CN218117856U - 一种燃气轮机的叶片 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及燃气轮机技术领域，公开了一种燃气轮机的叶片，包括叶片，所述叶片内设有换热流道和气膜冷却流道；所述换热流道的孔径大小沿叶片的前部到叶片的跟部的方向依次递减；在所述叶片的前部、所述叶片的吸力面上和所述叶片的压力面上均开设有所述气膜冷却流道；所述气膜冷却流道包括：气模冷却孔，所述气模冷却孔开设在所述叶片的外壁上；气膜冷却冲击套，所述气膜冷却冲击套设置在所述叶片内；所述气膜冷却冲击套的外壁上开设在冷却通道，所述冷却通道与所述气模冷却孔相对设置。本实用新型解决了现有燃气轮机的叶片换热效果差、冷却效率低以及消耗冷气量大的问题。

Description

一种燃气轮机的叶片

技术领域

本实用新型涉及燃气轮机技术领域，尤其涉及一种燃气轮机的叶片。

背景技术

随着负荷的提升，压气机内部流场的逆压梯度更加明显，伴随着复杂的激波、转捩、流动分离等现象，需要通过合适的叶型设计同时满足压气机负荷与效率的要求。燃烧室部分的核心技术在于通过结构设计实现更优的燃烧组织，达到高稳定性、低排放以及燃料适应性等方面的要求。目前一般采用多喷嘴和环管型结构，既保证燃烧的稳定性，也能在较宽的工作范围内保持较低的污染物排放。

目前先进燃气轮机的燃气温度已经能够达到1500 ℃以上，并在朝着更高的水平发展，常规叶片材料难以稳定地在这样的高温下工作，必须通过一定的方式对叶片进行冷却以保证安全性。应用比较广泛的冷却方式包括内部强化换热、层板冷却和气膜冷却等方法。内部强化换热通过布置扰流肋和扰流柱等结构增强对流换热的效果。气膜冷却通过从叶片上布置的圆孔喷射冷气在叶片表面形成低温薄膜，从而将叶片表面与高温燃气隔离开。

然而，现有技术中的燃气轮机的叶片的冷却方式，存在换热效果差、冷却效率低以及使用冷气量大的问题，降低了整机的使用效率。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供燃气轮机的叶片一种燃气轮机的叶片，解决了现有燃气轮机的叶片换热效果差、冷却效率低以及消耗冷气量大的问题。

为实现上述目的，本实用新型提供了如下方案：本实用新型提供了一种燃气轮机的叶片，包括叶片，所述叶片内设有换热流道和气膜冷却流道；

所述换热流道的孔径大小沿叶片的前部到叶片的跟部的方向依次递减；

在所述叶片的前部、所述叶片的吸力面上和所述叶片的压力面上均开设有所述气膜冷却流道；所述气膜冷却流道包括：

气模冷却孔，所述气模冷却孔开设在所述叶片的外壁上；

气膜冷却冲击套，所述气膜冷却冲击套设置在所述叶片内；所述气膜冷却冲击套的外壁上开设有冷却通道，所述冷却通道与所述气模冷却孔连通。

在本申请的一些实施例中，所述冷却通道内设有若干扰流肋片和若干凹坑结构，所述扰流肋片和所述凹坑结构间隔设置。

在本申请的一些实施例中，所述扰流肋片为60°V形间断肋片，所述60°V形间断肋片的开口方向与冷气流动方向一致。

在本申请的一些实施例中，所述气膜冷却冲击套内还设有扰流柱，所述扰流柱与所述冷却通道间隔设置。

在本申请的一些实施例中，所述冷却通道的直径为1.8～7mm。

在本申请的一些实施例中，所述叶片的前部的气模冷却孔设置为4～8排；所述叶片的前部的气模冷却孔的直径为d1, 所述叶片的前部的气模冷却孔的孔间距为3d1，所述叶片的前部的气模冷却孔的排间距为4d1，所述叶片的吸力面上的气模冷却孔轴向与壁面的夹角为25°～40°。

在本申请的一些实施例中，所述叶片的吸力面上的气模冷却孔设置为1～4排；所述叶片的吸力面上的气模冷却孔的直径为d3,所述叶片的吸力面上的气模冷却孔的孔间距为3d2，所述叶片的吸力面上的气模冷却孔的孔间距为4d2，所述叶片的吸力面上的气模冷却孔轴向与壁面的夹角为25°～40°。

在本申请的一些实施例中，所述叶片的压力面上的气模冷却孔设置为1-4组；所述叶片的压力面上的气模冷却孔的直径为d3,所述叶片的压力面上的气模冷却孔的孔间距为3d3，所述叶片的压力面上的气模冷却孔的排间距为4d3，所述叶片的压力面上的气模冷却孔轴向与壁面的夹角为10°～20°。

在本申请的一些实施例中，在所述叶片表面喷涂耐高温合金涂层。

本实用新型的有益效果：

本实用新型在叶片的前部、叶片的吸力面上和叶片的压力面上开设气膜冷却流道，通过在叶片上开设三个气膜冷却流道，提高叶片前缘的冷却效果。

通过设置多个换热流道，对叶片进行充分冷却，提高效果的同时还不会降低叶片的强度。

通过在换热流道设置凹坑，使凹坑与冷气主流之间相互作用，产生多个脱落涡系，并生成较强的二次涡系，使得剪切层再附，造成不稳定效应，进而使得凹坑下游的热边界层重新分布，增大局部换热效果。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本实用新型实施例提供的燃气轮机叶片的内部结构示意图；

图2是本实用新型实施例提供的燃气轮机叶片的换热流道内部展开图；

图3是本实用新型实施例提供的燃气轮机叶片的气膜冷却流道内部展开图；

其中：1、叶片；2、换热流道；21、扰流肋片；22、凹坑结构；3、气膜冷却流道；31、气模冷却孔；32、气膜冷却冲击套；33、冷却通道；34、扰流柱。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本实用新型的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本实用新型，但不是用来限制本实用新型的范围。

在本申请的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”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申请和简化描述，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申请的限制。

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一个或者更多个该特征。在本申请的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本申请的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；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。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

为使本实用新型的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细的说明。

如图1-2所示，本实施例公开了一种燃气轮机的叶片，包括叶片，所述叶片内设有换热流道和气膜冷却流道；

所述换热流道的孔径大小沿叶片的前部到叶片的跟部的方向依次递减；

在所述叶片的前部、所述叶片的吸力面上和所述叶片的压力面上均开设有所述气膜冷却流道；所述气膜冷却流道包括：

气模冷却孔，所述气模冷却孔开设在所述叶片的外壁上；

气膜冷却冲击套，所述气膜冷却冲击套设置在所述叶片内；所述气膜冷却冲击套的外壁上开设有冷却通道，所述冷却通道与所述气模冷却孔连通。

可以理解的是，上述实施例中，在叶片的前部、叶片的吸力面上和叶片的压力面上开设气膜冷却流道，通过在叶片上开设三个气膜冷却流道，提高叶片前缘的冷却效果。通过设置多个换热流道，对叶片进行充分冷却，提高效果的同时还不会降低叶片的强度。需要说明的是，以上优选实施例的方案仅为本申请所提出的一种具体实现方式，本领域技术人员可根据实际情况选择其他受热最大的部位开设气膜冷却流道，这并不影响本申请的保护范围。

在本申请的一些具体实施例中，所述换热流道内设有若干扰流肋片和若干凹坑结构，所述扰流肋片和所述凹坑结构间隔设置。

所述扰流肋片为60°V形间断肋片，所述60°V形间断肋片的开口方向与冷气流动方向一致。

可以理解的是，上述实施例中，在换热流道内间隔设置若干扰流肋片和若干凹坑结构，通过将多个扰流肋片布置到换热流道内相对的两个壁面上来加强换热；通过间断设置60°V形间断肋片，提高传热效果，进而降低叶片温度。

通过在换热流道设置凹坑，使凹坑与冷气主流之间相互作用，产生多个脱落涡系，并生成较强的二次涡系，使得剪切层再附，造成不稳定效应，进而使得凹坑下游的热边界层重新分布，增大局部换热效果。

需要说明的是，以上优选实施例的方案仅为本申请所提出的一种具体实现方式，本领域技术人员可根据实际情况选择凹坑的大小与形状、扰流肋片的形状与间隔距离，这并不影响本申请的保护范围。

在本申请的一些具体实施例中，所述气膜冷却冲击套内还设有扰流柱，所述扰流柱与所述冷却通道间隔设置。

可以理解的是，上述实施例中，通过设置扰流柱来提高冷却效果，又因为冷却气流经过扰流柱时，冷却气流会流经两扰流柱之间的位置，而冷却通道与扰流柱间隔设置，可以提高冷却气流通过冷却通道的效率。在本申请的一些具体实施例中，所述冷却通道的直径为1.8～7mm。

所述叶片的前部的气模冷却孔设置为4～8排；所述叶片的前部的气模冷却孔的直径为d1, 所述叶片的前部的气模冷却孔的孔间距为3d1，所述叶片的前部的气模冷却孔的排间距为4d1，所述叶片的吸力面上的气模冷却孔轴向与壁面的夹角为25°～40°。

所述叶片的吸力面上的气模冷却孔设置为1～4排；所述叶片的吸力面上的气模冷却孔的直径为d2,所述叶片的吸力面上的气模冷却孔的孔间距为3d2，所述叶片的吸力面上的气模冷却孔的孔间距为4d2，所述叶片的吸力面上的气模冷却孔轴向与壁面的夹角为25°～40°。

所述叶片的压力面上的气模冷却孔设置为1-4组；所述叶片的压力面上的气模冷却孔的直径为d3,所述叶片的压力面上的气模冷却孔的孔间距为3d3，所述叶片的压力面上的气模冷却孔的排间距为4d3，所述叶片的压力面上的气模冷却孔轴向与壁面的夹角为10°～20°。

可以理解的是，上述实施例中，通过合理设置气模冷却孔的直径d，孔间距排间距与气模冷却孔轴向与壁面的夹角α，尽可能的提高气膜冷却的效果。

需要说明的是，以上优选实施例的方案仅为本申请所提出的一种具体实现方式，本领域技术人员可根据实际情况选择其他，这并不影响本申请的保护范围。

在本申请的一些具体实施例中，在所述叶片表面喷涂耐高温合金涂层。

可以理解的是，上述实施例中，通过在所述叶片表面喷涂耐高温合金涂层，避免燃气轮机叶片长期在高温中工作，出现损坏与裂纹。

本实用新型的有益效果：

本实用新型在将在叶片的前部、叶片的吸力面上和叶片的压力面上开设有气膜冷却流道，通过在叶片上开设三个气膜冷却流道，提高叶片前缘的冷却效果。

通过设置多个换热流道，对叶片进行充分冷却，提高效果的同时还不会降低叶片的强度。

通过在换热流道设置凹坑，凹坑与冷气主流之间相互作用，产生多个脱落涡系，并生成较强的二次涡系，使得剪切层再附，造成不稳定效应，进而使得凹坑下游的热边界层重新分布，增大局部换热效果。

领域普通技术人员可以理解：以上仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种燃气轮机的叶片，其特征在于，包括叶片，所述叶片内设有换热流道和气膜冷却流道；

所述换热流道的孔径大小沿叶片的前部到叶片的跟部的方向依次递减；

在所述叶片的前部、所述叶片的吸力面上和所述叶片的压力面上均开设有所述气膜冷却流道；所述气膜冷却流道包括：

气模冷却孔，所述气模冷却孔开设在所述叶片的外壁上；气膜冷却冲击套，所述气膜冷却冲击套设置在所述叶片内；所述气膜冷却冲击套的外壁上开设有冷却通道，所述冷却通道与所述气模冷却孔连通。

2.根据权利要求1所述的燃气轮机的叶片，其特征在于，所述换热流道内设有若干扰流肋片和若干凹坑结构，所述扰流肋片和所述凹坑结构间隔设置。

3.根据权利要求2所述的燃气轮机的叶片，其特征在于，所述扰流肋片为60°V形间断肋片，所述60°V形间断肋片的开口方向与冷气流动方向一致。

4.根据权利要求2所述的燃气轮机的叶片，其特征在于，所述气膜冷却冲击套内还设有扰流柱，所述扰流柱与所述冷却通道间隔设置。

5.根据权利要求1所述的燃气轮机的叶片，其特征在于，所述冷却通道的直径为1.8～7mm。

6.根据权利要求1所述的燃气轮机的叶片，其特征在于，所述叶片的前部的气模冷却孔设置为4～8排；所述叶片的前部的气模冷却孔的直径为d1, 所述叶片的前部的气模冷却孔的孔间距为3d1，所述叶片的前部的气模冷却孔的排间距为4d1，所述叶片的吸力面上的气模冷却孔轴向与壁面的夹角为25°～40°。

7.根据权利要求1所述的燃气轮机的叶片，其特征在于，所述叶片的吸力面上的气模冷却孔设置为1～4排；所述叶片的吸力面上的气模冷却孔的直径为d2,所述叶片的吸力面上的气模冷却孔的孔间距为3d2，所述叶片的吸力面上的气模冷却孔的孔间距为4d2，所述叶片的吸力面上的气模冷却孔轴向与壁面的夹角为25°～40°。

8.根据权利要求1所述的燃气轮机的叶片，其特征在于，所述叶片的压力面上的气模冷却孔设置为1-4组；所述叶片的压力面上的气模冷却孔的直径为d3,所述叶片的压力面上的气模冷却孔的孔间距为3d3，所述叶片的压力面上的气模冷却孔的排间距为4d3，所述叶片的压力面上的气模冷却孔轴向与壁面的夹角为10°～20°。

9.根据权利要求1所述的燃气轮机的叶片，其特征在于，在所述叶片表面喷涂耐高温合金涂层。

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