CN113931702A - 燃气轮机、导向叶片及其导叶缘板 - Google Patents

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Abstract

本发明的一个目的在于提供一种导叶缘板,能够提升对导向叶片及其缘板的冷却效率。本发明的另一目的在于提供一种导向叶片,其包括前述导叶缘板。本发明的又一目的在于提供一种燃气轮机,其包括前述导向叶片。为实现前述一个目的的导叶缘板,具有缘板本体、冲击盖板以及形成于冲击盖板与缘板本体之间的冲击腔,缘板本体上贯穿开设有气膜孔,并具有前缘部以及尾缘部。缘板本体的前缘部和/或尾缘部中开设有冷却腔,冲击腔的内侧壁面开设有通道,通道连通冷却腔与冲击腔,冷却腔的壁面中开设有气膜孔,气膜孔连通冷却腔以及缘板的流道面外侧。

Description

燃气轮机、导向叶片及其导叶缘板
技术领域
本发明涉及一种燃气轮机、导向叶片及其导叶缘板。
背景技术
航空发动机涡轮前燃气温度不断提高以获得更好的热效率,这使得涡轮叶片面临着日趋恶劣的工作环境。除了不断发展新材料和新工艺以外,还必须对涡轮叶片采取高效的冷却措施。
如图1示出了现有导向叶片结构的示意图,图2为现有导向叶片缘板的剖面示意图。导叶缘板9主要包括五个部分,前缘区域91、与叶身90相联的中间区域92、尾缘区域93、前缘安装边94和尾缘安装边95。
目前常用的冷却设计是通过在缘板背面焊接冲击盖板96,其与缘板9之间形成冲击腔900。在冲击盖板96上打冲击孔961,冷气通过冲击孔961进入冲击腔900。冷气冲击缘板9背面97,再通过缘板9上的气膜孔98流出。
然而发明人发现,由于缘板9背面97设计有安装结构,冲击盖板96只能覆盖缘板中间区域92,而缘板前缘区域91与尾缘区域93则无法布置冲击冷却。在高温燃气的作用下,缘板9的前缘与尾缘区域会形成高温区,从而造成叶片相应区域出现损坏。
发明内容
本发明的一个目的在于提供一种导叶缘板,能够提升对导向叶片及其缘板的冷却效率。
本发明的另一目的在于提供一种导向叶片,其包括前述导叶缘板。
本发明的又一目的在于提供一种燃气轮机,其包括前述导向叶片。
为实现前述一个目的的导叶缘板,具有缘板本体、冲击盖板以及形成于所述冲击盖板与所述缘板本体之间的冲击腔,所述缘板本体上贯穿开设有气膜孔,并具有前缘部以及尾缘部;
所述缘板本体的所述前缘部和/或所述尾缘部中开设有冷却腔,所述冲击腔的内侧壁面开设有通道,所述通道连通所述冷却腔与所述冲击腔,所述冷却腔的壁面中开设有所述气膜孔,所述气膜孔连通所述冷却腔以及所述缘板的流道面外侧。
在一个或多个实施方式中,所述冷却腔包括:
第一冷却腔,开设于所述前缘部中;以及
第二冷却腔,开设于所述尾缘部中;
其中,所述通道包括第一通道以及第二通道,所述第一通道连通所述第一冷却腔以及所述冲击腔,所述第二通道连通所述第二冷却腔以及所述冲击腔。
在一个或多个实施方式中,所述气膜孔包括:
第一气膜孔,连通所述第一冷却腔以及所述缘板本体的流道面外侧;
第二气膜孔,连通所述第二冷却腔以及所述缘板本体的流道面外侧;
其中,所述缘板本体具有长度方向以及宽度方向,所述第一气膜孔以及所述第二气膜孔分别为沿所述长度方向设置的至少一排,每一排所述第一气膜孔具有多个沿所述宽度方向设置的第一气膜孔,每一排所述第二气膜孔沿具有多个沿所述宽度方向设置的第二气膜孔。
在一个或多个实施方式中,所述第一气膜孔、所述第二气膜孔分别为斜孔。
在一个或多个实施方式中,所述第一气膜孔自所述第一冷却腔至所述缘板本体的流道面外侧、所述第二气膜孔自所述第二冷却腔至所述缘板本体的流道面外侧分别朝所述尾缘部的端部倾斜。
在一个或多个实施方式中,所述第一通道和/或所述第二通道为沿所述宽度方向间隔开设的多个。
在一个或多个实施方式中,所述缘板本体在所述宽度方向上的两侧具有缘板侧壁,所述第一通道和/或所述第二通道为开口,所述开口沿所述宽度方向延伸,两侧分别由所述缘板侧壁限定。
在一个或多个实施方式中,所述冷却腔通过铸造制出。
为实现前述另一目的的导向叶片,具有上缘板、叶身以及下缘板,其特征在于,所述上缘板和/或所述下缘板为如前所述的导叶缘板。
为实现前述又一目的的燃气轮机,具有如前所述的导向叶片。
本发明的增益效果包括至少如下一个或多个方面:
通过设置冷却腔,使得冷却腔对应的外表面侧布置的气膜孔流出的冷气在缘板本体的前缘部和/或尾缘部表面形成冷气薄膜,大大降低缘板前缘部和/或尾缘部表面的温度,从而能减少实际工况中涡轮导叶缘板前缘部和/或尾缘部区域的损坏。
附图说明
本发明的上述的以及其他的特征、性质和优势将通过下面结合附图和实施例的描述而变得更加明显,其中:
图1示出了现有导叶的示意图;
图2示出了现有导叶缘板的剖视示意图;
图3示出了本导叶缘板一个实施方式下的剖视示意图;
图4示出了本导向叶片一个实施方式下的立体示意图。
具体实施方式
下述公开了多种不同的实施所述的主题技术方案的实施方式或者实施例。为简化公开内容,下面描述了各元件和排列的具体实例,当然,这些仅仅为例子而已,并非是对本申请的保护范围进行限制。例如在说明书中随后记载的第一特征在第二特征上方或者上面形成,可以包括第一和第二特征通过直接联系的方式形成的实施方式,也可包括在第一和第二特征之间形成附加特征的实施方式,从而第一和第二特征之间可以不直接联系。另外,这些公开内容中可能会在不同的例子中重复附图标记和/或字母。该重复是为了简要和清楚,其本身不表示要讨论的各实施方式和/或结构间的关系。进一步地,当第一元件是用与第二元件相连或结合的方式描述的,该说明包括第一和第二元件直接相连或彼此结合的实施方式,也包括采用一个或多个其他介入元件加入使第一和第二元件间接地相连或彼此结合。
需要注意的是,在使用到的情况下,如下描述中的上、下、左、右、前、后、顶、底、正、反、顺时针和逆时针仅仅是出于方便的目的所使用的,而并不暗示任何具体的固定方向。事实上,它们被用于反映对象的各个部分之间的相对位置和/或方向。
需要注意的是,这些以及后续其他的附图均仅作为示例,其并非是按照等比例的条件绘制的,并且不应该以此作为对本发明实际要求的保护范围构成限制。此外,不同实施方式下的变换方式可以进行适当组合。
需要说明的是,如后文所述的附图标记与背景技术中的附图标记采用不同的标记系统,二者的附图标记之间无关联。
为解决背景技术中导向叶片缘板冷却效率低下的问题,本发明的一个方面提供了一种导叶缘板。如图3示出了导叶缘板一个实施方式下的剖视示意图。
导叶缘板具有缘板本体1、冲击盖板2以及形成于冲击盖板2与缘板本体1之间的冲击腔20。缘板本体1中贯穿地开设有气膜孔10,并具有前缘部11以及尾缘部12。在冲击盖板2上开设有冲击孔21。
其中,缘板本体1的前缘部11和/或尾缘部12中开设有冷却腔100,冲击腔20的内侧壁面开设有通道200,通道200连通冷却腔100以及冲击腔20,在冷却腔100的壁面中也开设有气膜孔10,气膜孔10连通冷却腔100以及缘板本体1的流道面13外侧。其中,流道面13为缘板本体1上主流经过的表面。
当通冷气时,冷气经过冲击盖板2上的冲击孔21后形成冲击冷却,一部分冷气进入冲击腔20冲击缘板本体1背面后从气膜孔10流出,另一部分冷气进入冲击腔20后通过通道200进入到前缘部11和/或尾缘部12中开设的冷却腔100,再自冷却腔100壁面上的气膜孔10流出,形成为前缘部11和/或尾缘部12的进一步冷却。
通过在缘板本体1的前缘部11和/或尾缘部12设计与冲击腔20相连通的空腔结构,使得冲击腔内的冷气进入前缘部11和/或尾缘部12的冷却腔100后,从冷却腔100对应的外表面侧布置的气膜孔10流出。从而可以将气膜孔10设计在前缘部11和/或尾缘部12的高温区域。从冷却腔100对应的外表面侧布置的气膜孔10流出的冷气在缘板本体1的前缘部11和/或尾缘部12表面形成冷气薄膜,大大降低缘板前缘部11和/或尾缘部12表面的温度,从而能减少实际工况中涡轮导叶缘板前缘部11和/或尾缘部12区域的损坏。
如前所述的导叶缘板可以是应用于如图4中所示的导向叶片中,导向叶片具有上缘板51、叶身50以及下缘板52。其中,在如图中所示的实施方式中,如前所述的导叶缘板是用作导向叶片中的下缘板52,在一些与图示不同的实施方式中,如前所述的导叶缘板也可以是用作为导向叶片中的上缘板51,或是同时用作导向叶片中的上缘板51以及下缘板52。
如图4中所示的导向叶片可以用在一种燃气轮机中。
虽然本导叶缘板的一个实施例如上所述,但是在本导叶缘板的其他实施例中,导叶缘板相对于上述实施例在许多方面都可以具有更多的细节,并且这些细节的至少一部分可以具有多样的变化。下面以一些实施例对这细节和些变化中的至少一部分进行说明。
在导叶缘板的一个实施方式中,冷却腔100是同时开设于缘板本体1前缘部11和尾缘部12中,其包括开设于前缘部11中的第一冷却腔101以及开设于尾缘部12中的第二冷却腔102。对应地,通道200包括第一通道201以及第二通道202。其中,第一通道201连通第一冷却腔101以及冲击腔20,第二通道202连通第二冷却腔102以及冲击腔20。将冷却腔100同时开设于缘板本体1前缘部11和尾缘部12中,使得冲击腔100内的冷气同时进入前缘部11以及尾缘部12的冷却腔100,以实现对前缘部11以及尾缘部12共同进行进一步冷却。
在一个与图示不同的实施方式中,冷却腔100也可以是仅开设于前缘部11或尾缘部12中,以仅针对前缘部11或尾缘部12的高温区域进行冷却。
请结合参见图3以及图4,在导叶缘板的一个实施方式中,气膜孔10包括连通第一冷却腔101以及缘板本体1流道面13外侧的第一气膜孔10a,以及连通第二冷却腔102以及缘板本体1流道面13外侧的第二气膜孔10b。其中,缘板具有长度方向a以及宽度方向b。第一气膜孔10a为如图中所示、沿长度方向a设置的两排,每一排第一气膜孔10a具有沿宽度方向b设置的多个第一气膜孔10a。第二气膜孔10b是如图中所示、沿长度方向a设置的三排,每一排第二气膜孔10b具有沿宽度方向b设置的多个第二气膜孔10b。在一些其他与图示不同的实施方式中,所设置的第一气膜孔10a和/或第二气膜孔10b的排数可以是其他不同、合适的数量,如大于一排的任何数量。其中,气膜孔的排数可以根据实际的冷却需要而设置。通过将第一气膜孔10a以及第二气膜孔10b设置为多排整齐排列,以使在制造中,更易冲孔加工。在一些其他与图示不同的实施方式中,气膜孔的排列形式也可以是其他形式,如沿宽度方向b倾斜排列或每相邻两排间隔排列或根据实际的冷却的需要对气膜孔进行排列。
在导叶缘板的一个实施方式中,第一气膜孔10a以及第二气膜孔10b分别为如图中所示的斜孔。
进一步地,第一气膜孔10a自第一冷却腔101至缘板本体1的流道面13外侧,以及第二气膜孔自第二冷却腔102至缘板本体1的流道面13外侧是分别如图3所示、朝向尾缘部13的端部130倾斜。在如图2所示的现有技术中,设置于前缘区域91以及尾缘区域93的气膜孔分别朝不同的方向倾斜,导致设置于前缘区域91处的气膜孔的倾斜方向会与压气机产生的热气对冲,而导致冷却效果变差。通过将导叶缘板中的第一气膜孔10a、第二气膜孔10b的倾斜方向分别设置为朝向尾缘部13的端部130倾斜,使得第一气膜孔10a、第二气膜孔10b均不会与压气机产生的热气产生对冲,进一步提升了冷却效率。
在导叶缘板的一个实施方式中,第一通道201以及第二通道202分别为沿宽度方向b开设的多个,多个通道200由凸块等结构隔开,在实现了连通功能的同时,不会降低导叶缘板的结构强度。
在导叶缘板的一个实施方式中,缘板本体1在宽度方向b的两侧分别具有缘板侧壁15,第一通道201以及第二通道202为沿宽度方向b延伸开设的开口,开口的两侧而分别由两侧的缘板侧壁15限定。
在导叶缘板的一个实施方式中,第一通道201以及第二通道202也可以是其中一方为多个通道结构,另一方为开口结构。
在导叶缘板的一个实施方式中,第一通道201以及第二通道202为缘板安装部14以及缘板本体1的背面16下移一段后形成,如此设置,使得第一通道201以及第二通道202的设置不会影响导叶缘板原本的安装结构。
在导叶缘板的一个实施方式中,冷却腔100通过铸造工艺制出,第一气膜孔10a、第二气膜孔10b可以是铸造成形后直接打孔形成。其生产加工的方式较为简单。在一些其他实施方式中,导叶缘板也可以是通过其他工艺如增材制造的方式制出。
在导叶缘板的一些实施方式中,第一冷却腔101和/或第二冷却腔102可以是沿宽度方向b间隔设置的多个,在另一些实施方式中,第一冷却腔101和/或第二冷却腔102可以是沿长度方向b延伸、设置的一个。
本发明的增益效果包括至少如下一个或多个方面:
通过设置冷却腔,使得冷却腔对应的外表面侧布置的气膜孔流出的冷气在缘板本体的前缘部和/或尾缘部表面形成冷气薄膜,大大降低缘板前缘部和/或尾缘部表面的温度,从而能减少实际工况中涡轮导叶缘板前缘部和/或尾缘部区域的损坏。
本发明虽然以较佳实施例公开如上,但其并不是用来限定本发明,任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内,都可以做出可能的变动和修改。因此,凡是未脱离本发明技术方案的内容,依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何修改、等同变化及修饰,均落入本发明权利要求所界定的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种导叶缘板,具有缘板本体、冲击盖板以及形成于所述冲击盖板与所述缘板本体之间的冲击腔,所述缘板本体上贯穿开设有气膜孔,并具有前缘部以及尾缘部;
其特征在于,所述缘板本体的所述前缘部和/或所述尾缘部中开设有冷却腔,所述冲击腔的内侧壁面开设有通道,所述通道连通所述冷却腔与所述冲击腔,所述冷却腔的壁面中开设有所述气膜孔,所述气膜孔连通所述冷却腔以及所述缘板的流道面外侧。
2.如权利要求1所述的导叶缘板,其特征在于,所述冷却腔包括:
第一冷却腔,开设于所述前缘部中;以及
第二冷却腔,开设于所述尾缘部中;
其中,所述通道包括第一通道以及第二通道,所述第一通道连通所述第一冷却腔以及所述冲击腔,所述第二通道连通所述第二冷却腔以及所述冲击腔。
3.如权利要求2所述的导叶缘板,其特征在于,所述气膜孔包括:
第一气膜孔,连通所述第一冷却腔以及所述缘板本体的流道面外侧;
第二气膜孔,连通所述第二冷却腔以及所述缘板本体的流道面外侧;
其中,所述缘板本体具有长度方向以及宽度方向,所述第一气膜孔以及所述第二气膜孔分别为沿所述长度方向设置的至少一排,每一排所述第一气膜孔具有多个沿所述宽度方向设置的第一气膜孔,每一排所述第二气膜孔沿具有多个沿所述宽度方向设置的第二气膜孔。
4.如权利要求3所述的导叶缘板,其特征在于,所述第一气膜孔、所述第二气膜孔分别为斜孔。
5.如权利要求4所述的导叶缘板,其特征在于,所述第一气膜孔自所述第一冷却腔至所述缘板本体的流道面外侧、所述第二气膜孔自所述第二冷却腔至所述缘板本体的流道面外侧分别朝所述尾缘部的端部倾斜。
6.如权利要求3所述的导叶缘板,其特征在于,所述第一通道和/或所述第二通道为沿所述宽度方向间隔开设的多个。
7.如权利要求3所述的导叶缘板,其特征在于,所述缘板本体在所述宽度方向上的两侧具有缘板侧壁,所述第一通道和/或所述第二通道为开口,所述开口沿所述宽度方向延伸,两侧分别由所述缘板侧壁限定。
8.如权利要求1所述的导叶缘板,其特征在于,所述冷却腔通过铸造制出。
9.一种导向叶片,具有上缘板、叶身以及下缘板,其特征在于,所述上缘板和/或所述下缘板为如权利要求1至8中任一项所述的导叶缘板。
10.一种燃气轮机,其特征在于,具有如权利要求9中所述的导向叶片。
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