涡轮叶片布置的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种用于燃气轮机的涡轮叶片布置和一种制造燃气轮机的导向叶片布置的方法。
【背景技术】
[0002]在常规燃气轮机中，燃烧室由许多独立的燃烧器制成，燃烧器将热气体供给进具有喷嘴导向叶片的第一级中，喷嘴导向叶片位于燃烧室的下游。导向叶片沿预定方向引导来自独立燃烧器的热气体和来自压缩器级的空气。
[0003]在涡轮的常规燃烧室级中，许多独立的燃烧器罐在涡轮中心周围沿周向布置。因此，在下游方向上存在与来自独立燃烧室罐的热气体流相关联的一些周向气体温度变化。周期的周向气体温度变化发生，因为在燃烧器缸之间在相应导向叶片处产生更低温度，并且在燃烧器的周向位置附近在相应导向叶片处产生更高温度。
[0004]该周向温度变化在每个下游导向叶片区段处导致变化的温度轮廓，其中，每个导向叶片上的温度轮廓取决于导向叶片关于独立燃烧器缸的位置，即导向叶片在涡轮内的装配位置。
[0005]叶片温度是相应导向叶片寿命的重要方面。因此，导向叶片设计有预定热阻。耐高温规定性可通过使用冷却空气而增加。然而，使用过量冷却空气会降低由燃气轮机产生的功率和燃气轮机的效率。在常规冷却系统中，冷却空气量必须设计成匹配用于暴露于最热气体温度的喷嘴导向叶片的气体温度轮廓，使得所有导向叶片具有相同的可接受寿命。总之，在常规定子叶片级中，总体上，使用涡轮叶片布置的标准设计，其中，叶片在其热阻方面的设计是使涡轮的所有周向温度变化适合的折衷。
[0006]GB2114234A公开了一种具有单个翼面定子叶片结构的燃气轮机。定子结构设置成包括内外罩，其间具有中空翼面状叶片，在所述罩的相交部附近的区域中，翼面叶片壁的厚度相对于罩的其它部分减小，以在这些区域中提供材料的改进属性，从而更好地响应施加在所述结构上的热应力。
[0007]US2007/0128020A1公开了一种用于涡轮机的叶片定子。该叶片定子包括内平台和外平台以及固定在所述平台之间的至少一个轮叶。所述平台中的至少一个包括至少一个凸缘，该至少一个凸缘具有固定到平台的第一端和第二自由端。该凸缘包括至少一个无开口的自由柔性增加切口(non-opening free flexibility-1ncreasing cut-out) ο
【发明内容】
[0008]本发明的目的是提供具有可接受寿命的导向叶片，并减少制造成本。
[0009]该目的通过根据独立权利要求的一种用于燃气轮机的导向叶片布置和一种制造涡轮的导向叶片布置的方法来实现。
[0010]根据本发明的第一方面，提出了一种用于燃气轮机的导向叶片布置。该导向叶片布置包括第一导向叶片装置和第二导向叶片装置，第一导向叶片装置包括第一数量的第一翼面，第二导向叶片装置包括第二数量的第二翼面。第一导向叶片装置和第二导向叶片装置沿涡轮的周向方向布置(例如可拆卸地联接在一起)。第一翼面的第一数量与第二翼面的第二数量不同。第一导向叶片装置设计有比第二导向叶片装置更高的热阻。
[0011]根据本发明的另一方面，提出了一种制造涡轮的导向叶片布置的方法。将包括第一数量的第一翼面的第一导向叶片装置沿涡轮的周向方向布置到包括第二数量的第二翼面的第二导向叶片装置。第一翼面的第一数量与第二翼面的第二数量不同。第一导向叶片装置设计有比第二导向叶片装置更高的热阻。
[0012]导向叶片装置包括平台，相应数量的翼面安装到所述平台。每个导向叶片装置可包括具有内平台的内罩和/或具有外平台的外罩，其中，在内平台和外平台之间沿周向方向装配有相应数量的翼面。确切地，每个导向叶片装置包括一个内平台和/或一个外平台，一个或多个翼面附接到一个内平台和/或一个外平台。相应导向叶片装置的相应内平台(以及内罩)和外平台(以及外罩)一体地形成。因此，第一导向叶片装置和第二导向叶片装置在结构上由相应罩和平台分开。换言之，第一导向叶片装置和第二导向叶片装置是导向叶片级的在结构上分开的部分。
[0013]换言之，根据本发明的示例性实施例，第一导向叶片装置包括第一平台和第一数量的翼面，其中，第一数量的翼面附接到第一平台，其中，第一翼面沿周向方向以一个在另一个之后的方式附接。相应地，第二导向叶片装置包括第二平台和第二数量的翼面，其中，第二数量的翼面附接到第二平台，其中，第二翼面沿周向方向以一个在另一个之后的方式附接。
[0014]第一导向叶片装置和第二导向叶片装置沿涡轮的周向方向布置。特别地，当第一导向叶片装置和第二导向叶片装置沿周向方向以一个在另一个之后的方式布置时，第一平台和第二平台彼此邻近地布置。附接到第一平台的第一数量的第一翼面与附接到第二平台的第二数量的第二翼面不同。
[0015]涡轮包括绕涡轮的旋转轴线旋转的涡轮轴。旋转轴线周围的方向表示为周向方向。延伸穿过旋转轴线并垂直于旋转轴线的方向表示为径向方向。
[0016]因此，相应导向叶片装置的(径向)内平台相对于相应导向叶片装置的(径向)外平台沿径向方向更靠近旋转轴线布置。
[0017]翼面(导向叶片)包括气动轮廓。涡轮的热工作气体朝向翼面的前缘流动，并在翼面的后缘处离开翼面。热工作气体可以是例如离开燃烧室尤其是离开燃气轮机的燃烧室罐的燃烧气体，燃烧室沿周向方向一个位于另一上之后布置。导向叶片装置的翼面沿期望流动方向引导工作气体。
[0018]第一导向叶片装置和第二导向叶片装置沿周向方向一个位于另一个之后布置。在示例性实施例中，第一导向叶片装置可拆卸地联接到第二导向叶片装置。在另一示例性实施例中，第一导向叶片装置的相应平台沿周向方向抵靠第二导向叶片装置的相应平台。
[0019]第一导向叶片装置和第二导向叶片装置可拆卸地安装到径向内叶片载体或径向外叶片载体。特别地，第一导向叶片装置和第二导向叶片装置可通过螺纹连接固定到相应叶片载体。因此，术语“可拆卸地联接”可表示相应导向叶片装置相对彼此的直接或间接联接。例如，沿周向方向，第一导向叶片装置和第二导向叶片装置可拆卸地固定到相应叶片载体，使得第一导向叶片装置和第二导向叶片装置可以十分灵活且可互换地布置到叶片载体。
[0020]因此，第一导向叶片装置装配在沿涡轮的周向方向的热区域处，在涡轮的导向叶片级处，因为与第二导向叶片装置相比，第一导向叶片装置包括更高的热阻。因此，不再需要沿整个周向方向提供具有最高热阻的导向叶片装置。第二导向叶片装置可装配在沿涡轮叶片级的周向方向的更冷的温度区域中，与第一导向叶片装置相比，第二导向叶片装置包括更低的热阻。
[0021]因为与第一导向叶片装置相比，第二导向叶片装置包括更低的热阻，所以第二导向叶片装置需要更低的热保护，这与第一导向叶片装置相比，导致更便宜的设计和更便宜的制造过程。而且，第二导向叶片装置的冷却流体消耗低于第一导向叶片装置，使得通过提供一定数量的第二导向叶片装置，可以减少整个冷却流体消耗。
[0022]而且，通过具有与第二翼面不同量的第一翼面，导向叶片布置可更精确地适配于燃气轮机的导向叶片级的一定热分布。
[0023]相应导向叶片的热阻可由下面详细描述的许多规定控制。特别地，相应导向叶片装置的热阻可例如通过使用一定材料来控制，比如陶瓷材料、复合材料或金属材料。另外，相应导向叶片的相应热阻可例如通过施加耐高温性涂层和/或热障涂层来调节。另外，相应导向叶片装置的热阻可通过施加冷却管道系统以用冷却流体冷却相应导向叶片装置来控制。
[0024]根据本发明的另一示例性实施例，第一翼面的第一数量小于第二翼面的第二数量。确切地，根据另一示例性实施例，第一翼面的第一数量是一，第二翼面的第二数量是二或更多。
[0025]因此，具有比第二导向叶片装置更高的热阻的第一导向叶片装置可设计成更小，并以较小单元设计。更小的零件和因此更小的导向叶片装置相应地在高温影响下对抗应力更坚固。而且，由于第一导向叶片装置的更小尺寸，第一导向叶片装置更易于装配在热温度区域处。
[0026]第一导向叶片装置和第二导向叶片装置还可表示为叶片喷嘴，其中，在示例性实施例中，第一导向叶片装置是包括一个翼面的单叶片喷嘴，第二导向叶片装置是包括两个翼面的双叶片喷嘴。
[0027]根据另一示例性实施例，第一导向叶片装置由第一耐高温涂层涂覆。在另一示例性实施例中，