旋转燃气涡轮叶片和具有这种叶片的燃气涡轮

摘要

旋转燃气涡轮叶片包括具有吸力侧和压力侧(12)的翼型件(14)，所述翼型件(14)沿径向方向从叶片根部延伸到叶片末梢，其中所述叶片末梢(15)包括末梢护罩(16)，所述翼型件(14)包括用于冷却介质的内部冷却通路(27、28)，其延伸通过所述末梢护罩(16)，并且出口端口(25)设置在选定的内部翼型件冷却通路(27)上方，以便在所述末梢护罩(16)上方沿叶片的压力侧(12)的方向喷射所述冷却介质。通过提供避免所述选定的内部冷却通路(27)的末梢端处的积尘的器件(26)来改进叶片的寿命。

说明书

技术领域

本发明涉及燃气涡轮的技术。其涉及根据权利要求1的前序部分的旋转燃气涡轮叶片。

其进一步涉及具有这种旋转燃气涡轮叶片的燃气涡轮。

背景技术

图1以部分截面透视图显示具有顺序燃烧的示例性燃气涡轮，其称为GT26类型燃气涡轮。图1的燃气涡轮30包括转子31，其承载具有不同的功能的多个旋转燃气涡轮叶片且围绕中心机器轴线旋转。转子31被壳体32包围。燃气涡轮30在一端处具有空气入口33，空气通过该入口进入压缩机34，以便压缩。压缩空气用来燃烧燃料且用作用于燃气涡轮30的暴露于高温的各种部件的冷却介质。因为示例性燃气涡轮30设计成具有顺序燃烧的再加热涡轮，所以两个燃烧器35和37沿着机器轴线布置。第一燃烧器35中产生的热气驱动高压(HP)涡轮36。离开高压涡轮36且仍然包含氧的热气用来在第二燃烧器37中燃烧燃料。来自第二燃烧器37的经再加热的气体驱动低压(LP)涡轮38。

特别地，低压涡轮38配备有具有末梢护罩(主要用来减少末梢上的泄漏流且联接在叶片之间)的旋转燃气涡轮叶片，其通常利用翼型件内的一个或多个内部通路进行冷却。但是，离心力引起的在流动的冷却介质上的泵送工作不用来或不足以用来通过逆着叶片的旋转方向而喷射冷却介质而对转子31提供额外的驱动力。

文献EP2607629A1公开旋转燃气涡轮叶片，其具有改进的冷却空气出口端口，以增大效率/功率。其使用改进的出口端口，这允许冷却介质的方向具有平行于旋转方向的切向分量，以回收泵送功率。

但是，存在于冷却介质中或来自供应系统的尘可积聚在末梢端处且不利地影响冷却介质流以及在末梢端处增加质量，这可不利地影响叶片的寿命。文献EP2607629A1没有涉及积尘问题。

发明内容

本发明的目标在于提供一种旋转燃气涡轮叶片，其优于现有技术叶片，特别是关于通过内部翼型件冷却通路的流冷却介质的退化流。

这个目标通过根据权利要求1的旋转燃气涡轮叶片获得。

根据本发明的旋转燃气涡轮叶片包括具有吸力侧和压力侧的翼型件，所述翼型件沿径向方向从叶片根部延伸到叶片末梢，其中所述叶片末梢包括末梢护罩，所述翼型件包括用于冷却介质的内部冷却通路，其延伸通过所述末梢护罩，并且出口端口设置在选定的内部翼型件冷却通路上方，以便在所述末梢护罩上方逆着叶片旋转的方向喷射所述冷却介质。

其特征在于，用于避免积尘的器件设置在所述选定的内部冷却通路的末梢端处。

根据本发明的实施例，所述用于避免积尘的器件包括尘孔，其沿径向方向从所述选定的内部冷却通路延伸到所述末梢护罩上方的外部。

特别地，所述内部冷却通路通过使用芯的浇铸工艺来产生，芯通过所谓的芯出口保持就位，并且所述芯出口产生的孔用作所述尘孔。

根据本发明的另一个实施例，所述出口端口机加工到所述末梢护罩中。

特别地，所述出口端口定向成使得所述冷却介质逆着叶片的旋转方向而喷射。

更具体而言，在所述出口端口中，内部流偏离沿着叶片的纵向方向向上的转向通过弯曲的形状和朝向期望方向的最小导引长度提供。

甚至更具体而言，所述导引长度通过将管插入机加工的开口中且通过结合和/或机械互锁将管保持就位而增大，结合特别地为硬焊或焊接。

根据本发明的又一个实施例，所述末梢护罩设有两个或更多个翅片，其在所述末梢护罩的上策上沿周向方向平行于彼此而延伸，空隙限定在所述翅片中的相邻的翅片之间，隆起区域设置在所述空隙中，并且所述出口端口和所述用于避免积尘的器件设置在所述隆起区域中在内部冷却通路上方。

根据本发明的燃气涡轮包括具有多个旋转燃气涡轮叶片的转子。其特征在于，这些旋转燃气涡轮叶片中的至少一些为根据本发明的旋转燃气涡轮叶片。

附图说明

现在借助于不同的实施例和参照附图来更密切地阐述本发明。

图1以透视图显示具有顺序燃烧的24/26类型的燃气涡轮，其可配备有根据本发明的叶片；

图2以侧视图显示根据本发明的实施例的旋转燃气涡轮叶片的压力侧；

图3以放大图显示根据图2的叶片的末梢和末梢护罩；以及

图4显示叶片的前缘上的图3的末梢护罩的局部截面。

部件列表：

10涡轮叶片

11叶片根部

12压力侧

13平台

14翼型件

15叶片末梢

16末梢护罩

17、18、19翅片

20、21护罩腔体

22、23隆起区域

24、25出口端口

26尘孔

27、28冷却通路

30燃气涡轮

31转子

32壳体

33空气入口

34压缩机

35、37燃烧器

36高压(HP)涡轮

38低压(LP)涡轮。

具体实施方式

图2在侧视图中显示根据本发明的实施例的旋转燃气涡轮叶片。图2的涡轮叶片10包括翼型件14，其沿径向方向(相对于燃气涡轮的机器轴线)从叶片根部11(具有杉树构造)延伸到带护罩叶片末梢15。平台13限定转子31和壳体32之间的环形热气通道的内部壁。翼型件14具有前缘和后缘(相对于热气流；见图2中的箭头)以及吸力侧和压力侧。在这个情况下，压力侧12面向观察者。

如可在图3中看到，叶片末梢15包括末梢护罩16，当同一涡轮级的所有叶片安装在转子31上时，其为部分地关闭或关闭的环的一部分。末梢护罩16在其上(外)侧上包括三个平行的翅片17、18和19，其沿着周向方向延伸。相邻的翅片17、18和18、19分别限定空隙20和21。冷却介质(例如压缩空气)通过出口端口24和25喷射到这些空隙20、21中。冷却介质借助于内部冷却通路27和28供应通过翼型件14的内部(参见图4)。额外的冷却通路(未显示)对出口端口24进行供给。

因而，对于具有末梢护罩16和在翼型件14中的一个或多个内部冷却通路27、28的旋转燃气涡轮叶片10，在所述护罩16上方提供一个或多个出口端口24、25，以便通过机加工的开口将冷却介质(例如空气)喷射成沿叶片的压力侧12的方向具有显著分量，以增大燃气涡轮效率和功率，因为得到额外的驱动力用于转子(其在图4中沿右箭头的方向旋转)。

出口端口24、25的位置选择在内部翼型件冷却通路27上方且不在任何可能的实心腹板上方。这具有的优点在于，通过末梢护罩16的芯出口可用作尘孔26，以避免内部冷却通路27的末梢端处的积尘，积尘可不利地影响冷却介质流且增加末梢护罩处的质量，这可不利地影响叶片(芯用来在浇铸工艺期间产生内部通路且需要通过所谓的芯出口保持就位，芯出口将芯连接到模具)。

理想地，冷却介质通过与叶片的旋转方向对齐的出口端口24、25喷射，所以内部流偏离沿着叶片的纵向方向向上(因为高于外部热气压力的压力裕度的原因，这较大程度上是因为离心力引起的)的转向通过弯曲的形状(以减小转向损失)和朝向期望方向的最小导引长度(以增大与期望方向对齐的流分量)提供。

导引长度可通过将管插入机加工的开口中和通过结合和/或机械互锁将管保持就位而增大，结合为例如硬焊或焊接。

出口端口24、25和尘孔26优选布置在空隙20和21内的隆起区域22、23中。