用于涡轮机的基于模块化结构的叶片组件的制作方法

本发明涉及一种用于涡轮机、优选燃气涡轮发动机的叶片组件，并且基本上是指带有一个或多个可拆卸元件或模块的模块化转子叶片。术语“叶片”是在宽泛的意义上限定的，并且也包括定子叶片，热屏蔽，等等。

基本上，模块化叶片组件包括各种可互换的模块或元件，其中所提到的部件是可替换的或不可替换的。

提供了基于模块化结构的叶片组件，其包括叶片翼型，所述叶片翼型在叶片纵向上延伸，并且在下端可选地合并到内平台或其他中间实施例中，并且随后终止于带有优先为枞树形横截面轮廓的常规叶片根部(root)，叶片可以通过该叶片根部被固定在叶片载体上，在转子叶片的情况下则被固定在转子盘上，其中，所述叶片翼型和/或内平台或其他中间实施例具有在其一端的用于叶片元件的可互换连接的机构，其中，叶片翼型彼此的连接具有相对于涡轮机的轴线在径向或准径向延伸的叶片元件的永久或半永久的固定，其中，叶片翼型与内平台连接或直接与叶片根部的组装是基于由粘附互连促使的摩擦锁定结合，或者叶片翼型与内平台连接或直接与叶片根部的组装是基于使用金属的和/或陶瓷的表面将转子叶片元件彼此固定，或者叶片翼型与内平台连接或直接与叶片根部的组装是基于带有可拆卸连接或永久连接的力锁合机构，其中，至少叶片翼型包括至少一个热气体路径外衬，其包住转子叶片的叶片翼型的至少一部分。

冷却通道在叶片翼型内部延伸，用于冷却转子叶片，并通过在侧面配置在柄部(shank)上的供给孔或直接通过叶片根部而被供给有冷却介质，尤其是冷却空气。

该可拆卸的或永久的连接包括带有螺栓或铆钉实现的力锁合机构，或者是由HT钎焊，活性钎焊，软钎焊制成。此外，内平台和/或叶片根部可以由单件制成或由复合结构制成。

此外，内平台和/或叶片根部包括能够抵抗热应力和物理应力的装置和/或插入件，其中，所提到的装置是整体地或部分地可彼此互换的。

发明背景

US 2011/268582 A1公开了一种叶片，其包括沿纵轴线在叶片的纵向方向延伸的叶片翼型。由在流动方向上的前缘和后缘分界的叶片翼型，并入在形成热气体通道的内壁的平台下方的下端的柄部，所述柄部终止于带有枞树形横截面轮廓的常规叶片根部，叶片可以通过将该叶片根部插入到对应的轴向槽而被固定在叶片载体上，特别是固定在转子盘上(参见，例如，US4940388的图1)。

现有技术中众所周知的是，转子叶片配备有在叶片翼型内延伸以用于冷却叶片、并且被供给冷却介质(尤其是冷却空气)的冷却通道。

参照所述US文件，冷却通道在叶片翼型内部延伸，用于冷却叶片，并通过在侧面布置在柄部上的供给孔被供给有冷却介质，尤其是冷却空气。柄部，类似于叶片翼型，也具有凹侧和凸侧。供给孔倾斜地向上延伸到叶片翼型的内部，并且通到在柄部凸侧的外部空间。为了降低与供给孔的口相关联的机械应力并同时积极地影响叶片的振动特性，围绕供给孔的口提供了到达供给孔的直接邻近位置以外的平面加强元件，该加强元件与柄部一体形成并且由与叶片相同的材料构成。如同从如图3所示的加强元件的横截面中可看到，加强元件被形成为大面积的凸台，并且从布置在中心平面左侧的供给孔的开口直到远远超出叶片的中心平面，以致加强元件相对于中心平面对称地形成并且还环绕供给孔的口。

在US2013/0089431 A1中，公开了用于涡轮机系统的叶片翼型。叶片翼型包括第一主体，其具有限定了叶片翼型的空气动力学轮廓的第一部分的外表面，并且由第一材料形成。叶片翼型还包括第二主体，其具有限定了叶片翼型的空气动力学轮廓的第二部分的外表面，所述第二主体连接到所述第一主体并且由具有与第一材料不同的温度性能的第二材料形成。在另一个实施例中，公开了用于涡轮机系统的涡轮部分的喷嘴。该喷嘴包括具有外表面的叶片翼型，所述外表面限定了空气动力学轮廓，所述空气动力学轮廓包括在前缘和后缘之间延伸的压力侧和吸入侧。该叶片翼型包括第一主体，其具有限定了叶片翼型的空气动力学轮廓的第一部分的外表面，并且由第一材料形成。该叶片翼型还包括第二主体，其具有限定了叶片翼型的空气动力学轮廓的第二部分的外表面，所述第二主体连接到所述第一主体并且由具有与第一材料不同的温度性能的第二材料形成。此US文件的附图，特别是图3图至6，与说明书描述一起，示出了实施例并且用于解释该现有技术的原理。

US 5700131显示了用于燃气涡轮发动机的内部冷却的涡轮叶片，其在前缘和后缘进行了修改，以包括动态冷却空气流动径向通​​路，其中在根部设有入口并且在叶梢(tip)设有排放孔，用于对位于叶片翼型表面的多个径向隔开的薄膜冷却孔提供供给。与在径向通道的内壁径向地间隔开的蛇形通道连通的补给孔补充在输给薄膜冷却孔时失去的冷却空气。排放孔的尺寸设计成匹配回流余量，以在整个径向长度上达到恒定的薄膜孔覆盖。释放条(trip strips)可用于增加压降分布。本技术领域的技术人员众所周知的是，发动机的效率随着涡轮压力比的增加和涡轮重量的减小而增加。不用说，这些参数有局限性。增加涡轮的速度也增加了叶片翼型的负荷，当然，涡轮的令人满意的操作是保持处于给定的叶片翼型负荷的范围内。由涡轮的横截面积乘以涡轮叶梢的速度的平方，或AN<2>，来控制叶片翼型负荷。显然，涡轮的转速对负载存在显著的影响。此发明所构思的翼梁(spar)/壳结构，为涡轮发动机的设计者提供了减少冷却空气量的选择，这是在任何给定的发动机设计中所需的。并且，另外，允许设计者用迄今无法铸造或锻造来限定叶片翼型部表面轮廓的特殊高温材料来制备所述壳。换句话说，提供此发明，所述壳可以由铌或钼或它们的合金制成，其中形状由公知的放电加工工艺(EDM)或线切割EDM工艺形成。另外，由于此发明的有效的冷却方案，该壳部分可以由陶瓷或更传统的材料制成，并且仍然为设计者呈现了一个优点，因为只需要更少量的冷却空气。

EP 2 642 076提供了一种用于金属部件和CMC部件的连接系统、涡轮叶片固持系统和旋转部件固持系统。连接系统包括固持销、金属泡沫衬套、设置在金属部件上的第一孔、以及设置在陶瓷基复合材料部件上的第二孔。第一孔和第二孔配置为当金属部件和陶瓷基复合材料部件接合时形成一通孔。固持销和金属泡沫衬套可操作地布置在通孔内，以便连接金属部件和陶瓷基复合材料部件。

US 8,162,617 B1涉及具有翼梁-壳结构的涡轮叶片，在该结构中翼梁和壳都固定在平台的两个半体内。所述翼梁和壳各自包括位于其底端的向外延伸的突出部，突出部安装配合在平台半体的内侧形成的凹槽内，以便当平台的两个半体接合时，克服径向运动而固定住翼梁和壳。该壳还通过从壳伸出的挂钩固定在翼梁上，所述挂钩滑入翼梁的外表面上形成的凹槽内。挂钩在壳和翼梁之间形成了蛇形流冷却通道。翼梁包括前缘区域下端的冷却孔，用以将所供应的冷却空气通过平台根部排出并且排到前缘冷却通道内。翼梁11包括肘形槽21，所述肘形槽沿着翼梁11的外表面自上而下延伸，如图1和图5所示。槽21被成型并定位为接纳从壳12延伸出的挂钩22并将壳12固定在翼梁11上，并且将翼梁和壳之间的挠曲分开最小化。表述“…将翼梁和壳之间的挠曲分开最小化”并不意味着挂钩和槽形成了力配合连接。

此外，冷缩接合或冷缩配合为一种技术，在该技术中，通过装配后的相对尺寸变化实现干涉配合。这通常通过采用热膨胀现象形成接合，在装配前通过加热或冷却一个部件并且在装配后使其恢复到环境温度得以实现。例如，金属排水管件的热膨胀可使施工人员将相对较冷的工件装入其中。当邻接的工件达到同样的温度时，接合处承受张紧应变并且变得更强。

根据US 3,810,711的涡轮叶片包括中空的支柱和支承支柱部分，该中空的支柱被多孔层叠材料覆盖以提供冷却的叶片部分，该支承支柱部分终止于用于连接至涡轮轮子的一个或两个基部处。它还包括在叶片和支承部分的交界处双铸造至支柱的叶片平台。支柱可以通过铸造或锻造两个部件来制备，其中每个部件限定支柱的一个面，在翼型的前缘将这些结合在一起，对前缘部分进行机加工，将这些面装配至支柱的叶片部分并且将这些结合在一起，然后将所述叶片部分成形为所需的翼型轮廓，之后将所述平台双铸造到所述支柱上，以覆盖叶片面的平台端。

发明概述

本发明的目的是由多个可互换的模块或元件来提供涡轮机的叶片的结构或体系结构，所述多个可互换的模块或元件被优化以适配涡轮机、特别是燃气涡轮机的各种操作机制。在一单独的工艺中，所述的多个不同的模块或元件可以被修理和/或翻新。

根据权利要求书，提出：

叶片的结构基本上包括作为主模块的叶片翼型、内平台和枞树形横截面轮廓，叶片能够通过枞树形横截面轮廓而固定在叶片载体如转子盘上，以及附加子模块，特别是在内平台与脚踏板安装部(也称为根部)之间的中间柄部，优选具有枞树形横截面轮廓。作为叶片翼型的附加子模块，叶梢包括带密封装置的热屏蔽。

因此，本发明的发明构思许可(leave)典型叶片结构的使用，所述典型叶片结构基本上由结合现有技术所描绘和描述的制作为整件的脚踏板安装部、内平台和叶片翼型。

特别是，通过使用可由至少两个单独的部件(即一单独的叶片翼型和一单独的内平台)组装而成的叶片，就形成了这样的先决条件，即，提供了所指的单独的部件、模块、元件的可互换性或修理和/或修复，而不替换整个转子叶片。

也可以将转子叶片分为基本上四个单独的部分，即，热屏蔽、叶片翼型、内平台和脚踏板安装部。如果叶片包括在内平台和脚踏板安装部之间的中间柄部，则也能够适用此基本构思的相同实施方案。

通常，内平台是叶片的一个整体组成部分。由此，在高温操作过程中，热应力被引入到从转子叶片的叶片翼型到内平台的过渡部分内。这意味着，在叶片翼型的前缘和后缘导致应力集中，这种应力集中可能会导致材料的局部失效或者至少增加修复工作。

所称的应力集中和材料的局部失效可以通过将内平台与叶片翼型部分分离来避免。另外，通过分离这些部分，也能够分离不同的退化(degration)机构，例如，由于叶片翼型部分的低周疲劳导致的内平台的氧化。通过彼此分离，所述部分二者都必须在相应的载体中载带其自身。关于热屏蔽，可采用相同的程序。

在转子叶片的固定位置的情况下，至少通过在叶片翼型内端的固定装置，将转子叶片的叶片翼型与内平台保持紧密接触或整体连接，所述内平台邻接朝向涡轮级的热气流通道的内径通过涡轮级的热气流。另一方面，与叶片翼型以齐平方式连接或者与叶片翼型整体地制成的内平台，径向向外地邻接热气流通道。

涡轮机的基于模块化结构的叶片组件包括热屏蔽、叶片翼型、内平台和脚踏板安装部。叶片翼型和/或内平台和/或热屏蔽和/或脚踏板安装部在其一端具有用于所述模块的可互换连接的机构，其中，转子叶片模块的所使用的彼此连接的连接件，在相对于涡轮机的轴线在径向或准径向上的延伸部中，具有叶片翼型的永久或半永久性的固定件。叶片翼型与其它模块的组装，是基于由粘附互连促使的直接或间接的摩擦锁定结合。

可选的是，在与上述相互依赖的模块连接的翼型的组装，是基于使用金属的和/或陶瓷的表面彼此固定模块。可选的是，叶片翼型与其它模块的组装，是基于带有可拆卸的或永久的连接的力锁合机构，其中，至少叶片翼型包括至少一个热气体路径外衬，其包住叶片翼型的至少一部分。

热气体路径外衬，也被称为外壳，表示空气动力学轮廓，并且是可互换的模块，其带有在冷却构造和/或材料配置和/或实体配方方面的变体，以适应发电设备各自的燃气涡轮发动机的不同操作机制。

因此，转子叶片包括这样的叶片翼型，在其一端具有径向或准径向地导向的装置，用于插入到内平台的凹部和/或抬高部(boost)中，用于相应固定叶片翼型的可拆卸或半可拆卸的或永久或准永久的连接。

这种固定的进行可以通过粘附促使的摩擦锁定方式，或者通过使用金属的和/或陶瓷的表面涂层，或者通过使用螺栓或铆钉的力锁合，或者通过HT钎焊、活性钎焊或软钎焊。

相同的程序也被应用于叶片翼型相对于热屏蔽的处理，其中，内模块和外模块可以制成为整件，或者由复合结构制成。

根据涡轮机的单独的操作要求或单独的操作机制，脚踏板安装部、内平台、叶片翼型和热屏蔽包括能够抵抗热应力和物理应力的附加装置和/或插入件，其中所述的附加装置和插入件是整体的，或者它们的一部分是可互换的。

然而，必须确保第一排转子叶片的内平台和热屏蔽在圆周方向上彼此相邻地排列，这限制了涡轮级的入口开口区域的环形热气流。

在叶片翼型的内端和内平台之间的可拆卸固定的情况下，例如结合优选实施例之前提及的那样，内平台提供至少一个凹部用于在其径向向内定向的端部插入叶片翼型的钩状延伸部或凸耳，使得叶片翼型至少在涡轮级的轴向和周向方向上固定。

该钩状延伸部具有像十字形的横截面，其适配到内平台内的凹槽内。内平台内的凹槽提供了用于插入或拆卸的至少一个位置，凹部在该位置提供了开口，叶片翼型的钩状延伸部仅通过径向运动就能够穿过该开口而被完全插入。叶片翼型的该延伸部的形状和内平台的该凹部的形状优选地像弹簧螺母连接那样彼此适配。

出于插入或拆卸目的，也可以只在叶片翼型的其沿径向向外导向的端部来操纵叶片翼型，这是在涡轮机处进行维护工作的一个显着特征。

在此使用的术语“径向”指的是涡轮机的转子轴线和在其工作位置的安装的叶片。

可行的是，内平台被可拆卸地安装到中间件例如柄部上，或者直接安装在脚踏板安装部上，脚踏板安装部也可拆卸地安装到涡轮级的内部部件的各自内部结构上。就此而言，中间件提供至少一个凹部用于插入内平台的钩状延伸部，用于内平台的轴向、径向和周向固定。

基本上，中间件允许内平台在轴向、周向和径向方向上的一些运动。在中间件上设有轴向、周向和径向止动部以防止内平台的无约束的运动。通过轴向和周向止动部，转子叶片的叶片翼型不是悬臂式的，而是在外平台和内平台处被支撑。一个附加的弹簧型部件将内平台压靠在中间件内的径向止动部上，使得能够通过从热屏蔽衬(liner)上方的空间径向向内地滑动叶片翼型，而将叶片翼型安装到外平台和内平台中。

此外，将叶片翼型和外壳或外壳部分分别连接到内平台、热屏蔽上的可能类型的附连包括，在设置于热屏蔽上的凹部中接收叶片翼型的径向端。同样地，也可以在设置于内平台上的凹部中接收叶片翼型的径向端。所提到的凹部可以具有大致叶片翼型的形状，以便对应于叶片翼型或叶片翼型组件的外轮廓。因此，包括外壳布置的叶片翼型和叶片翼型组件就能够被受限地保持在内平台和热屏蔽之间。

此外，根据“发明背景”中提到的现有技术的现有解决方案仅仅涵盖了本发明的目的的一部分。本发明的其中一个最重要的方面是，提供至少一个外壳，如果有必要并根据个别的操作要求或不同操作机制，提供未暴露于例如燃气涡轮机的热气流的至少一个中间壳。叶片翼型载体的作用是承载叶片翼型模块的机械负载。为了保护叶片翼型载体免受叶片翼型模块的高温和单独的热变形，可以应用外壳并且另外应用中间壳。

因此，中间壳在任何情况下是可选的。它可能需要作为用于外壳和翼梁的潜在不同热膨胀的补偿器，和/或用于额外地保护翼梁的冷却裙部(cooling shirt)。外壳通常通过干涉配合被连接到可选的中间壳或翼梁，并且中间壳也通过干涉配合连接到翼梁。

翼梁，包括叶梢帽(tip cap)，通过添加制造方法制造，并包括冷却结构，该冷却结构除了冷却翼梁本身以外，还可为外壳和可选的中间壳供给冷却介质。

此外，中间壳在外壳损坏的情况下为翼梁提供额外的保护。基本上，中间壳是可互换的模块，其具有在冷却构造和/或材料配置上的变体以适于涡轮机的不同操作机制。

如果提供若干叠加的壳，则这些壳可以构建有或没有在它们之间的间隔。

所提到的壳可以由至少两个段制成。优选的是，形成壳的构件被连接在一起，从而允许叶片的壳、壳构件、叶片翼型和各种构件的组装和拆卸。

原则上，整个壳包括遵循叶片翼型的结构和空气动力学轮廓的前缘和后缘。

通过本发明、特别是指外壳实现的优点，特别是包括这样的事实，即，可以特别简单的方式使用标准化组件来生产单独地并特定地匹配应用条件的局部变化的叶片，以分别适应发电设备各自的燃气涡轮发动机的不同的操作机制。

即使利用标准化设计的叶片翼型，通过相对于叶片翼型适当地选择流施加的元件(flow-applied element)的几何形状和定位，也可以补偿或减轻对各个叶片的流冲击的局部差异。结果，在特定叶片排中的流冲击在空气动力学上变得更加均匀。以这种方式，就可以尤其是减少在转子叶片区域中的振荡的激励。这种增加流施加的元件以使标准转子叶片的叶片翼型适应不同的应用条件的应用方式，特别是能够替代不同的但几何形状相似的部件(即，大量完整的叶片)的生产和库存，其中所述大量完整的叶片各自单独地适应涡轮机应用的特定条件。

在流充填(flow-charged)的外壳损坏的情况下，其修理涉及到，与更换整个叶片翼型相反的是，仅仅更换受损的子构件。采用模块化设计便于在壳中使用各种的材料，包括不同的材料。因此，在壳构件内可选择合适的材料，以优化构件寿命、冷却空气用法、空气动力学性能和成本。

流充填的壳组件还可以包括设置在凹部与壳的径向端部及叶片翼型的靠近其径向端的外周面的至少一者之间的密封件。其结果是，如果壳段能够沿它们的径向界面在外周面处或其附近被钎焊或焊接以封闭间隙，则可以排除热气体渗透或冷却空气泄漏，除了当提供喷射之外。可选的是，所述间隙可以被填充有柔顺性插入件或其他密封件(绳密封，舌和槽密封，滑动燕尾等)，以防止热气体进入并通过间隙迁移。在所有情况下，要维持单个外壳或外壳构件的可互换性。

单个壳部件的径向界面的间隙或凹槽可填充有陶瓷绳，和/或可以使用粘结剂混合物。一种替代方案包括，在叶片翼型上收缩壳或收缩壳组件。如果在这种情况下壳或外部件的互换性不能保证，就必须确保整个叶片翼型装置可以被替换。

所述内平台和热屏蔽两者都可以类似于叶片翼型形成。

尤其是，提到的内平台可以由至少两个段制成。优选地，形成内平台的部件连接在一起，或者连接到叶片翼型和/或壳部件，以便允许该内平台的装配和拆卸。

平台的装载侧配备有一个或多个固定或可移除的插入件。该插入件设备相对于例如热气加载区构成一整体的覆盖或封盖。

所提到的插入件设备具有涂层表面，其能够抵抗热应力和物理应力，其中，所述的插入件设备包括整体地或部分的可互换的插入件。

外平台和内平台内的单个插入件的轴向和/或径向界面的间隙或凹槽可填充有陶瓷绳，和/或可以使用粘结剂混合物。另一种备选方案是在所提到的平台上收缩封盖部件。如果在这种情况下插入件的互换性不能保证，就必须确保整个平台可以被替换。

无论叶片翼型或壳连接到内平台和热屏蔽的具体方式如何，必须防止涡轮中的热气体渗透到上述元件的凹部与叶片翼型各自的叶片翼型壳之间的任何间隔中，以便防止不期望的热输入以及最小化流损失。

如果叶片翼型被处于比热燃烧气体更高压力下的冷却介质内部冷却，这可发生过度的冷却介质泄漏到热气体路径中。为了尽量减少这样的担忧，可以连同壳装置一起连接提供一个或多个附加的密封件。所述密封件可以是绳密封件，W形密封件，C形密封件，E型密封件，平板，和迷宫式密封中的至少一者。密封件可以由各种材料制成，包括例如金属和陶瓷。

另外，热绝缘材料或热障涂层(TBC)可以被施加到转子叶片组件的不同部分。

本发明的主要优势和特点如下：

- 模块的热-机械分离与整体设计相比，提高了部件的寿命。

- 可以选择在冷却和/或材料配置方面具有不同变体的模块，以便最佳地适配涡轮机的不同操作机制。

- 可引入从叶片根部延伸到叶片翼型叶梢的内翼梁，并可以通过各种不同的连接手段被固定到在所述根部的连接部。

- 叶片翼型包括单个外壳或额外的中间壳部件，其可以以这样的方式进行选择，即，用以优化部件寿命，冷却用途，空气动力学性能，并提高耐抗高温应力和热变形的能力。

- 所述壳以各种布置而分段，其中各个单独的部分可以由合适的材料制成。

- 连同内平台和热屏蔽一起加盖或引入各种插入件可以这样的方式进行选择，即，用以优化部件寿命，冷却用途，空气动力学性能，并提高耐抗高温应力和热变形的能力。

- 根部，内平台，叶片翼型，热屏蔽和附加的集成元件可以被涂覆有选择的热绝缘材料或热障涂层。

- 翼梁具有各种通路以通过叶片供给冷却介质。

- 叶片的所有上述元件/模块的冷却主要由对流冷却组成，带有可选的冲击冷却和/或泻流冷却(effusion cooling)部分。

- 所有元件/模块的可彼此互换性是作为一个原则给出。

- 各种元件/模块的彼此固定可以通过粘附促使的摩擦锁定，或者通过使用金属的和/或陶瓷的表面涂层，或者通过使用螺栓或铆钉的力锁合，或者通过HT钎焊、活性钎焊或软钎焊。

- 该平台可以由独立的部件构成，一方面被主动连接到叶片翼型和壳元件，另一方面被主动地连接到转子和定子。

- 叶片翼型的模块化设计便于根据涡轮机的不同操作机制在壳中使用各种材料，包括不同的材料。

- 模块化叶片组件由可替换的和不可替换的元件构成。

- 叶片翼在径向上具有优异的或涡旋的空气动力学轮廓，通过铸造、机加工或锻造而另外包括增加的特征(部件)，其带有内部局部腹板结构以用于冷却或强化方面的改进。另外，叶片翼型可以被涂覆处理，并且包括灵活的冷却配置以用于调整至涡轮机的操作要求，例如基本负荷，峰值模式，部分负荷。

- 内平台通过铸造、锻造或以金属片或板制造而成。内平台是消耗品，在预定的周期内定期更换，并且可另外地从叶片翼型上机械地分离，其中内平台可以使用力锁合元件(即，螺栓)机械地连接到翼型载体上。内平台可以涂有CMC或陶瓷材料。

- 柄部被铸造、锻造或以金属片或板制造而成。柄部通常不是消耗品，并可从叶片翼型上机械地分离，其中所述柄部还可以使用力锁合元件(即，螺栓)被连接到翼型。内平台可以涂有CMC或陶瓷材料。

- 如果叶片翼型在定子一侧设有外平台，那么该元件(外平台)通过铸造、锻造或以金属片或板制造而成。外平台是具有预定更换周期的消耗品并按规定保养周期频繁更换，并且可从叶片翼型上机械地分离，其中外平台可另外地使用力锁合元件(即，螺栓)机械地连接至转子叶片翼型。外平台可以涂有CMC或陶瓷材料。

- 翼梁，作为流充填的叶片翼型或壳组件的子结构，是可互换的，是预先制备的，是单件式或多件式的，是未冷却的结构或者是使用对流冷却和/或薄膜冷却和/或泻流冷却和/或冲击冷却的结构。

- 外壳和额外的中间壳是可互换的消耗品，是预先制备的，是单件式的，或者是多件式的，带有径向或周向的补丁并使用连接到子结构的冷缩接合。

从下面的描述和附图中，本发明的前述的和其它的特征将变得更加明显。

附图简要说明

下面结合附图基于示例性的实施例对本发明进行更详细的解释。在附图中：

图1示出了用于燃气涡轮机的示例性转子叶片；

图2示出了通过转子叶片的纵截面；

图3示出了通过转子叶片的另一纵截面；

图4示出了通过转子叶片翼型的上端的局部纵截面；

图5示出了通过转子叶片的根部的局部纵截面；

图6示出了通过转子叶片翼型的横截面；

图7示出了由HT陶瓷可选地密封的带插入件或机械联锁装置的平台；

图8示出了在转子叶片翼型的叶梢的范围内的接合技术；

图9示出了在转子叶片翼型的叶梢的范围内的另一接合技术；

图10a，10b，10c以不同的视图示出了由各种元件和材料构成的转子叶片；

图11a，11b以不同的视图示出了通过转子叶片翼型的纵截面；

图12示出了具有枞树形轮廓的根部。

示例性实施例的详细描述

在图1中，再现了根据本发明一示例性实施例的转子叶片100。转子叶片100包括叶片翼型110，它在转子叶片的沿纵向轴线111的纵向方向上延伸。叶片翼型110在流动方向上由前缘112和后缘113限界，并且并入形成热气体通道内壁的内平台115下面的下端处的柄部114中，柄部终止于带有枞树轮廓的常规叶片根部116，叶片100可以通过该叶片根部固定在叶片载体上，特别是转子盘上，这是通过将它插入相应的轴向槽中实现的。

内平台邻接相邻叶片的平台，并限定了用于涡轮的气体通道内壁。在叶片翼型118的叶梢处的一排未示出的外热屏蔽，限定了燃气涡轮机的热气体路径的外壁。

冷却通道(未示出)在叶片翼型110内部延伸以用于冷却转子叶片100，并通过在侧面布置在柄部114上的供给孔117而被供给冷却介质，尤其是冷却空气(见图2)。柄部114，类似于叶片翼型110，具有凹侧和凸侧。图1中的凸侧面对观察者。倾斜地向上延伸到叶片翼型110内部的供给孔117，在柄部114的凸侧通到外部空间。

图2示出了从图1的剖面线II-II截取的截面。转子叶片100的翼面(一般示为标号200)包括外壳组件220，230和大致椭圆形的翼梁210。翼梁210沿纵向地或沿径向地0从根部116延伸到叶梢240，叶梢24具有向下延伸的第一部分211和第二部分212，它们一起形成矩形的突起213，该突起213适于配合到附件 214中，附件 214锚定在具有与枞树形横截面轮廓116相同的外轮廓的最终互补部分214中。

柄部114可与内平台115一起形成或者平台115可以单独地形成并连接到柄部114上，并且，在圆周方向上突出以抵靠在涡轮盘(未示出) 中的相邻转子叶片中的内平台上。密封件(未示出)可以被安装在相邻转子叶片的平台之间，以减少或消除围绕单个的转子叶片的泄漏。

转子叶片100的叶梢118可以与翼梁210一体地形成，或者可以是被适当地连接到翼梁210顶端上的单独的件。外壳220在翼梁210的表面之上延伸，并终止于与翼梁210的外表面间隔开的中心部分221中。

外壳220限定了压力侧、吸力侧、前缘112和后缘113(参见图1)。如上所述，外壳220可以由不同的材料制成，这取决于燃气涡轮发动机的不同操作机制。外壳220可被制成为单件式的，或者可由沿纵向轴线111划分(参照图1)的不同的部分构成，这类似于翼梁210。

如图2中所示，冷却空气215被另外地(见标号117)允许通过入口216，通过在最终互补部分214的入口处形成的中心开口，并随后通过翼梁210中，并在径向或准径向上流过笔直通道或内腔217。

根据图2，可以引入中间壳230。中间壳230构成本发明的重要特征之一。它可能需要充当用于外壳220和翼梁210和/或用于额外保护翼梁的冷却裙部的可能不同的热膨胀的补偿器(compensator)。外壳220连接到中间壳230或者通过干涉配合一般地连接到翼梁，其中，中间壳230也通过干涉配合连接到翼梁210。

此外，中间壳230在外壳220损坏的情况下对翼梁210提供额外的保护。基本上，中间壳230是可互换的模块，带有适于燃气涡轮发动机的不同操作机制的在冷却和/或材料配置方面的变体。如果提供若干叠加的壳，这些壳它们可以构建为在彼此之间具有或不具有间隔。

壳的内部冷却可以单独地提供，或者，所述冷却可以可操作地与叶片翼型的内部冷却相连。

图3示出了从图1的剖面线II-II截取的另一截面。相对于图2的区别特征在于，一附加的保持套218被引入矩形的突起213中。

图4示出了通过叶片翼型的上端截取的局部纵剖面图。转子叶片100的叶梢118可以由可与翼梁210一体形成或者可以是适当地连接到翼梁210顶端的单独件的240密封。外壳220在梁210的表面之上延伸。根据图4，可以引入中间壳230。中间壳230构成本发明的重要特征之一。它可能需要充当用于外壳220和翼梁210和/或用于额外保护翼梁的冷却裙部的可能不同的热膨胀的补偿器。外壳220连接到中间壳230或者通过干涉配合一般地连接到翼梁，其中，中间壳230也通过干涉配合连接到翼梁。此外，图4示出了以部分的或整体的方式穿过转子叶片翼型的元件的冷却孔251，252的不同构造。此外，图4示出了中间壳230中的供给腔260。翼梁210和各种不同的壳220，230在流动方向和圆周方向设置有多个规则地或不规则地分布的冷却孔251，252，这些孔与冷却介质的流动方向相比具有最多样变化的横截面和方向。一定量的冷却介质穿过这些冷却孔流到转子叶片的外面，并且沿转子叶片的表面引发了速度的增加。

图5示出了通过转子叶片的根部的局部纵剖面图。转子叶片翼型的内腔(见图2，项217)被整体地或部分地填充有可以发挥各种功能的合适材料270。

图6示出了通过转子叶片翼型的横截面，所述转子叶片翼型包括内平台115，压力侧280，吸力侧290，外壳220，翼梁210，填充材料270(见图5)，供给腔260、261，以及位于转子叶片翼型的后缘的区域中的肋271。

图7示出了转子叶片组件的平台115，其带有被HT陶瓷可选地密封的机械联锁装置301-303和/或插入件。这种布置可包括内平台和/或外平台，和/或翼型，和/或热气体路径外衬，并且沿着热应力区设置或设置在热应力区中，即，在转子叶片的流充填区域中。形成各自流充填区域的插入元件和/或机械联锁装置至少以力配合方式被插入到适当设计的凹部中，或者以带有附加固定机构304的推送装载抽屉的方式被插入。此外，插入元件和/或机械联锁装置可以通过HT陶瓷密封。

图8示出了在转子叶片翼型的叶梢的范围内的接合技术。具体而已，图8显示了在翼梁210和外壳220之间的连接。所提到的元件210，220借助于沿轴向方向作用在金属夹310上的力F而被组装。弹簧311导致主动地连接到金属夹310与翼梁210，并且间接地连接到外壳220。

图9示出在转子叶片的叶梢的范围内的另一接合技术。关于外壳401相对于翼梁600连接的组件，包括弹簧312和金属盖元件313。

关于图8和图9所示的接合的重要方面如下：CMC或金属外壳是保护敏感金属翼梁必须的。目的是为了避免机械点载荷，尤其是在CMC上，减少了故障的风险。CMC或金属外壳可通过硬钎焊，软钎焊或使用HT陶瓷粘合剂来固定。该构思涉及补偿器(弹簧)与陶瓷衬套的干涉配合以及CMC或金属壳与金属夹及弹簧(图8)的固定或通过弹簧及金属盖(图9)的固定。

图10a-10c显示了根据本发明一示范性实施例的另一转子叶片100a。转子叶片100a包括叶片翼型110a，其沿着翼型的纵向轴线在转子叶片的纵向方向上延伸(见图1)。叶片翼型110a由在流动方向上的前缘和后缘界定(见图1)，并且并入形成热气体通道内壁的在内平台115a和115b下面的下端处的柄部114a。柄部114a由两部分114b与114C组成，它们可以从侧面组装，并且夹住翼型110a的伸长部110b。因此，叶片根部116a由三部分114b，114c，110b组成，它们在组装在一起时形成一连贯的枞树形轮廓。

内平台的单个的部分115a和115b的流充填的表面具有特别的热涂层，或者它们装配有用于抵抗热应力的插入件。

此外，在图c-d中所示的叶片的构造对于本领域的技术人员而言是显而易见的。

图11a，11b示出了翼型110a，其具有压力侧和吸力侧和子结构，它们在翼型的径向上构成了细长的且相对苗条地形成的部分110b。该细长部分110b在脚踏板安装部的整个高度上延伸。细长部分110b的基本部分由枞树形轮廓构成，其主动地连接到根据图10 a-10c的相邻柄部部件114b和114c的枞树形轮廓上。

最后，图12显示了枞树形轮廓110c，其可作为一个单独的部分得到，并具有凹槽314用来容纳翼型的上部。

引用标号清单

100 转子叶片

100a 另一转子叶片

110 转子叶片翼型

110a 转子叶片翼型

110b 枞树形轮廓

111 纵轴线

112 叶片翼型的前缘

113 叶片翼型的后缘

114 柄部

114a可组合的柄部

114b 柄部部分

114c 柄部部分

115 内平台

115a 内平台部分

115b 内平台部分

116 叶片根部，根部部分

116a 枞树形的根部部分

117 供给孔

118 叶片翼型的叶梢

200 转子叶片的实施例

210 翼梁

211 向下延伸的第一部分

212 向下延伸的第二部分

213 矩形形状的部分

214 最终互补部分

215 冷却空气或冷却介质

216 入口

217 内腔

218 保持套

220 外壳

221 中心部分

230 中间壳

240 叶梢

251 冷却孔

252 冷却孔

260 供给腔

261 供给腔

262 供给腔

270 填充材料

271 肋

280 压力侧

290 吸力侧

301 插入件，机械联锁装置

302 插入件，机械联锁装置

303 插入件，机械联锁装置

305 固定装置

310 机械夹

311 弹簧

312 弹簧

313 盖元件

314 凹槽。