专利名称：带有叶片冷却的轴流式涡轮机转子的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种带有叶片冷却的轴流式涡轮机转子，尤其是一种具有叶片环的轴流式涡轮机转子，所述叶片环由多个能够借助于冲击冷却来冷却的动叶片构成。
背景技术：
例如燃气轮机的涡轮机具有压缩机和涡轮，所述压缩机和涡轮通过转子耦联。转子具有用于压缩机的动叶片和用于涡轮的动叶片，其中在压缩机内借助工质做功，并且在涡轮内从工质中获得功。工质在涡轮上游被加热，使得涡轮的构件遭受高温度负荷。传统地，转子设有圆盘，所述圆盘穿在轴上并且分别在其外缘上具有构成叶片环的动叶片。由于高的机械负荷和热负荷，圆盘和动叶片的使用寿命受到限制。作为延长寿命的措施，已知一种用于冷却圆盘和动叶片的冷却装置，借助所述冷却装置基本上限制了在燃气轮机工作时尤其是圆盘材料的脆性的提高。此外，圆盘和动叶片的蠕变特性位于非临界区域内，使得实现延长的使用寿命(LCF，英语“Life Cycle htigue”，疲劳循环次数)。为此，从WO 2009/008944 A2中已知一种叶片平台的冲击冷却，其借助于设置在两个直接相邻的动叶片之间的独立的构件来实现。然而额外的构件的制造和安装非常昂贵。
发明内容
本发明的目的是提供一种轴流式涡轮机转子，其中转子盘和动叶片具有高的使用
寿命ο根据本发明的轴流式涡轮机转子具有转子盘和带有多个动叶片的动叶片环，所述动叶片分别具有叶根，通过所述叶根，动叶片径向向外地固定在转子盘上，其中叶根与转子盘在其外缘上以形状接合的方式接合，使得在轴流式涡轮机转子工作时，在动叶片和转子盘之间且在转子盘的预先确定的表面区域上构成缝隙，在所述缝隙中设置有多个冲击冷却口，冷却介质能够从圆盘的内部穿过所述冲击冷却口流入到缝隙内，由此借助冷却介质，动叶片并且特别是其平台能够通过冲击冷却来冷却，并且转子盘能够通过冷却介质的对流冷却来冷却。由此实现转子盘和动叶片的有效冷却，由此动叶片和转子盘的使用寿命高。尤其在对于每个动叶片具有一个保持凹部的转子盘中，通过作为冲击冷却口通入的冷却通道的根据本发明的构造，可特别有效地冷却存在于保持凹部之间的颚部(Klaue)。此外在根据本发明的涡轮机转子中，冷却介质的使用是有效的，由此轴流式涡轮机转子能够以节约资源方式运转。优选的是，转子盘在其外缘上对于每个动叶片具有一个保持凹部，叶根的叶根颈部接合在所述保持凹部中，所述叶根颈部径向向内突出并且具有至少一个在圆周方向和/ 或在轴向方上从叶根颈部突出的叶根齿部，所述叶根齿部具有径向外部的齿面和径向内部的齿面，其中借助在保持凹部内设有的叶根齿部凹部，所述叶根齿部被包围成，使得在涡轮机转子工作时，叶根的径向外部的齿面紧贴叶根齿部凹部上，并且在径向内部的齿面和叶根齿部凹部之间构成缝隙，其中在叶根齿部凹部的面向内部的齿面的表面区域中设有冲击冷却口的至少一个，使得在径向内部的齿面上的叶根能够借助流过冲击冷却口的冷却介质冲击冷却。由此在保持凹部的区域内的转子盘有利地由冷却介质贯通流过并且因此冷却， 在所述区域中，在轴流式涡轮机转子工作时产生应力峰值。此外，叶根由冲击冷却来冷却， 由此热量能够有效地通过冷却介质从叶根排出。由此有利地达到，在保持凹部的区域内的转子盘内且在动叶片内能够调节整温度水平，在所述温度水平下，转子盘和动叶片的使用寿命尚ο优选的是，叶根齿部设置并成型在叶根颈部上，使得叶根具有圣诞树形外形，其中叶根齿部凹部构成为槽。叶根齿部和槽优选在轴流式涡轮机转子的轴向方向上延伸。此外优选的是，缝隙向外开口，使得冷却介质能够从缝隙向转子盘的外部流出。因此冷却介质能够持续地流过冲击冷却口，由此实现转子盘和动叶片连续地冷却。动叶片优选具有起到空气动力作用的叶身和径向设置在叶身和叶根之间的、起到空气动力作用的叶片平台，所述叶片平台的径向内侧在构成缝隙的情况下设置成，与转子盘的外缘具有一定径向距离，其中在外缘的面向内侧的表面区域中设有冲击冷却口的至少一个，使得叶片平台的径向内侧能够借助流过冲击冷却口的冷却介质冲击冷却。因此叶根和叶片平台能够有利地借助冷却介质来冷却，由此实现动叶片的有效的冷却。优选的是， 冲击冷却口构成为，使得从冲击冷却口中流出的冷却介质基本上垂直地撞到动叶片的表面上。因此，冲击冷却的热效率高。优选的是，转子盘具有多个冷却通道，所述多个冷却通道经过冲击冷却口通入缝隙内。此外，轴流式涡轮机转子优选为轴流式涡轮转子，并且冷却介质优选为冷却空气。
接下来借助所附的示意图描述根据本发明的轴流式涡轮转子的一个优选实施形式。附图示出图1示出根据本发明的轴流式涡轮转子的圆盘的立体的剖面图；以及图2示出根据本发明的轴流式涡轮转子的具有动叶片的圆盘的立体的剖面图。
具体实施例方式如在图1和2中可见，轴流式涡轮转子1具有围绕着轴流式涡轮转子1的旋转轴线旋转对称地设置的圆盘。在圆盘2的外缘13上设置有多个在圆盘2的圆周上方毗邻的动叶片3，其中动叶片3构成动叶片环。每个动叶片3具有叶身4，借助所述叶身，动叶片3 与轴流式涡轮转子1的工质共同作用。叶身4径向向外延伸地设置在圆盘2上，其中动叶片3在叶身4的径向内部的端部上具有叶根5，借助所述叶根，叶身4固定在圆盘2上。在叶身4和叶根5之间，叶片平台6构成在动叶片3上，所述叶片平台在轴流式涡轮转子1的轴向方向和圆周方向上延伸，其中叶片平台6的径向外侧面向工质设置，并且叶片平台6径向内侧18面向圆盘2设置。叶根5具有叶根颈部7，所述叶根颈部从叶片平台6径向向内延伸。在叶根颈部 7上，指向轴流式涡轮转子1的圆周方向构成有多个叶根齿部8，其中叶根齿部8对称于叶根颈部7的纵轴线设置。在圆盘2的外圆周上，对于每个叶根5构成有一个具有槽10的保持凹部9，所述叶根齿部8接合到所述槽中。保持凹部9的槽10仿制叶根5的叶根齿部8 的轮廓，使得叶根5与保持凹部9以形状接合的方式接合。由于每个叶根齿部8接合到与其相关联的槽10内并且由圆盘2的材料包围，因此叶根5在径向方向上固定在保持凹部9 内。转子盘2的在两个直接相邻的保持凹部9之间的外部区域在此也称为颚部。叶根齿部8基本在轴流式涡轮转子1的轴向方向上延伸地设置在叶根颈部7上， 使得以同样的方式的槽10同样具有在轴流式涡轮转子1的轴向方向上的分布。此外，叶根齿部8彼此平行地设置并且因此槽10同样彼此平行地设置，使得为了安装到圆盘2上或者为了从圆盘2中拆卸，动叶片3能够借助其叶根5沿轴向方向插入保持凹部9内或者从保持凹部9中移出。此外，叶根齿部8设计成具有圆形轮廓并且槽8同样设计成具有相应的圆形轮廓，使得由于缺口应力作用，在轴流式涡轮转子1工作时在圆盘2内和在叶根5内的应力水平低。每个叶根齿部8具有径向内部的齿面16和径向外部的齿面17，其中齿面16，17彼此倾斜地构成。特别地，径向外部的齿面17相对于圆盘2的圆周方向倾斜，使得径向外部的齿面17的半径远离叶根颈部7减少。在轴流式涡轮转子1工作时，径向向外作用的离心力作用到动叶片3上。由于径向外部的齿面17的倾斜和槽10相应的造型，产生叶根5在保持凹部9中的自定心效果。在此，径向外部的齿面17紧贴在槽10上，使得叶根齿部8径向向外地支撑在槽10内的径向外部的齿面17上。槽10成型为在叶根齿部8周围具有间隙，使得阻止叶根5在保持凹部9内不希望地卡住，由此通过叶根齿部8和槽10的自定心作用不受到干扰。由于在轴流式涡轮转子1工作时，叶根齿部8的径向外部的齿面17与槽 10形成直接接触，因此基于在径向内部的齿面16上的间隙出现缝隙11。在槽10的通过缝隙11露出的区域上设置多个冲击冷却口 12，冷却空气流过所述冲击冷却口。如果冷却空气从冲击冷却口 12中逸出，那么冷却空气流入到缝隙11内并且通过冲击冷却来冷却在径向内部的齿面16上的叶根齿部8。保持凹部9构成为在圆盘2端侧开口，使得通过在径向内部的齿面16上的缝隙11构成向外开口的冷却通道。冷却空气穿过冲击冷却口 12进入冷却通道内，所述冷却空气流过冷却通道并且在圆盘2的端侧逸出。叶片平台6以一定的径向距离设置在圆盘2的外缘13上，使得在圆盘外缘13和叶片平台6的径向内侧18之间构成缝隙14。缝隙14在径向内侧18下方。在缝隙14的区域内，在圆盘外缘13内构成有多个冲击冷却口 15，冷却空气流过所述冲击冷却口。冷却空气冲击到径向内侧18上，使得由冷却空气通过冲击冷却来冷却叶片平台6。在圆盘外缘13 上通过缝隙14构成冷却通道，所述冷却通道在叶片平台6周围向外开口。由此冷却空气能够从在圆盘外缘13上的冲击冷却口 15经过叶片平台6向外逸出。在轴流式涡轮转子1工作时，叶片平台6的径向外侧与热气形成接触，由此在轴流式涡轮转子1工作时，存在进入叶片平台6中的高热量输入。在叶片平台6的径向内侧18上传输到冷却空气上的热量通过对流从叶片平台6中输出。
权利要求
1.一种轴流式涡轮机转子，具有转子盘( 和动叶片环，所述动叶片环具有多个动叶片(3)，其分别具有叶根(5)，借助所述叶根，所述动叶片(2)径向向外地固定在所述转子盘 (2)上，其中所述叶根( 与所述转子盘( 在其外缘(1 上以形状接合的方式接合，使得在所述轴流式涡轮机转子(1)工作时，在所述动叶片( 和所述转子盘( 之间且在所述转子盘O)的预先确定的表面区域上构成缝隙，在所述缝隙内设置有多个冲击冷却口(12， 15)，冷却介质能够穿过所述冲击冷却口从所述转子盘O)的内部流入到所述缝隙(11，14) 内，由此借助冷却介质，所述动叶片( 能够通过冲击冷却来冷却，并且所述转子盘能够通过所述冷却介质的对流冷却来冷却。
2.根据权利要求1所述的轴流式涡轮机转子，其中所述转子盘⑵在其外缘(13)上具有保持凹部(9)，所述叶根O)的叶根颈部(7)接合到所述保持凹部内，所述叶根颈部径向向内突出并且具有至少一个在圆周方向和/或在轴向方向上从所述叶根颈部(7)中突出的叶根齿部(8)，所述叶根齿部具有径向外部的齿面(17)和径向内部的齿面(16)，其中借助在所述保持凹部(9)中设有的叶根齿部凹部(10)，所述叶根齿部(8)被包围成，使得在所述涡轮机转子(1)工作时，所述叶根( 的所述径向外部的齿面(16)紧贴在所述叶根齿部凹部(10)上，并且在所述径向内部的齿面(17)和所述叶根齿部凹部(10)之间构成所述缝隙(11)，其中在所述叶根齿部凹部(10)的面向所述内部的齿面(16)的表面区域中设有所述冲击冷却口(1 中的至少一个，使得所述叶根( 在所述径向内部的齿面(16)上能够借助流过所述冲击冷却口(1 的所述冷却介质冲击冷却。
3.根据权利要求2所述的轴流式涡轮机转子，其中所述叶根齿部(8)设置并成型在所述叶根颈部⑵上，使得所述叶根(5)具有圣诞树形外形，其中所述叶根齿部凹部构成为槽 (10)。
4.根据权利要求3所述的轴流式涡轮机转子，其中所述叶根齿部(8)和所述槽(10)在轴向方向上延伸。
5.根据权利要求1至4之一所述的轴流式涡轮机转子，其中所述缝隙(11，14)向外开口，使得所述冷却介质能够从所述缝隙(11，14)向所述转子盘O)的外部流出。
6.根据权利要求1或2所述的轴流式涡轮机转子，其中所述动叶片( 具有起到空气动力作用的叶身(4)和径向设置在所述叶身(4)和所述叶根(5)之间的、起到空气动力作用的叶片平台(6)，所述叶片平台的径向内侧(18)在构成所述缝隙(14)的情况下设置成， 与所述转子盘O)的所述外缘(1 具有一定径向距离，其中在所述外缘(1 的面向所述内侧(18)的表面区域中设有所述冲击冷却口(15) 的至少一个，使得所述叶片平台(6)在其径向内侧(1 上能够借助流过所述冲击冷却口 (15)的所述冷却介质冲击冷却。
7.根据权利要求1至6之一所述的轴流式涡轮机转子，其中所述冲击冷却口(12，15) 构成为，使得从所述冲击冷却口(12,1 中流出的所述冷却介质基本上垂直地撞到所述动叶片(2)的表面上。
8.根据权利要求1至7之一所述的轴流式涡轮机转子，其中所述转子盘( 具有多个冷却通道，所述多个冷却通道经过所述冲击冷却口(12,1 通入所述缝隙(11，14)内。
9.根据权利要求1至8之一所述的轴流式涡轮机转子，其中所述轴流式涡轮机转子是轴流式涡轮转子(1)，并且所述冷却介质是冷却空气。
全文摘要
一种轴流式涡轮机转子，具有转子盘(2)和动叶片环，所述动叶片环具有多个动叶片(3)，所述动叶片分别具有叶根(5)，借助所述叶根，动叶片(2)径向向外地固定在转子盘(2)上，其中叶根(5)与转子盘(2)在其外缘上以形状接合的方式接合，使得在轴流式涡轮机转子(1)工作时，在动叶片(3)和转子盘(2)之间且在转子盘(2)的预先确定的表面区域上构成缝隙，在所述缝隙内设置有多个冲击冷却口(12，15)，冷却介质能够穿过所述冲击冷却口从转子盘(2)的内部流入到缝隙(11，14)内，由此借助冷却介质，动叶片(2)能够通过冷却介质的冲击冷却来冷却。
文档编号F01D5/08GK102365423SQ201080014157
公开日2012年2月29日 申请日期2010年3月25日 优先权日2009年3月27日
发明者法蒂·艾哈迈德 申请人:西门子公司