CN107559048B - 一种用于中低热值重型燃气轮机发动机的转子叶片 - Google Patents
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Abstract
一种用于中低热值重型燃气轮机发动机的转子叶片，它涉及一种转子叶片。本发明为了解决现有的转子叶片的叶顶区域，由于冷却系统未能提供足够的冷却空气到达该位置，长时间地运转使其出现热疲劳，甚至会出现叶尖顶部氧化现象进而产生蠕变损坏的问题。本发明的榫部榫接在平台部上,叶身和叶片叶尖安装在平台部上；吸力侧和压力侧在尾缘处形成一U型劈缝；吸力侧上端壁和压力侧上端壁在叶顶前缘处连接，吸力侧上端壁和压力侧上端壁分别沿着吸力侧和压力侧向尾缘延伸，直至延伸到尾缘U型劈缝处，冷气导流槽由吸力侧上端壁和压力侧上端壁围合而成并向后延伸至叶身的尾部，第一盖板和第二盖板盖装在冷气导流槽上。本发明用于燃气轮机发动机转子叶片降温。
Description
技术领域
本发明涉及一种转子叶片，具体涉及一种用于中低热值重型燃气轮机发动机的转子叶片,用于降低转子叶片顶部区域的温度。
背景技术
随着燃气轮机技术水平的不断提高，透平进口的温度也越来越高，各个叶片表面暴露在高温高压燃烧的气体之中，在发动机运行期间，高温燃烧的气体周期性地冲击着转子叶片，尤其是转子叶片的叶顶区域，冷却系统未能提供足够的冷却空气到达该位置，长时间地运转使其出现热疲劳，甚至会出现叶尖顶部氧化现象进而产生蠕变损坏。
综上所述,现有的转子叶片的叶顶区域，由于冷却系统未能提供足够的冷却空气到达该位置，长时间地运转使其出现热疲劳，甚至会出现叶尖顶部氧化现象进而产生蠕变损坏的问题。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有的转子叶片的叶顶区域，由于冷却系统未能提供足够的冷却空气到达该位置，长时间地运转使其出现热疲劳，甚至会出现叶尖顶部氧化现象进而产生蠕变损坏的问题。进而提供一种用于中低热值重型燃气轮机发动机的转子叶片。
本发明的技术方案是：一种用于中低热值重型燃气轮机发动机的转子叶片包括转子叶片本体,转子叶片本体包括叶片叶尖、榫部、叶身和平台部，榫部榫接在平台部上,叶身和叶片叶尖安装在平台部上；叶身包括吸力侧、压力侧、前边缘、冷气导流槽、吸力侧上端壁、压力侧上端壁、第一盖板和第二盖板，吸力侧和压力侧在轴向前缘处通过前边缘彼此相连以便在叶身内部限定一蛇形冷却通道，吸力侧和压力侧在尾缘处形成一U型劈缝，U型劈缝在吸力侧和压力侧沿着前边缘和尾缘从叶根到叶尖径向延伸；吸力侧上端壁和压力侧上端壁在前边缘叶顶处连接，吸力侧上端壁和压力侧上端壁分别沿着吸力侧和压力侧向尾缘延伸，直至延伸到尾缘U型劈缝处，冷气导流槽由吸力侧上端壁和压力侧上端壁围合而成并向后延伸至叶身的尾部，第一盖板和第二盖板盖装在冷气导流槽上。
进一步地，吸力侧上端壁自叶顶冷气导流槽端面径向拉伸第一距离，压力侧上端壁自叶顶冷气导流槽端面径向拉伸第二距离。
进一步地，第一距离和第二距离在同一个轴向位置的高度相等。
进一步地，吸力侧上端壁与压力侧上端壁共面。
进一步地，U型劈缝的内侧沿叶身的根部和顶部之间均匀分布有尾缘“井”型喷气孔。
进一步地，冷气导流槽上开设凹座用于容纳第一盖板和第二盖板，凹座、第一盖板和第二盖板的外侧表面均都涂有隔热涂层。
进一步地，第一盖板和第二盖板上开设至少一个与内部蛇形冷却通道连通的冷却开孔。
进一步地，“井”型喷气孔与内部蛇形冷却通道连通。
进一步地，U型劈缝自尾缘延伸至尾缘“井”型喷气孔孔口的距离为第一劈缝长度L，L＝3-5mm；U型劈缝自尾缘延伸至尾缘“井”型喷气孔之间的肋筋的距离为第二劈缝长度M，M＝2-4mm。
进一步地，U型劈缝的宽度N从叶尖到叶根逐渐增大，U型劈缝的宽度N为1.5-1.9mm。
本发明与现有技术相比具有以下效果：
1、本发明是在转子叶片顶部开一叶顶冷气导流槽，延伸至叶片尾缘，并在尾缘开一U型劈缝，这样在不增加总的冷气流量的情况下，有效的降低叶顶区域金属工作温度以及该处的热应力，抑制了叶尖尾缘金属的氧化，延长了转子叶片的使用寿命。
附图说明
图1中低热值重型燃气轮机转子叶片径向俯视图；
图2是图1所示的转子叶片叶尖放大径向俯视示意图；
图3是图1所示的转子叶片叶尖放大局部示意图；
图4是图1所示的转子叶片的部分尾缘局部放大透视图；
图5是图4所示的转子叶片尾缘前视图。
具体实施方式
具体实施方式一：结合图1至图4说明本实施方式，本实施方式包括转子叶片本体10,转子叶片本体10包括叶片叶尖14、榫部11、叶身13和平台部12，榫部11榫接在平台部12上,叶身13和叶片叶尖14安装在平台部12上；叶身13包括吸力侧21、压力侧22、前边缘23、冷气导流槽30、吸力侧上端壁31、压力侧上端壁32、第一盖板41和第二盖板42，吸力侧21和压力侧22在轴向前缘处通过前边缘23彼此相连以便在叶身内部限定一蛇形冷却通道15，吸力侧21和压力侧22在尾缘处形成一U型劈缝34，U型劈缝34在吸力侧21和压力侧22沿着前边缘23和尾缘从叶根到叶尖径向延伸；吸力侧上端壁31和压力侧上端壁32在前边缘23叶顶处连接，吸力侧上端壁31和压力侧上端壁32分别沿着吸力侧21和压力侧22向尾缘延伸，直至延伸到尾缘U型劈缝34处，冷气导流槽30由吸力侧上端壁和压力侧上端壁围合而成并向后延伸至叶身13的尾部，第一盖板41和第二盖板42盖装在冷气导流槽30上。
具体实施方式二：结合图1至图3说明本实施方式，本实施方式的吸力侧上端壁31自叶顶冷气导流槽30端面径向拉伸第一距离35，压力侧上端壁32自叶顶冷气导流槽30端面径向拉伸第二距离36。如此设置，如果转子叶尖14与定子护环之间发生摩擦，只有吸力侧上端壁31和压力侧上端壁32与护环接触，有助于减少冷气导流槽30端面的摩擦，避免第一盖板41和第二盖板42冷却开孔53被封堵。其它组成和连接关系与具体实施方式一相同。
具体实施方式三：结合图1至图3说明本实施方式，本实施方式的第一距离35和第二距离36在同一个轴向位置的高度相等。因此，吸力侧上端壁31与压力侧上端壁32共面。如此设置，因为叶尖14前缘的工作温度比叶尖14尾缘的温度低，尾缘需要更多的冷却气体，第一距离35和第二距离36高度相等可以保证冷却气体沿叶顶冷气导流槽30向尾缘流动，以便对尾缘提供附加的对流冷却，进一步降低叶尖尾缘的热负荷。其它组成和连接关系与具体实施方式二相同。
具体实施方式四：结合图1至图3说明本实施方式，本实施方式的吸力侧上端壁31与压力侧上端壁32共面。其它组成和连接关系与具体实施方式三相同。
具体实施方式五：结合图1至图3说明本实施方式，本实施方式的U型劈缝34的内侧沿叶身13的根部和顶部之间均匀分布有尾缘“井”型喷气孔55。如此设置，内部蛇形冷却通道15的冷却气体可以从叶片根部到顶部尾缘的“井”型喷气孔55中喷出，形成冷却层，有助于叶片尾缘的冷却。其它组成和连接关系与具体实施方式一、二、三或四相同。
具体实施方式六：结合图1至图3说明本实施方式，本实施方式的冷气导流槽30上开设凹座33用于容纳第一盖板41和第二盖板42，凹座33、第一盖板41和第二盖板42的外侧表面均都涂有隔热涂层43。如此设置，因为叶尖14的工作温度较高，增加了凹座33、第一盖板41和第二盖板42的耐腐蚀、耐热性能，延长了叶片的有效使用寿命。其它组成和连接关系与具体实施方式一、二、三、四或五相同。
具体实施方式七：结合图1至图3说明本实施方式，本实施方式的第一盖板41和第二盖板42上开设至少一个与内部蛇形冷却通道15连通的冷却开孔53。如此设置，流经叶身13内部蛇形冷却通道15的冷却气体可以通过冷却开孔53排出，有助于形成保护叶尖14的冷却层，降低转子叶尖14的热疲劳，延长转子叶片的有效使用寿命。其它组成和连接关系与具体实施方式一、二、三、四或五相同。
具体实施方式八：结合图1至图3说明本实施方式，本实施方式的“井”型喷气孔55与内部蛇形冷却通道15连通。如此设置，流经叶身13内部蛇形冷却通道15的冷却气体可以从“井”型喷气孔55喷出，有助于降低叶片尾缘的工作温度。其它组成和连接关系与具体实施方式一、二、三、四或五相同。
具体实施方式九：结合图1至图3说明本实施方式，本实施方式的U型劈缝34自尾缘延伸至尾缘“井”型喷气孔55孔口的距离为第一劈缝长度L，L＝3-5mm；U型劈缝34自尾缘延伸至尾缘“井”型喷气孔之间的肋筋56的距离为第二劈缝长度M，M＝2-4mm。如此设置，可以保证尾缘冷却效果的同时，不降低叶片尾缘的强度。其它组成和连接关系与具体实施方式一、二、三、四或五相同。
具体实施方式十：结合图1至图3说明本实施方式，本实施方式的U型劈缝34的宽度N从叶尖到叶根逐渐增大，U型劈缝34的宽度N为1.5-1.9mm如此设置，叶尖14的工作温度稍高于叶根，叶尖14可获得更多的冷气量，冷却效果比叶根更好，使转子叶片的温度更趋于均匀，降低了温度梯度引起的热应力。其它组成和连接关系与具体实施方式一、二、三、四或五相同。
图1显示了中低热值重型燃气轮机转子叶片径向俯视示意图，若干个转子叶片10构成燃气轮机的一个转子叶片级，转子叶片包含一吸力侧21、一压力侧22，吸力侧和压力侧在轴向前边缘23处彼此相连，同时沿着前边缘和尾缘劈缝34从叶根到叶尖径向延伸，形成一中空的内部蛇形冷却通道15。在运转时，从压气机抽取的高压空气进入转子叶片内部蛇形冷却通道，对转子叶片进行冷却降温。
在示范性实施例中，图2显示了转子叶片叶尖放大的径向俯视示意图，在叶片顶部吸力侧至少部分向内凹入形成一吸力侧上端壁31，压力侧至少部分向内凹入形成一压力侧上端壁32，该吸力侧上端壁和压力侧上端壁在叶顶前缘处连接，恰好限定一冷气导流槽30，转子叶片内部的冷却流体流经盖板上的冷却开孔53进入冷气导流槽，沿着导流槽内壁将冷气导向尾缘，进而降低叶片顶部的金属温度，有效延长转子叶片的使用寿命。
在示范性实施例中，图2中的吸力侧上端壁与压力侧上端壁基本是共面的。吸力侧上端壁31自叶顶冷气导流槽30端面径向拉伸形成第一距离35，压力侧上端壁32自叶顶冷气导流槽30端面径向拉伸形成第二距离36，第一距离和第二距离的高度基本相等，且从前缘至尾缘大小基本不变。另一种方案是，第一距离和第二距离从前缘至尾缘沿着叶片顶部是逐渐变化的。
在示范性实施例中，图3显示了转子叶片叶尖放大局部示意图，冷气导流槽端面与内部蛇形通道连通的位置有两个凹座33，分别用于接纳第一盖板41和第二盖板42，第一盖板41上至少包括一个通过其中拉伸至内部蛇形冷却通道15的冷却开孔53，第二盖板41上包括一个通过其中拉伸至内部蛇形冷却通道的冷却开孔53。冷却开孔能使冷却空气从内部蛇形通道中排出，以便对叶顶区域和叶尖尾边缘提供薄膜和对流冷却。
在示范性实施例中，图3中的凹座33设置有粘合涂层和隔热涂层43，第一盖板、第二盖板的外端面同样设置有粘合涂层和隔热涂层，流经冷却开孔53的冲击冷却与盖板外表面隔热涂层的组合，可以保护盖板不受叶顶附近高温燃气的影响。
在示范性实施例中，图4显示了转子叶片的部分尾缘局部放大透视图，U型劈缝34内侧包含多个沿叶身根部和顶部之间均匀分布的尾缘“井”型喷气孔55，该喷气孔是椭圆形的。另一种实施方案中，尾缘“井”型喷气孔55是矩形倒圆角孔。尾缘“井”型喷气孔与内部蛇形冷却通道15连通以便冷却空气流经喷气孔进而降低叶片尾缘的温度。
在示范性实施例中，图5显示了转子叶片尾缘局部放大的前视图，尾缘“井”型喷气孔55孔口延伸至尾缘的距离为第一劈缝长度38，每两个尾缘“井”型喷气孔55之间皆有肋板56相隔，肋筋延伸至尾缘的距离为第二劈缝长度39，U型劈缝34的宽度基本等于尾缘“井”型喷气孔55的宽度，且从叶尖到叶根是逐渐增大的。肋板56与尾缘“井”型喷气孔55之间圆滑过渡有利于减少冷气损失，提高换热效率。
Claims (6)
1.一种用于中低热值重型燃气轮机发动机的转子叶片，它包括转子叶片本体(10),转子叶片本体(10)包括叶片叶尖(14)、榫部(11)、叶身(13)和平台部(12)，榫部(11)榫接在平台部(12)上,叶身(13)和叶片叶尖(14)安装在平台部(12)上；其特征在于：
叶身(13)包括吸力侧(21)、压力侧(22)、前边缘(23)、冷气导流槽(30)、吸力侧上端壁(31)、压力侧上端壁(32)、第一盖板(41)和第二盖板(42)，
吸力侧(21)和压力侧(22)在轴向前缘处通过前边缘(23)彼此相连以便在叶身内部限定一蛇形冷却通道(15)，吸力侧(21)和压力侧(22)在尾缘处形成一U型劈缝(34)，U型劈缝(34)在吸力侧(21)和压力侧(22)沿着前边缘(23)和尾缘从叶根到叶尖径向延伸；
吸力侧上端壁(31)和压力侧上端壁(32)在前边缘(23)叶顶处连接，吸力侧上端壁(31)和压力侧上端壁(32)分别沿着吸力侧(21)和压力侧(22)向尾缘延伸，直至延伸到尾缘U型劈缝(34)处，冷气导流槽(30)由吸力侧上端壁和压力侧上端壁围合而成并向后延伸至叶身(13)的尾部，第一盖板(41)和第二盖板(42)盖装在冷气导流槽(30)上；
U型劈缝(34)的内侧沿叶身(13)的根部和顶部之间均匀分布有尾缘“井”型喷气孔(55)；
“井”型喷气孔(55)与内部蛇形冷却通道(15)连通；
U型劈缝(34)自尾缘延伸至尾缘“井”型喷气孔(55)孔口的距离为第一劈缝长度(L)，(L)＝3-5mm；U型劈缝(34)自尾缘延伸至尾缘“井”型喷气孔之间的肋筋(56)的距离为第二劈缝长度(M)，(M)＝2-4mm；
U型劈缝(34)的宽度(N)从叶尖到叶根逐渐增大，U型劈缝(34)的宽度(N)为1.5-1.9mm；
冷气导流槽(30)端面与内部蛇形通道(15)连通的位置有两个凹座(33)，分别用于接纳第一盖板(41)和第二盖板(42)，第一盖板(41)上至少包括一个通过其中拉伸至内部蛇形冷却通道(15)的冷却开孔(53)，第二盖板(42)上包括一个通过其中拉伸至内部蛇形冷却通道的冷却开孔(53)。
2.根据权利要求1所述的一种用于中低热值重型燃气轮机发动机的转子叶片，其特征在于：吸力侧上端壁(31)自叶顶冷气导流槽(30)端面径向拉伸第一距离(35)，压力侧上端壁(32)自叶顶冷气导流槽(30)端面径向拉伸第二距离(36)。
3.根据权利要求2所述的一种用于中低热值重型燃气轮机发动机的转子叶片，其特征在于：第一距离(35)和第二距离(36)在同一个轴向位置的高度相等。
4.根据权利要求3所述的一种用于中低热值重型燃气轮机发动机的转子叶片，其特征在于：吸力侧上端壁(31)与压力侧上端壁(32)共面。
5.根据权利要求4所述的一种用于中低热值重型燃气轮机发动机的转子叶片，其特征在于：冷气导流槽(30)上开设凹座(33)用于容纳第一盖板(41)和第二盖板(42)，凹座(33)、第一盖板(41)和第二盖板(42)的外侧表面均都涂有隔热涂层(43)。
6.根据权利要求5所述的一种用于中低热值重型燃气轮机发动机的转子叶片，其特征在于：第一盖板(41)和第二盖板(42)上开设至少一个与内部蛇形冷却通道(15)连通的冷却开孔(53)。
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Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN107559048A (zh) | 2018-01-09 |
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