[发明专利]带有水滴型柱肋内部冷却结构的燃气轮机涡轮叶片

说明书

本发明提供的是一种带有水滴型柱肋内部冷却结构的燃气轮机涡轮叶片。包括内部设置有冷却通道的涡轮叶片，还包括水滴型柱肋，所述水滴型柱肋位于涡轮叶片的尾缘区域，水滴型柱肋两端分别与涡轮叶片的吸力面与压力面固定相连。本发明采用水滴型柱肋，相对圆柱型柱肋，综合热效率能提高20％，因此具有更有效的抑制阻力损失的增加，提高换热性能等优点。本发明可以用于涡轮转子叶片，也可以用于涡轮导向叶片。

技术领域

本发明涉及的是一种燃气轮机涡轮叶片。

背景技术

燃气轮机具有质量轻、体积小、单机功率大、启动快、污染少、热效率高、经济性好等特点。由燃气轮机的简单循环方式可知，通过提高燃气初温的方式来提高比功率和性能。涡轮叶片所处的位置温度高、应力复杂、工作环境恶劣，因此涡轮叶片能否安全可靠的工作对于发动机的运行至关重要。叶片的各项性能指标成为了衡量发动机发展程度的重要指标，特别是涡轮叶片所能承受高温的能力。总之，涡轮叶片的发展水平成为了衡量一个国家燃气轮机发展水平的重要标志。

目前，燃气轮机涡轮叶片前温度早已超过其材料的承受温度。保证叶片能够安全可靠地工作，主要通过两个途径来实现，一是提高材料的耐高温性能，二是采用冷却能力更强的冷却方式来降低叶片的温度。从现有的资料来看，过去几十年，涡轮前温度平均每年提升22K，其中，70％是因为采用了更加有效地冷却方式，30％是因为部件材料耐热性能的提升和生产工艺的发展。随着冷却方式的发展，新的传热换热机理的引入，涡轮前温度将逐渐提高。

先进的燃气轮机设计是通过提高燃气初温来提高效率，在过去，是通过发展耐高温材料和冷却技术来提高燃气初温，确保涡轮材料能够在高温燃气下，满足强度要求与使用寿命。冷却空气的使用量越多，对压气机的耗功就越大，因此降低冷却空气的阻力损失，减少压气机做功，提高燃机效率。如今，不仅要提高效率，还要降低燃气对环境的污染，因此从压气机产生空气，需要更多的进入燃烧室参与燃烧，降低污染物得排放。因此，用来冷却的空气将要减少。空气量的减少将为涡轮的冷却结构设计带来挑战。因此，如今燃机涡轮叶片冷却结构的设计目的，主要有两个方面，一是提高换热性能，降低叶片温度；二是降低流动损失，减少冷却耗气量。

对流冷却是以对流换热的方式对叶片内部冷却。扰流柱强化对流冷却通常以多排结构的形式应用在叶片的尾缘。尾缘通道一般较窄，扰流柱对边界层的破坏，流体湍动度增强，换热增强。

发明内容

本发明的目的在于提供一种能够提高燃气轮机涡轮叶片的换热性能，降低压力损失，提高综合热效率的带有水滴型柱肋内部冷却结构的燃气轮机涡轮叶片。

本发明的目的是这样实现的：包括内部设置有冷却通道的涡轮叶片，还包括水滴型柱肋，所述水滴型柱肋位于涡轮叶片的尾缘区域，水滴型柱肋两端分别与涡轮叶片的吸力面与压力面固定相连。

本发明还可以包括：

1、水滴型柱肋在吸力面与压力面之间呈交错分布。

2、水滴型柱肋的长度随着叶片尾缘通道渐缩即冷却通道的高度变化而逐渐缩短。

3、水滴型柱肋分为前后两部分，前部分截面是半圆形，后部分截面是与半圆相切的两条弧线，两条弧线向后交于一点。

4、水滴型柱肋两端与涡轮叶片的吸力面与压力面通过熔模铸造的方式固定相连。

本发明涉及了一种用于燃气轮机涡轮叶片的水滴型柱肋内部冷却结构，具体地说是一种提高燃气轮机涡轮叶片的一种提高换热的结构。