CN115126548A - 具备气流通道扰流结构的透平叶片和燃气轮机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种具备气流通道扰流结构的透平叶片和应用该具备气流通道扰流结构的透平叶片的燃气轮机，所述具备气流通道扰流结构的透平叶片包括叶片本体和多个扰流肋，所述叶片本体内设有气流通道，所述气流通道适于冷却气流流通；多个所述扰流肋设于所述气流通道的通道壁，多个所述扰流肋沿着所述叶片本体的流向方向间隔排布，且每个所述扰流肋沿着所述叶片本体的展向方向延伸，至少部分所述扰流肋设有多个扰流部，每个所述扰流部适于扰动所述冷却气流。本发明实施例的具备气流通道扰流结构的透平叶片具有换热均匀、换热效果好的优点。

Description

具备气流通道扰流结构的透平叶片和燃气轮机

技术领域

本发明涉及燃气轮机技术领域，具体地，涉及一种具备气流通道扰流结构的透平叶片和应用该具备气流通道扰流结构的透平叶片的燃气轮机。

背景技术

燃气轮机叶片工作在高温、高转速等恶劣的环境中，叶片在工作中需要冷却以保证燃气轮机稳定工作，具备气流通道扰流结构的透平叶片在叶身内部设有扰流肋以增加所述叶身和冷却气流的换热效率，相关技术中的具备气流通道扰流结构的透平叶片的换热效果不佳。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明的实施例提出一种具备气流通道扰流结构的透平叶片，该具备气流通道扰流结构的透平叶片具有换热均匀、换热效果好的优点。

本发明实施例的具备气流通道扰流结构的透平叶片包括叶片本体，所述叶片本体内设有气流通道，所述气流通道适于冷却气流流通；多个扰流肋，多个所述扰流肋设于所述气流通道的通道壁，多个所述扰流肋沿着所述叶片本体的流向方向间隔排布，且每个所述扰流肋沿着所述叶片本体的展向方向延伸，至少部分所述扰流肋设有多个扰流部，每个所述扰流部适于扰动所述冷却气流。

本发明实施例的具备气流通道扰流结构的透平叶片具有换热均匀、换热效果好的优点。

在一些实施例中，相邻两个所述扰流肋之间限制出肋间通道，至少部分所述扰流部位于所述肋间通道内。

在一些实施例中，所述扰流肋具有第一面、第二面和第三面，所述第一面和所述第二面在所述叶片本体的流向方向上相对布置，所述第三面连接在所述第一面和所述第二面之间，多个所述扰流部设于所述第一面和所述第二面的至少一者。

在一些实施例中，所述第一面或所述第二面上的多个所述扰流部分为多个扰流组，多个所述扰流组沿着所述展向方向间隔排布，且每个所述扰流组包括沿着所述流向方向间隔排布的多个所述扰流部；

相邻两个所述扰流组的多个所述扰流部在所述展向方向一一对应，或，相邻两个所述扰流组的多个所述扰流部在所述展向方向错位布置。

在一些实施例中，所述扰流部的高度尺寸沿着所述气流通道内所述冷却气流的流向逐渐增大；

和/或，所述扰流部的宽度尺寸沿着所述气流通道内所述冷却气流的流向逐渐变小。

在一些实施例中，多个所述扰流肋包括多个肋排，每个所述肋排包括多个沿着所述叶片本体的流向方向间隔排布的扰流肋，多个所述肋排沿着所述叶片本体的展向方向间隔布置。

在一些实施例中，多个所述肋排包括多个第一肋排和多个第二肋排，多个所述第一肋排和多个所述第二肋排沿着所述冷却气流的流向交错布置。

在一些实施例中，所述第一肋排的多个扰流肋的延伸方向与所述冷却气流的流向具有第一夹角，所述第二肋排的多个扰流肋的延伸方向与所述冷却气流的流向具有第二夹角，所述第一夹角与所述第二夹角沿着所述气流通道的宽度方向对称。

在一些实施例中，所述扰流肋包括多个第一弯段和多个第二弯段，所述第一弯段和所述第二弯段沿着所述扰流肋的延伸方向交错布置，所述第一弯段朝向与扰流肋延伸方向正交的方向的一侧弯曲，所述第二弯段朝向与扰流肋延伸方向正交的方向的另一侧弯曲。

本发明实施例的燃气轮机包括具备气流通道扰流结构的透平叶片，所述具备气流通道扰流结构的透平叶片可以为上述任一实施例所述的具备气流通道扰流结构的透平叶片。

附图说明

图1是本发明实施例的具备气流通道扰流结构的透平叶片的结构示意图。

图2是图1中B处的局部放大示意图。

图3是图2中C处的局部放大示意图。

图4是图1中B处在本发明另一实施例中的局部放大示意图。

图5是图1中A-A处的剖视示意图。

图6是图1中A-A处在本发明另一实施例中的剖视示意图。

图7是图1中A-A处在本发明另一实施例中的剖视示意图。

图8是图1中A-A处在本发明另一实施例中的剖视示意图。

附图标记：

叶片本体1；第一壁11；第二壁12；气流通道13；

扰流肋2；第一肋排201；第二肋排202；扰流部21；扰流组211；第一扰流组2111；第二扰流组2112；第一弯段22；第二弯段23。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

下面结合图1至图8描述本发明实施例的具备气流通道扰流结构的透平叶片。

本发明实施例的具备气流通道扰流结构的透平叶片包括叶片本体1和多个扰流肋2。

叶片本体1内设有气流通道13，气流通道13适于冷却气流流通。具体地，如图1所示，叶片本体1包括第一壁11和第二壁12，在第一壁11和第二壁12之间具有内腔，内腔中包括气流通道13，气流通道13内具有冷却气流，冷却气流在气流通道13内沿着如图1中a方向流动以冷却具备气流通道扰流结构的透平叶片。

多个扰流肋2设于气流通道13的通道壁，多个扰流肋2沿着叶片本体1的流向方向间隔排布，且每个扰流肋2沿着叶片本体1的展向方向延伸，至少部分扰流肋2设有多个扰流部21，每个扰流部21适于扰动冷却气流。

具体地，如图1所示，多个扰流肋2设于第一壁11和第二壁12的至少一者，且多个扰流肋2位于第一壁11和第二壁12之间的气流通道13内，扰流肋2从气流通道13的内壁凸向气流通道13内侧，叶片本体1的流向方向即为与冷却气流的流向正交的方向，当冷却气流在气流通道13内流动时，扰流肋2扰动冷却气流在气流通道13内的边界层，从而提高冷却气流与气流通道13的通道壁之间的换热效果。

扰流部21设于扰流肋2的表面，当冷却气流掠过扰流部21的表面时，扰流部21扰动冷却气流与扰流肋2之间的边界层气流，增加了冷却气流与扰流肋2相接处的气流的流速和紊流度，从而提高了冷却气流与扰流肋2之间的换热效果。

本发明实施例的具备气流通道扰流结构的透平叶片通过在气流通道13的通道壁的内侧设置多个扰流肋2，扰流肋2上设有多个扰流部21，当冷却气流掠过扰流部21的表面时，扰流部21扰流肋2表面的冷却气流，一方面增加了冷却气流与扰流肋2的接触面积，另一方面增加了扰流肋2表面的冷却气流的紊流度，提高了冷却气流与气流通道13的通道壁之间的换热效果，使冷却气流能将叶片本体中的热量带走以控制叶片本体的温度，从而使本发明实施例的具备气流通道扰流结构的透平叶片具有换热效果好的优点。

在一些实施例中，相邻两个扰流肋2之间限制出肋间通道，至少部分扰流部21位于肋间通道内。

具体地，相邻的两个扰流肋2平行间隔布置，以使相邻的两个扰流肋2之间限制出肋间通道，多个扰流部21从扰流肋2的表面凸向肋间通道内。

由此，当冷却气流在肋间通道内流动时，扰流部21扰动肋间通道内的冷却气流，一方面增大了扰流肋2与冷却气流的接触面积，另一方面提高了肋间通道内冷却气流的紊流度，从而提高了扰流肋2与冷却气流之间的换热效果。

在一些实施例中，扰流肋2具有第一面、第二面和第三面，第一面和第二面在叶片本体1的流向方向上相对布置，第三面连接在第一面和第二面之间，多个扰流部21设于第一面和第二面的至少一者。

具体地，如图2所示，扰流肋2的截面形状为矩形，第一面和第二面平行相对布置，第三面连接在第一面和第二面之间，且第三面远离气流通道13的通道壁，扰流部21设于第一面和第二面上。

由此，相邻的两个扰流肋2其中一者的第一面和另一者的第二面限制出肋间通道，冷却气流的边界层气流在肋间通道内流动，第一面和第二面上的扰流部21扰动肋间通道内的冷却气流，使肋间通道内的冷却气流具有较大的流动阻力。

在一些实施例中，第三面上不设有扰流部21，可以降低扰流肋2和扰流部21对气流通道13内冷却气流的阻力。

在另一些实施例中，第三面上设有扰流部21，扰流部21可以扰动气流通道13内的冷却气流与扰流部21之间的边界层气流，从而增加了冷却气流与扰流部2之间的换热效果。

在一些实施例中，第一面或第二面上的多个扰流部21分为多个扰流组211，多个扰流组211沿着展向方向间隔排布，且每个扰流组211包括沿着流向方向间隔排布的多个扰流部21。

具体地，如图2所示，多个扰流组211沿着图2中a方向间隔布置，每个扰流组211包括多个沿图2中d方向间隔布置的扰流部21，每个扰流组211中的多个扰流肋2的延伸方向与多个扰流组211的延伸方向具有夹角。

由此，在冷却气流流经肋间通道时，多组沿着冷却气流的流向间隔布置的扰流组211依次扰动肋间通道内的冷却气流，从而提高了扰流部21对肋间通道内的冷却气流的扰动效果，每个扰流组211中包含有多个扰流部21，使冷却气流通过扰流组211时，部分冷却气流从相邻的两个扰流部21之间穿过，从而降低了多个扰流组211对冷却气流的阻力。

在一些实施例中，相邻两个扰流组211的多个扰流部21在展向方向一一对应。具体地，如图2所示，多组扰流组211中的多个扰流部21在沿着扰流组211延伸方向上的位置相同。由此，冷却气流在掠过多个扰流组211时从每个扰流组211的相同的位置穿过，降低了多个扰流组211对冷却气流的阻力。

在另一些实施例中，相邻两个扰流组211的多个扰流部21在展向方向错位布置。具体地，如图4所示，多个扰流组211包括多个第一扰流组2111和多个第二扰流组2112，第一扰流组2111和第二扰流组2112沿着扰流肋2的长度方向交错布置，第一扰流组2111中相邻的两个扰流部21之间具有第一设定间隔，第一设定间隔适于冷却气流通过形成间隙气流，第二扰流组2112的扰流部21与间隙气流一一对应。

由此，相邻的两个扰流组211沿着冷却气流的流向交错布置，使经过第一扰流组2111形成的多个间隙气流冲击在第二扰流组2112的多个扰流部21上，提高了多个扰流组211的扰流效果，从而提高了肋间通道内冷却气流的紊流度。

在一些实施例中，扰流部21的高度尺寸沿着气流通道13内冷却气流的流向逐渐增大；和/或，扰流部21的宽度尺寸沿着气流通道13内冷却气流的流向逐渐变小。

具体地，如图3所示，冷却气流沿着a方向流动，沿着冷却气流的流动方向，扰流部21的高度尺寸逐渐增大，且扰流部21的宽度尺寸逐渐减小。

由此，一方面扰流部21的高度尺寸沿着冷却气流的流向逐渐增大，使掠过扰流部21表面的冷却气流在扰流部21的扰动下向远离扰流肋2表面的一侧流动，增加了肋间通道内的冷却气流的紊流度，另一方面扰流部21的宽度尺寸沿着冷却气流的流向逐渐减小，在对扰流肋2表面附近的冷却气流扰动的同时减小了扰流部21在肋间通道内的投影面积，从而降低了扰流部21对冷却气流的阻力。

在另一些实施例中，所述扰流部的形状为水滴形、圆柱形和棱柱形中的任意一种或多种。

在一些实施例中，多个扰流肋2包括多个肋排，每个肋排包括多个沿着叶片本体1的流向方向间隔排布的扰流肋2，多个肋排沿着叶片本体1的展向方向间隔布置。

具体地，如图6所示，冷却气流沿着图6中的a方向流动，多个扰流肋2沿着正交于冷却气流流向的方向平行间隔布置形成肋排，肋排有多个，多个肋排沿着冷却气流的流向间隔布置。

由此，相邻的两个肋排之间具有设定间距，一方面使部分气流通道13的通道壁直接与冷却气流接触，另一方面使冷却气流可以通过设定间距进入肋排的肋间通道内，补充肋间通道内的冷却气流，从而增加肋间通道内的冷却气流与叶片本体1的换热效率。

在一些实施例中，多个肋排包括多个第一肋排201和多个第二肋排202，多个第一肋排201和多个第二肋排202沿着冷却气流的流向交错布置。

具体地，如图6所示，第一肋排201中相邻的两个扰流肋2之间形成第二设定间隔，第二设定间隔适于冷却气流通过形成如图6中b方向流动的第二气流，第二肋排202的扰流肋2与第二气流一一对应。

由此，当第一肋排201中相邻的两个扰流肋2之间的第二气流沿着图6中b方向流动至第二肋排202，第二肋排202中与第二气流对应的扰流肋2将第二气流分隔为如图6中b₁方向的气流和b₂方向的气流，从而增加了第二肋排202中相邻的两个扰流肋2之间的冷却气流的紊流度，从而提高了冷却气流与扰流肋2之间的换热效果。

在一些实施例中，第一肋排201的多个扰流肋2的延伸方向与冷却气流的流向具有第一夹角，第二肋排202的多个扰流肋2的延伸方向与冷却气流的流向具有第二夹角，第一夹角与第二夹角沿着气流通道13的宽度方向对称。

具体地，如图7所示，第一扰流肋2的延伸方向与冷却气流的流向为图7中夹角c₁，第二扰流肋2的延伸方向与冷却气流的流向为图7中夹角c₂，夹角c₁和夹角c₂和的角度相同且沿着图7中a方向对称布置。

由此，第一肋排201和第二肋排202之间具有夹角，一方面增加了冷却气流在多个肋排之间流动的路径长度，另一方面增加了多个肋排之间冷却气流的紊流度，从而提高了冷却气流与扰流肋2之间的换热效果。

在一些实施例中，扰流肋2包括多个第一弯段22和多个第二弯段23，第一弯段22和第二弯段23沿着扰流肋2的延伸方向交错布置，第一弯段22朝向与扰流肋2延伸方向正交的方向的一侧弯曲，第二弯段23朝向与扰流肋2延伸方向正交的方向的另一侧弯曲。

具体地，如图8所示，扰流肋2为波浪形结构，第一弯段22凸向扰流肋2延伸方向的一侧，第二弯段23凸向扰流肋2延伸方向的另一侧。

由此，当冷却气流在相邻的两个扰流肋2之间流动时，在第一弯段22和第二弯段23的扰动下，相邻的两个扰流肋2之间的冷却气流具有较高的紊流度，提高了冷却气流与扰流肋2之间的换热效果。

需要说明的是，本发明实施例的具备气流通道扰流结构的透平叶片在气流通道13内设有多个肋排，每个肋排中的多个扰流肋2的延伸方向与所述冷却气流的流向平行或与冷却气流的流向具有较小夹角，从而当冷却气流在气流通道13内流动时，冷却气流流经多个肋排的肋间通道时，多个肋排之间的冷却气流的流动方向发生改变，避免冷却气流在气流通道13内具有流动死角，从而避免本发明实施例的具备气流通道扰流结构的透平叶片局部冷却不足，使本发明实施例的具备气流通道扰流结构的透平叶片换热均匀。

下面描述本发明实施例的燃气轮机。

本发明实施例的燃气轮机包括具备气流通道扰流结构的透平叶片，具备气流通道扰流结构的透平叶片可以为上述任一实施例的具备气流通道扰流结构的透平叶片。

具体地，本发明实施例的具备气流通道扰流结构的透平叶片通过在具备气流通道扰流结构的透平叶片内部气流通道13的通道壁的内侧设置多个扰流肋2，扰流肋2上设有多个扰流部21，具有换热效果好的优点，从而本发明实施例的燃气轮机在工作时，具备气流通道扰流结构的透平叶片的温度维持在设定温度，从而使本发明实施例的燃气轮机具有能够稳定工作的优点。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接或彼此可通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本发明中，术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管已经示出和描述了上述实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域普通技术人员对上述实施例进行的变化、修改、替换和变型均在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种具备气流通道扰流结构的透平叶片，其特征在于，包括：

叶片本体，所述叶片本体内设有气流通道，所述气流通道适于冷却气流流通；

多个扰流肋，多个所述扰流肋设于所述气流通道的通道壁，多个所述扰流肋沿着所述叶片本体的流向方向间隔排布，且每个所述扰流肋沿着所述叶片本体的展向方向延伸，至少部分所述扰流肋设有多个扰流部，每个所述扰流部适于扰动所述冷却气流。

2.根据权利要求1所述的具备气流通道扰流结构的透平叶片，其特征在于，相邻两个所述扰流肋之间限制出肋间通道，至少部分所述扰流部位于所述肋间通道内。

3.根据权利要求2所述的具备气流通道扰流结构的透平叶片，其特征在于，所述扰流肋具有第一面、第二面和第三面，所述第一面和所述第二面在所述叶片本体的流向方向上相对布置，所述第三面连接在所述第一面和所述第二面之间，多个所述扰流部设于所述第一面和所述第二面的至少一者。

4.根据权利要求3所述的具备气流通道扰流结构的透平叶片，其特征在于，所述第一面或所述第二面上的多个所述扰流部分为多个扰流组，多个所述扰流组沿着所述展向方向间隔排布，且每个所述扰流组包括沿着所述流向方向间隔排布的多个所述扰流部；

相邻两个所述扰流组的多个所述扰流部在所述展向方向一一对应，或，相邻两个所述扰流组的多个所述扰流部在所述展向方向错位布置。

5.根据权利要求1所述的具备气流通道扰流结构的透平叶片，其特征在于，所述扰流部的高度尺寸沿着所述气流通道内所述冷却气流的流向逐渐增大；

和/或，所述扰流部的宽度尺寸沿着所述气流通道内所述冷却气流的流向逐渐变小。

6.根据权利要求1-5中任一项所述的具备气流通道扰流结构的透平叶片，其特征在于，多个所述扰流肋包括多个肋排，每个所述肋排包括多个沿着所述叶片本体的流向方向间隔排布的扰流肋，多个所述肋排沿着所述叶片本体的展向方向间隔布置。

7.根据权利要求6所述的具备气流通道扰流结构的透平叶片，其特征在于，多个所述肋排包括多个第一肋排和多个第二肋排，多个所述

第一肋排和多个所述第二肋排沿着所述冷却气流的流向交错布置。

8.根据权利要求7所述的具备气流通道扰流结构的透平叶片，其特征在于，所述第一肋排的多个扰流肋的延伸方向与所述冷却气流的流向具有第一夹角，所述第二肋排的多个扰流肋的延伸方向与所述冷却气流的流向具有第二夹角，所述第一夹角与所述第二夹角沿着所述气流通道的宽度方向对称。

9.根据权利要求1-8中任一项所述的具备气流通道扰流结构的透平叶片，其特征在于，所述扰流肋包括多个第一弯段和多个第二弯段，所述第一弯段和所述第二弯段沿着所述扰流肋的延伸方向交错布置，所述第一弯段朝向与扰流肋延伸方向正交的方向的一侧弯曲，所述第二弯段朝向与扰流肋延伸方向正交的方向的另一侧弯曲。

10.一种燃气轮机，其特征在于，包括具备气流通道扰流结构的透平叶片，所述具备气流通道扰流结构的透平叶片为根据权利要求1-9中任一项所述的具备气流通道扰流结构的透平叶片。

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