CN115234306A - 一种燃气轮机透平气冷叶片 - Google Patents
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Abstract
一种燃气轮机透平气冷叶片，属于燃气轮机技术领域，包括叶片、伸根及榫头；叶片内部沿弦长方向顺序布设有第一、第二和第三径向通道，第一、第二涡流矩阵区及排气槽；第一径向通道与第二径向通道在叶顶侧由第一冷却气流衔接腔连通；第二径向通道与第三径向通道在伸根侧由第二冷却气流衔接腔连通；第三径向通道依次通过第一涡流矩阵区和第二涡流矩阵区与排气槽连通；伸根及榫头内部沿弦长方向顺序布设有第一和第二冷却气流进气通道；第一、第二和第三径向通道的叶片内壁面上均设有斜肋；第一和第二涡流矩阵区的叶片内壁面上均设有扰流换热肋和扰流柱；排气槽的叶片内壁面上均设有斜交叉肋和平行肋，且斜交叉肋和平行肋沿叶片展长方向交替分布。
Description
技术领域
本发明属于燃气轮机技术领域，特别是涉及一种燃气轮机透平气冷叶片。
背景技术
透平作为燃气轮机三大核心部件之一，能够将来自燃烧室的高温高压燃气内能转化为机械能，其工作温度已远远超过金属的熔点温度，工作环境非常恶劣。为了保证透平叶片能够长期稳定工作，透平叶片内部通常需要设计冷却通道，用来通过冷却空气吸走叶片本体热量。
目前，燃气轮机透平的进口初温越来越高，为保证透平叶片在超限温度环境下的工作可靠性及超长使用寿命，一方面，需要采用从压气机抽取较高比例的冷却空气量与透平叶片进行热交换，以达到降低透平叶片表面温度的目的；另一方面，需要采用高性能材料及热障涂层，用来提高透平叶片对高温的耐受能力。
然而，由于透平叶片的冷却通道较大，导致冷气流速低且流程短，同时由于透平叶片的特殊几何特性，容易造成叶片表面温度不均匀，从而造成较大的热应力，而且较大的引气量还会造成整机效率的降低。此外，如果选择高性能材料来满足叶片对高温的要求，会大幅度提高透平叶片的制造成本。
发明内容
针对现有技术存在的问题，本发明提供一种燃气轮机透平气冷叶片，依据叶片本体温度场分布，采用径向多通道设计及涡流矩阵布局，进一步增加冷却通道的流程，进而提高叶片的换热效率，使叶片表面能够获得更低的温度，且温度分布也更加均匀，与选择高性能材料来满足高温要求的叶片相比，具有更低的制造成本。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种燃气轮机透平气冷叶片，包括叶片、伸根及榫头；在所述叶片内部沿弦长方向顺序布设有第一径向通道、第二径向通道、第三径向通道、第一涡流矩阵区、第二涡流矩阵区及排气槽；所述第一径向通道与第二径向通道在叶顶侧由第一冷却气流衔接腔连通；所述第二径向通道与第三径向通道在伸根侧由第二冷却气流衔接腔连通；所述第三径向通道依次通过第一涡流矩阵区和第二涡流矩阵区与排气槽连通。
在所述伸根及榫头内部沿叶片弦长方向顺序布设有第一冷却气流进气通道和第二冷却气流进气通道；所述第一冷却气流进气通道与叶片内部的第一径向通道连通；所述第二冷却气流进气通道与叶片内部的第一涡流矩阵区及第二涡流矩阵区连通。
在所述第一冷却气流进气通道内设有冷却气流进气分流隔板。
在所述叶片的叶顶底板上开设有排气通孔，且排气通孔的数量至少为一个。
在所述榫头的榫底开设有主进气孔，在榫头的侧部开设有辅助进气孔。
在所述第一径向通道、第二径向通道和第三径向通道的叶片内壁面上均设有斜肋。
在所述第一涡流矩阵区和第二涡流矩阵区的叶片内壁面上均设有扰流换热肋和扰流柱。
在所述排气槽的叶片内壁面上均设有斜交叉肋和平行肋，且斜交叉肋和平行肋沿叶片展长方向交替分布。
本发明的有益效果：
本发明的燃气轮机透平气冷叶片，依据叶片本体温度场分布，采用径向多通道设计及涡流矩阵布局，进一步增加冷却通道的流程，进而提高叶片的换热效率，使叶片表面能够获得更低的温度，且温度分布也更加均匀，与选择高性能材料来满足高温要求的叶片相比，具有更低的制造成本。
本发明的燃气轮机透平气冷叶片与传统的燃气轮机透平气冷叶片相比，在相同的燃气初温条件下，减少了从压气机出口的抽气量，从而提高了燃气轮机的输出功率；在相同的冷却空气量条件下，可进一步提高透平的进口温度，从而用来获得更高的输出功率和整机效率。
附图说明
图1为本发明的一种燃气轮机透平气冷叶片的外观图；
图2为本发明的一种燃气轮机透平气冷叶片的内部结构示意图；
图3为图2中A-A剖视图；
图4为本发明的一种燃气轮机透平气冷叶片的排气槽内部肋结构示意图（局部）；
图5为本发明的一种燃气轮机透平气冷叶片的冷却空气在叶片内部流动示意图；
图中，1—叶片，2—伸根，3—榫头，4—第一径向通道，5—第二径向通道，6—第三径向通道，7—第一涡流矩阵区，8—第二涡流矩阵区，9—排气槽，10—第一冷却气流衔接腔，11—第二冷却气流衔接腔，12—第一冷却气流进气通道，13—第二冷却气流进气通道，14—冷却气流进气分流隔板，15—排气通孔，16—主进气孔，17—辅助进气孔，18—斜肋，19—斜交叉肋，20—平行肋。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步的详细说明。
如图1～5所示，一种燃气轮机透平气冷叶片，包括叶片1、伸根2及榫头3；在所述叶片1内部沿弦长方向顺序布设有第一径向通道4、第二径向通道5、第三径向通道6、第一涡流矩阵区7、第二涡流矩阵区8及排气槽9；所述第一径向通道4与第二径向通道5在叶顶侧由第一冷却气流衔接腔10连通；所述第二径向通道5与第三径向通道6在伸根侧由第二冷却气流衔接腔11连通；所述第三径向通道6依次通过第一涡流矩阵区7和第二涡流矩阵区8与排气槽9连通。
在所述伸根2及榫头3内部沿叶片弦长方向顺序布设有第一冷却气流进气通道12和第二冷却气流进气通道13；所述第一冷却气流进气通道12与叶片1内部的第一径向通道4连通；所述第二冷却气流进气通道13与叶片1内部的第一涡流矩阵区7及第二涡流矩阵区8连通。
在所述第一冷却气流进气通道12内设有冷却气流进气分流隔板14。
在所述叶片1的叶顶底板上开设有排气通孔15，且排气通孔15的数量至少为一个。
在所述榫头3的榫底开设有主进气孔16，在榫头3的侧部开设有辅助进气孔17。
在所述第一径向通道4、第二径向通道5和第三径向通道6的叶片1内壁面上均设有斜肋18。
在所述第一涡流矩阵区7和第二涡流矩阵区8的叶片1内壁面上均设有扰流换热肋和扰流柱。
在所述排气槽9的叶片1内壁面上均设有斜交叉肋19和平行肋20，且斜交叉肋19和平行肋20沿叶片1展长方向交替分布。
下面结合附图说明本发明的一次使用过程：
来自压气机出口的冷却空气主要通过榫头3榫底的主进气孔16进入榫头3内部，大部分的冷却空气沿着第一冷却气流进气通道12流入第一径向通道4，少部分的冷却空气沿着第二冷却气流进气通道13流入第一涡流矩阵区7和第二涡流矩阵区8。此外，还有少量的冷却空气会通过榫头3侧部的辅助进气孔17和榫头3连接部位的缝隙进入榫头3内部，用于对榫头3榫槽连接部位进行冷却。
在冷却空气流经第一径向通道4时，由于设有斜肋18，可以将冷却空气的散热系数提高1.5～2倍。当冷却空气流过第一径向通道4后，会直接进入第一冷却气流衔接腔10，进而实现对叶片1的叶顶底板进行冷却，并实现冷却空气流向的180°转弯，并进入第二径向通道5。
在冷却空气流经第一冷却气流衔接腔10时，少量的冷却空气会通过排气通孔15流出叶片1，这部分气流主要用于将冷却空气中的悬浮颗粒带出叶片1，防止径向通道的堵塞。
当冷却空气流经第二径向通道5时，依然可以通过通道内的斜肋18来提高冷却空气的散热系数，当冷却空气流过第二径向通道5后，会直接进入第二冷却气流衔接腔11，并再次实现冷却空气流向的180°转弯，并进入第三径向通道6。
当冷却空气流经第三径向通道6时，依旧通过通道内的斜肋18来提高冷却空气的散热系数，之后冷却空气由第三径向通道6依次通过第一涡流矩阵区7和第二涡流矩阵区8进入排气槽9，冷却空气在第一涡流矩阵区7和第二涡流矩阵区8的过程中，在扰流换热肋及扰流柱的作用下，冷却空气可在第一涡流矩阵区7和第二涡流矩阵区8内形成交叉对流，进一步增大冷却空气与叶片1的接触时间和接触面积，提高了冷却效果。
当冷却空气流经排气槽9时，在斜交叉肋19和平行肋20的作用下，冷却空气可在排气槽9内形成紊流强化冲击，再一次增大了冷却空气与叶片1的接触时间和接触面积，大幅度提高了冷却空气与叶片1的冷却效果，经过最后一次热交换后，冷却空气随后流出排气槽9并排入燃气主流路。
实施例中的方案并非用以限制本发明的专利保护范围，凡未脱离本发明所为的等效实施或变更，均包含于本案的专利范围中。
Claims (8)
1.一种燃气轮机透平气冷叶片，其特征在于：包括叶片、伸根及榫头；在所述叶片内部沿弦长方向顺序布设有第一径向通道、第二径向通道、第三径向通道、第一涡流矩阵区、第二涡流矩阵区及排气槽；所述第一径向通道与第二径向通道在叶顶侧由第一冷却气流衔接腔连通；所述第二径向通道与第三径向通道在伸根侧由第二冷却气流衔接腔连通；所述第三径向通道依次通过第一涡流矩阵区和第二涡流矩阵区与排气槽连通。
2.根据权利要求1所述的一种燃气轮机透平气冷叶片，其特征在于：在所述伸根及榫头内部沿叶片弦长方向顺序布设有第一冷却气流进气通道和第二冷却气流进气通道；所述第一冷却气流进气通道与叶片内部的第一径向通道连通；所述第二冷却气流进气通道与叶片内部的第一涡流矩阵区及第二涡流矩阵区连通。
3.根据权利要求2所述的一种燃气轮机透平气冷叶片，其特征在于：在所述第一冷却气流进气通道内设有冷却气流进气分流隔板。
4.根据权利要求1所述的一种燃气轮机透平气冷叶片，其特征在于：在所述叶片的叶顶底板上开设有排气通孔，且排气通孔的数量至少为一个。
5.根据权利要求1所述的一种燃气轮机透平气冷叶片，其特征在于：在所述榫头的榫底开设有主进气孔，在榫头的侧部开设有辅助进气孔。
6.根据权利要求1所述的一种燃气轮机透平气冷叶片，其特征在于：在所述第一径向通道、第二径向通道和第三径向通道的叶片内壁面上均设有斜肋。
7.根据权利要求1所述的一种燃气轮机透平气冷叶片，其特征在于：在所述第一涡流矩阵区和第二涡流矩阵区的叶片内壁面上均设有扰流换热肋和扰流柱。
8.根据权利要求1所述的一种燃气轮机透平气冷叶片，其特征在于：在所述排气槽的叶片内壁面上均设有斜交叉肋和平行肋，且斜交叉肋和平行肋沿叶片展长方向交替分布。
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Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1211667A (zh) * | 1997-09-01 | 1999-03-24 | 亚瑞亚·勃朗勃威力有限公司 | 燃气轮机的涡轮叶片 |
| JPH11280404A (ja) * | 1998-03-26 | 1999-10-12 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | ガスタービン冷却翼 |
| CN1514111A (zh) * | 2003-07-16 | 2004-07-21 | 沈阳黎明航空发动机（集团）有限责任 | 一种与燃气轮机配套的透平机 |
| CN102979583A (zh) * | 2012-12-18 | 2013-03-20 | 上海交通大学 | 用于燃气轮机涡轮叶片的分离式柱肋冷却结构 |
| US20140079539A1 (en) * | 2012-09-04 | 2014-03-20 | Rolls-Royce Deutschland Ltd & Co Kg | Turbine blade of a gas turbine with swirl-generating element and method for its manufacture |
| CN104196574A (zh) * | 2014-07-15 | 2014-12-10 | 西北工业大学 | 一种燃气涡轮冷却叶片 |
| CN110748384A (zh) * | 2019-11-29 | 2020-02-04 | 大连理工大学 | 一种涡轮叶片尾缘折线式排气劈缝结构 |
| CN112459849A (zh) * | 2020-10-27 | 2021-03-09 | 哈尔滨广瀚燃气轮机有限公司 | 一种用于燃气轮机涡轮叶片的冷却结构 |
-
2022
- 2022-09-21 CN CN202211146983.0A patent/CN115234306A/zh active Pending
Patent Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1211667A (zh) * | 1997-09-01 | 1999-03-24 | 亚瑞亚·勃朗勃威力有限公司 | 燃气轮机的涡轮叶片 |
| JPH11280404A (ja) * | 1998-03-26 | 1999-10-12 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | ガスタービン冷却翼 |
| CN1514111A (zh) * | 2003-07-16 | 2004-07-21 | 沈阳黎明航空发动机（集团）有限责任 | 一种与燃气轮机配套的透平机 |
| US20140079539A1 (en) * | 2012-09-04 | 2014-03-20 | Rolls-Royce Deutschland Ltd & Co Kg | Turbine blade of a gas turbine with swirl-generating element and method for its manufacture |
| CN102979583A (zh) * | 2012-12-18 | 2013-03-20 | 上海交通大学 | 用于燃气轮机涡轮叶片的分离式柱肋冷却结构 |
| CN104196574A (zh) * | 2014-07-15 | 2014-12-10 | 西北工业大学 | 一种燃气涡轮冷却叶片 |
| CN110748384A (zh) * | 2019-11-29 | 2020-02-04 | 大连理工大学 | 一种涡轮叶片尾缘折线式排气劈缝结构 |
| CN112459849A (zh) * | 2020-10-27 | 2021-03-09 | 哈尔滨广瀚燃气轮机有限公司 | 一种用于燃气轮机涡轮叶片的冷却结构 |
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