專利名稱：渦輪葉片的冷卻裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種葉片，特別是渦輪葉片，其具有至少一個由各壁限定的管道，冷卻流體導入引進至少一個管道中的插件上。
背景技術：
這種葉片從US5419039中可以得知。在葉片縱向中心線方向上延伸的腔室形成在插件和葉片各壁之間。冷卻流體從插件涌出進入這些腔室中，并撞擊在葉片的各壁上。接著，冷卻流體沿各壁流動，并通過出口涌入各壁出口上特別成形的腔室中，并從腔室中進入周圍環(huán)境中。在公知的葉片中，在冷卻流體沿各壁流動時，對流冷卻的效果由于流動長度極為有限而只是微小的。此外，冷卻流體在腔室中沿著葉片縱向中心線發(fā)生混合，從而不可能發(fā)生有目標的冷卻。
另一種葉片在本發(fā)明人的WO98/25009中可得知。該公開文本描述了一種帶有各壁的葉片，所述各壁具有局部中空構型且冷卻流體流過該壁。由于中空腔室區(qū)域中的壁厚降低，故可獲得高程度的冷卻效率。然而，具有這些中空壁的葉片需要復雜的鑄造過程，有較高的廢料率，因此極其昂貴。

發(fā)明內容
因此，本發(fā)明的目的是使采用簡單生產工藝的葉片獲得冷卻效率上的提高成為可能。
根據本發(fā)明，在本文起始提及的那類葉片中，該目的通過至少一個壁帶有多個水平肋以及通過插件帶有開口而實現，這些水平肋設置在插件和壁之間，來自插件的冷卻流體通過該開口可以進入水平肋之間。
水平肋沿葉片的壁引導冷卻劑，并防止冷卻劑在葉片縱向中心線方向上流動。因此獲得壁的良好對流冷卻。此外，水平肋加固葉片使得壁厚可以降低。壁厚降低導致冷卻效率增加。葉片可利用公知方法制造，并不具有復雜剖面。中空壁是不需要的。因此，廢料配額顯著降低。
本發(fā)明的優(yōu)選實施例和改進在從屬權利要求中給出。
在優(yōu)選實施例中，插件接觸水平肋。插件被支承和對準在所要求的位置上。
根據優(yōu)選的改進，水平肋、插件和壁形成腔室，冷卻流體通過該腔室流動。冷卻流體在葉片縱向中心線方向上的流動被腔室可靠地阻止。此外，以有目標的方式沿葉片縱向中心線通過有差別的將冷卻流體導入腔室而使冷卻效果得以改變。
在優(yōu)選實施例中，插件的開口設置在腔室的第一端，用于冷卻流體的出口設置在腔室第二端的壁中。因此，冷卻流體沿在腔室整個長度上將要冷卻的壁流動，從而對流冷卻進一步提高。
水平肋可以設置成大致與葉片的縱向中心線成直角?；蛘?，也可以傾斜定位。在相對于縱向中心線成直角的配置中，水平肋的長度以及由此腔室的長度最小。傾斜定位允許腔室長度增加，因此進一步提高對流冷卻。
插件優(yōu)選在一端封閉。此時，冷卻流體只從插件另一端供給。防止了冷卻流體通過背離供給端的端部的涌入，從而冷卻效率增加?；蛘撸鋮s流體可從兩端供給。
根據優(yōu)選實施例，湍流器用于加固壁并且彼此匯合，并與水平肋匯合。借此，可實現硬度的顯著增加而不需額外材料。對于相同長度的葉片，壁厚可進一步降低。同時實現各壁和冷卻流體之間的良好熱交換。因此結果是具有高冷卻效率和高總體效率。
壁的加固不只在各個湍流器的區(qū)域中發(fā)生。實際上，通過湍流器的彼此連接形成了大面積的加固。
優(yōu)選的是，湍流器具有直的構型。直的湍流器的采用使得加固程度高，而且制造簡單。
根據優(yōu)選實施例，湍流器布置成與水平肋一起形成呈多邊形的彼此相鄰的凹陷，特別是三角形或菱形。壁的內部設置有蜂窩結構。各個多邊形或蜂窩結構分別形成具有高承載能力并相互支承的封閉的剖面。
在優(yōu)選的改進中，壁的壁厚降低，至少在湍流器之間的區(qū)域中降低。壁厚的這種降低由于湍流器所導致的壁的加固而成為可能。由于壁厚降低，冷卻效率進一步增加。在該配置中，湍流器優(yōu)選可用作葉片鑄造過程中的金屬輸送管。因此可方便地制造蜂窩結構。
根據本發(fā)明的葉片可構造成渦輪機的導向葉片或轉子葉片。


在下文利用附圖中示意性示出的實施例對本發(fā)明進行詳細描述。各附圖中，同一附圖標記表示相似或功能上相同的部件，附圖中圖1表示渦輪機的縱向剖視圖；圖2表示葉片的分解透視圖；圖3表示從葉片壁的內側看上去的端視圖；圖4是沿圖3中線IV-IV截取的剖視圖；圖5是沿圖3中線V-V截取的剖視圖；圖6表示第二實施例的類似于圖3的視圖；圖7表示第一實施例中插件的示意圖；圖8表示第二實施例的類似于圖7的視圖。
具體實施例方式
圖1表示具有殼體11和轉子12的渦輪機10的縱向剖視圖。殼體11設有導向葉片13，轉子12設有轉子葉片14。工作中，流體在箭頭方向15流過渦輪機10，該流體沿導向葉片13和轉子葉片14流動，致使轉子12圍繞中心線16開始轉動。
在多數應用場合中，流體的溫度較高，特別是在第一排葉片區(qū)域中(圖1中左部所示)。為此，設置有冷卻系統(tǒng)用于導向葉片13和轉子葉片14。冷卻流體的流動示意性地由箭頭17、18表示。
圖2示意性示出導向葉片13的分解示意圖。導向葉片13具有曲線形外壁19、20。外壁19、20之間的內部空間借助兩個間隔壁21再分成總數為三個的管道22。插件25插入每個管道22中。為了圖示清楚，未示出中心管道22的插件。
兩個外壁19、20在每個管道22中設置有多個水平肋24。水平肋24沿壁19、20延伸直至間隔壁21。湍流器23設置在水平肋24之間。插件25接觸水平肋24。
冷卻流體，特別是冷卻空氣供給到插件25的內部空間26中。插件25設置有多個開口27，通過該開口，冷卻流體涌入外壁19、20和插件25之間的過渡空間內。接著，冷卻流體沿外壁19、20流動，直至壁19、20中的出口28。這種流動由箭頭30示意性表示出。在該配置中，插件25的開口27設置成與外壁19、20的出口28有一距離。在所示的示范性實施例中，出口28形成大致直的行29。
從插件25涌出的冷卻流體首先撞擊外壁19、20，導致該處撞擊冷卻。接著，流體沿外壁19、20流動直至出口28，從而實現對流冷卻。從出口28涌出之后，冷卻流體薄膜形成在外壁19、20的外側上，從而同樣實現薄膜冷卻。如此就大大改進了冷卻效果。
圖2左側示出的導向葉片13的前沿還附帶有直接撞擊冷卻。對于該撞擊冷卻，插件25具有設置在導向葉片13的前沿正后方的其他開口36。冷卻介質經由這些開口36直接涌出，提供導向葉片13的前沿的特殊冷卻。
相關的插件25還在導向葉片13后沿的區(qū)域內設有另一個開口37。通過該開口37，冷卻流體直接涌入外壁19、20之間的狹縫38中，并且在此實現薄膜冷卻。
圖3至5示出外壁19內部的更多細節(jié)。水平肋24基本上成直角延伸至導向葉片13的縱向中心線31。水平肋彼此平行設置。直的湍流器23設置在各水平肋24之間，這些湍流器23彼此匯合并與水平肋24匯合。
在中心管道22中，水平肋24的前沿33匯合到間隔壁21。在圖2的左端管道22中，前沿33設置成相對于向外最遠的出口28有一距離。
兩個水平肋24中的每一個與外壁19和插件25一起限定了腔室32。冷卻流體從插件25的開口27涌出進入該腔室32中。流體接著如箭頭方向30所示流向出口28。在該配置中，開口27設置在腔室32的一端，出口28設置在另一端。這就使得在冷卻流體沿外壁19流動所流經的距離最大。因此有最大的對流冷卻。對流冷卻的效果進一步被湍流器23加強，因為后者提高了外壁19和冷卻流體之間的熱交換。
冷卻流體有差別地導入腔室32。這是通過插件25的數量和/或大小的變化實現的。以此方式，每個腔室32可以一種有目標的方式比其他腔室更強烈地或不太強烈地冷卻。因此，以目標的方式沿導向葉片13的縱向中心線31調節(jié)冷卻，并使冷卻與當前的邊界條件相匹配。
湍流器23還用于加固外壁19。以此配置，直的湍流器23設置成各湍流器23形成多邊形。圖3中，三角形作為示例示出；圖6中，菱形作為示例示出。借助湍流器23實現的加固允許外壁19的壁厚d在湍流器23之間的區(qū)域內降低。由于壁厚d的降低，冷卻效率得以進一步增加。
圖6示出第二實施例中的從外壁19內部看上去的端視圖。在該實施例中，湍流器24相對于導向葉片13的縱向中心線31傾斜。由于這種傾斜，腔室32的長度增加，由此對流冷卻的效率增加。在該實施例中，設置了直的湍流器23，四個湍流器組合成菱形。壁厚的降低借助于可視的邊緣示意性地表示在這些菱形中。
當然，第二外壁20還設有相應的湍流器23和水平肋24。另一種方案或作為附加地，在轉子葉片14的情況中，還可以設有水平肋24和湍流器23。
圖7和8示出了插件25的兩個實施例。圖7的實施例中，冷卻流體從插件的兩端34、35供給，并通過開口27涌出。這種插件25可以(例如)用在第一排葉片中。
或者，可以設置在端部34封閉的(如圖8所示)插件25。然后冷卻流體只經由端部35供給。該插件25用在另一排葉片中，其中只有導向葉片13或轉子葉片14的一端可使冷卻流體經由殼體11或轉子12導向它。
由于采用根據本發(fā)明設置的水平肋24，使得冷卻流體沿外壁19、20有被指引的流動。冷卻效果因而顯著提高。同時，由于可以給葉片配置以中空壁，故制造簡單。
權利要求
1.一種葉片，特別是渦輪葉片(13；14)，其具有至少一個由壁(19，20，21)限定的管道(22)，冷卻流體導入引進至少一個管道(22)中的插件(25)上，其特征在于，至少一個壁(19；20)帶有多個水平肋(24)，所述水平肋設置在插件(25)和壁(19；20)之間，并且，插件(25)帶有開口(27)，來自插件(25)的冷卻流體通過所述開口進入水平肋(24)之間。
2.根據權利要求1所述的葉片，其特征在于，所述插件(25)接觸水平肋(24)。
3.根據權利要求2所述的葉片，其特征在于，所述水平肋(24)、插件(25)和壁(19；20)形成腔室(32)，冷卻流體流過該腔室(32)。
4.根據權利要求3所述的葉片，其特征在于，所述插件(25)的開口(27)設置在腔室(32)的第一端，用于冷卻流體的出口(28)設置在腔室(32)第二端處的壁(19；20)中。
5.根據權利要求1至4任一項所述的葉片，其特征在于，所述水平肋(24)基本上與葉片(13；14)的縱向中心線(25)成直角設置。
6.根據權利要求1至5任一項所述的葉片，其特征在于，所述插件(25)在一端(34)封閉。
7.根據權利要求1至6任一項所述的葉片，其特征在于，提高所述壁(19；20)和冷卻流體之間熱交換的湍流器(23)設置在水平肋(24)之間。
8.根據權利要求7所述的葉片，其特征在于，所述湍流器(23)用于加固壁(19；20)，并彼此匯合，并匯合到水平肋(24)。
9.根據權利要求7或8所述的葉片，其特征在于，所述湍流器(23)具有基本上直的構型。
10.根據權利要求8或9所述的葉片，其特征在于，所述湍流器(23)設置成與水平肋(24)一起形成呈多邊形的凹陷，特別是三角形或菱形的彼此相鄰的凹陷。
11.根據權利要求9或10所述的葉片，其特征在于，所述壁(19；20)的壁厚(d)至少在湍流器(23)之間的區(qū)域中降低。
12.根據權利要求1至11任一項所述的葉片，其特征在于，所述葉片構造成渦輪機(10)的導向葉片(13)或轉子葉片(14)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于渦輪機(10)的葉片(13；14)，包括至少一個由壁(19，20，21)限定的一個管道(22)。可以受到流體冷卻劑作用的插件(25)插入至少一個管道(22)中。根據本發(fā)明，至少一個壁(19；20)帶有多個位于插件(25)和壁(19；20)之間的水平肋(24)。所述插件(25)設置有開口(27)，流體冷卻劑通過該開口從插件(25)和水平肋(24)之間流出。因此，流體冷卻劑沿壁(19，20)引導并由水平肋(24)導引，以形成改進的對流冷卻。
文檔編號F01D9/02GK1418284SQ01806790
公開日2003年5月14日 申請日期2001年3月12日 優(yōu)先權日2000年3月22日
發(fā)明者彼得·蒂曼 申請人:西門子公司