本發(fā)明涉及一種用于渦輪機、優(yōu)選燃氣渦輪發(fā)動機的葉片組件，并且基本上是指帶有一個或多個可拆卸元件或模塊的模塊化轉(zhuǎn)子葉片。術(shù)語“葉片”是在寬泛的意義上限定的，并且也包括定子葉片，熱屏蔽，等等。

基本上，模塊化葉片組件包括各種可互換的模塊或元件，其中所提到的部件是可替換的或不可替換的。

提供了基于模塊化結(jié)構(gòu)的葉片組件，其包括葉片翼型，所述葉片翼型在葉片縱向上延伸，并且在下端可選地合并到內(nèi)平臺或其他中間實施例中，并且隨后終止于帶有優(yōu)先為樅樹形橫截面輪廓的常規(guī)葉片根部(root)，葉片可以通過該葉片根部被固定在葉片載體上，在轉(zhuǎn)子葉片的情況下則被固定在轉(zhuǎn)子盤上，其中，所述葉片翼型和/或內(nèi)平臺或其他中間實施例具有在其一端的用于葉片元件的可互換連接的機構(gòu)，其中，葉片翼型彼此的連接具有相對于渦輪機的軸線在徑向或準(zhǔn)徑向延伸的葉片元件的永久或半永久的固定，其中，葉片翼型與內(nèi)平臺連接或直接與葉片根部的組裝是基于由粘附互連促使的摩擦鎖定結(jié)合，或者葉片翼型與內(nèi)平臺連接或直接與葉片根部的組裝是基于使用金屬的和/或陶瓷的表面將轉(zhuǎn)子葉片元件彼此固定，或者葉片翼型與內(nèi)平臺連接或直接與葉片根部的組裝是基于帶有可拆卸連接或永久連接的力鎖合機構(gòu)，其中，至少葉片翼型包括至少一個熱氣體路徑外襯，其包住轉(zhuǎn)子葉片的葉片翼型的至少一部分。

冷卻通道在葉片翼型內(nèi)部延伸，用于冷卻轉(zhuǎn)子葉片，并通過在側(cè)面配置在柄部(shank)上的供給孔或直接通過葉片根部而被供給有冷卻介質(zhì)，尤其是冷卻空氣。

該可拆卸的或永久的連接包括帶有螺栓或鉚釘實現(xiàn)的力鎖合機構(gòu)，或者是由HT釬焊，活性釬焊，軟釬焊制成。此外，內(nèi)平臺和/或葉片根部可以由單件制成或由復(fù)合結(jié)構(gòu)制成。

此外，內(nèi)平臺和/或葉片根部包括能夠抵抗熱應(yīng)力和物理應(yīng)力的裝置和/或插入件，其中，所提到的裝置是整體地或部分地可彼此互換的。

發(fā)明背景

US 2011/268582 A1公開了一種葉片，其包括沿縱軸線在葉片的縱向方向延伸的葉片翼型。由在流動方向上的前緣和后緣分界的葉片翼型，并入在形成熱氣體通道的內(nèi)壁的平臺下方的下端的柄部，所述柄部終止于帶有樅樹形橫截面輪廓的常規(guī)葉片根部，葉片可以通過將該葉片根部插入到對應(yīng)的軸向槽而被固定在葉片載體上，特別是固定在轉(zhuǎn)子盤上(參見，例如，US4940388的圖1)。

現(xiàn)有技術(shù)中眾所周知的是，轉(zhuǎn)子葉片配備有在葉片翼型內(nèi)延伸以用于冷卻葉片、并且被供給冷卻介質(zhì)(尤其是冷卻空氣)的冷卻通道。

參照所述US文件，冷卻通道在葉片翼型內(nèi)部延伸，用于冷卻葉片，并通過在側(cè)面布置在柄部上的供給孔被供給有冷卻介質(zhì)，尤其是冷卻空氣。柄部，類似于葉片翼型，也具有凹側(cè)和凸側(cè)。供給孔傾斜地向上延伸到葉片翼型的內(nèi)部，并且通到在柄部凸側(cè)的外部空間。為了降低與供給孔的口相關(guān)聯(lián)的機械應(yīng)力并同時積極地影響葉片的振動特性，圍繞供給孔的口提供了到達供給孔的直接鄰近位置以外的平面加強元件，該加強元件與柄部一體形成并且由與葉片相同的材料構(gòu)成。如同從如圖3所示的加強元件的橫截面中可看到，加強元件被形成為大面積的凸臺，并且從布置在中心平面左側(cè)的供給孔的開口直到遠遠超出葉片的中心平面，以致加強元件相對于中心平面對稱地形成并且還環(huán)繞供給孔的口。

在US2013/0089431 A1中，公開了用于渦輪機系統(tǒng)的葉片翼型。葉片翼型包括第一主體，其具有限定了葉片翼型的空氣動力學(xué)輪廓的第一部分的外表面，并且由第一材料形成。葉片翼型還包括第二主體，其具有限定了葉片翼型的空氣動力學(xué)輪廓的第二部分的外表面，所述第二主體連接到所述第一主體并且由具有與第一材料不同的溫度性能的第二材料形成。在另一個實施例中，公開了用于渦輪機系統(tǒng)的渦輪部分的噴嘴。該噴嘴包括具有外表面的葉片翼型，所述外表面限定了空氣動力學(xué)輪廓，所述空氣動力學(xué)輪廓包括在前緣和后緣之間延伸的壓力側(cè)和吸入側(cè)。該葉片翼型包括第一主體，其具有限定了葉片翼型的空氣動力學(xué)輪廓的第一部分的外表面，并且由第一材料形成。該葉片翼型還包括第二主體，其具有限定了葉片翼型的空氣動力學(xué)輪廓的第二部分的外表面，所述第二主體連接到所述第一主體并且由具有與第一材料不同的溫度性能的第二材料形成。此US文件的附圖，特別是圖3圖至6，與說明書描述一起，示出了實施例并且用于解釋該現(xiàn)有技術(shù)的原理。

US 5700131顯示了用于燃氣渦輪發(fā)動機的內(nèi)部冷卻的渦輪葉片，其在前緣和后緣進行了修改，以包括動態(tài)冷卻空氣流動徑向通??路，其中在根部設(shè)有入口并且在葉梢(tip)設(shè)有排放孔，用于對位于葉片翼型表面的多個徑向隔開的薄膜冷卻孔提供供給。與在徑向通道的內(nèi)壁徑向地間隔開的蛇形通道連通的補給孔補充在輸給薄膜冷卻孔時失去的冷卻空氣。排放孔的尺寸設(shè)計成匹配回流余量，以在整個徑向長度上達到恒定的薄膜孔覆蓋。釋放條(trip strips)可用于增加壓降分布。本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員眾所周知的是，發(fā)動機的效率隨著渦輪壓力比的增加和渦輪重量的減小而增加。不用說，這些參數(shù)有局限性。增加渦輪的速度也增加了葉片翼型的負荷，當(dāng)然，渦輪的令人滿意的操作是保持處于給定的葉片翼型負荷的范圍內(nèi)。由渦輪的橫截面積乘以渦輪葉梢的速度的平方，或AN<2>，來控制葉片翼型負荷。顯然，渦輪的轉(zhuǎn)速對負載存在顯著的影響。此發(fā)明所構(gòu)思的翼梁(spar)/殼結(jié)構(gòu)，為渦輪發(fā)動機的設(shè)計者提供了減少冷卻空氣量的選擇，這是在任何給定的發(fā)動機設(shè)計中所需的。并且，另外，允許設(shè)計者用迄今無法鑄造或鍛造來限定葉片翼型部表面輪廓的特殊高溫材料來制備所述殼。換句話說，提供此發(fā)明，所述殼可以由鈮或鉬或它們的合金制成，其中形狀由公知的放電加工工藝(EDM)或線切割EDM工藝形成。另外，由于此發(fā)明的有效的冷卻方案，該殼部分可以由陶瓷或更傳統(tǒng)的材料制成，并且仍然為設(shè)計者呈現(xiàn)了一個優(yōu)點，因為只需要更少量的冷卻空氣。

EP 2 642 076提供了一種用于金屬部件和CMC部件的連接系統(tǒng)、渦輪葉片固持系統(tǒng)和旋轉(zhuǎn)部件固持系統(tǒng)。連接系統(tǒng)包括固持銷、金屬泡沫襯套、設(shè)置在金屬部件上的第一孔、以及設(shè)置在陶瓷基復(fù)合材料部件上的第二孔。第一孔和第二孔配置為當(dāng)金屬部件和陶瓷基復(fù)合材料部件接合時形成一通孔。固持銷和金屬泡沫襯套可操作地布置在通孔內(nèi)，以便連接金屬部件和陶瓷基復(fù)合材料部件。

US 8,162,617 B1涉及具有翼梁-殼結(jié)構(gòu)的渦輪葉片，在該結(jié)構(gòu)中翼梁和殼都固定在平臺的兩個半體內(nèi)。所述翼梁和殼各自包括位于其底端的向外延伸的突出部，突出部安裝配合在平臺半體的內(nèi)側(cè)形成的凹槽內(nèi)，以便當(dāng)平臺的兩個半體接合時，克服徑向運動而固定住翼梁和殼。該殼還通過從殼伸出的掛鉤固定在翼梁上，所述掛鉤滑入翼梁的外表面上形成的凹槽內(nèi)。掛鉤在殼和翼梁之間形成了蛇形流冷卻通道。翼梁包括前緣區(qū)域下端的冷卻孔，用以將所供應(yīng)的冷卻空氣通過平臺根部排出并且排到前緣冷卻通道內(nèi)。翼梁11包括肘形槽21，所述肘形槽沿著翼梁11的外表面自上而下延伸，如圖1和圖5所示。槽21被成型并定位為接納從殼12延伸出的掛鉤22并將殼12固定在翼梁11上，并且將翼梁和殼之間的撓曲分開最小化。表述“…將翼梁和殼之間的撓曲分開最小化”并不意味著掛鉤和槽形成了力配合連接。

此外，冷縮接合或冷縮配合為一種技術(shù)，在該技術(shù)中，通過裝配后的相對尺寸變化實現(xiàn)干涉配合。這通常通過采用熱膨脹現(xiàn)象形成接合，在裝配前通過加熱或冷卻一個部件并且在裝配后使其恢復(fù)到環(huán)境溫度得以實現(xiàn)。例如，金屬排水管件的熱膨脹可使施工人員將相對較冷的工件裝入其中。當(dāng)鄰接的工件達到同樣的溫度時，接合處承受張緊應(yīng)變并且變得更強。

根據(jù)US 3,810,711的渦輪葉片包括中空的支柱和支承支柱部分，該中空的支柱被多孔層疊材料覆蓋以提供冷卻的葉片部分，該支承支柱部分終止于用于連接至渦輪輪子的一個或兩個基部處。它還包括在葉片和支承部分的交界處雙鑄造至支柱的葉片平臺。支柱可以通過鑄造或鍛造兩個部件來制備，其中每個部件限定支柱的一個面，在翼型的前緣將這些結(jié)合在一起，對前緣部分進行機加工，將這些面裝配至支柱的葉片部分并且將這些結(jié)合在一起，然后將所述葉片部分成形為所需的翼型輪廓，之后將所述平臺雙鑄造到所述支柱上，以覆蓋葉片面的平臺端。

發(fā)明概述

本發(fā)明的目的是由多個可互換的模塊或元件來提供渦輪機的葉片的結(jié)構(gòu)或體系結(jié)構(gòu)，所述多個可互換的模塊或元件被優(yōu)化以適配渦輪機、特別是燃氣渦輪機的各種操作機制。在一單獨的工藝中，所述的多個不同的模塊或元件可以被修理和/或翻新。

根據(jù)權(quán)利要求書，提出：

葉片的結(jié)構(gòu)基本上包括作為主模塊的葉片翼型、內(nèi)平臺和樅樹形橫截面輪廓，葉片能夠通過樅樹形橫截面輪廓而固定在葉片載體如轉(zhuǎn)子盤上，以及附加子模塊，特別是在內(nèi)平臺與腳踏板安裝部(也稱為根部)之間的中間柄部，優(yōu)選具有樅樹形橫截面輪廓。作為葉片翼型的附加子模塊，葉梢包括帶密封裝置的熱屏蔽。

因此，本發(fā)明的發(fā)明構(gòu)思許可(leave)典型葉片結(jié)構(gòu)的使用，所述典型葉片結(jié)構(gòu)基本上由結(jié)合現(xiàn)有技術(shù)所描繪和描述的制作為整件的腳踏板安裝部、內(nèi)平臺和葉片翼型。

特別是，通過使用可由至少兩個單獨的部件(即一單獨的葉片翼型和一單獨的內(nèi)平臺)組裝而成的葉片，就形成了這樣的先決條件，即，提供了所指的單獨的部件、模塊、元件的可互換性或修理和/或修復(fù)，而不替換整個轉(zhuǎn)子葉片。

也可以將轉(zhuǎn)子葉片分為基本上四個單獨的部分，即，熱屏蔽、葉片翼型、內(nèi)平臺和腳踏板安裝部。如果葉片包括在內(nèi)平臺和腳踏板安裝部之間的中間柄部，則也能夠適用此基本構(gòu)思的相同實施方案。

通常，內(nèi)平臺是葉片的一個整體組成部分。由此，在高溫操作過程中，熱應(yīng)力被引入到從轉(zhuǎn)子葉片的葉片翼型到內(nèi)平臺的過渡部分內(nèi)。這意味著，在葉片翼型的前緣和后緣導(dǎo)致應(yīng)力集中，這種應(yīng)力集中可能會導(dǎo)致材料的局部失效或者至少增加修復(fù)工作。

所稱的應(yīng)力集中和材料的局部失效可以通過將內(nèi)平臺與葉片翼型部分分離來避免。另外，通過分離這些部分，也能夠分離不同的退化(degration)機構(gòu)，例如，由于葉片翼型部分的低周疲勞導(dǎo)致的內(nèi)平臺的氧化。通過彼此分離，所述部分二者都必須在相應(yīng)的載體中載帶其自身。關(guān)于熱屏蔽，可采用相同的程序。

在轉(zhuǎn)子葉片的固定位置的情況下，至少通過在葉片翼型內(nèi)端的固定裝置，將轉(zhuǎn)子葉片的葉片翼型與內(nèi)平臺保持緊密接觸或整體連接，所述內(nèi)平臺鄰接朝向渦輪級的熱氣流通道的內(nèi)徑通過渦輪級的熱氣流。另一方面，與葉片翼型以齊平方式連接或者與葉片翼型整體地制成的內(nèi)平臺，徑向向外地鄰接熱氣流通道。

渦輪機的基于模塊化結(jié)構(gòu)的葉片組件包括熱屏蔽、葉片翼型、內(nèi)平臺和腳踏板安裝部。葉片翼型和/或內(nèi)平臺和/或熱屏蔽和/或腳踏板安裝部在其一端具有用于所述模塊的可互換連接的機構(gòu)，其中，轉(zhuǎn)子葉片模塊的所使用的彼此連接的連接件，在相對于渦輪機的軸線在徑向或準(zhǔn)徑向上的延伸部中，具有葉片翼型的永久或半永久性的固定件。葉片翼型與其它模塊的組裝，是基于由粘附互連促使的直接或間接的摩擦鎖定結(jié)合。

可選的是，在與上述相互依賴的模塊連接的翼型的組裝，是基于使用金屬的和/或陶瓷的表面彼此固定模塊。可選的是，葉片翼型與其它模塊的組裝，是基于帶有可拆卸的或永久的連接的力鎖合機構(gòu)，其中，至少葉片翼型包括至少一個熱氣體路徑外襯，其包住葉片翼型的至少一部分。

熱氣體路徑外襯，也被稱為外殼，表示空氣動力學(xué)輪廓，并且是可互換的模塊，其帶有在冷卻構(gòu)造和/或材料配置和/或?qū)嶓w配方方面的變體，以適應(yīng)發(fā)電設(shè)備各自的燃氣渦輪發(fā)動機的不同操作機制。

因此，轉(zhuǎn)子葉片包括這樣的葉片翼型，在其一端具有徑向或準(zhǔn)徑向地導(dǎo)向的裝置，用于插入到內(nèi)平臺的凹部和/或抬高部(boost)中，用于相應(yīng)固定葉片翼型的可拆卸或半可拆卸的或永久或準(zhǔn)永久的連接。

這種固定的進行可以通過粘附促使的摩擦鎖定方式，或者通過使用金屬的和/或陶瓷的表面涂層，或者通過使用螺栓或鉚釘?shù)牧︽i合，或者通過HT釬焊、活性釬焊或軟釬焊。

相同的程序也被應(yīng)用于葉片翼型相對于熱屏蔽的處理，其中，內(nèi)模塊和外模塊可以制成為整件，或者由復(fù)合結(jié)構(gòu)制成。

根據(jù)渦輪機的單獨的操作要求或單獨的操作機制，腳踏板安裝部、內(nèi)平臺、葉片翼型和熱屏蔽包括能夠抵抗熱應(yīng)力和物理應(yīng)力的附加裝置和/或插入件，其中所述的附加裝置和插入件是整體的，或者它們的一部分是可互換的。

然而，必須確保第一排轉(zhuǎn)子葉片的內(nèi)平臺和熱屏蔽在圓周方向上彼此相鄰地排列，這限制了渦輪級的入口開口區(qū)域的環(huán)形熱氣流。

在葉片翼型的內(nèi)端和內(nèi)平臺之間的可拆卸固定的情況下，例如結(jié)合優(yōu)選實施例之前提及的那樣，內(nèi)平臺提供至少一個凹部用于在其徑向向內(nèi)定向的端部插入葉片翼型的鉤狀延伸部或凸耳，使得葉片翼型至少在渦輪級的軸向和周向方向上固定。

該鉤狀延伸部具有像十字形的橫截面，其適配到內(nèi)平臺內(nèi)的凹槽內(nèi)。內(nèi)平臺內(nèi)的凹槽提供了用于插入或拆卸的至少一個位置，凹部在該位置提供了開口，葉片翼型的鉤狀延伸部僅通過徑向運動就能夠穿過該開口而被完全插入。葉片翼型的該延伸部的形狀和內(nèi)平臺的該凹部的形狀優(yōu)選地像彈簧螺母連接那樣彼此適配。

出于插入或拆卸目的，也可以只在葉片翼型的其沿徑向向外導(dǎo)向的端部來操縱葉片翼型，這是在渦輪機處進行維護工作的一個顯著特征。

在此使用的術(shù)語“徑向”指的是渦輪機的轉(zhuǎn)子軸線和在其工作位置的安裝的葉片。

可行的是，內(nèi)平臺被可拆卸地安裝到中間件例如柄部上，或者直接安裝在腳踏板安裝部上，腳踏板安裝部也可拆卸地安裝到渦輪級的內(nèi)部部件的各自內(nèi)部結(jié)構(gòu)上。就此而言，中間件提供至少一個凹部用于插入內(nèi)平臺的鉤狀延伸部，用于內(nèi)平臺的軸向、徑向和周向固定。

基本上，中間件允許內(nèi)平臺在軸向、周向和徑向方向上的一些運動。在中間件上設(shè)有軸向、周向和徑向止動部以防止內(nèi)平臺的無約束的運動。通過軸向和周向止動部，轉(zhuǎn)子葉片的葉片翼型不是懸臂式的，而是在外平臺和內(nèi)平臺處被支撐。一個附加的彈簧型部件將內(nèi)平臺壓靠在中間件內(nèi)的徑向止動部上，使得能夠通過從熱屏蔽襯(liner)上方的空間徑向向內(nèi)地滑動葉片翼型，而將葉片翼型安裝到外平臺和內(nèi)平臺中。

此外，將葉片翼型和外殼或外殼部分分別連接到內(nèi)平臺、熱屏蔽上的可能類型的附連包括，在設(shè)置于熱屏蔽上的凹部中接收葉片翼型的徑向端。同樣地，也可以在設(shè)置于內(nèi)平臺上的凹部中接收葉片翼型的徑向端。所提到的凹部可以具有大致葉片翼型的形狀，以便對應(yīng)于葉片翼型或葉片翼型組件的外輪廓。因此，包括外殼布置的葉片翼型和葉片翼型組件就能夠被受限地保持在內(nèi)平臺和熱屏蔽之間。

此外，根據(jù)“發(fā)明背景”中提到的現(xiàn)有技術(shù)的現(xiàn)有解決方案僅僅涵蓋了本發(fā)明的目的的一部分。本發(fā)明的其中一個最重要的方面是，提供至少一個外殼，如果有必要并根據(jù)個別的操作要求或不同操作機制，提供未暴露于例如燃氣渦輪機的熱氣流的至少一個中間殼。葉片翼型載體的作用是承載葉片翼型模塊的機械負載。為了保護葉片翼型載體免受葉片翼型模塊的高溫和單獨的熱變形，可以應(yīng)用外殼并且另外應(yīng)用中間殼。

因此，中間殼在任何情況下是可選的。它可能需要作為用于外殼和翼梁的潛在不同熱膨脹的補償器，和/或用于額外地保護翼梁的冷卻裙部(cooling shirt)。外殼通常通過干涉配合被連接到可選的中間殼或翼梁，并且中間殼也通過干涉配合連接到翼梁。

翼梁，包括葉梢帽(tip cap)，通過添加制造方法制造，并包括冷卻結(jié)構(gòu)，該冷卻結(jié)構(gòu)除了冷卻翼梁本身以外，還可為外殼和可選的中間殼供給冷卻介質(zhì)。

此外，中間殼在外殼損壞的情況下為翼梁提供額外的保護?；旧?，中間殼是可互換的模塊，其具有在冷卻構(gòu)造和/或材料配置上的變體以適于渦輪機的不同操作機制。

如果提供若干疊加的殼，則這些殼可以構(gòu)建有或沒有在它們之間的間隔。

所提到的殼可以由至少兩個段制成。優(yōu)選的是，形成殼的構(gòu)件被連接在一起，從而允許葉片的殼、殼構(gòu)件、葉片翼型和各種構(gòu)件的組裝和拆卸。

原則上，整個殼包括遵循葉片翼型的結(jié)構(gòu)和空氣動力學(xué)輪廓的前緣和后緣。

通過本發(fā)明、特別是指外殼實現(xiàn)的優(yōu)點，特別是包括這樣的事實，即，可以特別簡單的方式使用標(biāo)準(zhǔn)化組件來生產(chǎn)單獨地并特定地匹配應(yīng)用條件的局部變化的葉片，以分別適應(yīng)發(fā)電設(shè)備各自的燃氣渦輪發(fā)動機的不同的操作機制。

即使利用標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計的葉片翼型，通過相對于葉片翼型適當(dāng)?shù)剡x擇流施加的元件(flow-applied element)的幾何形狀和定位，也可以補償或減輕對各個葉片的流沖擊的局部差異。結(jié)果，在特定葉片排中的流沖擊在空氣動力學(xué)上變得更加均勻。以這種方式，就可以尤其是減少在轉(zhuǎn)子葉片區(qū)域中的振蕩的激勵。這種增加流施加的元件以使標(biāo)準(zhǔn)轉(zhuǎn)子葉片的葉片翼型適應(yīng)不同的應(yīng)用條件的應(yīng)用方式，特別是能夠替代不同的但幾何形狀相似的部件(即，大量完整的葉片)的生產(chǎn)和庫存，其中所述大量完整的葉片各自單獨地適應(yīng)渦輪機應(yīng)用的特定條件。

在流充填(flow-charged)的外殼損壞的情況下，其修理涉及到，與更換整個葉片翼型相反的是，僅僅更換受損的子構(gòu)件。采用模塊化設(shè)計便于在殼中使用各種的材料，包括不同的材料。因此，在殼構(gòu)件內(nèi)可選擇合適的材料，以優(yōu)化構(gòu)件壽命、冷卻空氣用法、空氣動力學(xué)性能和成本。

流充填的殼組件還可以包括設(shè)置在凹部與殼的徑向端部及葉片翼型的靠近其徑向端的外周面的至少一者之間的密封件。其結(jié)果是，如果殼段能夠沿它們的徑向界面在外周面處或其附近被釬焊或焊接以封閉間隙，則可以排除熱氣體滲透或冷卻空氣泄漏，除了當(dāng)提供噴射之外?？蛇x的是，所述間隙可以被填充有柔順性插入件或其他密封件(繩密封，舌和槽密封，滑動燕尾等)，以防止熱氣體進入并通過間隙遷移。在所有情況下，要維持單個外殼或外殼構(gòu)件的可互換性。

單個殼部件的徑向界面的間隙或凹槽可填充有陶瓷繩，和/或可以使用粘結(jié)劑混合物。一種替代方案包括，在葉片翼型上收縮殼或收縮殼組件。如果在這種情況下殼或外部件的互換性不能保證，就必須確保整個葉片翼型裝置可以被替換。

所述內(nèi)平臺和熱屏蔽兩者都可以類似于葉片翼型形成。

尤其是，提到的內(nèi)平臺可以由至少兩個段制成。優(yōu)選地，形成內(nèi)平臺的部件連接在一起，或者連接到葉片翼型和/或殼部件，以便允許該內(nèi)平臺的裝配和拆卸。

平臺的裝載側(cè)配備有一個或多個固定或可移除的插入件。該插入件設(shè)備相對于例如熱氣加載區(qū)構(gòu)成一整體的覆蓋或封蓋。

所提到的插入件設(shè)備具有涂層表面，其能夠抵抗熱應(yīng)力和物理應(yīng)力，其中，所述的插入件設(shè)備包括整體地或部分的可互換的插入件。

外平臺和內(nèi)平臺內(nèi)的單個插入件的軸向和/或徑向界面的間隙或凹槽可填充有陶瓷繩，和/或可以使用粘結(jié)劑混合物。另一種備選方案是在所提到的平臺上收縮封蓋部件。如果在這種情況下插入件的互換性不能保證，就必須確保整個平臺可以被替換。

無論葉片翼型或殼連接到內(nèi)平臺和熱屏蔽的具體方式如何，必須防止渦輪中的熱氣體滲透到上述元件的凹部與葉片翼型各自的葉片翼型殼之間的任何間隔中，以便防止不期望的熱輸入以及最小化流損失。

如果葉片翼型被處于比熱燃燒氣體更高壓力下的冷卻介質(zhì)內(nèi)部冷卻，這可發(fā)生過度的冷卻介質(zhì)泄漏到熱氣體路徑中。為了盡量減少這樣的擔(dān)憂，可以連同殼裝置一起連接提供一個或多個附加的密封件。所述密封件可以是繩密封件，W形密封件，C形密封件，E型密封件，平板，和迷宮式密封中的至少一者。密封件可以由各種材料制成，包括例如金屬和陶瓷。

另外，熱絕緣材料或熱障涂層(TBC)可以被施加到轉(zhuǎn)子葉片組件的不同部分。

本發(fā)明的主要優(yōu)勢和特點如下：

- 模塊的熱-機械分離與整體設(shè)計相比，提高了部件的壽命。

- 可以選擇在冷卻和/或材料配置方面具有不同變體的模塊，以便最佳地適配渦輪機的不同操作機制。

- 可引入從葉片根部延伸到葉片翼型葉梢的內(nèi)翼梁，并可以通過各種不同的連接手段被固定到在所述根部的連接部。

- 葉片翼型包括單個外殼或額外的中間殼部件，其可以以這樣的方式進行選擇，即，用以優(yōu)化部件壽命，冷卻用途，空氣動力學(xué)性能，并提高耐抗高溫應(yīng)力和熱變形的能力。

- 所述殼以各種布置而分段，其中各個單獨的部分可以由合適的材料制成。

- 連同內(nèi)平臺和熱屏蔽一起加蓋或引入各種插入件可以這樣的方式進行選擇，即，用以優(yōu)化部件壽命，冷卻用途，空氣動力學(xué)性能，并提高耐抗高溫應(yīng)力和熱變形的能力。

- 根部，內(nèi)平臺，葉片翼型，熱屏蔽和附加的集成元件可以被涂覆有選擇的熱絕緣材料或熱障涂層。

- 翼梁具有各種通路以通過葉片供給冷卻介質(zhì)。

- 葉片的所有上述元件/模塊的冷卻主要由對流冷卻組成，帶有可選的沖擊冷卻和/或瀉流冷卻(effusion cooling)部分。

- 所有元件/模塊的可彼此互換性是作為一個原則給出。

- 各種元件/模塊的彼此固定可以通過粘附促使的摩擦鎖定，或者通過使用金屬的和/或陶瓷的表面涂層，或者通過使用螺栓或鉚釘?shù)牧︽i合，或者通過HT釬焊、活性釬焊或軟釬焊。

- 該平臺可以由獨立的部件構(gòu)成，一方面被主動連接到葉片翼型和殼元件，另一方面被主動地連接到轉(zhuǎn)子和定子。

- 葉片翼型的模塊化設(shè)計便于根據(jù)渦輪機的不同操作機制在殼中使用各種材料，包括不同的材料。

- 模塊化葉片組件由可替換的和不可替換的元件構(gòu)成。

- 葉片翼在徑向上具有優(yōu)異的或渦旋的空氣動力學(xué)輪廓，通過鑄造、機加工或鍛造而另外包括增加的特征(部件)，其帶有內(nèi)部局部腹板結(jié)構(gòu)以用于冷卻或強化方面的改進。另外，葉片翼型可以被涂覆處理，并且包括靈活的冷卻配置以用于調(diào)整至渦輪機的操作要求，例如基本負荷，峰值模式，部分負荷。

- 內(nèi)平臺通過鑄造、鍛造或以金屬片或板制造而成。內(nèi)平臺是消耗品，在預(yù)定的周期內(nèi)定期更換，并且可另外地從葉片翼型上機械地分離，其中內(nèi)平臺可以使用力鎖合元件(即，螺栓)機械地連接到翼型載體上。內(nèi)平臺可以涂有CMC或陶瓷材料。

- 柄部被鑄造、鍛造或以金屬片或板制造而成。柄部通常不是消耗品，并可從葉片翼型上機械地分離，其中所述柄部還可以使用力鎖合元件(即，螺栓)被連接到翼型。內(nèi)平臺可以涂有CMC或陶瓷材料。

- 如果葉片翼型在定子一側(cè)設(shè)有外平臺，那么該元件(外平臺)通過鑄造、鍛造或以金屬片或板制造而成。外平臺是具有預(yù)定更換周期的消耗品并按規(guī)定保養(yǎng)周期頻繁更換，并且可從葉片翼型上機械地分離，其中外平臺可另外地使用力鎖合元件(即，螺栓)機械地連接至轉(zhuǎn)子葉片翼型。外平臺可以涂有CMC或陶瓷材料。

- 翼梁，作為流充填的葉片翼型或殼組件的子結(jié)構(gòu)，是可互換的，是預(yù)先制備的，是單件式或多件式的，是未冷卻的結(jié)構(gòu)或者是使用對流冷卻和/或薄膜冷卻和/或瀉流冷卻和/或沖擊冷卻的結(jié)構(gòu)。

- 外殼和額外的中間殼是可互換的消耗品，是預(yù)先制備的，是單件式的，或者是多件式的，帶有徑向或周向的補丁并使用連接到子結(jié)構(gòu)的冷縮接合。

從下面的描述和附圖中，本發(fā)明的前述的和其它的特征將變得更加明顯。

附圖簡要說明

下面結(jié)合附圖基于示例性的實施例對本發(fā)明進行更詳細的解釋。在附圖中：

圖1示出了用于燃氣渦輪機的示例性轉(zhuǎn)子葉片；

圖2示出了通過轉(zhuǎn)子葉片的縱截面；

圖3示出了通過轉(zhuǎn)子葉片的另一縱截面；

圖4示出了通過轉(zhuǎn)子葉片翼型的上端的局部縱截面；

圖5示出了通過轉(zhuǎn)子葉片的根部的局部縱截面；

圖6示出了通過轉(zhuǎn)子葉片翼型的橫截面；

圖7示出了由HT陶瓷可選地密封的帶插入件或機械聯(lián)鎖裝置的平臺；

圖8示出了在轉(zhuǎn)子葉片翼型的葉梢的范圍內(nèi)的接合技術(shù)；

圖9示出了在轉(zhuǎn)子葉片翼型的葉梢的范圍內(nèi)的另一接合技術(shù)；

圖10a，10b，10c以不同的視圖示出了由各種元件和材料構(gòu)成的轉(zhuǎn)子葉片；

圖11a，11b以不同的視圖示出了通過轉(zhuǎn)子葉片翼型的縱截面；

圖12示出了具有樅樹形輪廓的根部。

示例性實施例的詳細描述

在圖1中，再現(xiàn)了根據(jù)本發(fā)明一示例性實施例的轉(zhuǎn)子葉片100。轉(zhuǎn)子葉片100包括葉片翼型110，它在轉(zhuǎn)子葉片的沿縱向軸線111的縱向方向上延伸。葉片翼型110在流動方向上由前緣112和后緣113限界，并且并入形成熱氣體通道內(nèi)壁的內(nèi)平臺115下面的下端處的柄部114中，柄部終止于帶有樅樹輪廓的常規(guī)葉片根部116，葉片100可以通過該葉片根部固定在葉片載體上，特別是轉(zhuǎn)子盤上，這是通過將它插入相應(yīng)的軸向槽中實現(xiàn)的。

內(nèi)平臺鄰接相鄰葉片的平臺，并限定了用于渦輪的氣體通道內(nèi)壁。在葉片翼型118的葉梢處的一排未示出的外熱屏蔽，限定了燃氣渦輪機的熱氣體路徑的外壁。

冷卻通道(未示出)在葉片翼型110內(nèi)部延伸以用于冷卻轉(zhuǎn)子葉片100，并通過在側(cè)面布置在柄部114上的供給孔117而被供給冷卻介質(zhì)，尤其是冷卻空氣(見圖2)。柄部114，類似于葉片翼型110，具有凹側(cè)和凸側(cè)。圖1中的凸側(cè)面對觀察者。傾斜地向上延伸到葉片翼型110內(nèi)部的供給孔117，在柄部114的凸側(cè)通到外部空間。

圖2示出了從圖1的剖面線II-II截取的截面。轉(zhuǎn)子葉片100的翼面(一般示為標(biāo)號200)包括外殼組件220，230和大致橢圓形的翼梁210。翼梁210沿縱向地或沿徑向地0從根部116延伸到葉梢240，葉梢24具有向下延伸的第一部分211和第二部分212，它們一起形成矩形的突起213，該突起213適于配合到附件 214中，附件 214錨定在具有與樅樹形橫截面輪廓116相同的外輪廓的最終互補部分214中。

柄部114可與內(nèi)平臺115一起形成或者平臺115可以單獨地形成并連接到柄部114上，并且，在圓周方向上突出以抵靠在渦輪盤(未示出) 中的相鄰轉(zhuǎn)子葉片中的內(nèi)平臺上。密封件(未示出)可以被安裝在相鄰轉(zhuǎn)子葉片的平臺之間，以減少或消除圍繞單個的轉(zhuǎn)子葉片的泄漏。

轉(zhuǎn)子葉片100的葉梢118可以與翼梁210一體地形成，或者可以是被適當(dāng)?shù)剡B接到翼梁210頂端上的單獨的件。外殼220在翼梁210的表面之上延伸，并終止于與翼梁210的外表面間隔開的中心部分221中。

外殼220限定了壓力側(cè)、吸力側(cè)、前緣112和后緣113(參見圖1)。如上所述，外殼220可以由不同的材料制成，這取決于燃氣渦輪發(fā)動機的不同操作機制。外殼220可被制成為單件式的，或者可由沿縱向軸線111劃分(參照圖1)的不同的部分構(gòu)成，這類似于翼梁210。

如圖2中所示，冷卻空氣215被另外地(見標(biāo)號117)允許通過入口216，通過在最終互補部分214的入口處形成的中心開口，并隨后通過翼梁210中，并在徑向或準(zhǔn)徑向上流過筆直通道或內(nèi)腔217。

根據(jù)圖2，可以引入中間殼230。中間殼230構(gòu)成本發(fā)明的重要特征之一。它可能需要充當(dāng)用于外殼220和翼梁210和/或用于額外保護翼梁的冷卻裙部的可能不同的熱膨脹的補償器(compensator)。外殼220連接到中間殼230或者通過干涉配合一般地連接到翼梁，其中，中間殼230也通過干涉配合連接到翼梁210。

此外，中間殼230在外殼220損壞的情況下對翼梁210提供額外的保護。基本上，中間殼230是可互換的模塊，帶有適于燃氣渦輪發(fā)動機的不同操作機制的在冷卻和/或材料配置方面的變體。如果提供若干疊加的殼，這些殼它們可以構(gòu)建為在彼此之間具有或不具有間隔。

殼的內(nèi)部冷卻可以單獨地提供，或者，所述冷卻可以可操作地與葉片翼型的內(nèi)部冷卻相連。

圖3示出了從圖1的剖面線II-II截取的另一截面。相對于圖2的區(qū)別特征在于，一附加的保持套218被引入矩形的突起213中。

圖4示出了通過葉片翼型的上端截取的局部縱剖面圖。轉(zhuǎn)子葉片100的葉梢118可以由可與翼梁210一體形成或者可以是適當(dāng)?shù)剡B接到翼梁210頂端的單獨件的240密封。外殼220在梁210的表面之上延伸。根據(jù)圖4，可以引入中間殼230。中間殼230構(gòu)成本發(fā)明的重要特征之一。它可能需要充當(dāng)用于外殼220和翼梁210和/或用于額外保護翼梁的冷卻裙部的可能不同的熱膨脹的補償器。外殼220連接到中間殼230或者通過干涉配合一般地連接到翼梁，其中，中間殼230也通過干涉配合連接到翼梁。此外，圖4示出了以部分的或整體的方式穿過轉(zhuǎn)子葉片翼型的元件的冷卻孔251，252的不同構(gòu)造。此外，圖4示出了中間殼230中的供給腔260。翼梁210和各種不同的殼220，230在流動方向和圓周方向設(shè)置有多個規(guī)則地或不規(guī)則地分布的冷卻孔251，252，這些孔與冷卻介質(zhì)的流動方向相比具有最多樣變化的橫截面和方向。一定量的冷卻介質(zhì)穿過這些冷卻孔流到轉(zhuǎn)子葉片的外面，并且沿轉(zhuǎn)子葉片的表面引發(fā)了速度的增加。

圖5示出了通過轉(zhuǎn)子葉片的根部的局部縱剖面圖。轉(zhuǎn)子葉片翼型的內(nèi)腔(見圖2，項217)被整體地或部分地填充有可以發(fā)揮各種功能的合適材料270。

圖6示出了通過轉(zhuǎn)子葉片翼型的橫截面，所述轉(zhuǎn)子葉片翼型包括內(nèi)平臺115，壓力側(cè)280，吸力側(cè)290，外殼220，翼梁210，填充材料270(見圖5)，供給腔260、261，以及位于轉(zhuǎn)子葉片翼型的后緣的區(qū)域中的肋271。

圖7示出了轉(zhuǎn)子葉片組件的平臺115，其帶有被HT陶瓷可選地密封的機械聯(lián)鎖裝置301-303和/或插入件。這種布置可包括內(nèi)平臺和/或外平臺，和/或翼型，和/或熱氣體路徑外襯，并且沿著熱應(yīng)力區(qū)設(shè)置或設(shè)置在熱應(yīng)力區(qū)中，即，在轉(zhuǎn)子葉片的流充填區(qū)域中。形成各自流充填區(qū)域的插入元件和/或機械聯(lián)鎖裝置至少以力配合方式被插入到適當(dāng)設(shè)計的凹部中，或者以帶有附加固定機構(gòu)304的推送裝載抽屜的方式被插入。此外，插入元件和/或機械聯(lián)鎖裝置可以通過HT陶瓷密封。

圖8示出了在轉(zhuǎn)子葉片翼型的葉梢的范圍內(nèi)的接合技術(shù)。具體而已，圖8顯示了在翼梁210和外殼220之間的連接。所提到的元件210，220借助于沿軸向方向作用在金屬夾310上的力F而被組裝。彈簧311導(dǎo)致主動地連接到金屬夾310與翼梁210，并且間接地連接到外殼220。

圖9示出在轉(zhuǎn)子葉片的葉梢的范圍內(nèi)的另一接合技術(shù)。關(guān)于外殼401相對于翼梁600連接的組件，包括彈簧312和金屬蓋元件313。

關(guān)于圖8和圖9所示的接合的重要方面如下：CMC或金屬外殼是保護敏感金屬翼梁必須的。目的是為了避免機械點載荷，尤其是在CMC上，減少了故障的風(fēng)險。CMC或金屬外殼可通過硬釬焊，軟釬焊或使用HT陶瓷粘合劑來固定。該構(gòu)思涉及補償器(彈簧)與陶瓷襯套的干涉配合以及CMC或金屬殼與金屬夾及彈簧(圖8)的固定或通過彈簧及金屬蓋(圖9)的固定。

圖10a-10c顯示了根據(jù)本發(fā)明一示范性實施例的另一轉(zhuǎn)子葉片100a。轉(zhuǎn)子葉片100a包括葉片翼型110a，其沿著翼型的縱向軸線在轉(zhuǎn)子葉片的縱向方向上延伸(見圖1)。葉片翼型110a由在流動方向上的前緣和后緣界定(見圖1)，并且并入形成熱氣體通道內(nèi)壁的在內(nèi)平臺115a和115b下面的下端處的柄部114a。柄部114a由兩部分114b與114C組成，它們可以從側(cè)面組裝，并且夾住翼型110a的伸長部110b。因此，葉片根部116a由三部分114b，114c，110b組成，它們在組裝在一起時形成一連貫的樅樹形輪廓。

內(nèi)平臺的單個的部分115a和115b的流充填的表面具有特別的熱涂層，或者它們裝配有用于抵抗熱應(yīng)力的插入件。

此外，在圖c-d中所示的葉片的構(gòu)造對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員而言是顯而易見的。

圖11a，11b示出了翼型110a，其具有壓力側(cè)和吸力側(cè)和子結(jié)構(gòu)，它們在翼型的徑向上構(gòu)成了細長的且相對苗條地形成的部分110b。該細長部分110b在腳踏板安裝部的整個高度上延伸。細長部分110b的基本部分由樅樹形輪廓構(gòu)成，其主動地連接到根據(jù)圖10 a-10c的相鄰柄部部件114b和114c的樅樹形輪廓上。

最后，圖12顯示了樅樹形輪廓110c，其可作為一個單獨的部分得到，并具有凹槽314用來容納翼型的上部。

引用標(biāo)號清單

100 轉(zhuǎn)子葉片

100a 另一轉(zhuǎn)子葉片

110 轉(zhuǎn)子葉片翼型

110a 轉(zhuǎn)子葉片翼型

110b 樅樹形輪廓

111 縱軸線

112 葉片翼型的前緣

113 葉片翼型的后緣

114 柄部

114a可組合的柄部

114b 柄部部分

114c 柄部部分

115 內(nèi)平臺

115a 內(nèi)平臺部分

115b 內(nèi)平臺部分

116 葉片根部，根部部分

116a 樅樹形的根部部分

117 供給孔

118 葉片翼型的葉梢

200 轉(zhuǎn)子葉片的實施例

210 翼梁

211 向下延伸的第一部分

212 向下延伸的第二部分

213 矩形形狀的部分

214 最終互補部分

215 冷卻空氣或冷卻介質(zhì)

216 入口

217 內(nèi)腔

218 保持套

220 外殼

221 中心部分

230 中間殼

240 葉梢

251 冷卻孔

252 冷卻孔

260 供給腔

261 供給腔

262 供給腔

270 填充材料

271 肋

280 壓力側(cè)

290 吸力側(cè)

301 插入件，機械聯(lián)鎖裝置

302 插入件，機械聯(lián)鎖裝置

303 插入件，機械聯(lián)鎖裝置

305 固定裝置

310 機械夾

311 彈簧

312 彈簧

313 蓋元件

314 凹槽。