燃气涡轮机转子叶片和燃气涡轮机转子的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及燃气涡轮机转子叶片以及包括多个燃气涡轮机转子叶片和相邻转子叶片之间的密封条的燃气涡轮机转子。
【背景技术】
[0002]燃气涡轮机一般包括转子，其具有被固定至转子轴的多个行的转动的转子叶片和被固定至燃气涡轮机的壳体的在转子叶片的行之间的成行的静翼片。当热的且被加压的工作流体流过成行的翼片和叶片时，它将动量转移至转子叶片并因此在膨胀和冷却的情况下赋予转子转动运动。翼片用于控制工作介质的流动以便使至转子叶片的动量转移最优化。
[0003]典型的燃气涡轮机转子叶片包括:根部，叶片通过该根部被固定至转子轴；空气动力学方式形成的翼型部，其设计允许当热的且被加压的工作流体沿着翼型部流动时动量的转移。它进一步包括位于根部与翼型部之间的平台。平台的朝向翼型部示出的表面形成用于热的且被加压的工作介质的流动路径的壁部。
[0004]由于工作介质是热的且一行叶片的涡轮机叶片被如此地安装至转子轴以至于在相邻平台之间留有间隙使得燃气涡轮机转子叶片的归因于工作介质的热的膨胀不被妨碍。此外，为了主动地冷却涡轮机叶片，典型地为来自压缩机的被加压的空气的冷却流体被沿着平台的根侧引导并且有时也穿过翼型部的内部。在旧的设计中使用了开放式冷却环，其中被加压的冷却空气在经过涡轮机叶片之后被释放到工作介质的流动路径内。然而，高效率的燃气涡轮发动机要求闭合式冷却环，其中冷却空气不被释放到工作介质的流动路径内而是在将其重新冷却之后返回至压缩机。这样的闭环冷却系统依赖于将相邻转子叶片之间的间隙密封。
[0005]在DE10346384A1、US2009/169369A1、US2010/0284800AU US 6，273，683 B1、US6, 561, 764 BUUS 2010/0129226 Al和EP 2 201 271 BI中公开了在相邻转子叶片之间具有密封条或密封销的转子叶片。典型地，这样的密封条或密封销通过位于平台侧面中的槽被保持在适当位置。由于密封条在暴露于热的工作介质时也膨胀，所以槽的尺寸典型地比密封条或密封销的长度和厚度大一点。
【发明内容】
[0006]相对于所描述的现有技术，本发明的目的是提供一种允许相邻转子叶片的平台之间的间隙的良好密封的燃气涡轮机转子叶片。发明的另外的目的是提供一种有利的燃气涡轮机转子。
[0007]第一目的通过如权利要求1所要求保护的燃气涡轮机转子叶片来实现，第二目的通过如权利要求9所要求保护的转子来实现。从属权利要求含有发明的另外的发展。
[0008]发明性燃气涡轮机转子叶片沿着转子叶片的跨度方向包括根部、平台和翼型部，其布置为使得平台位于根部与翼型部之间。平台包括上游侧、下游侧和从上游侧延伸至下游侧的侧面。在平台的各侧面中存在有轴向槽，该轴向槽基本上垂直于跨度方向延伸，同时在跨度方向上具有次要延伸分量。次要延伸分量与轴向方向上的槽延伸的比率典型地处于0.03至0.1之间。此外，在平台的各侧面中存在有径向槽，该径向槽朝向轴向槽延伸，同时在跨度方向上具有延伸分量和在垂直于跨度方向上延伸分量。垂直于跨度方向的分量与在跨度方向上的延伸分量的比率可以在0.3至0.5的范围内。径向槽具有远离轴向槽示出的第一端和朝向轴向槽示出的第二端。第二端位于与轴向槽相距一段距离的位置处使得在径向槽的第二端与轴向槽之间形成无槽部。
[0009]在发明性转子叶片中轴向槽不是严格的轴向而是稍微倾斜的。原因因此在于，平台的形成了用于工作介质的流动路径的壁的表面典型地也不垂直于转子叶片的跨度方向。通过赋予槽稍微的倾斜，槽可以制得平行于这样的平台的表面。因此，平台的被冷却区域距形成流动路径的壁的表面的距离沿着整个平台是相同的。然而，提供轴向槽中的倾斜可能导致被插入槽内的密封条的归因于转动的转子的离心力的滑动运动，转子叶片是该转子的一部分。具体地，具有小直径的转子会出现密封条的这样的移动。如果径向槽朝向轴向槽开口，则被定位在轴向槽中的密封条的归因于离心力的滑动将导致径向密封可以归因于离心力而径向向外移动的情况，这将导致围绕径向密封的泄漏路径。
[0010]通过具有在径向槽的第二端与轴向槽之间的无槽部，可以防止径向密封的这样的运动。尽管在无槽部的区域中形成了小的泄漏路径，但穿过该无槽部的泄漏是良好限定的，因为泄漏路径的尺寸被固定，并且与不存在无槽部的情况相比可以减低总泄漏，使得当转子转动时径向密封会径向向外地移动。因此，通过引入良好限定的泄漏路径可以降低总泄漏。此外，良好限定的泄漏路径确保穿过各密封和穿过整个转子叶片组件的已知且可重复的总泄漏。
[0011 ] 在发明性燃气涡轮机转子叶片的实施中，轴向槽的在跨度方向上的次要延伸分量为使得如从平台的下游侧朝向上游侧看时轴向槽朝向翼型部倾斜。
[0012]在发明性燃气涡轮机转子叶片的另外的发展中，在平台的侧面中存在有另外的槽。该另外的槽朝向轴向槽并朝向平台的上游侧开口。此外，如从平台的下游侧朝向上游侧看时，另外的槽远离翼型部倾斜。如果密封条由柔性材料制造，则该另外的槽可以用于从转子叶片的上游侧插入密封条。如果如从平台的下游侧朝向上游侧看时轴向槽朝向翼型部倾斜，则可以获得密封条在插入穿过另外的槽之后通过当转子转动时作用在密封条上的离心力而被移动至其密封位置。另外，可以在密封条已经被插入轴向槽内之后将另外的密封条放入另外的槽内。
[0013]在发明性燃气涡轮机转子叶片的又另外的发展中，径向槽的垂直于跨度方向的延伸分量为使得如从径向槽的第一端朝向其第二端看时径向槽朝向平台的上游端倾斜。
[0014]如果径向槽在其第一端处是开口的，则密封条可以从平台的下游侧被插入槽内。
[0015]另外，槽的开口端是重要的使得叶片在密封条的安装之前首先被安装至盘。这可以允许相对的侧面之间的较小间隙以及在不拆卸整个转子组件的情况下的密封条的去除和/或更换。
[0016]另一优点在于，槽和/或密封条在轴向方向上重叠使得无槽部具有在槽和/或密封条之间的在径向方向上的尺寸。无槽部具有在槽和/或密封条之间的在径向方向上的尺寸或延伸，使得有在轴向方向上的并且进入由叶片的平台限定的空腔内的清楚的视线。
[0017]另外的槽在其远端处开口以允许条密封的插入。
[0018]轴向槽和径向槽被布置成在轴向方向上重叠。在轴向方向上的重叠至少是从轴向槽的上游端至另外的槽与该轴向槽的联结点所限定的长度。
[0019]无槽部具有在轴向槽与径向槽之间的在径向方向上的尺寸。换言之径向槽的至少一部分与轴向槽的至少一部分径向对齐。优选地，径向槽在被施加至涡轮机叶片的径向内侧平台或相对面时位于轴向槽的径向向内的位置。优选地，径向槽在被施加至涡轮机叶片的径向外侧平台或相对面时位于轴向槽的径向向外的位置。
[0020]径向方向上的尺寸被布置成提供在轴向方向上并且进入到由转子叶片限定的空腔内的清楚的视线。
[0021]在发明性燃气涡轮机转子叶片中，在径向槽的第二端与轴向槽之间的无槽部的在跨度方向上的延伸有利地是在轴向槽的宽度的50%至150%的范围内，特别地在轴向槽的宽度的75%至100%之间的范围内。通过使无槽部具有在所提到的范围内的尺寸，由该部产生的泄漏路径可以被保持足够小使得泄漏比没有这样的无槽部和通过离心力而径向向外移动的径向密封槽时小。
[0022]根据发明的另外的方面，提供了一种燃气涡轮机转子。发明性燃气涡轮机转子沿着轴向方向延伸并且包括多个发明性燃气涡轮机转子叶片。转子叶片以使得相邻转子叶片之间留有间隙这样的方式在转子的周向方向上并排布置。轴向密封在相邻转子叶片之间延伸，该密封通过相邻转子叶片的平台的侧面中的轴向槽而被保持在适当位置。另外，径向密封在相邻转子叶片之间延伸并且通过相邻转子叶片的平台的侧面中的径向槽而被保持在适当位置。
[0023]通过在发明性转子中使用发明性燃气涡轮机转子叶片，可以通过提供参照发明性燃气涡轮机转子叶片的如上所述的