专利名称：燃气轮机部件的冷却装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及尤其是燃气轮机的导板的扇形结构，其中，燃气流沿并排设置的分别通过一个间隙隔开的扇形体的表面流动，并在间隙的至少一分段中，燃气流具有一个垂直于从第一扇形体到第二扇形体的间隙方向的速度分量。
为了达到最大的透平功率，燃气轮机在尽可能高的燃气温度下工作乃是有利的。所以在现代燃气轮机中，温度都很高，以致许多部件都必须冷却，否则就会超过这些部件最大耐久性的容许温度。所以一些关键部件的适当设计和/或冷却对现代燃气轮机有着决定性的意义。导板的冷却问题在环形燃烧室中得到了加强，因为这种燃烧室在燃气轮机入口处产生十分均匀的温度分布特性。这就是说，叶片的导板几乎必须承受平均的燃气温度。为了达到尽可能低的氧化氮排放量，在现代燃烧室中几乎全部燃烧空气都是由燃烧器本身传送的，亦即减少了燃烧室薄膜式冷却用的冷却空气部分。这同样导致燃气轮轨入口处的均匀的温度分布特性，从而导致高的热负荷。
燃气轮机的关键部件尤指挡热板、燃烧室扇形段和燃烧室板、动叶片和导向叶片、动叶片和导向叶片的内围带和外围带以及动叶板和导叶板。
根据经验，特别是在并排布置的扇形体(导板)的两侧上常常产生大的热负荷。如果导板的扇形体敷设绝热层时，绝热层常常发生剥落，从而产生很快形成氧化的薄弱点，这些薄弱点本身又会助长绝热层的剥落。所以很快就可能有大的、没有涂层的金属表面暴露在燃气流中。
本发明的目的在于，对经受高热的关键部件，特别是由扇形体组成的部件设计成以尽可能简单的方式有效地减少这些部件的热负荷。
这个目的按本发明的第一观点是这样实现的，即每个扇形体经受冲击燃气流作用的边缘都被降低。
燃气流沿并排布置的、分别用一个间隙隔开的扇形体的表面流动。这时可以发现在位于并排设置的导板之间的间隙的边界层是分离的。然后位于下游的导板经受燃气流作用的边缘上形成新的边界层。所以在这个部位上，由于很薄的边界层发生很高的热传递，从而发生曝露出的材料的高的热负荷。如果在间隙上产生由于加工误差引起的凸出的台阶，则这些台阶的材料必然要经受特别高的热负荷产生的冲击燃气流的作用。此外，由于边缘和特别是由于凸出的台阶而可使燃气流偏转入间隙中。这可导致寿命缩短，往往还会导致与间隙相邻的部件的损坏。
根据本发明，在这里采取通过边缘倒角或倒圆使每个扇形体经受燃气流作用的边缘降低。其中，边缘不必将其整个长度倒角或倒圆，因为燃气流的方向可在扇形体上改变。但本发明适用性的前提是，燃气流在介于扇形体之间的间隙的至少一个分段内具有一个垂直于间隙方向的速度分量，所以从第一扇形体指向第二扇形体。在这个分段内，面向间隙的第二扇形体的边缘经受燃气流作用，所以本发明的第一观点是进行倒角或倒圆。
在上述情况中，燃气经隔开两个扇形体的间隙从第一扇形体的表面流到第二扇形体的表面。其中，燃气流的速度的主分量多从扇形体的前侧指到后侧，即指向间隙。流经这两个扇形体的燃气流中，燃气流有一个垂直于间隙的附加速度分量，只有这个垂直的速度分量导致扇形体边缘受燃气流的作用。在许多应用场合中燃气流在第二扇形体上改变它的方向，例如通过在每个扇形体上设置一个导向装置或翼型件。这时沿间隙的速度分量基本上保持不变，只有垂直于间隙的速度分量反向。这就导致了在燃气流从第一扇形体流到第二扇形体的下游的第一分段中存在燃气流从第二扇形体经间隙流到第一扇形体表面的第二分段。这时在这个第二分段内最好将面向间隙的第一扇形体的边缘倒圆或倒角，因为在这个分段内这个边缘受燃气流的作用。
在第一和第二分段之间的一个过渡区内，燃气流基本上平行于间隙的方向流动。这时如果在这个过渡区内第一或第二分段的倒角或倒圆逐渐减小到零，这是有优点的。
这里所述的扇形体结构，一般涉及并排布置的许多扇形体，所以每两个扇形体由一个间隙相互隔开。扇形体结构作为整体例如可构成一个封闭的环或可布置在一个圆柱体的内圆周或外圆周上。除了可能的终端件外，这些扇形体通常都是相同的，所以本发明只描述一个扇形体足够。如果本发明提到第一和第二扇形体则指两个例如位于一个间隙两侧上的取出的扇形体。这用来说明燃气流的方向，并不意味着本发明只限于两个扇形体。两个扇形体之间的间隙可能由于加工误差要其宽度上发生统计上的变化，并在极端情况中，甚至可能在单个扇形体时取消间隙。
在本发明第一观点范围内，边缘倒角α为1度和60度之间，较好为20度和40度之间，最好大约30度。如果倒角垂直于间隙的整个长度L延伸，则倒角的深度T与长度L和角度α的关系为tanα=T/L。通常是大深度是预先给定的。大致通过例如密封条所在的扇形体内部的一个凹槽。在选择这个角度时，一个深度小于最大深度和倒角的相应长度，发现边界层分离的危险在间隙上明显减少。
当倒角范围和间隙的内侧之间的过渡部位或倒角的范围和扇形体未改变的表面之间的过渡部位不是陡变的，而是大致倒圆或椭圆形段时，则对边界层的稳定性是有利的。
不用倒角也可通过倒圆使边缘全部降低成椭圆形段是有利的。这时在扇形体前侧上倒圆的凸起显出四分之一椭圆，而且该椭圆具有长度L或T的半轴。在这里也发现这样的情况，即当L和T选择成角度α=arctan(T/L)介于1度和60度之间、较好为20度和40度之间、最好大约30度时，间隙边界层的分离危险明显减小。深度T在这里也受最大深度限制。
在选择深度T时，也必须考虑扇形体制造时的加工误差。这样选择预定的深度T是有利的，即在考虑误差时全部扇形体至少大部分例如大于50％通过倒角或倒圆达到了降低。
根据上面的说明，当燃气流在扇形体上改变它的方向时，第一和第二分段内的深度T分别选定一定的值，例如第一分段选定T1，第二分段选定T2。两个值都选成小于最大深度。这样在过渡区内T1和T2逐渐减小到零。这可以是线性的、或最好为圆弧形或椭圆弧形。
虽然本发明的第一观点已经达到扇形体边缘热负荷的明显减小，但最好对具有很高热负荷的部件例如对燃气轮机的入口导向叶片往往需要进一步采取措施来使这些部件达到最大寿命。所以这个目的按本发明的第二观点是这样实现的，即在扇形体中设置适当的薄膜式冷却孔和/或边缘冷却孔来把冷却空气从一个冷却空气室引到经受燃气流作用的表面上。
根据本发明这个观点，最好每个扇形体都配置一个冷却空气室。其中，每个扇形体都可配置一个不同的冷却空气室，但也可多个扇形体配置相同的冷却空气室。本发明的适用性的前提又是在扇形体之间的间隙的至少一个分段内，燃气流具有一个垂直于间隙方向的速度分量，所以从第一扇形体指向第二扇形体。在这个分段内，沿面向间隙的第一扇形体的边缘至少设置一个薄膜式冷却孔。这个薄膜式冷却孔的形状是任意的，但最好呈圆柱形和/或漏斗形，特别是，最好在冷却空气室一侧呈圆柱形，并朝燃气侧呈漏斗形敞开。薄膜式冷却孔的轴最好不指向燃气流方向，而是指向间隙并与表面形成一夹角为10至50度、较好为25至45度，最好是35度左右。这样，在经受燃气流作用的相邻扇形体的边缘附近的扇形体的表面上形成一层冷却空气膜，这种膜使该边缘冷却，从而保护该边缘。由于在孔和表面之间的相当缓斜的角度，冷却空气膜达到最佳效果。
此外，沿面对间隙的第二扇形体的边缘设置至少一个边缘冷却孔是有利的。该边缘冷却孔始于扇形体配置的冷却空气室，并象薄膜式冷却孔那样指向间隙。该边缘冷却孔的形状是任意的，但最好作成圆柱形。与相邻扇形体的薄膜式冷却孔不同的是，边缘冷却孔不是终止在经受热气流作用的表面上，而是引入隔开扇形体的间隙中。这时要注意的是，边缘冷却孔的角度应保持相当缓斜，以便流出的冷却空气不被立即吹入燃气中，否则势必产生太大的损失，因为冷却空气朝燃气的流动方向吹出。边缘冷却孔与表面的夹角为5至50度，较好为20至40度，最好30度左右。边缘冷却孔的目的在于，在间隙中提供一个空气冷却区，该冷却区起着对流冷却源的作用。边缘冷却孔将冷却空气吹入扇形体之间的间隙中，从而使间隙获得足够的冷却。所以薄膜式冷却孔和边缘冷却孔的组合对每个扇形体经受燃气流作用的边缘提供一层保护的冷却空气膜，而另一方面通过边缘冷却孔在隔离的间隙中提供一个冷却源，这个冷却源使由燃气流带入的热流产生对流散热。
在这里也是通过燃气流的流动方向的反向来在间隙中构成第二分段，在这个分段内，燃气流从第二扇形体经间隙流到第一扇形体的表面。在这个分段内，薄膜式冷却孔和边缘冷却孔的布置进行交换，即在该处沿面向间隙的第二扇形体的边缘至少设置了一个薄膜式冷却孔，并沿面向间隙的第一扇形体的边缘至少设置了一个边缘冷却孔。在第一和第二分段之间的过渡区中，燃气流基本上平行于间隙的方向流动。在这个过渡区中，沿面向间隙的两个扇形体的任一个的边缘都至少设置了一个边缘冷却孔。亦即在过渡区内没有薄膜式冷却孔，但通过边缘冷却孔提供的对流散热仍然保持冷却作用。
如果在扇形体内部有一个凹槽，该槽中例如有一密封条，则薄膜式冷却孔和边缘却孔设置成与这个凹槽不相交。
薄膜式冷却孔和边缘冷却孔可相互对应设置在间隙上。但在一个优选的结构中，薄膜式冷却孔和边缘冷却孔相互侧向错开设置，即错开设置在间隙的方向内。在另一个优选结构中，薄膜式冷却孔和/或边缘冷却孔具有一个侧向的冲角。最好这些孔设置成具有这样一个冲角，即其轴线大致指向燃气流的方向。
在又一种结构型式中，本发有的第一和第二观点进行有利的组合。研究第一和第二观点的基本特点也适用于这个和另外的结构型式如下，讨论特别是适用于本发明存在至少一个具有一个垂直于间隙的燃气流的速度分量的分段，但也可存在一个具有反方向垂直速度分量的第二分段和一个过渡区。在这种结构型式中，薄膜式冷却孔和/或边缘冷却孔按本发明第二观点设置。此外，每个扇形体经受燃气作用的边缘都象本发明的第一观点描述的那样进行倒角或倒圆。如果设置在边缘冷却孔，则在第一分段内和如果存在的第二分段内相互这样确定边缘冷却孔和倒角或倒圆，即降低的深度一直达到边缘冷却孔的间隙侧的孔口。这样边缘冷却孔的终端范围也被倒角或倒圆，从而即使由于加工误差或运行中的瞬变条件使间隙宽度减小到零时，边缘冷却孔也保持敞开。
在另一种结构型式中，薄膜式冷却孔和/或边缘冷却孔也按本发明的第二观点设置。此外，每个扇形体经受燃气流作用的边缘也按本发明的第一观点进行倒角或倒圆。与前述结构型式比较，在这里边缘冷却孔和倒角或倒圆是这样互相确定的，即降低的深度不达到边缘冷却孔的间隙侧的孔口。而面向间隙的、与倒角的扇形体对应的扇形体的内侧则设置有一个中凹的例如大致为抛物线的凹槽，所以从边缘冷却孔流出的冷却空气流在这个凹槽上转向。在边缘冷却孔的内部，冷却空气流首先基本上沿燃气流方向流动。然后通过偏转使冷却空气流离开间隙基本上与燃气流平行。这样，这种冷却空气流还可在表面上形成一层保护膜。如果在所述的结构型式中存在燃气流的反方向垂直的速度分量的两个分段并在其间有一个过渡区，则在过渡区中可取消凹槽。即在过渡区中可按本发明第二观点在间隙的两侧上设置边缘冷却孔，且相应边缘的倒角或倒圆如本发明第一观点所述逐渐减小到零。
在另一种结构型式中，在燃气流具有从第一扇形体到第二扇形体的一个速度分量的间隙分段内。沿面向间隙的第一扇形体的边缘至少设置一个边缘冷却孔。这种边缘冷却孔与表面形成一个角度β，且不终止在经受燃气流作用的表面上，而是引入隔开扇形体的间隙中。经受燃气流作用的第二扇形体的边缘如本发明第一观点所述按一个角度α倒角或倒圆。其中，角度β选定为30度左右，大致与α相等。通过结合位于上游的边缘冷却孔和位于下游的对应边缘的降低，流出的冷却空气膜保持不受间隙体积的限制。该冷却空气膜首先在整个倒角或倒圆上形成一保护的空气层，然后流到燃气流绕流的表面上。根据边缘冷却孔和倒角选定的取向，冷却空气流基本上平行于燃气流方向流出，从而产生一层最佳的冷却空气膜。这种结构型式也具有这样的优点即使由于加工误差和/或运行中的瞬变条件使间隙宽度减小到零时，边缘冷却孔也保持敞开。
全部所述的观点和结构型式都可在本发明范围内相互组合，以使关键部件的热负荷尽可能降低。虽然本发明在上面特别对燃气轮机的扇形体进行了说明，但本发明对所有用扇形体组成的经受燃气流作用的关键部件例如挡热板、燃烧室扇形体和燃烧室板、动叶和导叶、动叶和导叶的内围带和外围带以及动叶板和导叶板都是适用的。应用不限于燃气轮机，也适用于其他燃气系统，例如航空透平也属本发明的范畴。
下面结合附图所示的实施例来详细说明本发明。附图表示
图1表示燃气轮机导叶板的原理透视图；图2表示从图1方向2看去的导叶板的侧视；图3表示从图2的3-3方向看去的具有燃气流质点轨迹的下导板的底视图4表示从图2的4-4方向看去的两个导板扇形体连接点的截面(先有技术)；图5表示本发明第一实施例的与图4相同的一个截面；图6a表示下游扇形体倒角或倒圆范围内的图5的详图；图6b表示在下游扇形体倒角或倒圆范围内图5的一种变型结构的详图；图6c表示在下游扇形体倒角或倒圆范围内图5又一种变型结构的详图；图7表示本发明第一实施例与图3相同的底视图；图8表示本发明第一实施例的高压涡轮的一个导向叶片的两个扇形体的透视图；图9表示本发明第二实施例与图4相同的一个截面；图10表示本发明第二实施例一种结构的两个扇形体的一个分段的原理顶视图或底视图；图11表示本发明第二实施例另一种结构的两个扇形体的原理顶视图或底视图；图12表示本发明第三实施例与图4相同的一个截面；图13表示本发明第四实施例与图4相同的一个截面；图14表示本发明第五实施例与图4相同的一个截面；图中只出示了便于理解本发明的一些重要部件，例如没有示出完整的导叶环、燃烧室和带排气管和烟囱的燃气轮机的排气室。
图1至图4表示先有技术带一个环形燃烧室的燃气轮机的导向叶片的不同视图。导叶包括许多上下导板10和10’，并分别在其间设置了一个翼型件14。每两个上下导板(通常叫扇形体)通过一个间隙12隔开。
图3表示并排的两个上导板10的底视图。所有的表示对上导板和下导板同样适用，所以导板一般叫做扇形体20,20’。在图3中示出了燃气流40在扇形体表面上的质点轨迹，这些轨迹由计算机模拟或从用坏的部件直接测出。燃气流40具有一个基本上沿间隙12的速度分量。此外，还有一个横向分量(也叫垂直的速度分量)，该分量导致燃气流从一个扇形体经间隙到相邻的扇形体。在图3中由于翼型件14的作用引起横向分量符号反向。在点A和B之间的间隙的分段70内，燃气流从第一扇形体20到第二扇形体20’。在间隙的第二分段74内，即点C和D之间正好相反，即燃气流由第二扇形体20’流到第一扇形体20。在过渡区75内，燃气流的方向基本上与间隙12的方向平行。
图4表示两个扇形体之间的连接点的截面详图，在扇形体20和20’的内部设置的凹槽18有一条密封条16。燃气流40沿扇形体20和20’的表面22和22’流动。燃气流的主分量进入图4图纸平面中。此外，通常有一个在图4中用箭头表示的横向。根据给定的取向，图4表示第一分段70(图3的点A和B之间)的一个截面。如果横向分量大致象图4那样从第一扇形体20指向第二扇形体20’，则根据经验在间隙12上的边界层24分离。虽然在第二扇形体20’上形成新的边界层(参考号24’)，但它在边缘26’上是很薄的。从而在边缘26’的范围内产生扇形体材料的高的热负荷。
根据本发明第一观点的第一实施例如图5所示。在第一扇形体20到第二扇形体20’的横向分量中，在第一实施例中经受燃气流作用的边缘通过大约30度的倒角降低(参考号30)。这时发现了位于上游的第一扇形体20的边界层24在间隙12上没有分离。倒角的深度T选择成使倒角不延伸到有一条密封条16的凹槽18。刚才述及的倒角30如图6a所示，图6b和6c表示图6a的变型结构。
在图6b中，倒角表面30和间隙28’内侧之间的过渡不是陡变的，而是大致倒圆成椭圆段32的形状。同理适用于倒角表面30和扇形体22’未改变的表面之间的过渡。这种结构进一步减少了边界层的分离危险。图6c表示整个降低可作成倒圆34，最好作成四分之一椭圆形，如图6c所示。椭圆具有长度L或T的半轴。在这个椭圆段时通过两个半轴的比例可得出与图6a倒角相当的角度。在图6c中，这个角度α-arctan(T/L)，等于图6a选择的一样大，即30度。在间隙上，边界层分离的危险在这个结构中也是很小的。
按图3燃气流的速度的横向分量，在这个实施例中，由于翼型件14的作用而使其符号反向。在燃气流从第一扇形体20向第二扇形体20’流动的间隙的第一分段70中，第二扇形体20’经受燃气流作用的边缘进行了倒角。图7和图8表示在燃气流从第二扇形体20’向第一扇形体20流动的间隙的第二分段74中，第一扇形体20经受燃气流作用的边缘进进行了倒角。在燃气流的方向在本上平行于间隙12的方向的过渡区72中，两个扇形体上的倒角深度逐渐减小到零。
根据本发明第二观点的第二实施例如图9所示。图9截面表示燃气流的速度的横向分量从第一扇形体20指向第二扇形体20’。在具有这种取向的间隙的分段内，沿面向间隙12的第一扇形体20的边缘26设置了多个薄膜式冷却孔52，这些孔在这里连通位于扇形体20后侧上配置的冷却空气室50与经受燃气流作用的表面22。圆柱形的薄膜式冷却孔52朝燃气侧22呈漏斗形敞口(参考符号54)。薄膜式冷却孔52的轴线指向间隙12，并在这里与表面22形成一个大约35度的夹角。
沿面向间隙12的第二扇形体20’的边缘26’设置了多个边缘冷却孔56，这些孔呈圆柱形并按大约30度的角度指向间隙12。边缘冷却孔56不是终止在经受燃气流作用的表面22’上，而是引入间隙12中。边缘冷却孔56在间隙12中提供汽却空气使流入的燃气冷却，而薄膜式冷却孔52则在经受燃气流作用的边缘26’的附近产生冷却空气膜，该冷却空气膜冷却并保护边缘26’。能过在孔52，56和表面22、22’之间的选择角度尽可能避免了涡流和空气动力损失。特别是要注意边缘冷却孔的角度必须保持很缓斜，以便流出的冷却空气不被立即吹入燃气中，否则势必产生太大的损失，因为冷却空气朝燃气的流动方向吹出。
与第一实施例一样，燃气流的速度的横向分量在第二实施例中由于翼型件14的作用产生符号反向。如上所述，在燃气流从第一扇形体20向第二扇形体20’流动的间隙的第一分段70内设置有薄膜式冷却孔52和边缘冷却孔56。在燃气流从第二扇形体流向第一扇形体20的间隙的第二分段74中，薄膜式冷却孔52和边缘冷却孔56的设置进行交换，即薄膜式冷却孔52沿面向间隙12的第二扇形体20’的边缘26’设置，而边缘冷却孔56则沿面向间隙12的第一扇形体20的边缘26设置。在第一和第二分段的过渡区72中，燃气流基本上平行于间隙的方向流动。在这个过渡区72内，按本发明的第二观点沿面向间隙12的两个扇形体20、20’的任一个的边缘26、26’设置边缘冷却孔56，在该处没有薄膜式冷却孔52。
如图10底视图所示，薄膜式冷却孔52和边缘冷却孔56最好相互侧向错开布置。在另一种结构中，薄膜式冷却孔52和边缘冷却孔56具有这样一个侧向冲角γ，即孔的轴线在全部分段内都大致指向燃气流40的方向。在图11中，为清晰起见，只画出了薄膜式冷却孔52，但在一个优选结构中同样包括相应定位的边缘冷却孔56。
在第三实施例中(图12)，本发明的第一和第二观点进行了有利的组合。其中，薄膜式冷却孔52和边缘冷却孔56象第二实施例那样设置。此外，经受燃气作用的每个扇形体的边缘都象第一实施例那样进行倒角。其中，倒角30和边缘冷却孔56相互这样确定，即倒角30的深度一直伸到间隙12里侧28’上的边缘冷却孔56的孔口。从而使倒角30达到边缘冷却孔56的间隙侧的端部，而且即使在由于加工误差或运行中的瞬变条件使间隙宽度减小到零时，边缘冷却孔56仍保持敞开。在各个分段内的扇形体的结构与第一或第二实施例相同。
在第四实施例(图13)中，如第二实施例那样，同样设置有薄膜式冷却孔52和边缘冷却孔56，而且每个扇形体经受燃气作用的边缘也象第一实施例那样进行倒角。与第三实施例比较，这里的倒角30的深度没有达到边缘冷却孔56。此外，面向间隙12的内侧26设置有一个大致呈抛物线的凹槽58，所以从边缘冷却孔流出的冷却空气流60在凹槽58转向。冷却空气流60在边缘冷却孔56内部基本上朝燃气流40方向流动，而冷却空气流60则通过转向离开间隙12在表面22’上基本上与燃气流40平行。这样就尽可能避免了不希望出现的涡流并由边缘冷却孔56提供一个保护冷却空气膜60。在第二分段中，与迄今为止的所有实施例相似，薄膜式冷却孔52和边缘冷却孔56以及倒角30和凹槽58进行交换。在过渡区内也象第二实施例那样，在间隙两侧上设置了边缘冷却孔56，倒角30的深度逐渐减少到零，并在间隙的内侧28,28’上没有设置凹槽58。
在第五实施例中(图14)，在燃气流从第一扇形体20到第二扇形体20’具有一个速度分量的间隙的分段70中，沿面向间隙12的第一扇形体的边缘26设置了多个边缘冷却孔62。这些边缘冷却孔62与表面22形成一个大致40度的夹角β。边缘冷却孔62不是终止在经受燃气流40作用的表面22上，而是引入间隙12中。经受燃气流40作用的第二扇形体20’的边缘26’也象第一实施例那样进行大约30度的倒角α。通过位于上游的边缘冷却孔62与位于下游的倒角30的组合，从边缘冷却孔62流出的冷却空气流64保持不受间隙12的体积限制，而是在整个倒角30上构成一层保护冷却空气膜，然后流到燃气流40绕流的表面22’上。根据边缘冷却孔62的选定方向和倒角30使冷却空气流64流出基本上与燃气流方向平行，这样就避免了不希望出现的涡流和空气动力损失，并达到冷却空气的最佳效果。
权利要求
1．特别是燃气轮机的导板的扇形体结构具有相互设置的分别通过一个间隙(12)隔开的扇形体(20,20’)，燃气流(40)沿其表面流动，其中，在间隙(12)的至少一个分段(70)中，燃气流(40)具有一个垂直于从第一扇形体(20)到第二扇形体(20’)的间隙方向的速度分量，其特征在于，在上述分段(70)中，面向间隙(12)的第二扇形体(20’)的表面(22’)的边缘(26’)有倒角(30)或倒圆(34)。
2．按权利要求1的扇形体结构，其特征在于，在间隙(12)的第二分段(74)中，燃气流(40)具有一个垂直于从第二扇形体(20’)到第一扇形体(20)的间隙方向的速度分量，并在上述的分段(74)中面向间隙(12)的第一扇形体(20)的表面(22)的边缘(26)有倒角(30)或倒圆(34)。
3．按权利要求2的扇形体结构，其特征在于，在第一和第二分段(70,74)中，设置了一个过渡区(72)，在该过渡区中，燃气流(40)基本上沿间隙(12)的方向流动，并在上述的过渡区(72)中，第一和第二分段(70,74)的倒角(30)或倒圆(34)逐渐减小到零。
4．按权利要求1至3任一项的扇形体结构，其特征在于，扇形体(20,20’)的上述边缘(26,26’)按一个角度α倒角，且α为1度和60度之间，最好为20度和40度之间。
5．按权利要求4的扇形体结构，其特征在于，每个扇形体(20)的倒角面(30)和内侧(28)之间的过渡和/或每个扇形体(20)的倒角表面(30)和未倒角的表面(22)之间的过渡倒圆成椭圆段(32)的形状。
6．按权利要求1至3任一项的扇形体结构，其特征在于，扇形体(20,20’)的上述边缘(26,26’)倒圆成四分之一椭圆(34)的形状，而且该椭圆具有长度L或T的半轴，其中，角度α=arctanT/L，为1度和60度之间，最好为20度和60度之间。
7．按前述权利要求任一项的扇形体结构，其特征在于，在间隙(12)中，凹槽(18)内设置了一个密封条(16)，而且倒角(30)或倒圆(34)的深度总是选择得很小，以使倒角(30)或倒圆(34)达不到凹槽(18)。
8．特别是燃气轮机内的导板的扇形体结构具有并排的用一个间隙(12)相互隔开的扇形体(20、20’)，燃气流(40)沿其表面流动，其中，在间隙(12)的至少一个分段(70)中，燃气流(40)具有一个从第一扇形体(20)到第二扇形体(20’)的垂直于间隙(12)的方向的速度分量，其特征在于在上述的分段(70)中，沿面向间隙(12)的第一扇形体(20)的边缘(26)至少有一个薄膜式冷却孔(52)连通一个第一扇形体配置的冷却空气室(50)与经受燃气流(40)作用的表面(22)，和/或在上述分段(70)中沿面向间隙(12)的第二扇形体(20’)的边缘(26’)至少有一个边缘冷却孔(56)连通一个第二扇形体配置的冷却空气室(50’)与间隙(12)的内侧(28’)。
9．按权利要求8的扇形体结构，其特征在于，在间隙(12)的第二分段(74)中，燃气流(40)具有一个从第二扇形体(20’)到第一扇形体(20)的垂直于间隙方向的速度分量，并在上述分段(74)中，沿面向间隙(12)的第二扇形体(20’)的边缘(26’)至少有一个薄膜式冷却孔(52)连通第二扇形体配置的冷却空气室(50’)与经受燃气流(40)作用的表面(22’)，和/或在上述分段(74)中，沿面向间隙(12)的第一扇形体(20)的边缘(26)至少有一个边缘冷却孔(56)连通第一扇形体配置的冷却空气室(50)与间隙(12)的内侧(28)。
10．按权利要求9的扇形体结构，其特征在于在第一和第二分段(70、74)之间设置了一个过渡区(72)，在该过渡区内，燃气流(40)基本上沿间隙(12)的方向流动，并在上述的过渡区(72)中沿面向间隙(12)的两个扇形体(20、20’)的边缘(26、26’)至少有一个边缘冷却孔(56)连通至少一个为扇形体(20、20’)配置的冷却空气室(50、50’)与间隙(12)的内侧(28、28’)。
11．按权利要求8至10任一项的扇形体结构，其特征在于，薄膜式冷却孔(52)的轴指向间隙(12)，并与具有该薄膜式冷却孔(52)的扇形体(20)的表面(22)形成一个10°和50°之间，最好25°和45°之间的夹角，和/或边缘冷却孔(56)的轴指向间隙(12)，并与具有该边缘冷却孔(56)的扇形体(20’)的表面(22’)形成一个5°和50°之间、最好20°和40°之间的夹角。
12．按权利要求8至11任一项的扇形体结构，其特征在于，薄膜式冷却孔(52)呈圆柱形和/或漏斗形，和/或边缘冷却孔(56)呈圆柱形。
13．按权利要求8至12任一项的扇形体结构，其特征在于，薄膜式冷却孔(52)面向冷却空气室(50)的一侧呈圆柱形，而面向燃气侧(22)则具有一个漏形的孔(54)。
14．按权利要求8至13任一项的扇形体结构，其特征在于，薄膜式冷却孔(52)和边缘冷却孔(56)相互侧向错开布置。
15．按权利要求8至14任一项的扇形体结构，其特征在于，薄膜式冷却孔(52)和/或边缘冷却孔(56)具有一个侧向冲角γ。
16．按权利要求15的扇形体结构，其特征在于，侧向冲角γ是这样选择的，即薄膜式冷却孔和/或边缘冷却孔(56)的轴基本上指向燃气流(40)的方向。
17．按权利要求8至16任一项的扇形体结构，其特征在于，每个扇形体(20、20’)的边缘(26、26’)经受燃气流(40)作用的分段(70、74)都有倒角(30)或倒圆(34)。
18．按权利要求10至16任一项的扇形体结构，其特征在于，每个扇形体(20、20’)经受燃气流(40)作用的边缘(26、26’)的分段(70、74)都有倒角(30)或倒圆(34)，并在上述过渡区(72)中，上述分段(70、74)的倒角(30)或倒圆(34)逐步下降到零。
19．按权利要求17至18任一项的扇形体结构，其特征在于，扇形体(20、20’)的上述的边缘(26、26’)按一个角度α倒角，且α为1°和60°之间，最好为20°和40°之间。
20．按权利要求19的扇形体结构，其特征在于，每个扇形体(20)的倒角面(30)和内侧(28)之间的过渡和/或每个扇形体(20)的倒角面(30)和未倒角的表面(22)之间的过渡倒圆成椭圆段(32)的形状。
21．按权利要求17至18任一项的扇形体结构，其特征在于，扇形体(20、20’)的上述边缘(26、26’)倒圆成四分之一椭圆(34)的形状，且椭圆具有长度L或T的半轴，其中角度α=arctanL/T，为1°和60°之间，最好20°和40°之间。
22．按权利要求17至21任一项的扇形体结构，其特征在于，倒角(30)或倒圆(34)的深度是这样选择的，即它们一直伸到间隙(12)内侧(28’)上的边缘冷却孔(56)的孔口。
23．按权利要求17至21任一项的扇形体结构，其特征在于，倒角(30)或倒圆(34)的深度是这样选择的，即它们达不到间隙(12)内侧(28’)的边缘冷却孔(56)的孔口，而且每个设有薄膜式冷却孔的扇形体(20)的内侧(28)都设置有一个凹槽(58)。
24．按权利要求17至23任一项的扇形体结构，其特征在于，在间隙(12)中，在凹槽(18)内设置了一个密封条(16)，而且倒角(30)或倒圆(34)的深度总是选择得很小，使倒角(30)或倒圆(34)达不到凹槽(18)。
25．按权利要求1至7任一面的扇形体结构，其特征在于，在一个扇形体(20)的分段(70)中，该分段与另一扇形体(20’)设置有倒角(30)或倒圆(34)的分段在间隙(12)上对应，至少有一个边缘冷却孔(62)沿面向间隙(12)的上述扇形体(20)的边缘(26)连通一个该扇形体(20)配置的冷却空气室(50)与间隙(12)的内侧(28)，而且边缘冷却孔(62)的轴与上述扇形体(20)的表面(22)形成一个夹角β，其中，β约为30°，大致与确定倒角(30)或倒圆(34)的角度α相等。
全文摘要
燃气流(40)沿特别是燃气轮机中的围带的扇形结构的表面流动。扇形结构包括并排的由一个间隙(12)相互隔开的扇形体(20、20’)。在间隙(12)的至少一个分段(70)中,燃气流(40)具有一个垂直于间隙方向的速度分量。在上述的分段(70)中,沿着边缘(26)至少有一个薄膜式冷却孔(52),沿着边缘(26’)至少有一个边缘冷却孔(56)。
文档编号F01D5/14GK1211669SQ9811927
公开日1999年3月24日 申请日期1998年9月15日 优先权日1997年9月15日
发明者G·安德森, M·迈克尔, J·费伯, F·塔拉达, K·霍尔, B·韦甘德 申请人:亚瑞亚·勃朗勃威力有限公司