[发明专利]用于燃气轮机涡轮叶片的分离式柱肋冷却结构

说明书

技术领域

本发明涉及燃气轮机涡轮叶片的内部结构，具体的说，涉及一种用于燃气轮机涡轮叶片的分离式柱肋冷却结构，属于发动机技术领域。

背景技术

提高涡轮前燃气温度，进而提高燃气轮机能量转换的总效率是现代燃气轮机发展的一个主要技术手段。现代燃气轮机涡轮前燃气的温度已超过所用材料的熔化温度，因此伴随着涡轮入口燃气温度的再提高，迫切需要采用更加高效、更加先进的冷却技术以保证燃气轮机涡轮叶片等高温部件内的温度水平，以及控制温度梯度在合理的范围内，来保证燃气轮机正常工作以及具有足够的寿命周期。另外，提高了冷却技术意味着可以减少冷却流体的使用量，因此使得更多的气流参与燃气轮机做功，从而提高燃气轮机的整体工作效率。

现有的涡轮叶片通常为中空结构，并具有多个内部冷却流道，这些内部冷却流道由叶片的压力侧壁面和吸力侧壁面以及分立的各隔离壁所限定。冷却流体在内部冷却流道内流动，以冷却涡轮叶片。经对现有技术文献的检索发现，(美)韩介勤、桑地普.杜达和斯瑞纳斯.艾卡德在《燃气轮机传热和冷却技术》(程代京等译，西安交通大学出版社，2005)中提出：目前，叶片中弦区域内部使用内壁面上带肋片湍流器的U形冷却通道，而在叶片后缘区域由于空间的限制和结构的整体性要求使用带短柱肋的通道(第15页)；柱肋大都用在狭窄的叶片后缘，在那里由于制造上的限制，冲击和装肋片通道都容纳不下，柱肋在低宽高比通道中能更好地使用(第254页)。在Lafleur的名称为“Method for cooling a wall within a gas turbineengine”的欧洲专利No.EP1617043B1中，报道了在叶片中间部位的双层壁中使用的常规柱肋阵列冷却结构。

在涡轮叶片尾缘内部采用的柱肋阵列冷却结构中，柱肋阵列与叶片的压力侧壁面和吸力侧壁面相连接，因此柱肋阵列不仅提供了很好的对流冷却，还为叶片了提供很好的机械强度。虽然现有的柱肋阵列能够显著提高流体的对流传热性能，但会给流动带来很大的阻力。对于涡轮叶片内部冷却流道的总体设计要求是，在提高对流传热性能的同时，应尽可能保持低的流动阻力。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种用于燃气轮机涡轮叶片的分离式柱肋冷却结构，该结构能够以更高的对流冷却效率对涡轮叶片进行冷却，同时大幅度下降对空气的流动阻力。

本发明解决其技术问题所采取的技术方案是：

一种用于燃气轮机涡轮叶片的分离式柱肋冷却结构，包括叶片内部冷却流道和多个分离式柱肋，所述叶片内部冷却流道由叶片的压力侧壁面和吸力侧壁面围构而成，所述多个分离式柱肋设置于叶片内部冷却流道之中，并且在该压力侧壁面与吸力侧壁面之间形成阵列布置，该分离式柱肋的两端分别与所述压力侧壁面和吸力侧壁面固定相连，所述分离式柱肋上沿气流流动方向开设有贯通的纵向缝隙。

所述纵向缝隙的高度与所述分离式柱肋的高度相同或者小于分离式柱肋的高度。

所述纵向缝隙的宽度为所述分离式柱肋直径的0.05-0.25倍。

所述分离式柱肋的截面形状为圆形、菱形、方形、椭圆形或水滴形。

所述阵列为错列布置或顺排布置。

本发明的另一技术方案为：

一种燃气轮机涡轮叶片，包括有分离式柱肋冷却结构，该分离式柱肋冷却结构包括叶片内部冷却流道和多个分离式柱肋，该叶片内部冷却流道设置于所述涡轮叶片的尾缘内部，该多个分离式柱肋的两端分别与所述涡轮叶片的压力侧壁面和吸力侧壁面固定相连并形成阵列布置，所述分离式柱肋上沿气流流动方向开设有贯通的纵向缝隙。

本发明的又一技术方案为：

一种燃气轮机涡轮叶片，包括有分离式柱肋冷却结构，该分离式柱肋冷却结构设置于所述涡轮叶片的中部，该涡轮叶片的压力侧壁面和吸力侧壁面均为双层壁结构，其包括外壁面和内壁面，所述分离式柱肋冷却结构包括叶片内部冷却流道和多个分离式柱肋，该叶片内部冷却流道设置于所述外壁面与内壁面之间，该多个分离式柱肋的两端分别与所述外壁面和内壁面固定相连并形成阵列布置，所述分离式柱肋上沿气流流动方向开设有贯通的纵向缝隙。