。冲击冷却可用于前缘，并且可以跨越翼型的相当大的一部分。通常朝向后缘来使用针翅/底座。底座将此类翼型的相对侧(压力侧和吸入侧)链接，以通过增加热传递面积和冷却空气流的湍流，来改善热传递。改善的热传递效率导致改善整体涡轮发动机效率。此外，每个冷却区的比例分配和配置常常是许多因素的平衡，这些因素诸如为材料温度、冷却流压降、耗冷量以及制造和成本约束。

不同冷却区的冷却要求可彼此不同。此类情形可以意味着，为满足一个区中的冷却要求，在其他区使用过度冷却，这导致整体效率降低。

在不改变铸件的情况下，当需要通过将薄膜冷却引入到现有的非薄膜冷却设计中来对设计进行升级时，会出现另外的问题。由于单馈送腔，薄膜冷却设计受到限制，从而使得难以充分地控制冷却流。在这种情况下，将需要多馈送冷却腔方法。在这方面，单馈送腔表示中空翼型中存在由一个供应通道供应的单个腔。相反地，多馈送冷却腔是若干个单独的冷却通路被并入于中空翼型中的一种设计。

所有冷却设计特征的一个问题是，在翼型的设计阶段中，就已经需要考虑制造或组装方面的局限性。

本发明的第一个目的是提供一种有利的翼型形状的涡轮组件，该涡轮组件例如涡轮转子动叶和定子静叶，并且可以利用该翼型形状的涡轮组件来减少上述缺点，并且特别地，可以实现高冷却效率。

本发明的第二个目的是提供用于组装此类翼型形状的涡轮组件的方法，通过所述方法，促进实现一种更具空气动力学效率的翼型和燃气涡轮部件。

发明内容

本发明试图减少这些局限性和缺点。

该目的通过独立权利要求实现。从属权利要求描述了本发明的有利发展和修改。