具有可移动的末端的涡轮转子叶片的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种具有可移动的末端的涡轮转子叶片。
【背景技术】
[0002]已知，由于具有合适地形状叶片的转子导致的渐开线流体的相互作用，涡轮机组提供机械能。明显地，当与剩余的一部分流体相关联的能量被分散时，只有实际上与转子叶片相互作用的一部分流体有助于生成机械能。
[0003]关于这方面，特别是在燃气涡轮机中，关键的特征涉及到在转子叶片的端部和容纳该转子的壳体的内表面之间的径向的密封以及可能发生的泄漏。当然，在特殊的操作情况(开始，负载瞬变并且停止)下，为避免叶片端部碰到壳体，涡轮机组必须被设置成在固定部分和可移动部分之间保留最小的间隙。然而，明显的是，间隙越大，泄漏越多，因此机械效能的损失更大。
[0004]按照已知的解决方法，转子是可轴向地移动的，并且，一旦机器被完全地启动以及进入热平衡，转子在与流体相反的方向上被移动。因为壳体的内表面和转子外壳是完全地被切去顶端的锥形，轴向的位移减小了间隙。然而，质量和旋转速度使得提供能够实现和控制转子获得恰好地轴向位移的系统是绝对不容易的。此外，控制系统可能出现的错误可能导致转子叶片和壳体之间的接触，具有潜在地灾难性的影响。
【发明内容】
[0005]因此，本发明提供一种涡轮转子叶片，其能够克服上述的局限性。
[0006]根据本发明，提供一种燃气涡轮机的膨胀级的转子叶片，包括:
[0007]根部和末端部，
[0008]位于末端部的滑块，该滑块可沿着从根部到末端部的方向在缩进位置和探出位置之间移动，其中，滑块从末端部突出；以及
[0009]停止部，其被设置为限制滑块到探出位置的行程；以及
[0010]盒型主体，其容纳在末端部形成的凹槽中，并且，在与根部相反的方向上是打开的；
[0011]其中，滑块被容纳在盒型主体中，并且包含耐磨蚀材料的耐磨层，至少在滑块在探出位置时，耐磨层从末端部位置向外突出穿过盒型主体的壁上的开口；
【附图说明】
[0012]本发明将通过结合附图进行描述，所述附图示出了一些非限制性的实施例，其中:
[0013]图1是根据本发明的实施例的燃气涡轮机的沿着轴向的纵剖面的侧视图；
[0014]图2是图1中的根据本发明的燃气涡轮机的转子叶片在初始运行结构时的放大的局部侧视图；
[0015]图3是图2中的转子叶片的一部分的简化的、局部的剖面正视图；
[0016]图4是图2中的转子叶片的俯视图；
[0017]图5是图2中的转子叶片的细节的局部剖面正视图，所述叶片处于转子叶片的使用周期中的初始阶段的静止结构中；
[0018]图6是图5的细节的局部剖面正视图，其处于在适应期后的运行结构中；
[0019]图7是图5的细节的局部剖面正视图，其处于适应期后的静止机构中；
[0020]图8是根据本发明的不同的实施例的涡轮机的转子叶片的顶视图；以及
[0021]图9是根据本发明的进一步的具体实施例的涡轮转子叶片的细节的局部剖面正视图。
具体实施例
[0022]图1示出了用于产生电能的设备的完整的燃气涡轮机I。
[0023]燃气涡轮机I包括涡轮壳体2和沿着轴A延伸的转子3，转子3具有压缩机段4和涡轮或膨胀段5。
[0024]转子3被容纳在涡轮壳体2中，并且通过前轴承组件7和后轴承组件8被可旋转地支撑，所述前轴承组件7被设置在压缩机段4的附近，所述后轴承组件8被设置在涡轮段5的附近。
[0025]该转子3的涡轮段5具有多个转子叶片10，其被成细且轴向地间隔设置从而形成多个膨胀级。
[0026]—个膨胀级的一个转子叶片10通过举例的方式在图2-4中被示出。相同的膨胀级的其他转子叶片10在结构上是相同的。在其他膨胀级的转子叶片10可能包含相同的结构元件，并且对于它们的尺寸和/或形状与图中示出的不同。
[0027]转子叶片10包括被固定到转子3上的根部10a，和与根部1a径向相对的末端部10b。通常地，不考虑角度位置，转子叶片10的末端部是离旋转轴3最远的部分。
[0028]翼板1c从转子叶片10的根部1a延伸到末端部10b，并且包含冷却管道11，这里仅仅是示意性地示出。冷却管道11被设置为用于接收和传送使用的从根部1a穿过转子叶片10的主体到端部1b的相关冷空气气流。更进一步地，转子叶片10包含滑块12，其在从根部1a到末端部1b的方向上，S卩，在大致径向的方向上，是可移动的。滑块12包含密封部12a和基部12b。该密封部12a，可以是大致与滑动方向相平行且大致在转子叶片10(图4)的前沿15和后沿16之间延伸的片或者板的形式。此外，密封部12a被由耐磨材料制造的耐磨层17(图2和图3)所覆盖，耐磨材料例如为一些化合物，其包含作为主要的成分的钴、镍、铬、铝或者钇，作为润滑剂的氮化硼，以及诸如聚酯的聚合物。耐磨层17被设置在滑块12的顶面上，形成滑块的径向的最外面的部分。该基部12b通过横向于密封部12a的另一板限定。更明确地，密封部12a从基部12b径向向外延伸，其与使用中的转子叶片10的轨迹大致相切。该基部12b同样也具有冷却孔18。
[0029]在一个实施例中，该滑块12至少部分地被容纳在盒型主体20中，在盒型主体20的上壁20a上设置有开口21，通过所述开口，滑块12的密封部12a能出来。更详细地，当密封部12a滑动穿过开口21时，滑块的基部12b通过上壁20a被保持在盒型主体20中，从而耐磨层17向外突出。
[0030]因此，由于转子3的旋转产生的离心力，滑块12在相对于轴A的径向方向上在沿着径向方向的第一缩进位置和第二探出位置之间大致可移动，所述径向方向是从转子叶片10的根部1a到末端部1b的方向。特别地，通过基部12b和盒型主体20的上壁20a之间的接触，滑块在探出位置停止。在该被描述的具体实施例中，限定为在相对于轴A的径向方向上的第一缩进位置和第二探出位置之间的距离的滑块12最大的冲程，因此通过盒型主体20的上壁20a和底壁20b之间的距离以及基部12b的厚度被确定。
[0031]盒型主体20依次通过，例如(但不是必要的)可移动的方式，被置入转子叶片10的末端部1b的凹槽23中，并且相对于转子叶片10的上边缘1d是稍微地凹进的。特别的，该凹槽23在与转子叶片10的根部1a相反的方向上是打开的，并且，从转子叶片10的末端部是可进入的，从而，如果需要，允许盒型主体20的嵌入和探出。
[0032]在一个实施例中，盒型主体20具有:冷却孔25，其与冷却管道11流体连通用于接收冷空气；以及位于上壁20a上的排气孔26，以使叶片顶端能够冷却，并且，改善紧邻转子叶片10的涡轮壳体2的部分的流体动力密封性。盒型主体20的孔25，26和滑块12的孔18允许用于在燃气涡轮机的膨胀级中的密封目的的使用，所述级具有特别地高的温度，需要有效的冷却系统。
[0033]如图5中所示，盒型主体20的位置，滑块12的冲程以及耐磨层17的初始厚度So被选择为，通过由于燃气涡轮机I的第一次启动的旋转而产生的偏移，耐磨层17在达到探出位置之前，即，在滑块12到达冲程终点之前，接触涡轮罩2。基本上，当机器静止时，初始的耐磨层17和涡轮壳体2的内表面之间的初始间隙Co小于滑块12的冲程。
[0034]当燃气涡轮机I启动时，由于旋转产生的离心力，滑块12径向向外移动，并且，耐磨层17接触涡轮壳体2的内表面(图2和图3)。与涡轮壳体2的摩擦导致耐磨层17的磨损，当滑块12达到探出位置，同时基部12b接触到盒型主体20的上壁20a时，耐磨层的厚度被减小直至IJ最终厚度31(图6)。然后，磨损停止，且滑块12以实质上地零径向间隙(^(零径向间隙(^在图6中以夸大的方式被示出)密封。
[0035]当燃气涡轮机I停止时，离心力停止，并且滑块恢复到缩进位置(图7)，留下一间隙，该间隙在瞬变期间提供安全边际，但是，