[发明专利]一种内部带有横向蜿蜒交替缩扩短通道的涡轮叶片

说明书

本发明涉及一种内部带有横向蜿蜒交替缩扩短通道的涡轮叶片，包括叶身、榫头、连接叶身和榫头的底座以及中间叶根，叶身包括前缘、尾缘、外凸的吸力面和内凹的压力面，叶身内设有扰流柱以及由内部肋围成的沿叶身高度方向和沿叶弦方向的蜿蜒通道，沿叶弦方向分布的蜿蜒通道靠近尾缘处U形弯外侧壁中心开设溢流孔，前缘冷气腔与沿叶身高度方向的蜿蜒通道间的内部肋上开有冲击孔，叶身外开设有尾缘劈缝以及沿叶身高度方向和沿叶弦方向的气膜孔。本发明能够通过加强叶片内部换热的方式来弥补外部冷却不足的缺陷，同时使气膜冷却发挥良好作用，以满足涡轮工作温度不断提高对冷却提出的更高要求。

技术领域

本发明属于燃气轮机涡轮转子叶片冷却技术领域，尤其涉及一种内部带有横向蜿蜒交替缩扩短通道的涡轮叶片。

背景技术

燃气轮机涡轮是与气流进行能量交换的叶轮机械，通过涡轮将气流极高的焓转变为动能，再通过涡轮转子叶片转变为机械能。在高温高压燃气的冲击下，制造涡轮转子叶片所采用的金属材料由于温度升高机械性能急剧下降，所以在高强度的运行过程中，对叶片各处进行有效冷却尤为重要。目前采用的涡轮转子叶片普遍存在吸力面根部后半段气膜冷却效率断崖式下降的问题。相关研究表明，燃气流经涡轮转子叶片前缘时会分别在叶片两侧卷起马蹄涡，压力面马蹄涡分支同端壁附近的低动量气流汇合并形成通道涡。由于叶片间的流动转折角会在燃气通道中引起强的横向压力梯度，在横向压力梯度的作用下，通道涡在向下游移动的过程中离开压力面前缘并越过通道，向相邻叶片吸力面靠近，最终附在吸力面上直到流出通道。吸力面附近的通道涡将转子叶片根部后半段气膜卷向叶片中部，使该区域难以被气膜覆盖。该区域的流场特性造成气膜冷却几乎无法发挥作用，冷却效率极低。因此，亟需一种通过加强叶片内部换热的方式来弥补外部冷却不足缺陷的涡轮叶片，同时使气膜冷却发挥良好作用，以满足涡轮工作温度不断提高对冷却提出的更高要求。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明提供一种内部带有横向蜿蜒交替缩扩短通道的涡轮叶片，能够通过加强叶片内部换热的方式来弥补外部冷却不足的缺陷，同时使气膜冷却发挥良好作用，以满足涡轮工作温度不断提高对冷却提出的更高要求。

一种内部带有横向蜿蜒交替缩扩短通道的涡轮叶片，包括叶身、榫头、连接叶身和榫头的底座以及中间叶根，叶身包括前缘、尾缘、外凸的吸力面和内凹的压力面，叶身内设有扰流柱以及由内部肋围成的沿叶身高度方向和沿叶弦方向的蜿蜒通道，沿叶弦方向分布的蜿蜒通道靠近尾缘处U形弯外侧壁中心开设溢流孔，前缘冷气腔与沿叶身高度方向的蜿蜒通道间的内部肋上开有冲击孔，叶身外开设有尾缘劈缝以及沿叶身高度方向和沿叶弦方向的气膜孔。

优选地，所述沿叶弦方向的蜿蜒通道为横向蜿蜒交替缩扩短通道，由内部肋围成，分布在叶身内部后半段，长径比为3～3.5，通道缩扩比为1∶3.5～1∶7，通道最大截面处长宽比为1～1.5，可根据叶身与长径比确定具体蜿蜒通道数量。

优选地，所述沿叶身高度方向的蜿蜒通道分布在叶身内部靠近前缘一侧。

优选地，所述沿叶身高度方向分布的气膜孔设在高壁温区域。

优选地，所述沿叶弦方向的气膜孔分布在吸力面根部后半段，且位于第一条缩扩短通道上，气膜孔孔径为0.3～0.8mm，气膜孔间距为3～5倍孔径，气膜孔射流角为30°～60°，方位角为30°～90°。

优选地，所述溢流孔是横截面为长1.6～4mm、宽0.8～2mm的长方形孔，可根据实际情况具体确定。

优选地，所述冲击孔分布在前缘冷气腔与沿叶身高度方向的蜿蜒通道间的内部肋上。

优选地，所述尾缘劈缝分布在压力面尾缘处。

优选地，所述扰流柱分布在尾缘劈缝前端的冷气腔内。

优选地，所述内部肋用于支撑叶身型面，厚度为0.8～2mm。