用于涡轮机的基于模块化结构的叶片组件制造技术

本发明专利技术涉及基于模块化结构的动力设备的叶片组件，其中，叶片元件包括至少一个叶片翼型件，至少一个足板安装部件。叶片元件在其一端处具有用于彼此之间的可互换的连接的目的的器件。翼型件相对于其它元件的连接基于与燃气涡轮的轴线相比径向或者准径向延伸中的固定，其中，叶片翼型件连同足板安装部件的组装基于由粘着互连促动的摩擦锁定结合，或者叶片翼型件连同足板安装部件的组装基于使用将叶片元件固定至彼此的金属和/或陶瓷表面，或者叶片翼型件连同足板安装部件的组装基于具有可分离的、永久的或者半永久的固定的闭合器件。足板安装部件包括至少两部分式元件，其中，分开的足板安装部件相对于叶片翼型件的足侧细长部分的组装利用相互的轴向地引导的联接来进行。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及用于涡轮机，优选燃气涡轮发动机的叶片组件，且特别地涉及具有一个或更多个可移除的元件或模块的模块化叶片。术语叶片将以宽泛的意义来限定。虽然本专利技术优选涉及转子叶片，但本专利技术并不局限于此类，而是另外涉及涡轮机的导叶以及类似的构件。基本上，本专利技术的模块化叶片组件包括多种可互换的模块或者元件，其中，所提到的部件是可更换的，半可更换的或者不可更换的。根据本专利技术，基于模块化结构的叶片组件至少包括叶片翼型件，足板安装部件，其中，叶片的模块化结构的元件在其一端处具有用于彼此之间的可互换连接的目的的器件。翼型件相对于其它元件的连接基于关于涡轮机的转子轴线在径向或者准径向方向上的固定，其中叶片翼型件连同足板安装部件的组装基于由粘着互连促动的摩擦锁定结合，或者叶片翼型件连同足板安装部件的组装基于使用将叶片元件固定至彼此的金属和/或陶瓷表面，或者叶片翼型件连同足板安装部件的组装基于具有可分离的，永久的或者半永久的固定的力闭合器件。冷却通路在叶片翼型件的内部延伸以用于冷却目的，且通过设置在柄上、其侧面处的供给孔或者直接通过叶片根部部分被供应有冷却介质，特别是冷却空气。包括力闭合器件的模块之间的可分离的或者永久的连接包括螺栓或者铆钉，或者通过HT铜焊，活性铜焊，钎焊等来进行。
技术介绍
根据US2011/0142684A1，转子叶片翼型件通过第一过程使用第一材料形成。平台通过第二过程使用可不同于第一材料的第二材料形成。所提到的平台组装在翼型件的柄周围。一个或更多个销从平台延伸到柄中的孔中。该平台可形成为两个部分，且布置在柄的周围，包围它。这两个平台部分可结合到彼此之上。备选地，平台可使用具有比叶片和柄的可铸性更好的可铸性的金属合金铸造在柄周围，其可针对热容许量而专门化。销承载来自翼型件的下部区段的载荷。根据US2011/0142639A1，涡轮翼型件从柄延伸。平台支承或者围绕柄的第一部分。相反的齿从平台横向地延伸，以便接合盘中的相应的槽。相反的齿从柄的第二部分横向地延伸，该第二部分在平台下方延伸，以便接合盘中的其它槽。因此，平台和柄通过它们的相应的齿独立地支承它们自身的离心载荷。平台可形成为两个部分，它们在匹配的端壁处和/或经由穿过柄的销彼此结合。冷却剂通道可在销旁边穿过柄。EP2189626B1涉及转子叶片布置，特别是用于燃气涡轮，该转子叶片布置可紧固在叶片载体上，且在所有情况下包括叶片翼型件元件和平台元件，其中叶片排的平台元件形成了连续的内部围带。利用这样的叶片布置，通过叶片翼型件元件和平台元件形成为单独的元件且通过能够在所有情况下单独地紧固在叶片载体上，实现了延长使用寿命的机械脱耦。US2011/268582A1涉及叶片，包括沿着纵向轴线在叶片的纵向方向上延伸的叶片翼型件。在流动方向上由前缘和后缘界定的叶片翼型件在下端处、在形成热气体通路的内壁的平台下方并入柄中，柄终止于具有杉树形横截面轮廓的通常的叶片根部部分，通过该杉树形横截面轮廓，通过插入于对应的轴向槽中(例如参见US4,940,388的图1)，叶片可紧固在叶片载体上，特别是转子盘上。众所周知的且为现有技术的是，转子叶片具有冷却通路，冷却通路在叶片翼型件内部延伸以便冷却叶片，且冷却通路被供应有冷却介质，特别是冷却空气。参照所引用的美国文献，冷却通路(未显示)在叶片翼型件内部延伸，以便冷却叶片，且经由在侧面布置在柄上的供给孔被供应有冷却介质，特别是冷却空气。类似于叶片翼型件，柄具有凹入侧和凸起侧。倾斜地向上延伸到叶片翼型件的内部的供给孔通向柄的凸起侧的外部空间中。为了减小与供给孔的口部相关联的机械应力，且同时正面地影响叶片的振动特性，在供给孔的口部周围提供了平面或者实质上平面-也就是说没有在整个表面上一致地形成为平面-的加强元件，其延伸超出供给孔的直接附近，该加强（元件）整体地形成于柄上，且包括与叶片相同的材料。从图3中所示的加强元件的横截面中将看到，加强元件形成为大面积的台，并且从布置在中心平面的左侧的供给孔的开口延伸远远超出叶片的中心平面，使得加强元件相对于中心平面对称地形成，并且还包围供给孔的口部。参见US2013/0089431A1，公开了一种用于涡轮系统的叶片翼型件。该叶片翼型件包括第一本体，具有限定了叶片翼型件的空气动力学轮廓的第一部分的外表面，且由第一材料制成。该叶片翼型件还包括第二本体，其具有限定了叶片翼型件的空气动力学轮廓的第二部分的外表面，该第二本体联接到第一本体，并且由与第一材料相比具有不同的温度稳定性的第二材料形成。在另一实施例中，公开了用于涡轮系统的涡轮区段的喷嘴。该喷嘴包括叶片翼型件，其具有限定了空气动力学轮廓的外表面，该空气动力学轮廓包括在前缘与后缘之间延伸的压力侧和吸力侧。该叶片翼型件包括第一本体，其具有限定了叶片翼型件的空气动力学轮廓的第一部分的外表面，且由第一材料形成。该叶片翼型件还包括第二本体，其具有限定了叶片翼型件的空气动力学轮廓的第二部分的外表面，该第二本体联接到第一本体，且由与第一材料相比具有不同的温度稳定性的第二材料形成。该美国文献的附图，尤其是图3到图6，结合说明书一起例示了实施例，并且阐述了该现有技术的原理。US5,700,131显示了用于燃气涡轮发动机的内部冷却的涡轮叶片，其在前缘和后缘处被修改为包括动态冷却空气径向通路，其具有根部部分处的入口和末梢处的排出口，为叶片翼型件表面中的多个径向隔开的薄膜冷却孔供给。与在径向通路的内壁中径向地隔开的蜿蜒的通路连通的补给孔为薄膜冷却孔补充冷却空气损失。排出开孔大小设置为匹配回流边界，以贯穿径向长度实现恒定的薄膜-孔覆盖。可采用松开带(trip strips)来增强压力降分布。本领域技术人员还众所周知的是，发动机的效率随着涡轮的压力比增大以及涡轮的重量减小而增大。不用说，这些参数具有限制。增大涡轮的速度还增大叶片翼型件负载，且当然，涡轮的令人满意的运行将保持在给定的叶片翼型件负载之内。叶片翼型件负载是通过涡轮的横截面积乘以涡轮末梢的速度的平方－或者AN<2>－来控制的。显然，涡轮的旋转速度对负载有显著的影响。本专利技术所构思的翼梁/壳体构造为涡轮发动机设计者提供了减小在任何给定的发动机设计中所需要的冷却空气的量的选项。且此外，允许设计者由迄今为止还不能被铸造或者锻造来限定叶片翼型件区段的表面轮廓的特殊（exotic）高温材料来制造壳体。换言之，根据本专利技术，壳体可由铌或者钼或者它们的合金制成，其中形状通过众所周知的放电过程(EDM)或者线EDM过程来形成。此外，由于本专利技术的有效的冷却方案，壳体部分可由陶瓷或者更传统的材料制成，且仍然为设计者提供优点，因为将需要更少量的冷却空气。EP2642076显示了用于金属构件和CMC构件的连接系统，提供了涡轮叶片保持系统和旋转构件保持系统。连接系统包括保持销，金属泡沫衬垫，设置在金属构件中的第一孔口，以及设置在陶瓷基体复合构件中的第二孔口。第一孔口和第二孔口构造成在金属构件和陶瓷基体复合构件接合时形成通孔。保持销和金属泡沫衬垫可操作地布置在通孔内，以便连接金属构件和陶瓷基体复合构件。US7,972,113B1显示了一种翼型件部分11，如图2中看到的，其具有弯曲部分，其中，该翼型件部分包括从平台延本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于涡轮机的基于模块化结构的转子叶片组件，其中，叶片元件包括至少一个叶片翼型件，至少一个足板安装部件，其中，叶片元件在其一端处具有用于彼此之间的可互换的连接的目的的器件，其中，所述翼型件相对于其它元件的连接基于与所述涡轮机的转子的轴线相比在径向或者准径向延伸上的固定，其中，所述叶片翼型件连同所述足板安装部件的组装基于由粘着互连促动的摩擦锁定结合，或者所述叶片翼型件连同所述足板安装部件的组装基于使用将叶片元件固定至彼此的金属和/或陶瓷表面，或者所述叶片翼型件连同所述足板安装部件的组装基于具有可分离的、永久的或者半永久的固定的闭合器件，其中，所述足板安装部件包括至少两部分式元件，其中，分开的足板安装部件相对于所述叶片翼型件的足侧细长部分的组装利用相互的轴向地引导的联接(140，141)来进行，其中，所述足板安装部件(120，130)具有轴向地相对的缝隙或者咬合部(121，131)，它们对应于柄下部结构(150)的细长部分的轴向地延伸的轮廓，其中，所述柄下部结构的细长部分的轴向地延伸的轮廓近似对应于所述翼型件的轴向流入平面。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种用于涡轮机的基于模块化结构的转子叶片组件，其中，叶片元件包括至少一个叶片翼型件，至少一个足板安装部件，其中，叶片元件在其一端处具有用于彼此之间的可互换的连接的目的的器件，其中，所述翼型件相对于其它元件的连接基于与所述涡轮机的转子的轴线相比在径向或者准径向延伸上的固定，其中，所述叶片翼型件连同所述足板安装部件的组装基于由粘着互连促动的摩擦锁定结合，或者所述叶片翼型件连同所述足板安装部件的组装基于使用将叶片元件固定至彼此的金属和/或陶瓷表面，或者所述叶片翼型件连同所述足板安装部件的组装基于具有可分离的、永久的或者半永久的固定的闭合器件，其中，所述足板安装部件包括至少两部分式元件，其中，分开的足板安装部件相对于所述叶片翼型件的足侧细长部分的组装利用相互的轴向地引导的联接(140，141)来进行，其中，所述足板安装部件(120，130)具有轴向地相对的缝隙或者咬合部(121，131)，它们对应于柄下部结构(150)的细长部分的轴向地延伸的轮廓，其中，所述柄下部结构的细长部分的轴向地延伸的轮廓近似对应于所述翼型件的轴向流入平面。2.一种基于模块化结构的动力设备的叶片组件，其中叶片元件包括至少一个叶片翼型件，至少一个足板安装部件，其中，叶片元件在其一端处具有用于彼此之间的可互换的连接的目的的器件，其中，所述翼型件相对于其它元件的连接基于与所述涡轮机的轴线相比在径向或者准径向延伸中的固定，其中，所述叶片翼型件连同所述足板安装部件的组装基于由粘着互连促动的摩擦锁定结合，或者所述叶片翼型件连同所述足板安装部件的组装基于使用将叶片元件固定至彼此的金属和/或陶瓷表面，或者所述叶片翼型件连同所述足板安装部件的组装基于具有可分离的、永久的或者半永久的固定的闭合器件，其中，所述足板安装部件包括至少两部分式元件，其中，分开的足板安装部件相对于所述叶片翼型件的足侧细长部分的组装利用相互的轴向地引导的联接(140，141)来进行，其中，所述翼梁或所述叶片翼型件的内部腔体部分地或者整体地装填有合适的材料。3.一种基于模块化结构的动力设备的叶片组件，其中，叶片元件包括至少一个叶片翼型件，至少一个足板安装部件，其中叶片元件在其一端处具有用于彼此之间的可互换的连接的目的的器件，其中，所述翼型件相对于其它元件的连接基于与所述涡轮机的转子的轴线相比在径向或者准径向延伸中的固定，其中，所述叶片翼型件连同所述足板安装部件的组装基于由粘着互连促动的摩擦锁定结合，或者所述叶片翼型件连同所述足板安装部件的组装基于使用将叶片元件固定至彼此的金属和/或陶瓷表面，或者所述叶片翼型件连同所述足板安装部件的组装基于具有可分离的、永久的或者半永久的固定的闭合器件，其中，所述足板安装部件包括至少两部分式元件，其中，分开的足板安装部件相对于所述叶片翼型件的足侧细长部分的组装利用相互的轴向地引导的联接(140，141)来进行，其中，外壳体在所述叶片翼型件的末梢的范围中的组装包括用于收集热扩张的至少一个补偿器。4.根据权利要求1至3中的一项所述的叶片组件，其特征在于，所述足板安装部件包括至少一个内平台，柄，具有杉树形横截面轮廓的根部部分。5.根据权利要求1至3中的一项所述的叶片组件，其特征在于，所述叶片翼型件的细长部分与所述足板安装元件之间的所述组件包括密封结构。6.根据权利要求1至5中的一项所述的叶片组件，其特征在于，所述叶片翼型件包括至少一个施加了流的外壳体，其包围叶片翼型件的至少一个部分，与叶片的空气动力学方面相符。7.根据权利要求1至6中的一项所述的叶片组件，其特征在于，施加了流的外壳体整体地包围所述叶片翼型件的外轮廓或者下部结构。8.根据权利要求7所述的叶片组件，其特征在于，所述叶片翼型件的下部结构包括翼梁，其从所述叶片的所述足板安装部件延伸到所述叶片翼型件的末梢。9.根据权利要求1至8中的一项所述的叶片组件，其特征在于，施加了流的外壳体在所述涡轮机的工作介质的流动方向上部分地包围所述叶片翼型件的外轮廓。10.根据权利要求9所述的叶片组件，其特征在于，部分地提供的施...

【专利技术属性】
技术研发人员：J弗伯，D亚库斯科夫，K登伊索瓦，
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