[发明专利]构成为转子盘或者涡轮叶片的燃气轮机构件的冷却

说明书

技术领域

本发明涉及一种具有通到平滑的、即未结构化的表面中的至少一个通道的燃气轮机构件。

背景技术

从现有技术中已知多种类型的燃气轮机构件。开头所述的燃气轮机构件例如可以理解为具有冷却空气口的涡轮叶片，所述冷却空气口通到涡轮叶片的由热气所环流的表面中，例如作为薄膜冷却口。同样，可以将在本专利申请意义上的燃气轮机构件理解为用于燃气轮机的转子盘，在所述转子盘中设置用于输送空气的大多径向延伸的穿孔。还从现有技术中已知的涡轮机静叶片支架具有用于输送稍后用于冷却所使用的冷却空气的通道，所述通道通到所述涡轮机静叶片支架的表面。

对于所有所述的燃气轮机构件共同的是，直接包围通道的材料承受特别的负荷。在涡轮机静叶片和动叶片的情况下，尤其产生热的和机械的负荷。同样，转子盘由于产生的离心力尤其受到机械负荷。同样还可以产生周期的负荷。这些负荷导致应力，所述应力由于存在大多通过穿孔形成的通道而在表面附近且在通道的紧邻的环境中进一步增加(应力集中)。与负荷的来源无关，这种增加不允许地高，这限制了相应构件的使用寿命。

因此，在开始所述的构件中从通道的出流口区域起形成裂纹，必须监视所述裂纹并且所述裂纹在超过临界的裂纹长度时导致构件的更换。

在设计构件时所执行的计算还可以表明由于过小的裂口-负荷交变数而没有达到期望的计算的使用寿命。

发明内容

因此，本发明的目的是，提供一种具有延长的使用寿命的、可靠的燃气轮机构件。

基于本发明的目的通过根据权利要求1的特征的燃气轮机构件来实现。

本发明提出，在自身平滑的表面中，在通道的出口附近存在至少一个槽形的凹部，所述凹部通过分隔壁与出口分离，并且在燃气轮机构件的材料中由于通道引起的应力集中方面，相对于没有槽形的凹部时的应力集中，所述凹部有效地降低了应力集中。通过设有根据本发明的为端部封闭的凹部的槽，相比较于没有这种槽的构型降低了在通到表面的通道部段的紧邻的区周围环境中的应力集中。通过应力集中的降低，降低了由于周期的应力变化而引起的材料疲劳并且因此降低了形成疲劳裂纹的风险。如果真地产生裂纹，那么相应地减缓其生长。因此，根据本发明的燃气轮机构件具有期望的使用寿命延长。

有利的扩展方案在从属权利要求中说明。

根据第一扩展方案提出，分隔壁具有最小的壁厚并且通道具有出口直径，并且最小的壁厚与直径之间的比值在0.05至3之间的范围中，优选在0.05至2之间的范围内。由此一方面确保在出口和卸载的槽形的凹部之间的距离不过大，所述过大的距离损害了有效性。另一方面，确保分隔壁的足够的完整性。

按照另一有利的扩展方案，燃气轮机构件构成为用于燃气轮机的转子盘。优选地是，转子盘构成为涡轮盘并且具有用于动叶片的多个沿着外周分布的保持槽，所述保持槽的壁具有表面，并且其中至少在通到相应的表面中的通道附近分别设置至少一个槽形的凹部。

根据替选的扩展方案，燃气轮机构件构成为具有通到由热气所环流的表面中的多个通道的涡轮叶片，其中，所述通道中的至少一个通道在其在表面中的出口附近具有用于降低应力集中的至少一个槽形的凹部。

因此，根据本发明的构造一方面提供用于转子盘，在所述转子盘中存在用于输送冷却空气的穿孔。在此，转子盘可以为涡轮盘，在所述涡轮盘的外周上，涡轮动叶片插入到相应的保持槽中，或者转子盘可以为压缩机盘，为了抽出压缩空气，所述压缩机盘安装在转子的压缩机侧的部段中。

另一方面，本发明尤其有利地应用在涡轮叶片中，在所述涡轮叶片中，大多构成圆柱形的冷却空气排流口通到由热气所环流的表面中。因为尤其是设置在涡轮叶片的叶身的迎流边中的冷却通道排流口遭受最高的热负荷，所以提供了，借助根据本发明的槽状的凹部尤其防止所述冷却通道排流口形成裂纹并且还减缓所形成的裂纹的生长。

适宜的是，用于输送冷却剂的至少一个通道构成为穿孔。

转子盘的有利的扩展方案具有两个凹部，在垂直于转子盘的旋转轴线的横截面中观察时，所述两个凹部设置在出口的两侧。换言之：其中插入有燃气轮机的动叶片的保持槽具有壁，所述壁一方面包括槽底面并且另一方面包括两个彼此对置的、至少部分成波浪形延伸至转子盘的外边缘的侧壁面，其中在从槽底面到相应的侧壁面的过渡部中分别设置有这些凹部的一个。

在此，这些凹部的轮廓可以是任意的。优选的是，轮廓主要是矩形的，然而在侧壁之间具有倒圆的角。同样地，凹部侧壁到底面的过渡部被倒圆。两个被倒圆的角用于降低和避免缺口应力。