[发明专利]涡轮叶片和涡轮

说明书

本发明涉及一种涡轮叶片(1)，具有内部被冷却的涡轮叶片翼型(3)，其中中空空间(10)由肋元件(11，12)分成载运冷却剂的至少一个冷却管道(13)，其中在肋元件(11，12)中的至少一个中，布置有用于产生分离裂口(30)的部件(33)，分离裂口(30)至少部分地在至少一个肋元件(11，12)的纵向方向(29)上延伸。

技术领域

本发明涉及具有内部被冷却的涡轮叶片翼型的涡轮叶片，其中腔被肋元件分成载运冷却剂的至少一个冷却管道。

本发明进一步涉及具有包括多个涡轮叶片的至少一个涡轮级的轮机、特别是燃气轮机。

背景技术

通用类型的涡轮叶片、还有轮机和燃气轮机是从现有技术已经众所周知的。

往往，这样的涡轮叶片配备有内部被冷却的涡轮叶片翼型，以便能够在热和机械方面甚至承受轮机中(特别是热燃气轮机中)的热盛行温度。正是在热燃气轮机中，涡轮叶片往往经受相对高的热和机械负载，在这里无关紧要的是，涡轮叶片是轮机的引导导叶还是转子叶片。为了允许涡轮叶片的改进的冷却，根据EP1 757 773A1，这样的内部被冷却的涡轮叶片翼型具有冷却剂可以通过的中空空间。在该中空空间中，通常另外布置了进一步的肋元件或多个肋元件，以便在中空空间中形成具有往往是曲折的冷却管道路径的至少一个冷却管道。特别是，如果涡轮叶片翼型的前侧面和涡轮叶片翼型的后侧面在热方面没有很好地平衡，则涡轮翼型叶片的这样的前侧壁和相应的后侧壁两者可能会在加强涡轮叶片翼型的肋元件的区域中经受高的热机械负载。这可能会造成在涡轮叶片翼型上出现局部临界应力状态，由此涡轮叶片在一些区域经受特别不利的负载状态，这可能会导致在这些区域随时间推移的更迅速的材料疲劳。在这里，特别地，还可能提到在肋元件与涡轮叶片翼型的前或后侧壁之间的过渡区域。

发明内容

本发明的目的是进一步发展通用类型的涡轮叶片以便克服至少上述缺点。

本目的通过一种涡轮叶片来实现，其具有内部被冷却的涡轮叶片翼型，其中中空空间由肋元件分成载运冷却剂的至少一个冷却管道，在肋元件中的至少一个肋元件中布置有用于创建分离裂口(separating tear)的部件，所述分离裂口至少部分地在至少一个肋元件的纵向方向上延伸。换言之，肋元件包括分离裂口发起装置。

可以以特别简单的方式在肋元件中创建分离裂口，如果出于该目的，则在相关的肋元件中引入用于创建分离裂口的相应部件。这可以造成在肋元件内的已经很好地在纵向方向和横向方向上预限定的分离裂口的路线。

归因于根据本发明的肋元件的该至少部分可实现的分离，特别地可以显著地降低热机械引起的应力，尤其是在肋元件与涡轮叶片的在其前和后侧的外壁(即前侧壁和后侧壁)之间的过渡区域中，或者甚至在肋元件自身内，结果是可以使这样的临界区域中的材料疲劳相应地有利延迟。

特别地，可以在涡轮叶片翼型的临界区域中显著地降低作为涡轮叶片翼型的抽吸侧与压力侧之间的温度差的结果而引起的热机械应力。

选择性创建的分离裂口以如下方式有利地形成：允许在肋元件内、在实际肋元件与涡轮叶片翼型的前侧壁和/或与涡轮叶片翼型的后侧壁之间的过渡区域中、而且还在涡轮叶片翼型的实际外壁中改进的应力分布。这可以造成特别地在肋元件端部周围的关键区域中而且还在肋元件自身内实现至少10％的或优选超过20％或25％的应力降低。

在本发明的范围内，术语“材料疲劳”特别地覆盖疲劳裂纹形成，后者尤其由叶片翼型材料的热机械疲劳引起。

在该背景下，应特别提到与低数量的负载交替有关的LCF疲劳(低循环疲劳)、即短期或低负载交替疲劳。

在任何情况下，如果根据本发明在肋元件上设置相应合适的分离裂口，则可以在本情况中相当大量地增加可实现的负载交替的数量，并因此尤其是可以显著地降低早期LCF疲劳的风险。已表明，作为在肋元件内的根据本发明的分离裂口的结果，可以显著地增加涡轮叶片的相关LCF寿命预期。