CN113404549A - 一种带有伸根部供气孔及缘板气膜孔的涡轮动叶 - Google Patents

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李越
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    • F01D5/30—Fixing blades to rotors; Blade roots ; Blade spacers

Abstract

本发明属于燃气轮机技术领域，具体涉及一种带有伸根部供气孔及缘板气膜孔的涡轮动叶。本发明采用根部供气孔及缘板气膜孔组合的冷却结构，能有效冷却燃气轮机涡轮动叶缘板，且该结构不会对原有冷却结构带来较大改动，能够满足冷却效果及工艺性的双重要求。本发明不会增加叶片的铸造难度且加工难度低，能够有效保证叶片的成品率。本发明能够有效增加叶片使用的安全性及使用寿命。

Description

一种带有伸根部供气孔及缘板气膜孔的涡轮动叶
技术领域
本发明属于燃气轮机技术领域，具体涉及一种带有伸根部供气孔及缘板气膜孔的涡轮动叶。
背景技术
现代燃气轮机主要由压气机、燃烧室、涡轮三大部分组成，压气机将吸入的空气压缩至燃烧室，与燃料混合燃烧，产生的高温高压燃气进入涡轮，推动涡轮带动压气机及经由输出轴向外输出功。
现代燃气轮机燃烧室出口温度(即涡轮进口温度)不断提高，当前最新型高温合金材料的耐高温程度远低于叶片外侧燃气温度，必须将压气机所压缩的冷却空气引入叶片内部来冷却叶片。冷却空气一般都由叶片叶根流入，经由叶片内部复杂的冷却空气流道，由叶身、叶顶及叶尾的孔道排出。
涡轮叶片分为静叶及动叶两种。动叶为旋转工作叶片，现有的动叶叶片冷却技术主要集中于对叶片叶身的冷却如：带肋蛇形冷却通道、矩阵式冷却结构、前缘气膜孔等，叶片缘板的冷却技术较少。
然而随着燃气温度的上升，无冷却结构的叶片缘板温度已超出了叶片材料的许用温度。特别是对于工业及船用燃气轮机，因其燃气流量大于航用燃气轮机，高压涡轮动叶整体尺寸也大于航机，叶片缘板边缘离叶身更远，叶片内部的冷却流道无法对缘板进行冷却，进一步导致叶片缘板温度的提升。如果大幅改变叶片及叶片内部流道设计来达成对缘板的冷却，会导致叶片的整体结构进一步复杂，给叶片的铸造及加工带来较大的困难。因此，重要的是在不大幅改变叶片冷却结构的前提下，对缘板进行冷却。为实现这个目的而带来的问题是寻找一种缘板的冷却结构，同时又不会对叶片冷却结构带来较大影响。
发明内容
本发明的目的在于提供能够对缘板进行较好冷却的一种带有伸根部供气孔及缘板气膜孔的涡轮动叶。
本发明的目的通过如下技术方案来实现：包括叶身2、下缘板3、和叶根5；所述的叶身2安装在下缘板3上；所述的叶根5内部开设有进气道，进气道的入口设置在叶根5底部；还包括伸根4；所述的伸根4设置在下缘板3与叶根5之间，在伸根4内部开设有冷气通道10，在伸根4表面开设有供气孔9；所述的供气孔9的入口与冷气通道10连通，供气孔9的出口倾斜的指向下缘板3；所述的下缘板3上开设有缘板气膜孔8；所述的叶身2内部开设有由叶身前缘6延伸到叶身尾缘7的冷却空气流道；所述的冷气通道10与叶根5内部的进气道及叶身2内部的冷却空气流道连通。
本发明还可以包括：
所述的供气孔9的出口倾斜的指向下缘板3的高温区域；所述的缘板气膜孔8开设在下缘板3的高温区域上；冷却空气由叶根5底部的进气道流入，进入伸根4内部的冷气通道10中，由伸根4上的供气孔9流出，对下缘板3的高温区域进行冲击冷却后，由缘板气膜孔8流出，对下缘板3形成冷却空气气膜覆盖。
所述的供气孔9为圆孔，供气孔9设置在伸根4无变形且厚度较大处。
所述的供气孔9的截面积与下缘板3上缘板气膜孔8喉部截面积之和的比例为1.2～2之间。
所述的叶根5为枞树形榫根，用于与轮盘的枞树形榫槽配合。
所述的缘板气膜孔8与下缘板3呈一定空间角度，缘板气膜孔8采用圆形等截面积气膜孔、或簸箕型气膜孔、或扩张型气膜孔。
本发明的有益效果在于：
本发明采用根部供气孔及缘板气膜孔组合的冷却结构，能有效冷却燃气轮机涡轮动叶缘板，且该结构不会对原有冷却结构带来较大改动，能够满足冷却效果及工艺性的双重要求。本发明不会增加叶片的铸造难度且加工难度低，能够有效保证叶片的成品率。本发明能够有效增加叶片使用的安全性及使用寿命。
附图说明
图1为一种带有伸根部供气孔及缘板气膜孔的涡轮动叶的正面结构示意图。
图2为一种带有伸根部供气孔及缘板气膜孔的涡轮动叶的背面结构示意图。
图3为一种带有伸根部供气孔及缘板气膜孔的涡轮动叶的透视图。
图4为图1的A向视图。
图5为未采用本发明的高压涡轮动叶与轮盘装配后的局部透视图。
图6为采用本发明的高压涡轮动叶与轮盘装配后的局部透视图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步描述。
本发明提供了一种用于工业或船用燃气轮机，能够对缘板进行较好冷却的燃气轮机涡轮叶片。本发明未对原有冷却结构进行较大改动，同时该结构相对简单，加工制造方便，冷却效果好。
一种带有伸根部供气孔及缘板气膜孔的涡轮动叶1，它属于燃气轮机领域，包括叶身2、下缘板3、和叶根5；所述的叶身2安装在下缘板3上；所述的叶根5内部开设有进气道，进气道的入口设置在叶根5底部；还包括伸根4；所述的伸根4设置在下缘板3与叶根5之间，在伸根4内部开设有冷气通道10，在伸根4表面开设有供气孔9；所述的供气孔9的入口与冷气通道10连通，供气孔9的出口倾斜的指向下缘板3；所述的下缘板3上开设有缘板气膜孔8；所述的叶身2内部开设有由叶身前缘6延伸到叶身尾缘7的冷却空气流道；所述的冷气通道10与叶根5内部的进气道及叶身2内部的冷却空气流道连通。
本发明中根部供气孔及缘板气膜孔组合的冷却结构能有效的冷却燃气轮机涡轮动叶缘板，且该结构不会对原有冷却结构带来较大改动。该冷却结构能够满足冷却效果及工艺性的双重要求，采用该冷却结构不会增加叶片的铸造难度且机加难度低，能够有效的保证叶片的成品率。本发明能够有效增加叶片使用的安全性及使用寿命，且加工难度低，能够满足冷却效果及工艺性的双重要求。
图5示出了未采用本技术的涡轮动叶与轮盘装配后的部分横截面。涡轮动叶的下缘板3与伸根4及相邻涡轮叶片1的下缘板3与伸根4及轮盘13共同包围出空气腔11。由图中可见，空气腔11是被严密包围的，在燃气轮机涡轮工作过程中，空气腔11中没有空气流动，即没有空气流出或流入腔11。由图5可以看到，高达上千度的高温燃气在下缘板3与叶片2构成的通道中流动，会对腔11持续加温，因腔11内没有空气流动，最终腔11内的空气温度会被加温至与高温燃气温度相近，这会导致下缘板3的温度过高，严重影响叶片使用的安全性及叶片寿命。
图6示出了本发明的涡轮动叶1与轮盘装配后的部分横截面。由图中可以看出，箭头所示的冷却空气由叶片底部流入冷气通道10，由伸根4上的供气孔9流出，对下缘板3的面冲击冷却后，由缘板气膜孔8流出。采用本发明后，腔11中有冷却空气流动，由缘板气膜孔8流出的冷却空气可对缘板3形成覆盖，下缘板3的温度较未采用本发明的叶片有显著的降低，可以大幅提高叶片使用的安全性及叶片寿命。
实施例1：
参见图1及图2，该图示出了带有根部供气孔及缘板气膜孔的涡轮叶片1，包括在前缘6和尾缘7之间延伸的叶身2，安装在由伸根4支撑的下缘板3上，下缘板3通过圆形的过渡半径与叶身2连接，伸根4将下缘板3与叶根5相连，叶根5为枞树形榫根，用于与轮盘的枞树形榫槽配合。叶身2在前缘6与尾缘7之间有一个或多个提供冷却空气循环的冷气通道，冷气通道由叶片底部向叶片顶部延伸。图1示出了在伸根4上的供气孔9，用于向位于下缘板3上的缘板气膜孔8供冷却空气，冷气空气可由缘板气膜孔8流出，对下缘板3形成冷却空气气膜覆盖。
图3示出了涡轮叶片1的截面图，黑色箭头所示的冷却空气由叶片底部流入冷气通道10，由伸根4上的供气孔9流出，对下缘板3的面冲击冷却后，由缘板气膜孔8流出。供气孔9开设在伸根段4无变形和厚度较大处，供气孔为圆形，孔的截面大体恒定，避免对强度带来负面影响。供气孔9的出口倾斜的指向缘板高温区域，喷出的冷却空气可对高温区域实现冲击冷却。
实施例2：
图4示出了缘板气膜孔8在下缘板3上的位置，本例中，缘板气膜孔8布置于下缘板3的中间偏上位置，这是由气膜孔加工工艺性及冷却设计所共同决定的。缘板气膜孔8可根据叶片冷却设计所需，布置在叶片下缘板的任意合适位置。缘板气膜孔8与叶片缘板3呈一定空间角度，本实施例所示缘板气膜孔8采用圆形等截面积气膜孔，该气膜孔也可采用簸箕型或扩张型等形状。
实施例3：
优选地，伸根上的供气孔及叶片缘板上的气膜孔均可在叶片铸造完成后，由机械加工的方法加工，这种结构有效降低了叶片加工的难度。
更优选地，伸根上4圆孔的截面积与下缘板3上气膜孔喉部截面积之和的比例为1.2～2之间。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种带有伸根部供气孔及缘板气膜孔的涡轮动叶，包括叶身(2)、下缘板(3)、和叶根(5)；所述的叶身(2)安装在下缘板(3)上；所述的叶根(5)内部开设有进气道，进气道的入口设置在叶根(5)底部；其特征在于：还包括伸根(4)；所述的伸根(4)设置在下缘板(3)与叶根(5)之间，在伸根(4)内部开设有冷气通道(10)，在伸根(4)表面开设有供气孔(9)；所述的供气孔(9)的入口与冷气通道(10)连通，供气孔(9)的出口倾斜的指向下缘板(3)；所述的下缘板(3)上开设有缘板气膜孔(8)；所述的叶身(2)内部开设有由叶身前缘(6)延伸到叶身尾缘(7)的冷却空气流道；所述的冷气通道(10)与叶根(5)内部的进气道及叶身(2)内部的冷却空气流道连通。
2.根据权利要求1所述的一种带有伸根部供气孔及缘板气膜孔的涡轮动叶，其特征在于：所述的供气孔(9)的出口倾斜的指向下缘板(3)的高温区域；所述的缘板气膜孔(8)开设在下缘板(3)的高温区域上；冷却空气由叶根(5)底部的进气道流入，进入伸根(4)内部的冷气通道(10)中，由伸根(4)上的供气孔(9)流出，对下缘板(3)的高温区域进行冲击冷却后，由缘板气膜孔(8)流出，对下缘板(3)形成冷却空气气膜覆盖。
3.根据权利要求1或2所述的一种带有伸根部供气孔及缘板气膜孔的涡轮动叶，其特征在于：所述的供气孔(9)为圆孔，供气孔(9)设置在伸根(4)无变形且厚度较大处。
4.根据权利要求1或2所述的一种带有伸根部供气孔及缘板气膜孔的涡轮动叶，其特征在于：所述的供气孔(9)的截面积与下缘板(3)上缘板气膜孔(8)喉部截面积之和的比例为1.2～2之间。
5.根据权利要求3所述的一种带有伸根部供气孔及缘板气膜孔的涡轮动叶，其特征在于：所述的供气孔(9)的截面积与下缘板(3)上缘板气膜孔(8)喉部截面积之和的比例为1.2～2之间。
6.根据权利要求1或2所述的一种带有伸根部供气孔及缘板气膜孔的涡轮动叶，其特征在于：所述的叶根(5)为枞树形榫根，用于与轮盘的枞树形榫槽配合。
7.根据权利要求3所述的一种带有伸根部供气孔及缘板气膜孔的涡轮动叶，其特征在于：所述的叶根(5)为枞树形榫根，用于与轮盘的枞树形榫槽配合。
8.根据权利要求4所述的一种带有伸根部供气孔及缘板气膜孔的涡轮动叶，其特征在于：所述的叶根(5)为枞树形榫根，用于与轮盘的枞树形榫槽配合。
9.根据权利要求5所述的一种带有伸根部供气孔及缘板气膜孔的涡轮动叶，其特征在于：所述的叶根(5)为枞树形榫根，用于与轮盘的枞树形榫槽配合。
10.根据权利要求9所述的一种带有伸根部供气孔及缘板气膜孔的涡轮动叶，其特征在于：所述的缘板气膜孔(8)与下缘板(3)呈一定空间角度，缘板气膜孔(8)采用圆形等截面积气膜孔、或簸箕型气膜孔、或扩张型气膜孔。
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