用于燃气涡轮机组件的导叶及包括其的燃气涡轮机组件的制作方法

用于燃气涡轮机组件的导叶及包括其的燃气涡轮机组件
1.相关申请的交叉引用此专利申请要求2021年12月20日提交的欧洲专利申请第21425069.8号的优先权，其整个公开通过引用结合在本文中。
技术领域
2.本发明涉及用于电力设备的燃气涡轮机组件的技术领域。如已知的那样，在这些组件中，进入空气流在压缩机中被压缩并且然后在燃烧器中与燃料（气体燃料和/或油燃料）混合，以产生将在涡轮中膨胀的热气体流。涡轮的旋转在转子上生成旋转功，转子又连接到发电机用于发电。压缩机和涡轮包括连接到转子上的多排叶片。外壳体设置成包围旋转部件并且支撑夹在叶片之间用于引导流的多排导叶。在此技术领域中，本发明解决了如何降低导叶后缘处的应力水平的问题。


背景技术：

3.如已知的那样，用于发电设备的燃气涡轮机组件包括压缩机单元、燃烧器单元和涡轮单元。压缩机单元构造成用来压缩在压缩机入口处供应的进入空气。离开压缩机单元的压缩空气流入闭合的体积（称作“气室”）并且从那里流入燃烧器单元。此燃烧器单元通常包括构造成用来将燃料（至少一种类型的燃料）喷入压缩空气流的多个烧嘴(burner)。燃料与压缩空气的混合物进入燃烧室，在那里此混合物点火。得到的热气体流离开燃烧室并且流过涡轮单元，涡轮单元在连接到发电机的转子上执行旋转功。通常同一个转子也支撑压缩机组件的旋转部件并且其限定系统的主轴线，转子可制造为单个件或者为多个相邻转子盘的形态。如已知的那样，涡轮单元和压缩机单元包括由转子支撑的多排旋转叶片。如已知的那样，转子和连接的旋转部件容纳在壳体中，壳体是同心的并且包围燃气涡轮机组件。
4.为了实现高效率，热气体流必须具有非常高的涡轮入口温度。然而，通常此高温涉及不期望的高nox排放水平。为了降低此排放并且增加操作柔性而不降低效率，所谓的“序列式”燃气涡轮机是特别适合的。通常，序列式燃气涡轮机按顺序执行两个燃烧级。当今已知至少两种不同种类的序列式燃气涡轮机。根据第一实施例，燃气涡轮机包括第一燃烧器和第二燃烧器，第一燃烧器和第二燃烧器是环状的且由称作高压涡轮的涡轮物理地分隔。第二燃烧器的下游设置了第二涡轮（称作低压涡轮）。
5.根据第二实施例，序列式燃气涡轮机不设高压涡轮，并且燃烧器组件实现为多个筒式燃烧器的形态，其中每个筒式燃烧器均包括在共同的筒形壳体内一个直接布置在另一个下游的第一燃烧器和第二燃烧器。
6.已经引用的燃气涡轮机组件的这两个示例仅为非限制性示例，其中可应用本发明。实际上，根据本发明燃气涡轮机组件也可涉及具有单个环形燃烧室的单级燃烧。
7.如此技术领域中已知的那样，术语“周向、径向、轴向、外和内”参考转子或组件轴线（其平行于主空气/热气体流）。术语“下游和上游”参考从压缩机流向涡轮的空气/热气体的主方向。
8.如已知的那样，每个导叶都包括构造成用来引导在燃气涡轮机中流动的流的静止的(statoric)固定翼型件主体。每个导叶还都包括构造成联接到面向转子的成环形的定子上的内平台，以及联接到外壳体上的外平台。每个平台都包括后缘或下游边缘以及前缘或上游边缘。由于作用在涡轮导叶的后缘上的高机械和热学应力，特别是在与整流带(fillet)（翼型件和平台在那里相会）重合的后缘处，后缘区域易遭受起裂，其最终会导致部件失效。
9.因此，当今需要找到新的技术方案来降低涡轮导叶的后缘端处的应力水平。


技术实现要素：

10.因此，本发明的主要目标是提供一种用于燃气涡轮机组件的新颖的且创造性的导叶（特别是涡轮导叶），其中在后缘端处的应力水平被降低。通常，本发明可应用于任何种类的燃气涡轮机组件中，因为所有的燃气涡轮机组件都包括多个涡轮导叶。因此，根据本发明的燃气涡轮机组件是一种组件，其包括：
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具有轴线的转子；
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包括连接到转子上的叶片的压缩机；
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包括连接到转子上的叶片的至少一个涡轮；
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至少一个燃烧器；以及
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支撑导叶的外壳体，其中至少一个涡轮导叶根据本发明制造。
11.以上列举的部件被燃气涡轮机组件领域的技术人员所公知。因此，隐含的是压缩机构造成用来压缩进入空气，燃烧器被供给压缩空气和燃料用于生成热气体，并且在涡轮中热气体膨胀在转子上生成旋转功，转子又连接到发电机上。燃气涡轮机组件可以是在两个燃烧级之间具有高压涡轮的序列式燃烧器涡轮，或者其可包括多个筒式燃烧器，其中每个筒式燃烧器都涉及双重燃烧。对于另外的一般细节，可以参考附图以及属于此技术领域的现有技术文献。
12.根据本发明，提供了一种导叶，其中该导叶包括：
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内平台；
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外平台；
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在内平台和外平台之间延伸的翼型件主体。
13.以上列举的部件同样被燃气涡轮机组件领域的技术人员所公知。因此，隐含的是内平台构造成与转子配合（例如经由定子环），外平台由包围组件的旋转部件的外壳体支撑，并且翼型件构造成用于引导流过涡轮的热气体流。导叶围绕转子轴线相邻布置成周向排，使得相邻的内平台和外平台形成限制用于热气体的通道的内环和外环。每个平台，即内平台或外平台，都包括前缘或上游边缘、后缘或下游边缘以及两个侧向边缘。
14.从以上定义出发，根据本发明的主要方面，内平台和/或外平台设有至少一条槽缝，其构造成在操作期间减小对变形的平台阻力。
15.槽缝的形状和位置可根据特定的环境变化。以下图4-6将公开一些不同的实施例。优选地，槽缝设置在内平台或外平台的后缘或下游边缘处，但是槽缝或任何另外的槽缝可设置在前缘或上游边缘和/或在后缘或下游边缘和/或在两个侧向边缘的至少其中一个处。槽缝是盲口的并且不构造成用密封件填充。如果实现在侧向边缘中，则槽缝可在早已存在
于平台中的密封凹槽内获得，或者高于或低于此凹槽。在任何情况下，密封件都不穿入槽缝内，槽缝保持为空的空间，从而减小操作期间对变形的平台阻力。
16.优选地，槽缝的周向范围实质性地大于内导叶平台的后缘的周向范围。
17.优选地，槽缝的轴向范围或深度为内导叶平台的轴向范围的至少5%。
18.优选地，槽缝是具有矩形开口或截面的周向槽缝，带有周向内边缘、周向外边缘和两个径向或侧向边缘。
19.优选地，周向内边缘或外边缘的范围的长度是径向边缘的范围的至少5倍。
20.优选地，槽缝的周向外边缘和与热气体接触的平台表面之间的距离不多于槽缝区域中整个平台径向最大厚度的1/3。
21.优选地，槽缝可通过标准机械加工（如edm或磨削）获得。
附图说明
22.本发明可通过参考协同附图做出的以下具体实施方式而最佳地理解，具体实施方式描述了本发明的一个示例性实施例，在附图中：
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图1是可以由本发明改善的燃气涡轮机的非限制性示例的示意图；
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图2是标示为ii的图1的部分的放大视图；
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图3是图2的导叶的示意性透视图；
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图4是图3的导叶的内平台后缘的放大透视图，带有根据本发明的槽缝的第一实施例；
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图5和6公开了根据本发明的槽缝的两个不同实施例。
具体实施方式
23.配合附图，在后文根据优选实施例描述了本发明的技术内容和具体实施方式，优选实施例不用于限制其执行范围。根据所附权利要求书所做出的任何等价变型和改型都由本发明要求保护的权利要求书覆盖。
24.现在将参考附图详细描述本发明。
25.参考图1，其是可以由本发明改善的用于发电设备的燃气涡轮机组件的一个非限制性示例的示意图。在图1中，燃气涡轮机组件1包括压缩机2、第一燃烧器3、高压涡轮4、第二燃烧器5和低压涡轮6。压缩机和涡轮包括由具有轴线a的公共转子9支撑的叶片（压缩机叶片7和涡轮叶片8）。压缩机和低压涡轮还包括由外壳体12支撑的导叶（压缩机导叶10和涡轮导叶11）。本领域技术人员公知如图1中所公开的组件如何工作。请注意图1的组件仅为非限制性示例。
26.图2是标示为ii的图1的部分的放大视图。特别地，图2公开了两个叶片8之间的涡轮导叶12，其中导叶具有由壳体12支撑的外端和面向转子9的内端。在图2中箭头m指热气体方向。
27.图3是图2的导叶的示意性透视图。根据图3导叶11包括翼型件主体13、构造成联接到壳体12上的外平台14、以及构造成联接到面向转子的星环16上的内平台15。在图3中标号17和18指内平台和外平台的后缘。标号19和20指与热气体接触的内平台和外平台的表面。
28.图4是图3的导叶的内平台的后缘的放大透视图。此图公开了根据本发明的导叶的
一个示例，即其中已经在内平台的后缘17处获得槽缝21的导叶。根据此示例，槽缝的周向范围c大体上等于内导叶平台15的后缘17的周向范围。槽缝21的轴向范围a或深度为内导叶平台15的轴向范围的5%。槽缝21是具有矩形开口或截面的周向槽缝，带有周向内边缘22、周向外边缘23和两个径向或侧向边缘24。周向内边缘22的范围的长度是径向边缘24的范围的5倍。槽缝21的周向外边缘22和与热气体接触的内平台表面19之间的距离d是内平台的整个径向厚度的1/5。
29.图5公开了本发明的一个备选实施例。根据此实施例，槽缝21大致在与前一示例相同的位置处获得，即，在内导叶平台15的后缘17处。在此示例中槽缝的形状是不同的并且可定义为“开口的”。图4的槽缝可通过沿轴向方向移动加工工具(如edm或磨削装置)而获得。相反图5中此工具已经被径向地（r方向）移动并且因此获得的槽缝可定义为开口的或者向内开口的。
30.最后，图6公开了一个实施例，其中已经在平台的侧向边缘25中获得了槽缝21，特别是在凹槽26内，凹槽26构造成用于容纳密封两个相邻平台的密封件。请注意在任何情况下密封件都不穿入槽缝内，槽缝保持为空的空间，从而减小操作期间对变形的平台阻力。
31.尽管已经关于其如上所述的优选实施例解释了本发明，但应该理解的是可做出许多其他可能的改型和变型而不背离本发明的范围。例如，替代地或者组合地，导叶外平台的后缘也可设有根据本发明的槽缝。因此，设想所附权利要求或多项权利要求将覆盖落入本发明真实范围内的此类改型和变型。

技术特征：
1.一种用于发电设备用的燃气涡轮机组件的涡轮导叶；其中所述涡轮导叶(11)包括：
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内平台(15)；
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外平台(14)；
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在所述内平台(15)和所述外平台(14)之间延伸的翼型件主体(13)；其特征在于，所述导叶外平台和/或内平台(15)设有至少一个槽缝(21)，所述至少一个槽缝(21)构造成减小操作期间对变形的平台阻力。2.如权利要求1中所述的导叶，其特征在于，所述外平台和/或内平台(15)包括后缘(17)、前缘和两个侧向边缘；所述槽缝在所述后缘(17)中和/或在至少一个侧向边缘中获得。3.如权利要求1或2中所述的导叶，其特征在于，所述槽缝(21)是盲口的并且在使用中不用密封件填充。4.如任一前述权利要求中所述的导叶，其特征在于，所述槽缝(21)的周向范围c大于所述内导叶平台(15)的所述后缘(17)的周向范围。5.如任一前述权利要求中所述的导叶，其特征在于，所述槽缝(21)的轴向范围或深度a为所述内导叶平台(15)的轴向范围的至少5%。6.如任一前述权利要求中所述的导叶，其特征在于，所述槽缝(21)是具有矩形开口或截面的周向槽缝，带有周向内边缘(23)、周向外边缘(22)和两个径向或侧向边缘(24)。7.如任一前述权利要求中所述的导叶，其特征在于，所述槽缝(21)的所述周向内边缘(23)或所述周向外边缘(22)的范围的长度是所述槽缝(21)的所述径向边缘(24)的范围的至少5倍。8.如任一前述权利要求中所述的导叶，其特征在于，所述槽缝的所述周向外边缘(22)和与所述热气体接触的所述平台表面(19)之间的距离不多于槽缝区域中整个平台径向最大厚度的1/3。9.如任一前述权利要求中所述的导叶，其特征在于，所述槽缝(21)通过机械加工获得，优选地是edm或磨削。10.如任一前述权利要求中所述的导叶，其特征在于，所述导叶外平台包括后缘；同样所述导叶外平台的所述后缘设有槽缝。11.一种用于发电设备的燃气涡轮机组件，所述组件包括：
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具有轴线a的转子(9)；
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包括连接到所述转子(9)上的叶片(7)的压缩机(2)；
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包括连接到所述转子(9)上的叶片(11)的至少一个涡轮(4, 6)；
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支撑压缩机导叶(10)和涡轮导叶(11)的外壳体(12)；其中至少一个涡轮导叶(11)根据任一前述权利要求制造。

技术总结
本发明涉及用于燃气涡轮机组件的导叶及包括其的燃气涡轮机组件，具体而言，涉及一种用于发电设备用的燃气涡轮机组件的涡轮导叶，其中涡轮导叶包括：内平台；外平台；在内平台和外平台之间延伸的翼型件主体；其中内平台包括后缘；其中导叶内平台的后缘设有槽缝。其中导叶内平台的后缘设有槽缝。其中导叶内平台的后缘设有槽缝。


技术研发人员：S
受保护的技术使用者：安萨尔多能源公司
技术研发日：2022.11.30
技术公布日：2023/6/26