具有平臺的模塊化的渦輪葉片的制作方法
【專利摘要】本發明涉及一種渦輪葉片（10)，其包括葉身(12)和對此模塊化的平臺（13)，所述葉身和平臺沿著渦輪葉片（10)的縱軸線（13)依次緊隨。為了在此顯示出模塊化的、一方面構造尤其簡單且簡潔的且另一方面確保各個組成部件彼此間的尤其可靠的、耐用的以及持久的連接的渦輪葉片(10)而提出：葉身（12)包括凸出部（26)并且平臺（17)包括外部的平臺部件（15)和至少兩件式的相對于縱軸線（11)徑向內部的平臺部件（13)，所述外部的平臺部件和內部的平臺部件側向地貼靠葉身（12)的凸出部（26)并且其中外部的平臺部件（15)構成為包圍內部的平臺部件（13)的外邊緣的、環形的平臺框（18)。
【專利說明】具有平臺的模塊化的渦輪葉片
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種渦輪葉片，其具有葉身和平臺，所述葉身和平臺沿著渦輪葉片的縱軸線直接依次緊隨。
【背景技術】
[0002]從大量的現有技術中以多種方式和方法已知渦輪葉片和用于制造渦輪葉片的方法。例如，用于燃氣輪機的渦輪葉片通常以鑄造方法制造。在鑄造時，同時由鑄造材料形成葉根、平臺和葉身，使得這種渦輪葉片是一件式的。隨后，暴露于渦輪機的熱氣的面還設有防腐蝕層和防熱層，以便提高渦輪葉片的壽命。鑄造的渦輪葉片通常也構成為是空心的，因此用于冷卻葉片材料的介質能夠在內部中流動。蒸汽輪機的渦輪葉片大多從整體中銑削或切割。
[0003]使用在固定式渦輪機中的渦輪葉片在渦輪機運行中承受大量的負荷，所述負荷以可預見的還有不可預見的方式和方法使渦輪葉片老化和磨損。
[0004]詳細地，出現低循環的還有高循環的疲勞負荷以及還有熱機械負荷。渦輪葉片也被保護防止氧化和蠕變。前述負荷尤其與渦輪葉片的直接暴露于熱氣或熱蒸汽的表面和組成部分相關。在固定側，渦輪葉片還暴露于所謂的“支承負荷”和“摩擦負荷”。根據所述不同的負荷和要求，一件式的渦輪葉片的材料必須選擇成，使得根據方案，多個、要不然全部負荷由材料吸收，而沒有達到渦輪葉片的過早老化或者提早的壽命終點。在熱負荷方面和在腐蝕負荷方面例如已知的是:燃氣輪機的渦輪葉片配設有層系統，所述層系統保護其材料免于腐蝕還有免于過高的熱量輸入。
[0005]因此，在渦輪葉片的不同的區域中能夠出現例如裂紋的磨損現象，所述磨損現象危害渦輪機的運行。出于該原因已知的是:對渦輪葉片在預設的使用時間之后檢查這種缺陷并且當存在這樣的檢查結果時更換或者再次整修相關的渦輪葉片。
[0006]此外，從現有技術中已知模塊化的渦輪葉片，其中葉身和平臺為單獨制造的構件，所述構件借助于不同的構造或結合連接而組裝成渦輪葉片。
[0007]其缺點例如能夠在于與一件式的渦輪葉片相比更短的壽命，所述更短的壽命由于各個組成部件的僅受限允許的結構和連接而出現。同樣地，模塊化的渦輪葉片通常在結構和制造方面是極其耗費的。
【發明內容】
[0008]本發明的目的是提供一種模塊化的渦輪葉片，所述渦輪葉片以尤其簡單進而極其可靠的類型和方法來構造和組裝。
[0009]渦輪葉片所針對的目的借助根據權利要求1的特征所述的這種渦輪葉片來實現。
[0010]根據本發明，渦輪葉片包括至少一個平臺和葉身，所述葉身和平臺沿著渦輪葉片的縱軸線(相應于渦輪機的徑向方向)直接地依次緊隨，其中葉身沿縱向方向包括凸出部并且平臺相對于縱軸線徑向地包括外部的平臺部件和至少兩件式的內部的平臺部件，其中內部的平臺元件側向地貼靠葉身的凸出部并且外部的平臺部件構成為包圍內部的平臺部件的外邊緣的、環形的平臺框。內部的平臺部件的主組成部件在此分別稱作為平臺元件。
[0011]本發明基于下述知識:當所述平臺元件側向地貼靠葉身的端側的延長部、即所謂的凸出部且這兩個平臺元件借助于夾子壓緊在葉身的凸出部上時，以尤其簡單的方式和方法能夠將渦輪葉片的單獨制造的平臺元件固定在單獨制造的葉身上。例如，在葉身的凸出部上在抽吸側能夠設置有第一平臺元件并且在壓力側設置有第二平臺元件。夾子構成為環形環繞的平臺框。通過平臺框的環形的(環狀)構造，所述平臺框能夠以收縮配合的方式夾緊平臺元件，使得不再強制地需要將平臺框進一步相對于可能的損耗進行穩固。
[0012]葉身的凸出部經由一個臺階部相對于壓力側和抽抽吸側的葉身面回縮，使得貼靠該臺階部的平臺元件不可以相對于渦輪葉片的縱軸線平行移動。
[0013]平臺框能夠具有不同的橫截面形狀。然而優選的是形成與內部的平臺部件的邊緣形狀配合的這種形狀。例如，橫截面形狀能夠構成為是菱形的或C形的。在此，內部的平臺部件的邊緣總是相應于橫截面形狀構成。
[0014]根據本發明的渦輪葉片的特別的優點是:尤其為平臺元件、葉身和為平臺框能應用兩種不同的材料。因此，附加地能夠考慮不同的局部負荷，這必要時引起渦輪葉片使用壽命的延長。
[0015]根據本發明的渦輪葉片的另一優點是在平臺的外部尺寸方面的更高的精度，因為在制造平臺框時能夠與在鑄造純一件式的渦輪葉片時相比更加簡單地產生該更高的精度。
[0016]為了將平臺框與平臺元件持久地連接能夠使用不同的方法。因為平臺框架構成為環形的框架，所以優選地，實現平臺框收縮配合在內部的平臺部件的環繞的邊緣上。在收縮配合之前，平臺框能夠被加熱和/或平臺元件能夠被冷卻。在組裝平臺框和平臺元件還有隨后的溫度平衡之后，平臺框因此固定地設置在內部的平臺部件的環繞的邊緣上。(點狀地還有沿著內部的平臺部件的邊緣與平臺框的連接線)釬焊和焊接也是可行的。
[0017]尤其有利的是下述改進形式:其中在葉身的凸出部的自由端部上構成卡圈，通過所述卡圈結合臺階部提供在葉身的輪廓的外周方向上的環形的槽，在所述槽中形狀配合地裝入內部的平臺部件的平臺元件。因此，平臺元件在凸出部附近具有基本上相應于槽寬度的壁厚度。
[0018]所提出的渦輪葉片的特殊性是:平臺元件借助于垂直于縱軸線的運動而貼靠于凸出部并且其防止向回運動的穩固元件以平臺框的形式以橫向與此(即平行于縱軸線)的運動置于平臺元件上。此后僅能夠確保:僅平臺框被防止松開。由于在原本的葉身和凸出部之間的臺階部以及由于凸出部上的卡圈而同樣阻擋包括平臺元件和平臺框的平臺平行于縱軸線的移動。
[0019]適當地，內部的平臺元件包括兩個平臺元件，但是所述平臺元件也能夠設有更多的平臺元件。
[0020]根據本發明的構造允許將不同的材料用于渦輪葉片的不同的組成部分。因此，葉身和平臺元件例如能夠由不同的材料制造，所述材料匹配于相應的局部的要求和負荷，如其在開頭所描述。平臺框也能夠由對于其目的而最適合的材料制造。因此，在渦輪葉片之內能夠應用不同的合金和鑄造材料。
[0021]渦輪葉片能夠在其第一葉身端部還有在其與第一端部相對置的第二端部上配設有前述平臺，所述平臺具有帶有多個平臺元件的內部的平臺部件以及外部的平臺部件，所述外部的平臺部件由平臺框形成。在該情況下，葉身在兩側分別具有上述凸出部。
[0022]根據另一有利的改進形式，多個平臺元件彼此間耦聯和/或一個平臺元件、多個平臺元件或者全部的平臺元件與葉身經由栓彼此I禹聯。例如，當僅設有圍繞葉身的凸出部的兩個平臺元件時，這兩個平臺元件能夠具有彼此相對置的、對齊的孔，栓裝入到所述孔中。這改進這兩個平臺元件之間的機械耦聯并且提高由各個組成部件組裝成的渦輪葉片的強度。
[0023]此外，平臺元件能夠具有平行于縱軸線延伸的穿通孔和/或盲孔，栓裝入到所述穿通孔和/或盲孔中，所述栓也置于延伸穿過凸出部的卡圈的開口。葉身的凸出部與平臺元件的這種栓連接即使在沒有存在平臺框的情況下防止平臺元件與葉身脫開。除了簡化組裝之外，該措施對于平臺框撕破或者甚至斷裂的難以想象的情況而言也提高渦輪葉片的強度以及渦輪葉片的運行安全性。
[0024]為了防止平臺框從內部的平臺部件移動，內部的平臺部件和外部的平臺部件能夠經由榫槽連接來耦聯。
[0025]根據有利的第一改進形式，平臺框面狀地貼靠內部的平臺部件，其中接觸面至少部分地與縱軸線圍成大于0°且小于90°的角度。這種設置至少防止平臺框在一個方向上沿著縱軸線的平行移動，這尤其在應用本發明時在渦輪葉片上是有利的。在該情況下，在渦輪機運行期間作用于平臺框上的離心力也通過形狀配合由于相對于縱軸線傾斜的接觸面而傳遞到內部的平臺部件中。這可靠地防止由于離心力引起的平臺框的損失。
[0026]優選地，該角度為15°和35°之間、例如該角度為20°。
[0027]根據另一有利的改進形式，平臺框在至少一個在側向朝外的面上具有用于容納密封元件的縫隙。這種設計方案提供下述優點:在存在于平臺邊緣中的縫隙由于置于其中的板形的密封元件而磨損的情況下借助現在提出的本發明存在修復運行時承受負荷的這種渦輪葉片的簡單的且可靠的可能性。此外，這種縫隙與在純一件式的渦輪葉片中相比更加低成本地制造。
[0028]適當地，渦輪葉片能夠構成為導向葉片或轉子葉片。
[0029]為了能夠即使在高溫應用中使用具有呈包圍內部的平臺部件的、環形的平臺框形式的外部的平臺部件和內部的平臺部件的渦輪葉片，有利的是:內部的平臺部件和平臺框在覆層過程中被覆層。因此，能夠將無縫的保護層施加到這兩個平臺部件上。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0030]下面，根據附圖描述進一步闡述本發明。本發明的其他的優點和特征根據所示出的實施例得出。
[0031]其示出:
[0032]圖1示出渦輪葉片的分解圖，其包括具有凸出部的葉身、兩件式的內部的平臺部件和外部的平臺部件，
[0033]圖2示出在組裝的狀態下的根據圖1的渦輪葉片的橫截面，
[0034]圖3示出圖2中的渦輪葉片的俯視立體圖，以及
[0035]圖4示出具有設置在頭部側的模塊化的平臺的圖1中的渦輪葉片。
[0036]在全部附圖中相同的特征設有相同的附圖標記。
【具體實施方式】
[0037]在圖1中根據分解圖示出渦輪葉片10的一部分。渦輪葉片10模塊化地構成并且根據該實施例因此包括葉身12、兩個平臺元件14、16以及平臺框18和多個將其彼此連接的栓20作為單獨制造的組成部件。此外，渦輪葉片10包括虛擬的縱軸線11。
[0038]葉身12氣動地彎曲并且根據已知的方式具有壓力側22以及抽吸側24。壓力側22和抽吸側24在前緣23處和后緣25處連接。在渦輪機之內的符合規定的使用時，工作介質從前緣23流動至后緣25。
[0039]在葉身12的圖1中示出的上端部處設有凸出部26，所述凸出部與葉身12的輪廓一件式地構成。凸出部26以類似于壓力側22和抽吸側24的方式在側向氣動地彎曲。然而與葉身12的由葉身壁22、24所預設的輪廓相比，凸出部26的輪廓尺寸顯著更小地構成，使得凸出部經由臺階部28連接到葉身12上。凸出部26在其自由端部30上具有卡圈32。所述卡圈橫向于縱軸線11并且沿著輪廓的整個環周延伸，由此所述卡圈與臺階部28形成環繞的槽34。
[0040]在所示出的實施例中，在凸出部26的卡圈32中在抽吸側和在壓力側分別設有三個貫通孔36，所述貫通孔通到槽34的側壁中的一個中。在凸出部26的側向安置兩個平臺元件14、16，其中也能夠設有更多數量的平臺元件。
[0041]平臺元件14、16具有基本上相應于槽34的寬度的平臺材料厚度。平臺元件14、16在前緣23的上游或者在后緣25的下游分別具有一個或多個盲孔38，在所述盲孔中部分地裝入栓20。盲孔38的取向一方面垂直于縱軸線11并且另一方面選擇成，使得在栓裝入的情況下這兩個平臺元件14、16能夠移向彼此，直到這兩個平臺元件14、16以置于槽34中的方式貼靠于凸出部26。此外，平臺元件14、16在其背離工作介質的一側、下面稱作后側40具有盲孔42，所述盲孔在平臺元件14、16置于槽34中之后與卡圈32的相關的穿通孔36對齊。此后，銷狀的栓能夠移入到彼此對齊的孔36、42中，由此平臺元件14、16初次地與葉身12固定地連接。
[0042]隨后，平臺框18平行于渦輪葉片10的縱軸線11移動，直至所述平臺框緊緊圍住這兩個平臺元件14、16。在此，平臺框18的收縮配合是優選的。借助于緊緊圍住，這兩個平臺元件14、16—方面固定地彼此壓緊并且另一方面被壓入到槽34中，使得所述平臺元件由于隨后形成的形狀配合不再能夠沿著縱軸線11移動。這兩個平臺元件14、16然后形成渦輪葉片10的內部的平臺部件13并且平臺框18形成渦輪葉片10的外部的平臺部件15。內部的平臺部件13和外部的平臺部件15形成平臺17(圖2)。
[0043]為了防止平臺框18與這兩個平臺元件14、16脫開，在內部的平臺部件13的兩個縱向棱邊41上和在平臺框18的兩個縱向梁46上分別構成榫槽連接。在圖1中，在縱向梁46的內側上示出所屬的榫48并且在平臺元件14的縱向棱邊上示出所屬的槽50。不言而喻的是，也能夠或者替代于此，能夠在橫向邊緣或橫向梁上分別設有榫槽連接。
[0044]在平臺元件14、16的后側40上，在入流側和出流側設有一個或多個卡件52，以便將渦輪葉片10移入到渦輪導向葉片承載件中并且固定在其上。因此，在圖1中示出的渦輪葉片10構成為導向葉片。
[0045]只要渦輪葉片10構成為轉子葉片，那么渦輪葉片10的設置用于固定的機構優選一件式地構成在凸出部26上，使得稱作葉根的機構與凸出部26和葉身12 —件式地連接。在轉子葉片中設有用于平臺元件14、16的環繞的槽34。
[0046]圖2示意地示出在組裝的最終狀態下的根據圖1的渦輪葉片10的部分立體剖面圖。然而，在圖2中既不示出設置在卡圈32中的孔也不示出置于其中的栓。相反，根據圖3中的立體圖能夠識別內部的平臺部件13劃分成壓力側的平臺元件14和抽吸側的平臺元件16。
[0047]在圖1、2和3中示出的渦輪葉片中，根據本發明構成(在軸流式渦輪機之內的其運行位置中)在徑向外部進而在根側安置在葉身12上的平臺17。相反，圖4示出具有其頭部側的端部55的渦輪葉片10，所述端部以類似的方式和方法朝根部側的端部能夠具有包括兩個平臺元件14、16以及平臺框18的模塊化的平臺17。在此，頭部側的端部55能夠與根部側的端部僅在平臺17的背離工作介質的一側方面不同。在應用在固定式燃氣輪機中的渦輪導向葉片10中通常將所謂的U形環安置在頭部側的端部上，所述U形環將設置在環中的導向葉片在頭部側彼此耦聯和連接。附加地，在圖4中示出在平臺框18的側向地朝外的面53上的縫隙54。縫隙54用于容納板形的密封元件，所述密封元件能夠設置在彼此相鄰的導向葉片之間以用于密封存在于其之間的間隙。
[0048]整體上，本發明涉及一種渦輪葉片10，其包括葉身12和對此模塊化的平臺17，所述葉身和平臺沿著所述渦輪葉片10的縱軸線11依次緊隨。為了在此顯示出模塊化的、一方面構造尤其簡單且簡潔的且另一方面確保各個組成部件彼此間的尤其可靠的、耐用的以及持久的連接的渦輪葉片10而提出:葉身12包括凸出部26并且平臺17包括外部的平臺部件15和至少兩件式的相對于縱軸線11徑向內部的平臺部件13，所述外部的平臺部件和內部的平臺部件側向地貼靠葉身12的凸出部26并且其中外部的平臺部件15構成為包圍內部的平臺部件13的外邊緣的、環形的平臺框18。
【權利要求】
1.一種渦輪葉片(10)，其包括葉身(12)和平臺(17)，所述葉身和平臺沿著所述渦輪葉片(10)的縱軸線(11)依次緊隨， 其特征在于，所述葉身(12)沿縱向方向包括凸出部(26)，并且所述平臺(17)相對于所述縱軸線(11)徑向地包括外部的平臺部件(15)和具有至少兩個平臺元件(14，16)的內部的平臺部件(13)，所述平臺元件(14，16)側向地貼靠所述葉身(12)的所述凸出部(26)，并且其中所述外部的平臺部件(15)構成為包圍所述內部的平臺部件(13)的外邊緣的、環形的平臺框(18)。
2.根據權利要求1所述的渦輪葉片(10)，其中所述平臺框(18)、所述內部的平臺部件(13)和具有所述凸出部(26)的所述葉身(12)構成為彼此單獨制造的組成部件。
3.根據權利要求1或2所述的渦輪葉片(10)，其中所述內部的平臺部件(13)包括兩個、三個或四個平臺元件(14,16)。
4.根據權利要求3所述的渦輪葉片(10)，其中所述平臺元件(14，16)關于所述縱軸線(11)形狀配合地與所述葉身(12)連接。
5.根據權利要求3或4所述的渦輪葉片(10)，其中多個所述平臺元件(14，16)彼此間耦聯和/或一個平臺元件(14，16)、多個平臺元件(14，16)或者全部的平臺元件(14，16)經由置于孔中的栓(20)與所述葉身(12)彼此耦聯。
6.根據上述權利要求中的任一項所述的渦輪葉片(10)，所述渦輪葉片在所述葉身(12)的兩個端部側具有相應的平臺(17)。
7.根據上述權利要求中的任一項所述的渦輪葉片(10)，其中所述內部的平臺部件(13)和所述平臺框(18)具有至少一個榫槽連接。
8.根據上述權利要求中的任一項所述的渦輪葉片(10)，其中所述平臺框(18)面狀地側向貼靠所述內部的平臺部件(13)并且貼靠面至少部分地與所述縱軸線圍成大于0°且小于90°的角度。
9.根據權利要求8所述的渦輪葉片(10)，其中所述角度具有10°和35°之間的大小。
10.根據上述權利要求中的任一項所述的渦輪葉片(10)，其中所述平臺框(18)在至少一個朝外的面(53)上具有用于容納密封元件的縫隙(54)。
11.根據上述權利要求中的任一項所述的渦輪葉片(10)，其中所述平臺框(18)收縮配合在所述內部的平臺部件(13)上和/或與所述內部的平臺部件焊接和/或釬焊。
12.根據上述權利要求中的任一項所述的渦輪葉片(10)，所述渦輪葉片構成為渦輪導向葉片，其中所述渦輪導向葉片的固定機構相應一件式地設置在平臺元件(14，16)中的至少一個上。
13.根據權利要求1至11中的任一項所述的渦輪葉片(10)，所述渦輪葉片構成為渦輪轉子葉片，其中所述渦輪轉子葉片的固定機構一件式地設置在所述葉身(12)的所述凸出部(26)上。
【文檔編號】F01D5/14GK104220700SQ201380017983
【公開日】2014年12月17日 申請日期:2013年3月28日 優先權日:2012年3月29日
【發明者】法蒂·艾哈邁德, 尼哈爾·屈特, 漢斯-托馬斯·博爾姆斯 申請人:西門子公司