[发明专利]具有涡流冷却通道的涡轮叶片及其冷却方法

说明书

技术领域

本发明涉及涡轮叶片(turbine blade),更为详细地,涉及一种涡轮叶片，其内部具有冷却空气流动的冷却通道(channel),并且在所述冷却通道的入口部具有使冷却空气形成涡流的涡流部(swirl portion)。

背景技术

一般来讲，燃气涡轮作为内燃机的一种，其将高温、高压燃烧气体向涡轮喷射并旋转，从而将热能转换为机械能(mechanical energy)，所述高温、高压燃烧气体通过在压缩机部中向使用高压压缩的空气混合燃料后进行燃烧而生成。

为了构成所述涡轮，通常广泛地使用以下结构：将外周面排列有多个涡轮叶片(blade)的多个涡轮转子圆盘(disc)构成为多段，从而使得高温、高压的燃烧气体通过涡轮叶片。

但是最近随着燃气涡轮的大型化及高效化，燃烧器出口的温度逐渐增加，所以普遍地采用涡轮叶片冷却装置，以便能够承受高温的燃烧气体。

尤其，涡轮叶片的内部具有可流动冷却空气的固定冷却通道，并且为了将从所述压缩机转子部所抽取的压缩空气活用为冷却空气，在所述冷却通道内流动压缩空气的构成广为人知。

与此相关的，如图1所示，美国专利公开公报US7413406提出了一种涡轮叶片10，其作为一种涡轮叶片10，包括路径(route)部1、形成有前缘部4及后缘部5的翼部2、以及具备于所述路径部1和翼部2之间的平台(platform)部3，所述翼部2的内部形成有多个冷却通道7，其流体连通于冷却空气入口部9，并通过多个隔壁6划分，所述各个冷却通道7中具备有湍流器(turbulator)8，所述湍流器8在流动的冷却空气中产生暖流。

但是，所述文献局限于湍流器8，且没有言及关于路径部1及平台部3的冷却装置，所述湍流器8用于增加翼部2内部的热传递效率。

换句话说，因为通过高速旋转的翼部2的负荷只能集中于路径部1，所以要求路径部1具有高水准的韧度。

但在燃气涡轮驱动时，通过暴露在高温的燃烧气体中的翼部2，相当水准的热持续传递至平台部3和路径部1，因此如图1所示，如果不具有针对平台部3和路径部1的适当的冷却装置，则问题在于必定使路径部1的韧度显著下降，其结果是导致路径部1的破坏等。

发明内容

本发明是为了解决所述的问题而提出的，其目的在于提供一种涡轮叶片，所述涡轮叶片使冷却空气流动的冷却通道入口部具有涡流部，从而可增强路径部的冷却性能，并可进一步明显增加路径部的韧度。

并且，本发明的目的在于提供一种涡轮叶片，其使冷却空气流动的冷却通道入口部具有涡流部，从而能够显著地提高翼部内部的热传递效率。

根据本发明的涡轮叶片，其作为一种涡轮叶片包括：路径部、形成有前缘部和后缘部的翼部、以及具备于所述翼部和所述路径部之间的平台部，所述翼部在内部具有冷却空气流动的冷却通道，所述路径部在内部具有流体连通于所述冷却通道的入口部，并且所述入口部具有涡流部，所述涡流部构成为所述冷却空气沿着所述翼部的长度方向进行的同时形成涡流。

并且，所述冷却通道包括：第一冷却通道，其邻接所述前缘部而形成，并朝所述叶片部的长度方向延长；以及第二冷却通道，其形成于所述第一冷却通道和所述后缘部之间，并朝所述长度方向延长，所述入口部包括第一入口部及第二入口部，所述第一入口部与所述第一冷却通道流体连通，所述第二入口部与所述第二冷却通道流体连通，所述涡流部包括第一涡流部及第二涡流部，所述第一涡流部设置在所述第一入口部，所述第二涡流部设置在所述第二入口部。

并且，所述第一涡流部包括多个第一导向肋片(rib)，所述多个第一导向肋片从所述第一入口部的内周面凸出而形成，并相对所述长度方向形成规定的第一倾斜角，同时朝所述长度方向延长，所述第二涡流部包括多个第二导向肋片，所述第二导向肋片从所述第二入口部的内周面凸出而形成，并相对所述长度方向形成规定的第二倾斜角，同时朝所述长度方向延长。

并且，所述第一导向肋片及第二导向肋片以直线形态朝所述长度方向延长。

并且，所述第一导向肋片及第二导向肋片以曲线形态朝所述长度方向延长。

并且，所述第一倾斜角和所述第二倾斜角互不相同，所述第一倾斜角可以比所述第二倾斜角更大。

并且，所述多个第一导向肋片间的间隔可以和所述多个第二导向肋片间的间隔不同，或所述多个第一导向肋片间的间隔可以比所述多个第二导向肋片间的间隔更小。