高压涡轮的冷却叶片的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及涡轮发动机领域并且涉及利用冷却剂进行冷却的涡轮叶片，所述冷却剂在内部流通。
【背景技术】
[0002]涡轮发动机为旋转机械，其中，能量的传递发生在流体流和刚性连接至转子的叶片系统之间，所述转子例如为压缩机或形成涡轮轴发动机(例如，气体涡轮发动机)的一部分的涡轮。用于飞机的燃气涡轮涡轮轴发动机(例如，多流式涡轮喷气发动机)沿气体的流动方向从上游到下游通常包括风扇、一个或多个压缩机级(例如，低压压缩机和高压压缩机)、燃烧室、一个或多个涡轮级(例如，高压涡轮和低压涡轮)以及排气管。涡轮能够与各压缩机相对应，它们二者通过轴连接，从而形成例如高压转子和低压转子。
[0003]高压转子的涡轮被直接布置在燃烧室的下游并且被直接供给以所述室产生的气流。气体的温度和组成涡轮的材料能够承受的温度一样高，因为发动机的热力效率以及与其有关的比耗量取决于所述温度。
[0004]高压涡轮的叶片由耐高温的合金制造而成并设置有内部冷却构件，以便使叶片能够抵抗恶劣的工作条件。具体地，燃气涡轮发动机的高压涡轮的可动叶片设置有内腔，冷却剂在内腔中流通。冷却剂由从高压压缩机处离开的空气构成。
[0005]总体地，叶片包括三个部分:空气动力学形式的桨叶、根部以及桨叶和叶片之间的确保气流的连续性的平台，通过嵌入到转子盘体的轮缘上加工的凹口中可使桨叶通过根部被附接到所述盘体上。根据一种冷却技术，空气沿盘体或穿过盘体被引导至其凹口的底部，空气从凹口的底部通过制成在所述叶片的根部的基部中的开口被注入到叶片中。空气通过所述开口被分布到穿过根部并且与桨叶的内腔连通的通道中。空气沿桨叶的壁的内表面在所述腔中流通并且随后尤其通过沿桨叶的边缘分布的孔眼被排到发动机流动气流中。这种技术在本申请人名下的文献WO 2010/046584中进行了描述:开口被制造在叶片的根部的面对的凹口的底部的表面上，所述根部被嵌入在所述凹口中。叶片的根部的所述表面在下文被称为“基部”。所述基部的形状呈矩形。在上游边缘和下游边缘之间，每个通道中的开口在所述基部上纵向对齐。
[0006]注入到可动叶片中的冷却流产生于对可能的最佳冷却的需求和对发动机的比耗量的控制之间的折中。为此，孔眼板(被称为调校板)被附接至叶片的根部的基部，以便调校注入到冷却回路的各个腔中的气流并且借此确保与部件的使用寿命要求相一致的热度等级。
[0007]气流分布还被优化以保证孔眼处的最小超压比(overpressure rat1，气流中的压力和内腔中的压力之间的比值)，并且借此避免热空气从气流引入到叶片中。
[0008]为了确保对冷却空气流的控制，根据测试反馈来调整调校板中的孔眼的尺寸就足以达到要求，而不必更改已经加工的叶片。
[0009]根据现有技术，调校板被钎焊到叶片的根部上，回路中的不同通道之间的密封通过板形式的钎焊条来确保。这种通过钎焊连接的方法众所周知，但是要求与需要加热炉有关的高代价的操作，因此希望减少这种高代价的操作。此外，如果调校孔具有非常小的直径，必须进行附加操作以便避免由钎焊过度导致的所述孔的阻塞。
[0010]本发明因此涉及以密封有效性和制造成本方面的最优方式将所述调校板附接到叶片的根部的基部上。
[0011]为了避免钎焊操作，已经提出了利用自熔接搭焊(特别是，使用激光束)将调校板附接到叶片的根部上。这种焊接方法在于:当沿与叶片接触的区域应用激光束时在不添加材料的情况下围绕边缘连接所板。通透的焊接(transparent weld)被制成在位于冷却通道中的供给开口之间的分隔区域中，以便形成将开口相互分隔的密封。
[0012]然而，应注意，通透的焊接可能导致叶片的根部中的裂缝。这些裂缝能够蔓延并损坏部件。
[0013]消除分隔区域中的这种焊接将使得与裂缝形成的风险有关的问题能够被解决。然而，所述方案将导致密封的消除并导致经调校的空气在冷却回路的不同腔之间泄露的风险。随后叶片中的冷却空气流的新的分布将随之产生。叶片的热状况以及超压比将变化，这将使以下方面产生问题:
[0014]-可靠的使用寿命；叶片的热状况的分布，
[0015]-叶片的完整性；导致燃烧风险的最小超压比，
[0016]-导致叶片的冷却率增大的高压涡轮可靠效率。
【发明内容】
[0017]本发明的目标在于提供一种用于将调校板连接至叶片的根部的构件，所述构件确保经调校的空气(即已经穿过调校板中的调校孔眼的空气)的不同通道之间的密封。所述附接构件必须在成本方面有利并且必须不能存在部件上形成裂缝的风险。
[0018]所述目标通过一种可动涡轮发动机叶片来实现，所述可动涡轮发动机叶片包括具有内冷却腔的桨叶和根部，所述叶片利用所述根部而能够被安装在转子盘体上，所述根部包括至少两个与所述内腔连通并且经由所述根部的基部向外敞开的通道和调校板，所述基部包括至少两个开口，所述通道通过所述开口向外敞开，设置有与所述开口相对应的调校孔的调校板被附接至所述根部的基部。所述可动叶片的特征在于，形成所述两个开口之间的密封隔离物的机械构件被布置在所述板和所述叶片的根部的基部之间。
[0019]“机械密封构件”被理解为防止经调校的空气从一个开口流通到另一开口的构件，所述构件没有在所述板和所述叶片的根部之间于所述开口之间的分隔区域中应用焊接或钎焊技术。
[0020]更具体地，形成密封隔离物的机械构件包括布置在所述板或所述根部的基部上的榫和布置为面对所述基部或所述板上的榫的榫眼，所述榫被插入所述榫眼中。
[0021 ] 优选地，所述榫被布置在所述板上并且所述榫眼被布置在所述叶片的根部上。
[0022]有利地，所述榫的至少一个表面以如下方式与所述榫眼的壁接触:防止气体在所述榫和所述榫眼之间的任何通过。
[0023]所述榫可具有不同的形状，例如可具有梯形或圆形的横截面。
[0024]所述板还能够通过机械保持构件来被附接，但是优选地，所述板通过自熔接焊接(特别是，通过激光)被附接至所述叶片的根部。更特别地，所述焊接为搭焊，连接围绕所述板的周界实现。
[0025]所述叶片通常在所述基部上包括介于两个到六个之间的开口，所述机械密封构件被布置在所述开口之间的分隔区域中。
【附图说明】
[0026]通过以下利用仅为示例性和非限制性示例给出的本发明的实施例的详细的说明性描述并且参考附图，本发明将更好地被理解，并且本发明的其它目标、细节、特征和优点将更清楚地展现，在附图中:
[0027]图1为可动涡轮叶片、调校板和涡轮盘的一部分的