CN208486916U - 用于燃气轮机的叶片和燃气轮机 - Google Patents

Abstract

本公开的实施例涉及用于燃气轮机的叶片(10)和燃气轮机。该叶片(10)包括：平台(1)；叶片尖端(2)；翼型件(3)，在平台(1)与叶片尖端(2)之间延伸；第一冷却管道(4)，布置在翼型件(3)内并且沿燃气轮机的径向方向(R)延伸；在平台(1)内延伸的多个第二冷却管道(5)，多个第二冷却管道(5)中的每个第二冷却管道(5)在入口孔(6)处与第一冷却管道(4)流体连通并且在平台(1)的外表面上包括出口孔(7)；其中多个第二冷却管道(5)的入口孔(6)沿燃气轮机的轴向方向(A)以之字形布置。

Description

用于燃气轮机的叶片和燃气轮机

技术领域

本公开的各个实施例总体上涉及燃气轮机，更具体地涉及具有平台冷却管道的燃气轮机叶片。

背景技术

燃气轮机通常包括压气机部分，燃烧器部分和涡轮部分。在运行过程中，空气在压气机部分被加压并与燃料混合，并且在燃烧室部分中燃烧，以产生热燃烧气体。热燃烧气体通过涡轮部分连通，其中该涡轮部分从热燃烧气体中提取能量，以驱动压气机部分和其他的燃气轮机负载。

燃气轮机的涡轮部分可以包括交替的旋转的动叶和固定的静叶，它们延伸到燃气轮机的流动路径中。动叶旋转以从热燃烧气体中提取能量。静叶以优选的角度引导燃烧气体以进入位于下游的动叶。

目前，现代的燃气轮机通常在极高的温度下运行。温度对燃气轮机转子动叶和/或定子静叶的影响可能不利于涡轮机的有效运行，并且在极端情况下会导致动叶或静叶变形及可能的故障。为了克服这种风险，燃气轮机可以包括专用冷却管道以冷却动叶和静叶之间的区域，从而使得它们可以被暴露于相对高的温度下。

WO2015/057310A2公开了一种转子叶片，其包括：至少部分地在翼型件内部延伸的第一冷却芯；位于平台内部的第二冷却芯；以及在平台的配合面与第二冷却芯之间延伸的冷却孔。但是，穿过平台的冷却孔可能会损坏叶片组件的完整性，甚至会导致叶片破损。在冷却孔的一些配置中，由于机械应力的重叠和冷却孔的彼此接近，这种风险会进一步增加。

实用新型内容

本公开的实施例提供了一种用于燃气轮机的叶片和一种燃气轮机。

在本公开的第一方面，提供了一种用于燃气轮机的叶片。该叶片包括：平台；叶片尖端；翼型件，在平台与叶片尖端之间延伸；第一冷却管道，布置在翼型件内并且沿燃气轮机的径向方向延伸；在平台内延伸的多个第二冷却管道，多个第二冷却管道中的每个第二冷却管道在入口孔处与第一冷却管道流体连通并且在平台的外表面上包括出口孔；其中多个第二冷却管道的入口孔沿燃气轮机的轴向方向以之字形布置。

根据本公开的各种实施例，第二冷却管道的入口孔(即所谓的内部冷却孔)以交替的布置来构造。通过增加相邻的入口孔之间的距离，由孔引起的机械应力将不会在最大面积上重叠，从而降低了叶片损坏的风险。

在一些实施例中，多个第二冷却管道通过入口孔被供应来自第一冷却管道的冷却流体的一部分。

在一些实施例中，多个第二冷却管道的出口孔彼此对齐成排。

在一些实施例中，冷却流体的所述部分通过多个第二冷却管道的出口孔被排出，以形成表面冷却膜。

在一些实施例中，出口孔设置在平台的两个周向外表面上。

在一些实施例中，第二冷却管道在相对于燃气轮机的径向方向的90度至100度的范围内延伸。

在一些实施例中，入口孔的直径与两个相邻的入口孔之间的距离的比例在2/23至5/123的范围内。

在本公开的第二方面，提供了一种燃气轮机。该燃气轮机包括根据本公开第一方面的叶片。

附图说明

通过结合附图对本公开示例性实施例进行更详细的描述，本公开的上述以及其它目的、特征和优势将变得更加明显，其中在本公开示例性实施例中，相同的附图标记通常表示相同的部件。

图1示出了燃气轮机的示意图；

图2示出了根据本公开的实施例的叶片的侧视图；

图3示出了沿着图2中的线III-III穿过叶片的截面图；

图4示出了沿着图2中的线IV-IV穿过叶片的截面图；以及

图5示出了沿着图4中的线V-V穿过叶片的截面图。

具体实施方式

以下结合一些实施例更详细地阐释本公开的技术方案。应当理解，这些实施例仅是为了更好地说明和理解本公开，而不是对本公开的限制。本领域技术人员在以下给出的实施例的基础上，可以对实施例的特征进行任意的组合和调整，这些都应当属于本公开的保护范围。

在本公开中，术语“包括”及其各种变体应理解为开放式术语，其表示“包括但不限于”。术语“基于”应理解为“至少部分地基于”。术语“一个实施例”应理解为“至少一个实施例”。术语“另一实施例”应理解为“至少一个其它实施例”。术语“第一”、“第二”等可以指代不同的或相同的对象。下文中还可能包括对其他术语的明确或隐含的定义。除非另有说明，术语的含义在本公开的上下文中是一致的。

在本公开中，为了简单起见，将仅参考动叶。但是应该理解，本公开的实施例适用于燃气轮机的动叶和静叶。术语“上游”和“下游”是指气流和/或工作气体流过燃气轮机的流动方向，除非另有说明。如果使用，则术语“轴向”、“径向”和“周向”是指相对于燃气轮机的旋转轴线而言的。

图1以截面图示出燃气涡轮发动机64的示例。燃气涡轮发动机64按照流动顺序包括入口66、压气机部68、燃烧部70和涡轮机部72，它们大体按照流动顺序布置，并且大体在纵向或转动轴线74的方向上。燃气涡轮发动机64进一步包括可围绕转动轴线74转动、并且纵向地延伸穿过燃气涡轮发动机64的轴76。轴76将涡轮机部72驱动地连接至压气机部68。

在燃气涡轮发动机64的操作中，通过空气入口66被吸入的空气78由压气机部68压缩、并且被输送至燃烧部或燃烧器部70。燃烧器部70包括燃烧器增压室80、由双壁筒84限定的一个或多个燃烧室82和固定至各燃烧室82的至少一个燃烧器86。燃烧室82和燃烧器86位于燃烧器增压室80的内侧。通过了压气机部68的压缩空气进入扩散器88、并且被从扩散器88排放到燃烧器增压室80内，从此处空气的一部分进入燃烧器86、并与气体或液体燃料混合。空气/燃料混合物接着被燃烧、并且来自燃烧的燃烧气体90或工作气体经由过渡管道92被沿通道引导至涡轮机部72。

在一些示例中，涡轮机部72包括附接至轴76的多个叶片承载盘94或涡轮机轮。在本示例中，涡轮机部72包括两个盘94，各盘承载涡轮机组件20的环形阵列，涡轮机组件20各包括实施为涡轮叶片的基本中空的翼型22。然而，叶片承载盘94的数量可以是不同的，即仅一个盘94或超过两个盘94。

另外，导向叶片40被固定到燃气涡轮发动机20的定子42上。如图所示，例如导向叶片40可以设置在涡轮叶片38的环形阵列的各级之间。入口导向叶片44设置在燃烧室28的出口与涡轮机前叶片38之间，并且将工作气体的流动转换到涡轮机叶片38上。

来自燃烧室82的燃烧气体90进入涡轮机部62并驱动涡轮叶片，涡轮叶片进而使轴76转动。引导导叶用于优化燃烧或工作气体90到涡轮叶片上的角度。压气机部68包括具有各自包括翼型22或涡轮叶片或导叶的涡轮机组件20的引导导叶级102和转子叶片级104的轴向系列。在围绕涡轮机组件20的周向方向106上，涡轮发动机64包括固定不动的壳体108。

图2示出了根据本公开的实施例的叶片100的侧视图。叶片100可以是转子组件的一部分，该转子组件包括围绕燃气轮机轴向轴线A而周向布置的多个叶片，并且这些叶片被构造成能够旋转以从工作气体的气流中提取能量。

叶片100包括平台1、叶片尖端2、叶片根部8和翼型件3。翼型件3从平台1朝向叶片尖端2径向延伸。平台1轴向地在前缘12和后缘14之间延伸，并且周向地在第一配合面16与第二配合面(未示出)之间延伸。翼型件在前缘32与后缘34之间轴向延伸，并且在压力侧36与吸力侧38之间周向延伸。叶片根部8被构造成将叶片100附接到转子组件上，例如通过形成在转子组件中的狭槽。

在图2所示的实施例中，叶片100被构造成具有中空结构，其中构造有第一冷却管道4，以引导诸如冷却空气的冷却流体。第一冷却管道4可以具有迷宫式的构造，并且基本上在径向方向上向前和向后引导冷却流体。图2仅示出了第一冷却管道4的一部分。

图3示出了沿着图2中的线III-III穿过叶片100的截面图。第一冷却管道4布置成沿流动方向F1引导冷却流体。根据本公开的实施例，叶片100还包括在平台1内延伸的多个第二冷却管道5。每个第二冷却管道5在其入口孔6处与第一冷却管道4流体连通，并且包括在平台1的外表面(第一配合面16)上的出口孔7(参见图2)。

在图3所示的实施例中，第二冷却管道5基本上是直的并且相对于燃气轮机的周向方向C倾斜。在图3中，第二冷却管道5在入口孔6处具有距离R₁，该距离R₁是指从入口孔6的中心到燃气轮机的旋转轴线74(参见图1)的距离。

第一冷却管道4中的一部分冷却流体通过入口孔6流入第二冷却管道5中。这部分冷却流体进一步沿着第二冷却管道5流动，并且最终通过第二冷却管道5上的出口孔7而流出。以此方式，在平台1的配合面16处形成表面冷却膜。从出口孔7排出的冷却膜阻止来自流动路径的热燃烧气体渗入到在转子叶片100的配合面16与周向相邻的另一转子叶片的配合面之间延伸的配合面间隙102。

图4示出沿着图2中的线IV-IV穿过叶片100的截面图。图4中示出的叶片100的横截面与图3中所示的叶片100的横截面基本相同。为了简单起见，下面仅描述差异。

图4中所示的第二冷却管道5同样基本上是直的并且相对于周向方向C倾斜。该第二冷却管道5在其入口6处与第一冷却管道4流体连接并且在平台1的外表面上具有出口孔7。与图3相比，图4中的第二冷却管5具有不同的倾斜方向，由此在入口孔6处相对于燃气轮机的旋转轴线74存在增加的距离R₂。

图5示出沿着图4中的线V-V穿过叶片100的局部截面图。多个第二冷却管道5的入口孔6相对于图5中以虚线示出的中心线交替的布置，该中心线与燃气轮机的轴向A基本上一致并且表示平均半径。入口孔6交替地分布在虚线的每一侧，并且通过之字形的构造而增大半径(如图4中的R₂)或减小半径(如图3中的R₁)。该半径是指相对于燃气轮机的旋转轴线74的距离。入口孔(的中心)与叶片根部8的底部之间的距离也可以代替该半径而用于识别交替的入口孔6的不同位置。

与将所有入口孔布置在一条直线上(即，所有入口孔都具有相同的半径或距离)相比，通过将入口孔6交替布置，使得在特定面积及入口孔数量的条件下，相邻的两个入口孔6之间的最短距离增加。因此，随着两个相邻入口孔6之间的距离增加，由入口孔6引起的机械应力的重叠将减小。以这种方式，叶片100的机械结构变得更加稳定，并且燃气轮机的运行安全性得到改善。此外，还可以防止叶片在极端运行条件下断裂，从而延长燃气轮机的使用寿命。

在一些实施例中，多个第二冷却管道5的入口孔6交替地布置，而位于平台1上的出口孔7在燃气轮机的轴向方向A上基本彼此对齐(参见图2)。以这种方式，通过出口孔7排出的冷却流体更均匀，从而增加了冷却效果。

在一些实施例中，第二冷却管道5可以布置在燃气轮机的正周向方向+C和负周向方向-C上(参见图3)，并且相应地在平台1的两个周向表面上设置有出口孔7。通过这种方式，使得冷却薄膜形成在平台1的两个周向表面上以增强冷却效果。

在一些实施例中，第二冷却管道5可以在相对于所述燃气轮机的所述径向方向R的90度至100度的范围内延伸，使得所有出口孔7被布置在相同的半径上，而入口孔6交替地位于不同的半径上。以这种方式，可以增加待冷却区域，并且可以提高燃气轮机表面的抗氧化性。

在一些实施例中，入口孔6的直径d与两个相邻入口孔之间的距离l的比例可以在2/23至5/123的范围内。以这种方式，转子叶片100的机械稳定性得到改善，并且单个第二冷却通道5的冷却面积被优化。

以上已经描述了本公开的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。本文中所用术语的选择，旨在最好地解释各实施例的原理、实际应用或对市场中技术的技术改进，或者使本技术领域的其它普通技术人员能理解本文披露的各实施例。

Claims (8)

1.一种用于燃气轮机的叶片(100)，其特征在于，所述叶片(100)包括：

平台(1)；

叶片尖端(2)；

翼型件(3)，在所述平台(1)与所述叶片尖端(2)之间延伸；

第一冷却管道(4)，布置在所述翼型件(3)内并且沿所述燃气轮机的径向方向(R)延伸；

在所述平台(1)内延伸的多个第二冷却管道(5)，所述多个第二冷却管道(5)中的每个第二冷却管道(5)在入口孔(6)处与所述第一冷却管道(4)流体连通并且在所述平台(1)的外表面上包括出口孔(7)；

其中所述多个第二冷却管道(5)的所述入口孔(6)沿所述燃气轮机的轴向方向(A)以之字形布置。

2.根据权利要求1所述的叶片，其特征在于，所述多个第二冷却管道(5)通过所述入口孔(6)被供应来自所述第一冷却管道(4)的冷却流体的一部分。

3.根据权利要求1所述的叶片，其特征在于，所述多个第二冷却管道(5)的所述出口孔(7)彼此对齐成排。

4.根据权利要求2所述的叶片，其特征在于，所述冷却流体的所述部分通过所述多个第二冷却管道(5)的所述出口孔(7)被排出，以形成表面冷却膜。

5.根据权利要求1所述的叶片，其特征在于，所述出口孔(7)设置在所述平台(1)的两个周向外表面上。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的叶片，其特征在于，所述第二冷却管道(5)在相对于所述燃气轮机的所述径向方向(R)的90度至100度的范围内延伸。

7.根据权利要求1至5中任一项所述的叶片，其特征在于，所述入口孔(6)的直径(d)与两个相邻的所述入口孔之间的距离(l)的比例在2/23至5/123的范围内。

8.一种燃气轮机，其特征在于，所述燃气轮机包括根据权利要求1至7中任一项所述的叶片(100)。