控制使用沖擊管的被冷卻的渦輪機導葉或葉片中的冷卻流制造技術

本發明專利技術涉及一種用于燃氣渦輪機的翼型(100)。翼型(100)包括：包括內部容積的外殼(101)以及布置在外殼(101)的內部容積內的內殼(110)，其中內殼(110)包括具有內部鼻部(111)和內部尾部(112)的空氣動力學輪廓。第一冷卻通道(116)和第二冷卻通道(117)在內部尾部(112)處合并到公共冷卻通道(123)中。第一尾部翅片(118)布置在第一冷卻通道(116)與公共冷卻通道(123)之間，使得流動通過第一冷卻通道(116)的冷卻流體的第一質量流率是可控的。第二尾部翅片(119)布置在第二冷卻通道(117)與公共冷卻通道(123)之間，使得流動通過第二冷卻通道(117)的冷卻流體的第二質量流率是可控的。

Control of cooling flow in cooling turbine guide vanes or blades using a shock tube

The invention relates to an airfoil (100) for a gas turbine. The airfoil (100) includes the internal volume of the housing (101) and arranged in a housing (101) of the internal volume of the inner shell (110), wherein the inner shell (110) includes internal nose (111) and (112) the internal tail aerodynamic profile. The first cooling channel (116) and the second cooling passage (117) are incorporated into the common cooling channel (123) at the rear end of the interior. The first tail fin (118) is disposed between the first cooling channel (116) and the common cooling channel (123), so that the first mass flow rate of the cooling fluid flowing through the first cooling channel (116) is controllable. The second tail fin (119) is arranged between the second cooling channel (117) and the common cooling channel (123), so that the mass flow rate of the cooling fluid flowing through the second cooling passage (117) is controllable.

【技術實現步驟摘要】
【國外來華專利技術】
本專利技術涉及用于燃氣渦輪機的翼型(airfoil)。另外，本專利技術涉及制造用于燃氣渦輪機的翼型的方法。
技術介紹
燃氣渦輪機包括壓氣機級和渦輪機級。在每個級中都布置有相應的翼型，即可旋轉的葉片(blade)和固定的導葉(vane)，這些翼型暴露于流過燃氣渦輪機的工作流體。渦輪機級布置在燃氣渦輪機的燃燒器的下游，使得導葉和葉片暴露于熱的工作流體。因此，導葉和葉片需要被冷卻以延長壽命。已知在相應的翼型內安裝沖擊管(impingement tube)，其中冷卻流體通過沖擊管流動到翼型的內表面上。當冷卻流體通過使用沖擊管而流動到翼型的內表面上時，冷卻流體將取道沿著冷卻管的具有最小阻力的另一路徑，其中冷卻管形成在翼型的內表面與沖擊管的外表面之間。因此，如果冷卻流體被注射到沖擊管的鼻部區域，與通過沿著相反的翼型表面的另一個冷卻管相比，冷卻流體的更多的質量流通過沿著一個翼型表面的冷卻管流動。圖6示出了用于燃氣渦輪機的常規翼型，其包括常規的外殼601和常規的內殼610。常規的冷卻通道602沿著吸入側并且因此沿著較長的低壓側形成在常規的外殼601與常規的內殼610之間。相應地，常規的另一個冷卻通道603沿著較短的高壓側形成在常規的外殼601與常規的內殼610之間。常規的內殼610在常規的內殼610的鼻部處包括常規的流體出口，使得冷卻流體從常規的內殼610分別被噴射到常規的冷卻通道602和常規的另一個冷卻通道603中。特別地，沖擊管(常規的內殼610)和翼型(常規的外殼601)分別包括較長的低壓側和較短(相對于較長的低壓側而言)的高壓側。因此，與沿著較長的低壓側(吸入側)流動通過常規冷卻通道602相比，較短的高壓側上的冷卻流體的更多的質量流流動通過常規的另一個冷卻通道603。這導致了不均等的冷卻效率，并且導致一些區域中的熱金屬溫度和其他區域中的冷金屬溫度。冷卻流體通過形成在常規的外殼601的尾部處的常規的外部流體出口605被排出。圖7示出了類似于圖5所示的常規翼型的常規翼型。圖6示出了一個常規的翼型，其包括分離元件701和另一個常規的流體出口702，流體出口702用于調節通過相應的常規冷卻通道602、603的冷卻流體的質量流。常規的流體出口604形成在常規的內殼610中，使得冷卻流體直接流入另一個常規的冷卻通道603中。另外，另一個常規的流體出口702形成在常規的內殼610中，用于使冷卻流體直接流入常規的燃料通道602中。常規的燃料通道602和常規的另一個冷卻通道603被分離元件701分開，其中分離元件701安裝在常規的內殼610和常規的外殼601的鼻部處。因此，相應的常規冷卻通道602、603彼此密封，使得注射到相應的冷卻通道602、603中的冷卻流體能夠被精確地限定。然而，復雜的控制機構和多個常規的流體出口604、702是必需的，并且冷卻效率受到損失。EP 2 628 901 A1公開了具有沖擊冷卻的渦輪機葉片。在沖擊管與翼型的外壁之間形成有流動通道。沖擊管包括用于將冷卻流體注射到流動通道中的多個入口孔。另外，在流動通道內安裝有用于引導流動通道內的冷卻流體的阻擋元件。EP 2 573 325 A1公開了用于渦輪機葉片或導葉的另一種沖擊冷卻。在中空的翼型內安裝有沖擊管，其中流動通道形成在沖擊管與中空的翼型之間。沖擊管包括多個通孔。在沖擊管的下游安裝有第一沖擊裝置，其中冷卻流體流動通過流動通道并且進一步流過第一沖擊裝置。第一沖擊裝置同樣包括多個通孔，冷卻流體能夠流動通過這些通孔。
技術實現思路
本專利技術的目的可以是提供一種包括用于冷卻翼型的簡單的冷卻機構的用于燃氣渦輪機的翼型。該目的通過根據獨立權利要求的用于燃氣渦輪機的翼型、燃氣渦輪機以及用于制造翼型的方法而實現。根據本專利技術的第一方面，提供了一種用于燃氣渦輪機的翼型。該翼型包括具有內部容積的(中空的)外殼以及布置在外殼的內部容積內的內殼。內殼包括具有內部鼻部和內部尾部的空氣動力學輪廓，其中內殼的高壓側沿著內部鼻部與內部尾部之間的第一表面部分形成，并且內殼的低壓側沿著與在內部鼻部和內部尾部之間的第一表面部分相反地定位的第二表面部分形成。內殼與外殼間隔開，使得：(a)第一冷卻通道沿著高壓側形成在內部鼻部與內部尾部之間；以及(b)第二冷卻通道沿著低壓側形成在內部鼻部與內部尾部之間。第一冷卻通道和第二冷卻通道在內部尾部處合并到公共冷卻通道中。翼型的內殼還可以包括第一尾部翅片，第一尾部翅片布置在第一冷卻通道與公共冷卻通道之間，使得流動通過第一冷卻通道的冷卻流體的第一質量流率是可控的。另外，翼型的內殼還可以包括第二尾部翅片，第二尾部翅片布置在第二冷卻通道與公共冷卻通道之間，使得流動通過第二冷卻通道的冷卻流體的第二質量流率是可控的。根據本專利技術的另一個方面，提出了一種燃氣渦輪機，其包括上述翼型。該翼型構成燃氣渦輪機的固定的導葉或可旋轉的葉片。根據本專利技術的另一個方面，提出了一種制造上述用于燃氣渦輪機的翼型的方法。根據本專利技術的翼型可以布置在燃氣渦輪機的壓氣機級或渦輪機級內。翼型可以是可旋轉的葉片或固定的導葉，其暴露于流動通過燃氣渦輪機的工作流體。特別地，渦輪機級布置在燃氣渦輪機的燃燒器的下游，使得翼型暴露于熱的工作流體。并且，外殼構成翼型的外表皮。外殼包括中空的形狀，因此包括內部容積。內殼布置在外殼的內部容積內。外殼和內殼可以形成有相應的空氣動力學輪廓。根據本專利技術的空氣動力學輪廓描述了這樣一種輪廓：其適于在流體沿著該空氣動力學輪廓的相應的表面流動時產生升力。該空氣動力學輪廓包括鼻(nose)部。鼻部構成該輪廓的下述部分：流體首先在該部分處流過該空氣動力學輪廓。相應地，該空氣動力學輪廓包括尾部，該尾部位于鼻部的下游。沿著空氣動力學輪廓流動的空氣從尾部離開該輪廓。第一表面部分和相對于第一表面部分相反地定位的第二表面部分從鼻部延伸至尾部。第一表面部分和第二表面部分包括相應的彎曲形狀，其中第一表面部分的曲率不同于第二表面部分的曲率。因此，相對于第二表面部分具有較小的曲率的第一表面部分相對于第二表面部分(沿著鼻部與尾部之間的方向)較短。相應地，第二表面部分相對于第一表面部分(沿著鼻部與尾部之間的方向)較長。因此，首先流過鼻部并且進一步沿著第一表面部分和第二表面部分流動的流體在較短的第一表面部分處相對于沿著較長的第二表面部分流動的流體產生高壓，而沿著較長的第二表面部分流動的流體相對于第一表面部分的高壓產生較低壓力。因此，根據本專利技術，內殼包括上述空氣動力學輪廓并且分別包括內部鼻部和內壁尾部，其中高壓側和低壓側布置在內部鼻部和內壁尾部之間。高壓側包括比低壓側小的曲率。內殼(即沖擊管)例如由薄壁片狀金屬材料制成。內殼可以形成為中空的，使得冷卻流體可以流到內殼的內部。內殼包括比外殼小的周長，因此如果內殼布置在外殼的內部容積內的話，則分別存在距離和間隙。第一冷卻通道限定了沿著高壓側形成在內部鼻部與內部尾部之間的容積，并且第二冷卻通道限定了沿著低壓側形成在內部鼻部與內部尾部之間的容積。在內部尾部的下游，第一冷卻通道和第二冷卻通道兩者合并在一起，并且形成稱作公共冷卻通道的公共容積。在另一個示例性實施方式中，外殼可以包括外部流體出口，流體通過該外部流體出口從公共冷卻通道排出。根據本專利技術，在第一冷卻通道終止而公共本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種用于燃氣渦輪機的翼型(100)，所述翼型(100)包括：包括內部容積的外殼(101)，布置在所述外殼(101)的內部容積內的內殼(110)，其中所述內殼(110)包括內部鼻部(111)和內部尾部(112)，其中所述內殼(110)的高壓側(114)沿著所述內部鼻部(111)與所述內部尾部(112)之間的第一表面部分形成，其中所述內殼(110)的低壓側(115)沿著與在所述內部鼻部(111)與所述內部尾部(112)之間的第一表面部分相反地定位的第二表面部分形成，其中所述內殼(110)與所述外殼(101)間隔開，使得：第一冷卻通道(116)沿著所述高壓側(114)形成在所述內部鼻部(111)與所述內部尾部(112)之間；并且第二冷卻通道(117)沿著所述低壓側(115)形成在所述內部鼻部(111)與所述內部尾部(112)之間，其中所述第一冷卻通道(116)和所述第二冷卻通道(117)在所述內部尾部(112)處合并到公共冷卻通道(123)中，第一尾部翅片(118)布置在所述第一冷卻通道(116)與所述公共冷卻通道(123)之間，使得流動通過所述第一冷卻通道(116)的冷卻流體的第一質量流率是可控的，以及第二尾部翅片(119)布置在所述第二冷卻通道(117)與所述公共冷卻通道(123)之間，使得流動通過所述第二冷卻通道(117)的冷卻流體的第二質量流率是可控的。...

【技術特征摘要】
【國外來華專利技術】2014.04.16 EP 14164879.01.一種用于燃氣渦輪機的翼型(100)，所述翼型(100)包括：包括內部容積的外殼(101)，布置在所述外殼(101)的內部容積內的內殼(110)，其中所述內殼(110)包括內部鼻部(111)和內部尾部(112)，其中所述內殼(110)的高壓側(114)沿著所述內部鼻部(111)與所述內部尾部(112)之間的第一表面部分形成，其中所述內殼(110)的低壓側(115)沿著與在所述內部鼻部(111)與所述內部尾部(112)之間的第一表面部分相反地定位的第二表面部分形成，其中所述內殼(110)與所述外殼(101)間隔開，使得：第一冷卻通道(116)沿著所述高壓側(114)形成在所述內部鼻部(111)與所述內部尾部(112)之間；并且第二冷卻通道(117)沿著所述低壓側(115)形成在所述內部鼻部(111)與所述內部尾部(112)之間，其中所述第一冷卻通道(116)和所述第二冷卻通道(117)在所述內部尾部(112)處合并到公共冷卻通道(123)中，第一尾部翅片(118)布置在所述第一冷卻通道(116)與所述公共冷卻通道(123)之間，使得流動通過所述第一冷卻通道(116)的冷卻流體的第一質量流率是可控的，以及第二尾部翅片(119)布置在所述第二冷卻通道(117)與所述公共冷卻通道(123)之間，使得流動通過所述第二冷卻通道(117)的冷卻流體的第二質量流率是可控的。2.根據權利要求1所述的翼型(100)，其中，所述第一尾部翅片(118)包括用于控制第一質量流的第一流體通道，和/或所述第二尾部翅片(119)包括用于控制第二質量流的第二流體通道。3.根據權利要求1或2所述的翼型(100)，其中，所述第一尾部翅片(118)包括用于形成所述第一流體通道的至少一個第一通孔(201)，并且其中所述第二尾部翅片(119)包括用于形成所述第二流體通道的至少一個第二通孔(202)。4.根據權利要求3所述的翼型(100)，其中，所述第一通孔(201)的第一尺寸不同于所述第二通孔(202)的第二尺寸。5.根據權利要求1至4中任一項所述的翼型(100)，其中，所述高壓側(114)和所述低壓側(115)在所述內部尾部(112)內連接并且形成沿著所述內殼(110)的跨越寬度(301)延伸的內部尾部邊緣(113)。6.根據權利要求5所述的翼型(100)，其中，所述第一尾部翅片(118)和所述第二尾部翅片(119)聯接至所述內部尾部邊緣(113)并且從所述內部尾部邊緣(113)延伸至所述外殼(101)。7.根據權利要求6所述的翼型(100)，其中，所述第一尾部翅片(118)能夠彈性變形，使得所述第一尾部翅片(118)與所述外殼(101)之間的間隙能夠通過使所述第一尾部翅片(...

【專利技術屬性】
技術研發人員：A·戴維斯，J·馬格爾斯通，
申請(專利權)人：西門子股份公司，
類型：發明
國別省市：德國;DE