涡轮叶片及相应的维修方法技术

一种涡轮叶片末梢（30）包括末梢盖（32），其设置在叶片翼型件（10）之上，并且具有压力侧边缘（44）和吸力侧边缘（46）。凹口（50）由与所述末梢盖（32）的所述吸力侧边缘（46）相邻的径向向内的台阶形成。所述凹口（50）由径向延伸的台阶壁（52）和径向面向外的平台（54）限定。所述台阶壁（52）从所述末梢盖（32）的所述吸力侧边缘（46）径向向内延伸到所述平台（54），由此所述平台（54）相对于所述末梢盖（32）的径向外表面（32b）径向向内定位。所述凹口（50）在从所述前缘（18）到所述后缘（20）的方向上沿所述吸力侧壁（16）的至少一部分延伸。在另一方面，提供了一种用于维修叶片（1）的方法，所述方法包括加工如上所述的吸力侧凹口（50）。

Turbine blades and corresponding maintenance methods

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】涡轮叶片及相应的维修方法
本专利技术涉及用于燃气涡轮发动机的涡轮叶片，并且特别是涉及涡轮叶片末梢（bladetip）。
技术介绍
在例如燃气涡轮发动机之类的涡轮机中，空气在压缩机部段中被加压，并且随后与燃料混合并在燃烧器部段中燃烧，以产生热燃烧气体。该热燃烧气体在发动机的涡轮部段内膨胀，在那里能量被提取以为压缩机部段供能并产生有用功，例如使发电机转动来发电。该热燃烧气体行进通过涡轮部段内的一系列涡轮级。一个涡轮级可包括一排静止的翼型件，即静叶，继之以一排旋转的翼型件，即涡轮叶片，其中，这些涡轮叶片从该热燃烧气体提取能量，以便提供输出功率。通常，涡轮叶片由处于一端处的根部以及细长部分形成，该细长部分形成从耦接到该根部的平台向外延伸的翼型件。该翼型件包括处于径向向外端部处的末梢、前缘和后缘。涡轮叶片的末梢通常具有末梢特征，以减小涡轮的气体路径中的环段和叶片之间的间隙的尺寸，以防止末梢流泄漏，该末梢流泄漏减少了涡轮叶片所产生的扭矩的量。所述末梢特征通常被称为凹槽末梢（squealertip），并且经常被结合到叶片的末梢上，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末梢和环段之间的泄漏。
技术实现思路
简言之，本专利技术的各方面提供了一种涡轮叶片，其具有用于控制泄漏流的改进的叶片末梢设计。根据本专利技术的第一方面，提供了一种涡轮叶片。所述涡轮叶片包括翼型件，所述翼型件包括外壁，所述外壁由在前缘和后缘处联接的压力侧壁和吸力侧壁形成。所述叶片包括处于第一径向端部处的叶片末梢和处于与所述第一径向端部相对的第二径向端部处的叶片根部，所述叶片根部用于支撑所述叶片并且用于将所述叶片耦接到盘。所述叶片末梢包括设置在所述翼型件的所述外壁之上的末梢盖。所述末梢盖包括压力侧边缘和吸力侧边缘，以及由与所述末梢盖的所述吸力侧边缘相邻的径向向内的台阶形成的凹口。所述凹口由径向延伸的台阶壁和径向面向外的平台限定。所述台阶壁从所述末梢盖的所述吸力侧边缘径向向内延伸到所述平台，由此所述平台相对于所述末梢盖的径向外表面径向向内定位。所述凹口在从所述前缘到所述后缘的方向上沿所述吸力侧壁的至少一部分延伸。根据本专利技术的第二方面，提供了一种用于维修涡轮叶片以改善泄漏流控制的方法。所述涡轮叶片包括翼型件，所述翼型件包括外壁，所述外壁由在前缘和后缘处联接的压力侧壁和吸力侧壁形成。所述叶片包括处于第一径向端部处的叶片末梢和处于与所述第一径向端部相对的第二径向端部处的叶片根部，所述叶片根部用于支撑所述叶片并且用于将所述叶片耦接到盘。所述叶片末梢包括末梢盖，其设置在所述翼型件的所述外壁之上，并且具有压力侧边缘和吸力侧边缘。用于维修涡轮叶片的所述方法包括加工凹口，所述凹口形成与所述末梢盖的所述吸力侧边缘相邻的径向向内的台阶。所述凹口由径向延伸的台阶壁和径向面向外的平台限定。所述台阶壁从所述末梢盖的所述吸力侧边缘径向向内延伸到所述平台，由此所述平台相对于所述末梢盖的径向外表面径向向内定位。所述凹口在从所述前缘到所述后缘的方向上沿所述吸力侧壁的至少一部分延伸。附图说明借助于附图更详细地示出了本专利技术。附图示出了特定构造并且不限制本专利技术的范围。图1是具有已知类型的凹槽末梢的涡轮叶片的透视图；图2是沿图1的剖面II-II的示意性剖视图；图3是描绘了结合吸力侧凹口的根据本专利技术的实施例的叶片末梢的透视图；图4、图5和图6分别是沿图3的剖面IV-IV、V-V和VI-VI的示意性剖视图；以及图7和图8是图示了相对于基准凹槽末梢设计通过该吸力侧凹口形成的局部涡流在减小末梢涡流中的效果的示意图。具体实施方式在下面向优选实施例的详细描述中，参考了形成本文的一部分的附图，并且在附图中，作为图示而非作为限制示出了其中可实践本专利技术的特定实施例。要理解的是，可利用其他实施例，并且可作出改变，而不脱离本专利技术的精神和范围。参考附图，其中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包括大致中空的翼型件10，该翼型件10从叶片平台6径向向外延伸并且延伸到热气体路径流体的流中。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耦接到转子盘（未示出）的常规的枞树形状。翼型件10包括外壁12，该外壁12由大致凹形的压力侧壁14和大致凸形的吸力侧壁16形成，所述侧壁在限定弧线29的前缘18和后缘20处联接在一起。翼型件10从径向内端处的根部8延伸到径向外端处的末梢30，并且可采取适合于从热气流中提取能量并引起转子盘的旋转的任何构造。如图2中所示，中空翼型件10的内部可包括限定在压力侧壁14的内表面14a与吸力侧壁16的内表面16a之间的至少一个内腔28，以形成用于涡轮叶片1的内部冷却系统。该内部冷却系统可接收冷却剂，例如从压缩机部段（未示出）转移的空气，该冷却剂可经由通常设置在叶片根部8中的冷却剂供应通路进入内腔28。在内腔28内，该冷却剂可沿大致径向的方向流动，从而从压力和吸力侧壁14、16的内表面14a、16a吸收热，然后经由外部孔口17、19、37、38排入到热气体路径中。特别是在高压涡轮级中，叶片末梢30可形成为所谓的“凹槽末梢”。共同参考图1-2，叶片末梢30可由末梢盖32和一对凹槽末梢壁形成，该末梢盖32在外壁12的径向外端处设置在外壁12之上，该对凹槽末梢壁即压力侧凹槽末梢壁34和吸力侧凹槽末梢壁36，它们各自从末梢盖32径向向外延伸。压力和吸力侧凹槽末梢壁34和36可基本上或完全地沿末梢盖32的周界延伸，以在压力侧凹槽末梢壁34的内表面34a和吸力侧凹槽末梢壁36的内表面36a之间限定末梢腔35。压力侧凹槽末梢壁34的外表面34b可与压力侧壁14的外表面14b对准，而吸力侧凹槽末梢壁36的外表面36b可与吸力侧壁16的外表面16b对准。叶片末梢30可另外包括多个冷却孔37、38，其将内腔28与叶片末梢30的暴露于热气体路径流体的外表面流体连接。在所示示例中，冷却孔37穿过压力侧凹槽末梢壁34形成，而冷却孔38穿过末梢盖32形成，从而通向末梢腔35。附加地或替代地，冷却孔可被设置在叶片末梢30处的其他位置处。在操作中，涡轮叶片1的压力侧与吸力侧之间的压力差可通过旋转的叶片末梢30与周围的固定涡轮部件（未示出）之间的空隙将泄漏流FL从压力侧驱动到吸力侧。该泄漏流FL可导致涡轮转子的效率降低。这种效率损失存在两个主要原因：第一，末梢泄漏流FL不对叶片做功，从而减小了产生的功率；第二，末梢泄漏流FL当其离开间隙时可与气体路径流体的主流FM（其大致沿轴向方向）混合，从而卷成涡旋结构VT（参见图2）。称为末梢泄漏涡流的该涡旋结构VT会导致压力损失以及转子效率的进一步降低。将叶片末梢构造为具有一个或多个凹槽末梢壁34、36的凹槽（squealer）可缓解与末梢泄漏流相关的一些问题。通常，如图2中所示，凹槽末梢壁34、36具有矩形剖面，其中，该凹槽末梢壁的侧向相对的侧面基本上彼此平行。本专利技术的实施例旨在通过提供结合吸力侧凹口的新颖的叶片末梢几何构型来进一步改善末梢泄漏损失。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），其包括外壁（12），所述外壁（12）由在前缘（18）和后缘（20）处联接的压力侧壁（14）和吸力侧壁（16）形成，/n处于第一径向端部处的叶片末梢（30）和处于与所述第一径向端部相对的第二径向端部处的叶片根部（8），所述叶片根部（8）用于支撑所述叶片（1）并且用于将所述叶片（1）耦接到盘，/n其中，所述叶片末梢（30）包括：/n设置在所述翼型件（10）的所述外壁（12）之上的末梢盖（32），所述末梢盖（32）包括压力侧边缘（44）和吸力侧边缘（46），以及/n由与所述末梢盖（32）的所述吸力侧边缘（46）相邻的径向向内的台阶形成的凹口（50），所述凹口（50）由径向延伸的台阶壁（52）和径向面向外的平台（54）限定，/n所述台阶壁（52）从所述末梢盖（32）的所述吸力侧边缘（46）径向向内延伸到所述平台（54），由此所述平台（54）相对于所述末梢盖（32）的径向外表面（32b）径向向内定位，/n其中，所述凹口（50）在从所述前缘（18）到所述后缘（20）的方向上沿所述吸力侧壁（16）的至少一部分延伸。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20170816 EP 17186342.61.一种涡轮叶片（1），包括：
翼型件（10），其包括外壁（12），所述外壁（12）由在前缘（18）和后缘（20）处联接的压力侧壁（14）和吸力侧壁（16）形成，
处于第一径向端部处的叶片末梢（30）和处于与所述第一径向端部相对的第二径向端部处的叶片根部（8），所述叶片根部（8）用于支撑所述叶片（1）并且用于将所述叶片（1）耦接到盘，
其中，所述叶片末梢（30）包括：
设置在所述翼型件（10）的所述外壁（12）之上的末梢盖（32），所述末梢盖（32）包括压力侧边缘（44）和吸力侧边缘（46），以及
由与所述末梢盖（32）的所述吸力侧边缘（46）相邻的径向向内的台阶形成的凹口（50），所述凹口（50）由径向延伸的台阶壁（52）和径向面向外的平台（54）限定，
所述台阶壁（52）从所述末梢盖（32）的所述吸力侧边缘（46）径向向内延伸到所述平台（54），由此所述平台（54）相对于所述末梢盖（32）的径向外表面（32b）径向向内定位，
其中，所述凹口（50）在从所述前缘（18）到所述后缘（20）的方向上沿所述吸力侧壁（16）的至少一部分延伸。


2.根据权利要求1所述的涡轮叶片（1），其特征在于，所述平台（54）从处于所述前缘（18）处或附近的第一端（58）和处于所述后缘（20）处或附近的第二端（60）延伸，其中，所述平台（54）的侧向宽度（W）从所述第一端（58）到所述第二端（60）变化。


3.根据权利要求2所述的涡轮叶片（1），其特征在于，所述平台（54）的最小侧向宽度位于所述第二端（60）处。


4.根据权利要求2和3中任一项所述的涡轮叶片（1），其特征在于，所述平台（54）的最大侧向宽度位于所述第一端（58）和所述第二端（60）之间。


5.根据权利要求1所述的涡轮叶片（1），其特征在于，所述台阶壁（52）正交于所述平台（54）。


6.根据权利要求5所述的涡轮叶片（1），其特征在于，所述平台（54）平行于所述末梢盖（32）的所述径向外表面（32b）。


7.根据权利要求1所述的涡轮叶片（1），还包括压力侧凹槽末梢壁（34），所述压力侧凹槽末梢壁（34）与所述末梢盖（32）的所述压力侧边缘（44）相邻地从所述末梢盖（32）径向向外延伸。


8.根据权利要求7所述的涡轮叶片（1），其特征在于，所述压力侧凹槽末梢壁（34）包括侧向相对的第一侧面（34a）和第二侧面（34b），其中，...

【专利技术属性】
技术研发人员：A阿克图尔克，T海恩兹，K莫罕，D蒙克，JL罗德里格斯，
申请(专利权)人：西门子股份公司，
类型：发明
国别省市：德国;DE