涡轮叶片、成组涡轮叶片及用于涡轮叶片的枞树形根部制造技术

本发明专利技术涉及涡轮叶片、成组涡轮叶片及用于涡轮叶片的枞树形根部。具体而言，一种涡轮叶片包括翼型件(11)和枞树形根部(12)。枞树形根部具有纵长方向(l)、横向方向以及翼展方向(s)。枞树形根部包括沿翼展方向延伸的至少两个通道(31,32,33)，所述通道中的各个具有沿纵长方向测得的通道长度(l1,l2,l3)，根部还包括介于各对相邻通道之间的腹板(34,35)，所述至少一个腹板中的各个均具有沿纵长方向测得的腹板长度(l4,l5)。对于各个腹板，两个相邻通道中的各个的腹板与通道比率选择成在根部宽度为枞树形根部的承载区段(26)中的最小承载根部宽度的位置处大于或等于0.5且小于或等于0.85。总体腹板与通道比率至少在最小承载根部宽度的位置处大于或等于0.3且小于或等于0.6。

【技术实现步骤摘要】

本公开内容涉及根据权利要求1的前序部分的涡轮叶片。其还涉及成组涡轮叶片。其还涉及枞树形根部和成组枞树形根部。
技术介绍
已知借助于枞树形叶片根部将涡轮叶片附接到转子轴。此叶片根部从根部基部开始包括一定数目的交错的凸脊和凹槽。所述根部滑动地接纳在轴内的配对槽口中。在例如通过离心力加载时，根部在凸脊的朝上(即，朝向翼型件)的支承表面上承载。叶片的翼型件通常沿叶片根部的纵长方向布置在叶片的中央区域中。因此，翼型件的离心负载更强地作用于所述中央区域中，且因此导致弯曲应变，使根部沿其纵长方向弯曲。翼型件与叶片根部之间的差异化热膨胀进一步有助于所述弯曲。通常，燃气涡轮中的叶片被冷却。冷却剂流通过翼型件的纵长位置处的叶片根部中的开口和通道引入中空叶片翼型件中。然而，由于这些通道的存在，叶片根部在加载时的弹性变形在布置通道的区域中进一步扩大。即，在引起弯曲移位的区域中，支承表面更牢固地压靠轴中的其配对物。这导致了叶片根部以及冷却剂通道的区域中的轴的配对物特征中局部引起的应力提高。继而又可发生过早疲劳，且可能需要更频繁地更换零件。解决该问题的本领域中已知的一个可能方案在于冷却附接区域中的轴以改善材料的机械性能。然而，这消耗冷却空气，其降低效率和功率，且由于其它约束(比如空间、复杂性、成本和寿命)而不容易可行。
技术实现思路
本公开内容的目的在于提供一种叶片-轴对接，其减小叶片根部中以及轴附接区域中的应力。本公开内容的另一个目的在于提供一种使负载更均匀地分布在承载部件上的叶片-轴对接。本公开内容的更特别的目的在于提供一种改善上述情形且增加构件寿命的叶片-轴对接。鉴于以下描述，对于技术人员可变得更明白的其它目的连同其它效果在提供介于叶片根部中的通道之间的大量腹板以便强化叶片根部且将所述腹板大小确定为保持腹板与通道比率时实现，腹板与通道比率限定为明确限定的特定范围内的一个或多个腹板的纵长延伸与一个或多个通道的纵长延伸的关系，这一方面提供了足够的强化效果，且另一方面提供了足够的通道截面，以将所需量的冷却剂提供至翼型件，所述状态至少在根部宽度为枞树形根部的承载区段中的最小承载根部宽度的位置处得到满足。应当注意的是，尽管对于技术人员容易明白，本申请的背景中的宽度意思是横向方向上的范围，这继而将在下文中指出。另外，尽管意义将同样容易明白，将在下文中更详细限定纵长延伸。如上文所述，枞树形根部承载负载，该负载例如由发动机的操作期间的离心力在朝向翼型件的交错布置的凸脊和凹槽的支承表面上引起。因此，将理解的是，枞树形根部的承载区段如从根部基部看到那样越过第一凸脊开始。如将认识到的那样，这些凸脊，且特别是朝向翼型件的表面或顶部表面，提供枞树形根部的实际承载附接特征。换言之，布置在根部基部与所述第一或底部凸脊之间的根部的区段基本上没有应力，且因此不必为本公开内容的考虑的目标。另一方面，布置在第一或底部凸脊与翼型件之间的根部的部分代表根部的承载区段，本文所述的特征在那里开始起作用。满足所述要求的涡轮叶片在权利要求1和权利要求7中描述。根据本公开内容的涡轮叶片包括翼型件和枞树形根部。枞树形根部具有纵长方向、在枞树形根部的两个侧向侧之间延伸的横向方向，以及从根部基部朝翼型件末梢延伸的翼展方向。枞树形根部包括布置在各个侧向侧上的至少一个纵向凹槽，所述纵向凹槽沿纵长方向延伸且限定纵长方向。应当注意的是，枞树形根部可在沿翼展方向看时沿纵长方向弯曲或挠曲。也就是说，当沿翼展方向看时，纵长方向可沿曲线延伸。然而，当然，枞树形根部还可笔直延伸，且因此在此情况下，纵长方向沿直线延伸。枞树形根部呈现出在两个侧向侧之间测得的根部宽度(或者根部厚度)或横向范围，所述宽度由于如本公开内容的介绍中所述的凸脊和凹槽的交错布置而沿翼展方向变化。根据本公开内容的枞树形根部包括至少两个内部通道，其沿翼展方向延伸，且特别是在叶片根部的基部处开放，且与设在翼型件内的冷却通道流体连通以用于将冷却剂提供至翼型件。各个所述通道呈现出沿纵长方向测得的通道长度。根部还包括介于各对相邻通道之间的腹板，所述至少一个腹板中的各个具有沿纵长方向测得的腹板长度。在本公开内容的第一方面中，腹板长度与介于通道之间的各个腹板的两个相邻通道中的各个的通道长度之间的局部腹板与通道比率至少在根部宽度为枞树形根部的承载区段中的最小承载根部宽度的位置处大于或等于0.5且小于或等于0.85。换言之，对于各个腹板，任何相邻通道的纵长范围不会超过腹板的纵长范围的100%以上，因此限制了弹性变形沿其变得有效的杠杆，且因此减小了根部且因此附接特征的最大总变形。另一方面，限定为所有腹板长度的和与所有通道长度的和之间的比率的总体腹板与通道比率至少在根部宽度为枞树形根部的承载区段中的最小承载根部宽度的位置处大于或等于0.3且小于或等于0.6。将理解的是，该条件可对于局部腹板与通道比率(特别是对于各个腹板)以及对于一个相同实施例中的总体腹板与通道比率得到满足。在本公开内容的还有另一个方面中，各个通道长度与最小承载根部宽度或横向范围之间的比率可大于或等于1.0且小于或等于1.4。最小承载根部宽度或横向范围与通道宽度或横向范围之间的比率可大于或等于3.0，以便保持最小壁厚，这不但解决机械完整性，而且解决制造公差。应当理解的是，布置腹板使得特征为某一明确限定的腹板与通道比率的技术效果在第一情形中在提高总材料截面方面不增加机械强度。如明白的那样，这将以简单的途径实现，提供了一个单通道，其具有与提供给本公开内容的至少两个通道相等的截面。然后在枞树形根部的纵长端部区段处简单地添加材料。实际上，通道需要提供一定截面，且因此简单地添加材料可能不可行，或仅在很有限的程度下可行。在此情况中，根部在纵向端部处将是刚性的，而较少材料会提供在根部的纵长中部。在加载时每单位材料的应变继而又在根部的该纵长中央区段中较高，因此导致了沿较大的杠杆的高弹性变形。如认识到那样，变形区域中的枞树形根部的区域与设在轴上的配对物特征更强地接触。在与设在轴上的配对物支承表面相互作用时，这导致沿枞树形根部附接特征的非均匀负载分布，其将主要在变形区域中承载，从而引起峰值应力，且因此将应力进一步集中在提供很少材料的根部区域中。其也将局部地提高轴配对物附接特征中的应力。因此，叶片根部以及轴可变得经历过早疲劳。相比之下，本公开内容的重要方面在于提供大量的至少两个通道，腹板设置在它们之间。即，材料沿纵长方向设在枞树形根部的中央区域中，且因此强化枞树形根部。加载引起的变形变得沿较短的杠杆有效，因此总变形减小，且负载沿承载附接特征更均匀分布，导致了避免或至少显著减小峰值应力。相比于上文指出的简单途径，构件寿命因此显著提高，但总体材料截面保持恒定。将理解的是，对于腹板与通道比率指定的范围并未任意选择，而是选择成使得一方面刚度较大提高，同时提供了用于冷却剂流的足够大的截面。局部腹板与通道比率的范围可在某些实施例中选择成大于或等于0.53且小于或等于0.85。在更特别的实施例中，局部腹板与通道比率可大于或等于0.55。在其它更特别的实施例中，局部腹板与通道比率可选择成小于或等于0.8。在更特别的实施例中，局部腹板与通道比率可大于或等于0.55且小于或等于0.8。总体腹板与通道比率的范围在某些实本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种包括翼型件(11)和枞树形根部(12)的涡轮叶片(1)，所述枞树形根部具有纵长方向(l)、在所述枞树形根部的两个侧向侧(20,21)之间延伸的横向方向(b)，以及从根部基部(13)朝翼型件末梢延伸的翼展方向(s)，所述枞树形根部包括布置在各个侧向侧(20,21)上且沿所述纵长方向延伸并限定所述纵长方向的至少一个纵向凹槽(14,15,16)，所述枞树形根部具有在所述两个侧向侧之间测得的根部厚度(w)，所述宽度沿所述翼展方向变化，所述枞树形根部包括沿所述翼展方向延伸的至少两个通道(31,32,33)，所述通道中的各个均具有沿所述纵长方向测得的通道长度(l1,l2,l3)，所述根部还包括介于各对相邻通道之间的腹板(34,35)，所述至少一个腹板中的各个具有沿所述纵长方向测得的腹板长度(l4,l5)，其特征在于，对于各个腹板(34,35)，所述腹板长度(l4,l5)与所述两个相邻通道(31,32,33)中的各个的通道长度(l1,l2,l3)之间的局部腹板与通道比率(l4/l1;l4/l2;l5/l2;l5/l3)至少在所述根部宽度(w)为所述枞树形根部的承载区段中的最小承载根部宽度的位置处大于或等于0.5且小于或等于0.85。...

【技术特征摘要】
2015.02.18 EP 15155592.71. 一种包括翼型件(11)和枞树形根部(12)的涡轮叶片(1)，所述枞树形根部具有纵长方向(l)、在所述枞树形根部的两个侧向侧(20,21)之间延伸的横向方向(b)，以及从根部基部(13)朝翼型件末梢延伸的翼展方向(s)，所述枞树形根部包括布置在各个侧向侧(20,21)上且沿所述纵长方向延伸并限定所述纵长方向的至少一个纵向凹槽(14,15,16)，所述枞树形根部具有在所述两个侧向侧之间测得的根部厚度(w)，所述宽度沿所述翼展方向变化，所述枞树形根部包括沿所述翼展方向延伸的至少两个通道(31,32,33)，所述通道中的各个均具有沿所述纵长方向测得的通道长度(l1,l2,l3)，所述根部还包括介于各对相邻通道之间的腹板(34,35)，所述至少一个腹板中的各个具有沿所述纵长方向测得的腹板长度(l4,l5)，其特征在于，对于各个腹板(34,35)，所述腹板长度(l4,l5)与所述两个相邻通道(31,32,33)中的各个的通道长度(l1,l2,l3)之间的局部腹板与通道比率(l4/l1;l4/l2;l5/l2;l5/l3)至少在所述根部宽度(w)为所述枞树形根部的承载区段中的最小承载根部宽度的位置处大于或等于0.5且小于或等于0.85。2. 根据权利要求1所述的涡轮叶片，其特征在于，对于各个腹板(34,35)，所述腹板长度(l4,l5)与所述两个相邻通道(31,32,33)中的各个的通道长度(l1,l2,l3)之间的局部腹板与通道比率(l4/l1;l4/l2;l5/l2;l5/l3)至少在凹槽基部(14,15,16)的翼展方向位置处大于或等于0.5且小于或等于0.85。3. 根据前述权利要求中任一项所述的涡轮叶片，所述根部包括布置在各个侧向侧上的至少两个凹槽(14,15,16)，各侧上的底部凹槽(14)最接近所述根部基部(13)，其特征在于，对于各个腹板(34,35)，所述腹板长度(l4,l5)与所述两个相邻通道(31,32,33)中的各个的通道长度(l1,l2,l3)之间的局部腹板与通道比率(l4/l1;l4/l2;l5/l2;l5/l3)至少在所述底部凹槽基部(14)中的一个的翼展方向位置处大于或等于0.5且小于或等于0.85。4. 根据前述权利要求中任一项所述的涡轮叶片，其特征在于，对于各个腹板(34,35)，所述腹板长度(l4,l5)与所述两个相邻通道(31,32,33)中的各个的通道长度(l1,l2,l3)之间的局部腹板与通道比率(l4/l1;l4/l2;l5/l2;l5/l3)在所述底部凹槽基部(14,15,16)中的各个的翼展方向位置处大于或等于0.5且小于或等于0.85。5. 根据前述权利要求中任一项所述的涡轮叶片，其特征在于，对于各个腹板(34,35)，所述腹板长度(l4,l5)与所述两个相邻通道(31,32,33)中的各个的通道长度(l1,l2,l3)之间的局部腹板与通道比率(l4/l1;l4/l2;l5/l2;l5/l3)至少基本上沿所述根部内或相应在所述根部的承载区段内的整个通道范围大于或等于0.5且小于或等于0.85。6. 根据权利要求1至4中任一项所述的涡轮叶片，其特征在于，所述通道(31,32,33)中的至少一个包括在所述根部基部(13)处的入口扇形区段(3...

【专利技术属性】
技术研发人员：I茨普卡伊金，SA雷茨科，M拉姆明格，
申请(专利权)人：通用电器技术有限公司，
类型：发明
国别省市：瑞士;CH