CN1910343A - 燃气轮机用的被冷却的叶片 - Google Patents

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Abstract

用于燃气轮机的被冷却的叶片(10)，具有从叶根(12)和叶柄(25)出发、具有前缘(19)和后缘(20)的叶片板(11)以及在叶片板(11)内部具有多个径向延伸的、在通流方面串联连接的冷却通道(13，14，15)，其中的第一冷却通道(13)沿着前缘(19)、第二冷却通道(15)沿着后缘(20)从叶片板(11)的叶根(12)向尖部被冷却介质的主流流过，第一冷却通道(13)的入口与主冷却入口(16)连通，第一冷却通道(13)的出口通过第一转向区域(17)、布置在第一和第二冷却通道(13，15)之间的第三冷却通道(14)和第二转向区域(18)与第二冷却通道(15)的入口连通。设置了第一装置(23)，通过它们给从第三冷却通道(14)流入第二冷却通道(15)中的被加热的冷却介质主流从外部附加一个较冷的冷却介质附加流。所述第一装置包括从主冷却入口(16)向第二转向区域(18)延伸的钻孔(23)，由此可特别简单地实现本发明目的。

Description

燃气轮机用的被冷却的叶片
技术领域
本发明涉及燃气轮机技术领域。它提出一种按照权利要求1前叙部分类型的用于燃气轮机的被冷却的叶片。
这样的叶片已经例如由文献US-A-4,278,400公开。
现有技术
在高效率的现代燃气轮机中使用设置有围带的叶片，这些叶片在运行中承受温度高于1200K、压力高于6bar的热气。
在图1中示出一个带有围带的叶片的基本配置。该叶片10包含一个叶片板11，该叶片板向下通过叶柄25过渡到叶根12中。在上端部，即在叶尖或叶片板尖上，叶片板11过渡到围带段21中，该围带段在工作轮轮缘完整时与其它叶片的围带段一起构成一个封闭的环形围带。叶片板具有一个跨距，它以该跨距从叶柄延伸到叶尖。当叶片装在涡轮机中时，叶片的该跨距定向在涡轮横截面的径向上，因此，该跨距的方向也被称为径向。叶片板11具有前缘19，它被热气从旁边流过，还具有后缘20。在叶片板11的内部布置了多个径向的冷却通道13，14和15，它们通过转向区域17，18在通流方面相互连接并形成具有多个壁的一个环行线(见图1的冷却通道13，14，15中的流动箭头)。
由于冷却介质一次通过环行线状前后连接的冷却通道13，14，15，冷却介质温度逐渐增高地流过这些冷却通道并在后缘20的最后的冷却通道15中达到最高温度。因此，叶片10的后缘20在一定运行条件下可能达到过高的冷却介质温度和叶片材料或叶片金属温度。由此产生的金属温度在叶片轴向长度上失配会导致高温蠕变并由此导致后缘20变形。对于如图1中所示的带有围带的叶片，作为后缘变形的从属效果，发生围带弧段21在轴向上、径向上和切向上的倾翻。围带弧段21的倾翻会导致各个围带弧段之间的缝隙可打开并且高温热气可进入围带空腔中。由此，围带金属的温度会显著升高并迅速引起围带蠕变，最终导致围带高温失灵。
在开头提到的文献US-A-4,278,400中建议，对于具有被冷却的尖和在前缘上精密分布的冷却孔(膜冷却)的叶片，在冷却叶片时进行多次供给。在主冷却流的90°转向的末端横向于主冷却流的流动方向布置一个喷射器，通过该喷射器将更冷的冷却介质的附加流喷射到沿着后缘的冷却通道中。通过一个径向穿过根部的通道对喷射器供给冷却介质。从喷射器的喷嘴以较高速度流出的冷却介质产生低压，该低压将变热的冷却介质从前缘的冷却通道吸入到后缘的冷却通道中。沿前缘流动的冷却介质的约45％通过前缘上的冷却孔排出。40％被喷射器吸入。剩余部分通过叶尖上的冷却孔排出。
这种已公开的多次供给冷却介质的方式具有多种不同的缺陷：与通过前缘上的冷却通道入口一次供给的配置相比，冷却通道中的压力情况和流动情况由于喷射器而大大改变。尤其是必须找出和调整在前缘上为进行膜冷却而流出的冷却介质与由喷射器吸入的冷却介质之间的平衡。这要求对叶片冷却进行全新的结构设计，该设计很难适应变化的要求。喷射器原理和与此相关的低压产生不适合用于没有前缘膜冷却的叶片和带有被冷却的围带的叶片。
发明内容
因此，本发明提供一种开头所述类型的被冷却的叶片，它避免了已知叶片的上述缺陷。本发明可以在带有或不带有围带的叶片上、在带有被冷却的围带的叶片上、并且与是否存在前缘的膜冷却无关地实现。已经存在的叶片也可以在这里所说明的意义上变更。
在权利要求1中说明的叶片中，冷却介质附加流直接从主冷却入口分支出并通过一个在主冷却入口与第二转向区域之间延伸的孔供送到沿着后缘的冷却通道中，该孔在示例的实施方式中是一个钻孔或者是一个在铸造时制成的孔。该冷却介质流通过旁通孔从主冷却流分支出并且之后又添加上去，因此，冷却介质流总体保持不变。
本发明一个有利实施方式的特点在于，该钻孔这样构造和布置，使得流过该钻孔的冷却介质通过第二转向区域直接流入第二冷却通道中。由此通过旁通流在后缘冷却通道中得到特别有效的温度降低。
其它实施方式由从属权利要求中得知。
附图说明
下面借助实施例结合附图详细解释本发明。附图表示：
图1按照本发明优选实施例多次供给冷却介质并带有被冷却的围带的被冷却的燃气轮机叶片的配置的纵剖面，
图2图1所示叶片的根部区域的放大图，带有主冷却入口与第二转向区域之间的旁通钻孔，
图3图1和2所示叶片的围带段从上面看的俯视图，和
图4-6图1和2所示叶片的围带区域沿图5中所示出的平行剖切面A-A，B-B和C-C的不同剖面。
具体实施方式
在图1和2中表示出按照本发明被多次供给冷却介质的被冷却的燃气轮机叶片的一个优选实施例。冷却介质的主流在叶柄25的区域中通过主冷却入口16从下面进入冷却通道13中并且又部分地通过围带段21中的孔(图3至6中的钻孔27，…，29)、部分地沿着后缘20排出(见图1中示出的围带段21上和后缘20上的箭头)。
流入主冷却入口16中的冷却介质的一部分通过一个钻孔23分支并经过第二转向区域18导送给后缘上的冷却通道15。在此，钻孔23优选这样构造和布置(即：在当前情况下倾斜向上通)，使得流过它的冷却介质流不绕路地直接转向到冷却通道15中。旁通钻孔23的目的在于，将较冷的冷却介质直接导入叶片10的后缘区域中。
附加在叶片10的围带段21中设置了另外的钻孔27，28，29(图3至6)。通过这些钻孔27，28，29流出的冷却介质用于主动冷却围带段21。围带段21中的这些冷却钻孔27，28，29优选具有在0.6mm到4mm之间范围内的内直径。所有三个钻孔27，28，29在围带段21上这样定位和确定尺寸，使得射流不均匀地进入围带空腔的主流中。
                     附图标记
10                叶片
11                叶片板
12                叶根
13，14，15        冷却通道
16                主冷却入口
17，18            转向区域
19                前缘
20                后缘
21                围带段
23                孔
24                芯孔
25                叶柄
27，…，29        钻孔

Claims (7)

1.用于燃气轮机的被冷却的叶片(10)，该叶片(10)具有以叶片板跨距从叶根(12)和叶柄(25)到叶尖延伸的、具有前缘(19)和后缘(20)的叶片板(11)，其中，在叶片板(11)内部布置多个冷却通道，这些冷却通道在通流方面串联连接并且沿着所述叶片板跨距从叶柄向叶尖延伸，其中的一个第一冷却通道(13)沿着前缘(19)布置，一个第二冷却通道(15)沿着后缘(20)布置，该第一和第二冷却通道被设计和布置得用于被冷却介质的主流在叶片板跨距方向上朝向叶尖流过，其中，第一冷却通道(13)的入口与主冷却入口(16)连通，第一冷却通道(13)的出口通过一个第一转向区域(17)、至少一个布置在第一和第二冷却通道(13，15)之间的第三冷却通道(14)和一个布置在第三冷却通道与第二冷却通道之间的第二转向区域(18)与第二冷却通道(15)的入口在流体方面连通，并且，设置了第一装置(23)，通过它们给从第三冷却通道(14)流入第二冷却通道(15)中的被加热的冷却介质主流附加一个冷却介质附加流，其特征在于，所述第一装置包括一个从主冷却入口(16)向第二转向区域(18)延伸的孔(23)。
2.根据权利要求1所述的叶片，其特征在于，该孔(23)这样构造和布置，使得流过该孔(23)的冷却介质通过第二转向区域(18)直接流入第二冷却通道(15)中。
3.根据权利要求1或2所述的叶片，其特征在于，该孔是一个钻孔。
4.根据前述权利要求之一所述的叶片，其特征在于，设置出口孔(27，…，29)，它们布置在主冷却入口(16)和第二转向区域(18)之间，冷却介质主流的一个支流通过它们流出。
5.根据权利要求4所述的叶片，其特征在于，该叶片(10)在上端部具有一个围带段(21)，所述附加的出口孔包括布置在围带段(21)中的钻孔(27，…，29)。
6.根据权利要求5所述的叶片，其特征在于，在围带段中设置至少三个钻孔(27，…，29)，它们具有在0.6mm到4mm之间范围内的内直径。
7.根据前述权利要求之一所述的叶片，其特征在于，它具有刚好一个第三冷却通道。
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