涡轮叶片以及对应的维护方法技术

一种涡轮叶片尖端（30），包括凹槽状尖端壁（34），其具有与翼型件压力侧壁（14）的外表面（14b）连续的前表面（34b）。多个冷却通道（50）沿着凹槽状尖端壁（34）的轮廓间隔开设置。每个冷却通道（50）包括：入口（52），其被构造成用于从翼型件内部空腔（28）接收冷却剂；上游部分（54），其包括从入口（52）延伸到凹槽状尖端壁（34）的前表面（34b）的封闭通道；和下游部分（56），其包括由凹槽状尖端壁（34）的前表面（34b）上的槽（60）形成的开放通道。槽（60）沿下游方向径向向外延伸，以便沿着前表面（34b）朝向凹槽状尖端壁（34）的径向最外尖端（84）引导冷却剂。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】涡轮叶片以及对应的维护方法
本专利技术涉及用于燃气涡轮发动机的涡轮叶片，并且特别涉及涡轮叶片尖端。
技术介绍
在涡轮机（诸如燃气涡轮发动机）中，空气在压缩机部分中被加压，并且然后与燃料混合并在燃烧室部分中燃烧以生成热燃烧气体。热燃烧气体在发动机的涡轮部分内膨胀，在涡轮部分处提取能量来为压缩机部分供能并产生有用功，从而诸如转动发电机来产生电。热燃烧气体在涡轮部分内穿过一系列涡轮级。涡轮级可包括一排固定翼型件（即叶片），随后是一排旋转翼型件（即涡轮叶片），其中涡轮叶片从热燃烧气体提取能量以提供输出功率。典型地，涡轮叶片由一个端部处的根部和细长部分形成，细长部分形成从联接到根部的平台向外延伸的翼型件。翼型件包括位于径向向外的端部处的尖端、前缘和后缘。涡轮叶片的尖端常常具有用于减小涡轮气体路径中的环段和叶片之间的间隙尺寸以防止尖端流泄漏的尖端特征，这减小了由涡轮叶片生成的扭矩量。尖端特征常常被称为凹槽状尖端（squealertip），并且经常被结合到叶片的尖端上以帮助减少涡轮级之间的压力损失。这些特征被设计成最小化叶片尖端和环段之间的泄漏。然而，由于极端的发动机操作温度，凹槽状尖端设计很难在整个使用周期保持完好。凹槽状尖端的高温氧化和腐蚀随后降低发动机功率和效率。
技术实现思路
简而言之，本专利技术的各方面提供了一种具有改进的冷却特征的凹槽状尖端设计。根据本专利技术的第一方面，提供了一种涡轮叶片。该涡轮叶片包括翼型件，该翼型件包括由压力侧壁和吸力侧壁形成的外壁，压力侧壁和吸力侧壁在前缘处和后缘处结合。涡轮叶片包括位于第一径向端部处的叶片尖端和位于与第一径向端部相对的第二径向端部处的根部，所述根部用于支撑叶片并将叶片联接到盘。叶片尖端包括在压力侧壁和吸力侧壁之间延伸的尖端帽，以及从尖端帽径向向外延伸并沿着从前缘到后缘的方向延伸的凹槽状尖端壁。凹槽状尖端壁包括与压力侧壁的外表面连续的前表面。叶片尖端还包括沿着凹槽状尖端壁的轮廓间隔开的多个冷却通道。每个冷却通道包括：入口，其被构造成用于接收来自翼型件内部空腔的冷却剂；上游部分，该上游部分包括从入口延伸到凹槽状尖端壁的前表面的封闭通道；和下游部分，该下游部分包括由凹槽状尖端壁的前表面上的槽形成的开放通道。该槽沿下游方向径向向外延伸，以便沿着前表面朝向凹槽状尖端壁的径向最外尖端引导冷却剂。根据本专利技术的第二方面，提供了一种用于维护涡轮叶片以改进叶片尖端冷却的方法。涡轮叶片包括翼型件，该翼型件包括由压力侧壁和吸力侧壁形成的外壁，压力侧壁和吸力侧壁在前缘处和后缘处结合。涡轮叶片包括位于第一径向端部处的叶片尖端和位于与第一径向端部相对的第二径向端部处的根部，所述根部用于支撑叶片并将叶片联接到圆盘。叶片尖端包括在压力侧壁和吸力侧壁之间延伸的尖端帽，以及从尖端帽径向向外延伸并沿着从前缘到后缘的方向延伸的凹槽状叶片尖端壁。凹槽状尖端壁包括与压力侧壁的外表面连续的前表面。用于维护叶片的方法包括加工多个冷却通道，所述冷却通道沿着凹槽状尖端壁的轮廓间隔开。加工每个冷却通道包括：加工被构造成与翼型件内部空腔流体连通的冷却通道入口；加工上游部分，该上游部分包括从入口延伸到凹槽状尖端壁的前表面的封闭通道；以及加工下游部分，该下游部分包括由凹槽状尖端壁的前表面上的槽形成的开放通道。该槽沿下游方向朝向凹槽状尖端壁的径向最外尖端径向向外延伸。附图说明借助附图更详细地示出了本专利技术。附图示出了具体构造，并且不限制本专利技术的范围。图1是具有已知类型凹槽状尖端的涡轮叶片的透视图；图2是沿着图1中的截面II-II的示意性横截面图；图3是根据本专利技术第一实施例的涡轮叶片的一部分的透视图；图4示出了沿着图3中的截面IV-IV的透视截面图；图5是沿从压力侧到吸力侧的方向观察的放大透视图，其图示了槽的第一示例性构造；图6是图3的涡轮叶片的叶片尖端的一部分的放大透视图，其图示了具有扇形尖端表面的凹槽状尖端壁；图7是根据本专利技术第二实施例的涡轮叶片的一部分的透视图；图8示出了沿着图7中的截面VIII-VIII的透视截面图；以及图9是沿从压力侧到吸力侧的方向观察的放大透视图，其图示了槽的第二示例性构造。具体实施方式在以下对优选实施例的详细描述中，参考了形成其一部分的附图，并且在附图中通过图示而非限制的方式示出了在其中可实施本专利技术的具体实施例。应当理解，可利用其他实施例，并且可在不脱离本专利技术的精神和范围的情况下做出改变。参考附图，其中贯穿各种附图，相同的附图标记表示相同的元件，图1图示了涡轮叶片1。叶片1包括大体中空的翼型件10，翼型件10从叶片平台6径向向外延伸并延伸到热气路径流体流中。根部8从平台6径向向内延伸，并且可包括例如用于将叶片1联接到转子盘（未示出）的常规枞树形状。翼型件10包括外壁12，外壁12由大体凹入的压力侧壁14和大体凸出的吸力侧壁16形成，压力侧壁14和吸力侧壁16在前缘18处和后缘20处结合在一起，从而限定弧线29。翼型件10从径向内端处的根部8延伸到径向外端处的尖端30，并且可采取适于从热气流提取能量并引起转子盘旋转的任何构造。如图2所示，中空翼型件10的内部可包括被限定在压力侧壁14的内表面14a和吸力侧壁16的内表面16a之间的至少一个内部空腔28，以形成用于涡轮叶片1的内部冷却系统。内部冷却系统可接收冷却剂，诸如从压缩机部分（未示出）分流的空气，该冷却剂可经由通常设置在叶片根部8中的冷却剂供应通道进入内部空腔28。在内部空腔28内，冷却剂可沿大体径向方向流动，从而从压力侧壁14和吸力侧壁16的内表面14a、16a吸收热量，然后经由外部孔口17、19、37、38被排放到热气路径中。特别是在高压涡轮级中，叶片尖端30可形成为所谓的“凹槽状尖端”。联合参考图1-2，叶片尖端30可由在外壁12的径向外端处设置在外壁12上的尖端帽32形成。尖端帽32在压力侧壁14和吸力侧壁16之间延伸，并具有压力侧边缘44和吸力侧边缘46。尖端帽32包括面向翼型件内部空腔28的径向内表面32和面向尖端空腔35的径向外表面32b。叶片尖端30至少还包括凹槽状尖端壁，在该示例中为压力侧凹槽状尖端壁34和吸力侧凹槽状尖端壁36，它们各自从尖端帽32朝向相应的凹槽状尖端壁34、36的径向最外尖端84、86径向向外延伸。参考图2，压力侧凹槽状尖端壁34包括内表面34a、与内表面34a横向相对的外表面34b、以及位于压力侧凹槽状尖端壁34的径向最外尖端84处的径向向外面向的尖端表面34c。在该示例中，外表面34b平行于压力侧壁14的外表面14b。吸力侧凹槽状尖端壁36包括内表面36a、与内表面36a横向相对的外表面36b、以及位于吸力侧凹槽状尖端壁36的径向最外尖端86处的径向向外面向的尖端表面36c。在该示例中，外表面36b平行于吸力侧壁14的外表面16b。压力侧凹槽状尖端壁34和吸力侧凹槽状尖端壁36可基本上或完全沿着尖端帽32的周边延伸，使得尖端空腔35被限定在压力侧凹槽状尖端壁34的内本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种涡轮叶片（1），包括：/n翼型件（10），其包括由压力侧壁（14）和吸力侧壁（16）形成的外壁（12），所述压力侧壁（14）和所述吸力侧壁（16）在前缘（18）处和后缘（20）处结合，/n位于第一径向端部处的叶片尖端（30）以及位于与所述第一径向端部相对的第二径向端部处的根部（8），所述根部用于支撑叶片（1）并将所述叶片（1）联接到盘，/n其中，所述叶片尖端（30）包括：/n尖端帽（32），其在所述压力侧壁（14）和所述吸力侧壁（16）之间延伸，/n凹槽状尖端壁（34），其从所述尖端帽（32）径向向外延伸，并且沿着从所述前缘（18）到所述后缘（20）的方向延伸，所述凹槽状尖端壁（34）包括与所述压力侧壁（14）的外表面（14b）连续的前表面（34b），以及/n多个冷却通道（50），所述多个冷却通道沿着所述凹槽状尖端壁（34）的轮廓间隔开，每个冷却通道（50）包括：/n入口（52），其被构造成用于接收来自翼型件内部空腔（28）的冷却剂，/n上游部分（54），其包括从所述入口（52）延伸到所述凹槽状尖端壁（34）的前表面（34b）的封闭通道，/n下游部分（56），其包括由所述凹槽状尖端壁（34）的所述前表面（34b）上的槽（60）形成的开放通道，所述槽（60）沿下游方向径向向外延伸，以便沿着所述前表面（34b）朝向所述凹槽状尖端壁（34）的径向最外尖端（84）引导冷却剂。/n...

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种涡轮叶片（1），包括：
翼型件（10），其包括由压力侧壁（14）和吸力侧壁（16）形成的外壁（12），所述压力侧壁（14）和所述吸力侧壁（16）在前缘（18）处和后缘（20）处结合，
位于第一径向端部处的叶片尖端（30）以及位于与所述第一径向端部相对的第二径向端部处的根部（8），所述根部用于支撑叶片（1）并将所述叶片（1）联接到盘，
其中，所述叶片尖端（30）包括：
尖端帽（32），其在所述压力侧壁（14）和所述吸力侧壁（16）之间延伸，
凹槽状尖端壁（34），其从所述尖端帽（32）径向向外延伸，并且沿着从所述前缘（18）到所述后缘（20）的方向延伸，所述凹槽状尖端壁（34）包括与所述压力侧壁（14）的外表面（14b）连续的前表面（34b），以及
多个冷却通道（50），所述多个冷却通道沿着所述凹槽状尖端壁（34）的轮廓间隔开，每个冷却通道（50）包括：
入口（52），其被构造成用于接收来自翼型件内部空腔（28）的冷却剂，
上游部分（54），其包括从所述入口（52）延伸到所述凹槽状尖端壁（34）的前表面（34b）的封闭通道，
下游部分（56），其包括由所述凹槽状尖端壁（34）的所述前表面（34b）上的槽（60）形成的开放通道，所述槽（60）沿下游方向径向向外延伸，以便沿着所述前表面（34b）朝向所述凹槽状尖端壁（34）的径向最外尖端（84）引导冷却剂。


2.根据权利要求1所述的涡轮叶片（1），其中，所述槽（60）沿径向向外的方向具有发散宽度（W）。


3.根据权利要求2所述的涡轮叶片（1），其中，所述槽（60）由槽底（62）形成，所述槽底的相对两侧上是一对槽侧壁（64、66），其中由所述槽侧壁（64、66）之间的距离限定的所述槽底的宽度（W）沿径向向外的方向增加。


4.根据权利要求3所述的涡轮叶片（1），其中，所述槽侧壁（64、66）与所述槽底（62）正交。


5.根据权利要求1至4中任一项所述的涡轮叶片（1），其中，所述槽（60）延伸穿过所述凹槽状尖端壁（34）的径向最外尖端（84），使得所述凹槽状尖端壁（34）的径向向外面向的尖端表面（34c）具有由交替的峰（92）和谷（94）限定的前边缘（72）。


6.根据权利要求1至4中任一项所述的涡轮叶片（1），其中，所述槽（60）具有深度（D），所述深度沿径向向外的方向逐渐变小，直到在所述凹槽状尖端壁（34）的径向最外尖端（84）处基本为零深度。


7.根据权利要求1所述的涡轮叶片（1），其中，形成所述上游部分（54）的所述封闭通道具有基本恒定的流动横截面。


8.根据权利要求1所述的涡轮叶片（1），其中，所述入口（52）形成在所述尖端帽（32）的面向所述翼型件内部空腔（28）的径向内表面（32a）上。
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【专利技术属性】
技术研发人员：S威廉森，姜南，
申请(专利权)人：西门子股份公司，
类型：发明
国别省市：德国;DE