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一种基于模块化结构的叶片组件，其中，叶片元件至少包括转子叶片翼型、脚踏板安装部(214)和热屏蔽。其中，该元件在其一端具有用于彼此间的可互换连接的机构，其中，翼型相对于其它元件的连接是基于与涡轮机的转子轴线相比在径向或准径向延伸的固定。叶片翼型同脚踏板安装部的组装是基于力配合或形状配合的固定，或者叶片翼型同脚踏板安装部彼此的组装是基于使用金属的和/或陶瓷的表面以用于粘附互连促使的摩擦锁定结合，或者叶片翼型同脚踏板安装部的组装是基于带有可拆卸的、永久的或半永久性的固定的摩擦锁定机构。至少叶片翼型包括至少一个流充填的热气体路径外衬(200)，其包住叶片翼型的基本叶片翼型或基本子结构(210)的至少一部分。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种用于涡轮机、优选燃气涡轮发动机的叶片组件，并且基本上是指带有一个或多个可拆卸元件或模块的模块化转子叶片。术语“叶片”是在宽泛的意义上限定的，并且也包括定子叶片，热屏蔽，等等。基本上，模块化叶片组件包括各种可互换的模块或元件，其中所提到的部件是可替换的或不可替换的。提供了基于模块化结构的叶片组件，其包括叶片翼型，所述叶片翼型在叶片纵向上延伸，并且在下端可选地合并到内平台或其他中间实施例中，并且随后终止于带有优先为枞树形横截面轮廓的常规叶片根部(root)，叶片可以通过该叶片根部被固定在叶片载体上，在转子叶片的情况下则被固定在转子盘上，其中，所述叶片翼型和/或内平台或其他中间实施例具有在其一端的用于叶片元件的可互换连接的机构，其中，叶片翼型彼此的连接具有相对于涡轮机的轴线在径向或准径向延伸的叶片元件的永久或半永久的固定，其中，叶片翼型与内平台连接或直接与叶片根部的组装是基于由粘附互连促使的摩擦锁定结合，或者叶片翼型与内平台连接或直接与叶片根部的组装是基于使用金属的和/或陶瓷的表面将转子叶片元件彼此固定，或者叶片翼型与内平台连接或直接与叶片根部的组装是基于带有可拆卸连接或永久连接的力锁合机构，其中，至少叶片翼型包括至少一个热气体路径外衬，其包住转子叶片的叶片翼型的至少一部分。冷却通道在叶片翼型内部延伸，用于冷却转子叶片，并通过在侧面配置在柄部(shank)上的供给孔或直接通过叶片根部而被供给有冷却介质，尤其是冷却空气。该可拆卸的或永久的连接包括带有螺栓或铆钉实现的力锁合机构，或者是由HT钎焊，活性钎焊，软钎焊制成。此外，内平台和/或叶片根部可以由单件制成或由复合结构制成。此外，内平台和/或叶片根部包括能够抵抗热应力和物理应力的装置和/或插入件，其中，所提到的装置是整体地或部分地可彼此互换的。专利技术背景US 2011/268582 A1公开了一种叶片，其包括沿纵轴线在叶片的纵向方向延伸的叶片翼型。由在流动方向上的前缘和后缘分界的叶片翼型，并入在形成热气体通道的内壁的平台下方的下端的柄部，所述柄部终止于带有枞树形横截面轮廓的常规叶片根部，叶片可以通过将该叶片根部插入到对应的轴向槽而被固定在叶片载体上，特别是固定在转子盘上(参见，例如，US4940388的图1)。现有技术中众所周知的是，转子叶片配备有在叶片翼型内延伸以用于冷却叶片、并且被供给冷却介质(尤其是冷却空气)的冷却通道。参照所述US文件，冷却通道在叶片翼型内部延伸，用于冷却叶片，并通过在侧面布置在柄部上的供给孔被供给有冷却介质，尤其是冷却空气。柄部，类似于叶片翼型，也具有凹侧和凸侧。供给孔倾斜地向上延伸到叶片翼型的内部，并且通到在柄部凸侧的外部空间。为了降低与供给孔的口相关联的机械应力并同时积极地影响叶片的振动特性，围绕供给孔的口提供了到达供给孔的直接邻近位置以外的平面加强元件，该加强元件与柄部一体形成并且由与叶片相同的材料构成。如同从如图3所示的加强元件的横截面中可看到，加强元件被形成为大面积的凸台，并且从布置在中心平面左侧的供给孔的开口直到远远超出叶片的中心平面，以致加强元件相对于中心平面对称地形成并且还环绕供给孔的口。在US2013/0089431 A1中，公开了用于涡轮机系统的叶片翼型。叶片翼型包括第一主体，其具有限定了叶片翼型的空气动力学轮廓的第一部分的外表面，并且由第一材料形成。叶片翼型还包括第二主体，其具有限定了叶片翼型的空气动力学轮廓的第二部分的外表面，所述第二主体连接到所述第一主体并且由具有与第一材料不同的温度性能的第二材料形成。在另一个实施例中，公开了用于涡轮机系统的涡轮部分的喷嘴。该喷嘴包括具有外表面的叶片翼型，所述外表面限定了空气动力学轮廓，所述空气动力学轮廓包括在前缘和后缘之间延伸的压力侧和吸入侧。该叶片翼型包括第一主体，其具有限定了叶片翼型的空气动力学轮廓的第一部分的外表面，并且由第一材料形成。该叶片翼型还包括第二主体，其具有限定了叶片翼型的空气动力学轮廓的第二部分的外表面，所述第二主体连接到所述第一主体并且由具有与第一材料不同的温度性能的第二材料形成。此US文件的附图，特别是图3图至6，与说明书描述一起，示出了实施例并且用于解释该现有技术的原理。US 5700131显示了用于燃气涡轮发动机的内部冷却的涡轮叶片，其在前缘和后缘进行了修改，以包括动态冷却空气流动径向通​​路，其中在根部设有入口并且在叶梢(tip)设有排放孔，用于对位于叶片翼型表面的多个径向隔开的薄膜冷却孔提供供给。与在径向通道的内壁径向地间隔开的蛇形通道连通的补给孔补充在输给薄膜冷却孔时失去的冷却空气。排放孔的尺寸设计成匹配回流余量，以在整个径向长度上达到恒定的薄膜孔覆盖。释放条(trip strips)可用于增加压降分布。本
的技术人员众所周知的是，发动机的效率随着涡轮压力比的增加和涡轮重量的减小而增加。不用说，这些参数有局限性。增加涡轮的速度也增加了叶片翼型的负荷，当然，涡轮的令人满意的操作是保持处于给定的叶片翼型负荷的范围内。由涡轮的横截面积乘以涡轮叶梢的速度的平方，或AN<2>，来控制叶片翼型负荷。显然，涡轮的转速对负载存在显著的影响。此专利技术所构思的翼梁(spar)/壳结构，为涡轮发动机的设计者提供了减少冷却空气量的选择，这是在任何给定的发动机设计中所需的。并且，另外，允许设计者用迄今无法铸造或锻造来限定叶片翼型部表面轮廓的特殊高温材料来制备所述壳。换句话说，提供此专利技术，所述壳可以由铌或钼或它们的合金制成，其中形状由公知的放电加工工艺(EDM)或线切割EDM工艺形成。另外，由于此专利技术的有效的冷却方案，该壳部分可以由陶瓷或更传统的材料制成，并且仍然为设计者呈现了一个优点，因为只需要更少量的冷却空气。EP 2 642 076提供了一种用于金属部件和CMC部件的连接系统、涡轮叶片固持系统和旋转部件固持系统。连接系统包括固持销、金属泡沫衬套、设置在金属部件上的第一孔、以及设置在陶瓷基复合材料部件上的第二孔。第一孔和第二孔配置为当金属部件和陶瓷基复合材料部件接合时形成一通孔。固持销和金属泡沫衬套可操作地布置在通孔内，以便连接金属部件和陶瓷基复合材料部件。US 8,162,617 B1涉及具有翼梁-壳结构的涡轮叶片，在该结构中翼梁和壳都固定在平台的两个半体内。所述翼梁和壳各自包括位于其底端的向外延伸的突出部，突出部安装配合在平台半体的内侧形成的凹槽内，以便当平台的两个半体接合时，克服径向运动而固定住翼梁和壳。该壳还通过从壳伸出的挂钩固定在翼梁上，所述挂钩滑入翼梁的外表面上形成的凹槽内。挂钩在壳和翼梁之间形成了蛇形流冷却通道。翼梁包括前缘区域下端的冷却孔，用以将所供应的冷却空气通过平台根部排出并且排到前缘冷却通道内。翼梁11包括肘形槽21，所述肘形槽沿着翼梁11的外表面自上而下延伸，如图1和图5所示。槽21被成型并定位为接纳从壳12延伸出的挂钩22并将壳12固定在翼梁11上，并且将翼梁和壳之间的挠曲分开最小化。表述“…将翼梁和壳之间的挠曲分开最小化”并不意味着挂钩和槽形成了力配合连接。此外，冷缩接合或冷缩配合为一种技术，在该技术中，通过装配后的相对尺寸变化实现干涉配合。这通常通过采用热膨胀现象形成接本文档来自技高网...

【技术保护点】
用于涡轮机的基于模块化结构的叶片组件，其中，叶片元件至少包括叶片翼型、脚踏板安装部和热屏蔽，其中，所述元件在其一端具有用于彼此间的可互换连接的机构，其中，所述翼型相对于其它元件的连接是基于与所述涡轮机的转子轴线相比在径向或准径向延伸的固定，其中，所述叶片翼型同所述脚踏板安装部和/或其它元件的组装是基于力配合或形状配合的固定，或者所述叶片翼型同所述脚踏板安装部和/或其它元件的组装是基于使用金属的和/或陶瓷的表面以用于粘附互连促使的摩擦锁定结合，或者所述叶片翼型同所述脚踏板安装部和/或其它元件的组装是基于带有可拆卸的、永久的或半永久性的固定的摩擦锁定机构，其中，至少所述叶片翼型包括至少一个流充填的热气体路径外衬，其包住所述叶片翼型的基本叶片翼型或基本子结构的至少一部分。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2013.11.25 EP 13194259.11.用于涡轮机的基于模块化结构的叶片组件，其中，叶片元件至少包括叶片翼型、脚踏板安装部和热屏蔽，其中，所述元件在其一端具有用于彼此间的可互换连接的机构，其中，所述翼型相对于其它元件的连接是基于与所述涡轮机的转子轴线相比在径向或准径向延伸的固定，其中，所述叶片翼型同所述脚踏板安装部和/或其它元件的组装是基于力配合或形状配合的固定，或者所述叶片翼型同所述脚踏板安装部和/或其它元件的组装是基于使用金属的和/或陶瓷的表面以用于粘附互连促使的摩擦锁定结合，或者所述叶片翼型同所述脚踏板安装部和/或其它元件的组装是基于带有可拆卸的、永久的或半永久性的固定的摩擦锁定机构，其中，至少所述叶片翼型包括至少一个流充填的热气体路径外衬，其包住所述叶片翼型的基本叶片翼型或基本子结构的至少一部分。2.用于涡轮机的基于模块化结构的叶片组件，其中，叶片元件至少包括叶片翼型和脚踏板安装部，其中，所述元件在其一端具有用于彼此间的可互换连接的机构，其中，所述翼型相对于其它元件的连接是基于与所述涡轮机的转子轴线相比在径向或准径向延伸的固定，其中，所述叶片翼型同所述脚踏板安装部的组装是基于力配合或形状配合的固定，或者所述叶片翼型同所述脚踏板安装部彼此之间的组装是基于使用金属的和/或陶瓷的表面以用于粘附互连促使的摩擦锁定结合，或者所述叶片翼型同所述脚踏板安装部的组装是基于带有可拆卸的、永久的或半永久性的固定的摩擦锁定机构，其中，至少所述叶片翼型包括至少一个流充填的热气体路径外衬，其包住所述叶片翼型的基本叶片翼型或基本子结构的至少一部分，其中，所述流充填的热气体路径外衬使用冷缩接合相对于所述翼型的基本叶片翼型或另一基本子结构相连。3.用于涡轮机的基于模块化结构的叶片组件，其中，叶片元件至少包括叶片翼型、脚踏板安装部和柄部，其中，所述元件在其一端具有用于彼此间的可互换连接的机构，其中，所述翼型相对于其它元件的连接是基于与所述涡轮机的转子轴线相比在径向或准径向延伸的固定，其中，所述叶片翼型同其它元件的组装是基于力配合或形状配合的固定，或者所述叶片翼型同其它元件的组装是相互地基于使用金属的和/或陶瓷的表面以用于粘附互连促使的摩擦锁定结合，或者所述叶片翼型同其它元件的组装是基于带有可拆卸的、永久的或半永久性的固定的摩擦锁定机构，其中，至少所述叶片翼型包括至少一个流充填的热气体路径外衬，其一体地包住所述叶片翼型的基本叶片翼型或基本子结构的外轮廓，遵循转子叶片的空气动力学外观，其中，所述热气体路径外衬包括至少两个形成所述叶片翼型之外轮廓的主体，其中，这些主体具有径向或准径向的间隙，所述间隙填充有密封件和/或陶瓷材料。4.根据权利要求1至3之一所述的叶片组件，其特征在于，所述转子叶片翼型具有径向方向上的优异的或涡旋的空气动力学轮廓。5.根据权利要求1至4之一所述的叶片组件，其特征在于，所述叶片翼型的基本子结构包括从转子叶片的脚踏板安装部延伸到叶片翼型叶梢的翼梁。6.根据权利要求1至5之一所述的叶片组件，其特征在于，所述涡轮机是带有热气体路径的燃气涡轮机，所述流充填的热气体路径外衬在所述燃气涡轮机的热工作介质的流动方向上部分地包住所述叶片翼型的外轮廓，遵循所述叶片的空气动力学外观。7.根据权利要求1至6之一所述的叶片组件，...

【专利技术属性】
技术研发人员：J弗伯，S霍伊维，T奧普德贝克，D亚库斯科夫，A德罗兹多夫，
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