[发明专利]热涡轮机的导向叶片段、相应的制造方法及热涡轮机

说明书

技术领域

本发明涉及一种热涡轮机、尤其是燃气轮机的导向叶片段，具有至少 一个布设在叶片平台上的成型的叶身，其中在叶片平台的基本上平的、背 对叶身的一侧设有一定数量的固定元件用于将叶片段固定在对应的导向叶 片支架上。

背景技术

燃气轮机在很多领域中用于驱动发电机或作功机械。在这种情况下燃 料的能焓用于造成涡轮轴的旋转运动。为此燃料在燃烧室内燃烧，在此由 空气压缩机供入压缩空气。在燃烧室内通过燃料燃烧产生的工作介质通过 连接在燃烧室之后的涡轮单元，并在那里膨胀作功。

为了造成涡轮轴的旋转运动在该涡轮轴上布设一定数量的通常组合成 叶片组或叶片圈的导向叶片，这些导向叶片通过流动介质的冲量传递来驱 动涡轮轴。此外，为了在涡轮单元中导引流动介质通常在相邻的工作叶片 圈之间设置与涡轮外壳连接的导向叶片圈。为了适当地导引工作介质涡轮 叶片、尤其是导向叶片通常具有成型的、沿叶片轴线延伸的叶身，为了将 涡轮叶片在端侧固定在各自的支架体上在叶身上成形有横向于叶片轴线延 伸的叶片平台。叶片平台的面对叶身的上表面构成燃气轮机的导引热燃气 的流动通道的外界面。

为了简便而可靠地安装和固定在与涡轮机外壳相连的导向叶片支架 上，各导向叶片的叶片平台通常在其背对叶身的下侧或后侧具有一定数量 的钩状固定元件。搭接相邻涡轮级的两个导向叶片的轴向间隙的导向环的 同样形式的钩状固定例如已由EP1505259A1公开。为了装配而将导向叶片 的固定元件或固定钩对准插入到导向叶片支架的对应安装槽内并且随后以 适当的方式例如借助于凿孔板固定。在上述导向环的情况下按照 EP1505259A1还采用附加的固定器，借助于该固定器进一步将导向环的钩 子夹紧在导向叶片支架内。

此外由US2,943,844已知将导向叶片固定在第一涡轮级上的固定方式。 导向叶片包括内叶片平台，横向于该叶片平台延伸的法兰焊接在该叶片平 台上。为了固定导向叶片而将该设有钻孔的法兰借助于穿过钻孔的螺栓传 力地固定在支承结构上。

为了降低制造或装配成本也可以在一个共同的叶片平台上布设一个导 向叶片圈的多个沿燃气轮机周向相互临近的导向叶片叶身，使得整个的以 下称为导向叶片段的叶片单元可以借助于平台侧的固定钩沿轴向或沿周向 插入到所属的导向叶片支架中。为了简化表达方式，在下文中、尤其还有 在权利要求书中“导向叶片段”的概念始终也包括仅具有一个叶身的一个 单独的导向叶片的情况，如果这一点未被明确排除的话。

通常导向叶片或完整的导向叶片段以铸造方法制造，从而使叶片平台 和叶片平台侧的固定钩是导向叶片或导向叶片段的整体一同铸造出的组成 部分。为此在第一个步骤中制造叶片或叶片段的所谓蜡模，随后通过将该 蜡模重复浸入到陶瓷材料中来敷设陶瓷敷层。只要该陶瓷敷层达到足够的 厚度，就将设有该陶瓷敷层的蜡模烧尽，在这种情况下使陶瓷固化并将液 化或气化的蜡除掉。最后用金属的叶片材料浇注以这种方式获得的陶瓷的 铸型母模。在熔液固化以及去除壳状外铸模之后需要的话将还保留在叶片 体内的陶瓷的芯件利用苛性钠溶液等的浸析去除，该芯件可以事先置入以 形成集成在叶片体内的空腔或冷却通道。

从叶片平台突伸出的钩状固定元件在制造工序上存在多方面的困难。 制造蜡模已相当费事，因为为了形成固定钩需要具有大量的所谓的掩模元 件或滑块的复杂蜡工具。从铸造技术方面看固定钩也是问题区域，因为仅 能给模具壳结构中的侧凹较差地上砂并且在接下来的铸造过程由于其暴露 的位置而总是导致气孔缺陷，亦即由于冷却钩件内的热收缩引起的材料缺 陷。

此外通常也难以保持固定钩配合精确地处于所属安装槽内所要求的公 差，尤其对于具有小比例曲率半径的设计方案而言。因此在随后涡轮机运 行的过程在这些位置也可能会出现密封问题。最后，业已证明，固定钩在 有关工作负荷下的磨损状况以及有关所允许的最大承受载荷方面都是涡轮 叶片的薄弱环节。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，提供一种本文开头所述类型的导向叶片 段，其在保持制造简单和成本低廉的情况下避免了铸造技术上的问题区域 以达到特别可靠且安全地固定在对应的导向叶片支架上。此外还要提供一 种适用于制造该导向叶片段的方法。

有关导向叶片段的技术问题是这样得以解决的，即，所述固定元件中 的至少一个的至少一个分段是一个与叶片平台的背对叶身的一侧固定连接 的、独立制造的构件。