[發明專利]一種具有葉頂防泄漏結構的渦輪冷卻葉片

無效

• 申請號: 201110414707.3
• 申請日: 2011-12-13
• 公開（公告）號: CN102678189A
• 公開（公告）日: 2012-09-19
• 發明（設計）人: 虞跨海;張益華;楊茜;郭香平;胡留現;岳珠峰;楊永順;梁斌;徐紅玉
• 申請（專利權）人: 河南科技大學
• 主分類號: F01D5/18
• 分類號: F01D5/18;F01D5/20
• 代理公司: 鄭州睿信知識產權代理有限公司 41119
• 代理人: 陳浩

技術領域

本發明涉及一種用在燃氣輪機上的具有葉頂防泄漏結構的渦輪冷卻葉片。

背景技術

渦輪葉片是燃氣輪機的重要部件，現有的渦輪葉片包括葉片本體，葉片本體的內部具有冷卻通道，在工作中，燃氣渦輪葉片的葉頂頂板和機匣封嚴結構配合，兩者之間的間隙引起的高溫燃氣泄漏是渦輪效率損失的最主要因素，這是由于渦輪葉片工作的高溫、高壓和高轉速的惡劣環境，導致渦輪盤、葉片和機匣由于離心力、溫度應力等產生的變形難以實現各工況下的最佳配合設計，渦輪葉片和封嚴結構之間總是存在一定間隙，而這個間隙會造成高溫燃氣的泄露，致使渦輪的效率損失。因此，如何最大限度地降低渦輪的葉頂間隙泄漏是燃氣輪機設計的焦點之一。目前，常用葉頂結構是在葉頂頂板上增加沿葉片外表面排布的具有一定厚度和高度的圍帶結構，形成葉頂凹槽結構，與平頂葉片相比可以較大程度地減少葉頂間隙燃氣損失。

在工作時，葉頂頂板一直承受著從壓力面向吸力面高速流動的高溫燃氣的沖刷力，因此，需要對渦輪葉片進行冷卻，也就是在渦輪葉片的冷卻通道內設置冷卻氣體，而普通冷卻葉片的葉頂結構主要依靠冷卻通道內冷卻氣體的熱傳導實現冷卻，冷卻效果不佳。目前先進燃氣輪機渦輪的進口燃氣溫度已達到2000K以上，現有高溫合金材料的最高耐受溫度遠小于渦輪進口溫度，而圍帶結構的設置則進一步惡化了葉頂的工作環境。葉頂圍帶結構往往由于高溫燃氣的持續沖刷產生氧化腐蝕或剝落現象，引起渦輪葉片葉頂間隙的逐漸增大，從而導致高壓渦輪工作效率降低甚至失效，嚴重威脅燃氣輪機運行的安全性，需要定期對渦輪葉片進行維修或更換，代價高昂，另外，葉頂圍帶結構的結構復雜，維修不便，維修周期較長。

發明內容

本發明的目的在于提供一種具有葉頂防泄漏結構的渦輪冷卻葉片，以解決現有技術中采用葉頂圍帶結構減小渦輪葉片葉頂間隙時，因為葉頂圍帶結構的結構復雜而造成的維修不便、維修周期較長的問題。

為實現上述目的，本發明采用如下技術方案：一種具有葉頂防泄漏結構的渦輪冷卻葉片，包括葉片本體，葉片本體內具有冷卻通道，葉片本體的葉頂頂板的外表面上設置有由葉片本體的前緣延伸至尾緣的葉頂隔肋，葉頂頂板上由葉片本體的前緣至尾緣布設有一個以上的與冷卻通道連通的射流孔，射流孔沿葉頂隔肋的延伸方向布設在葉頂隔肋的一側或兩側。

所述葉頂隔肋沿葉頂頂板的中心弧線延伸。

所述的葉頂隔肋傾斜朝向壓力面。

所述的葉頂隔肋一體設置在葉頂頂板上，所述的葉頂隔肋與葉頂頂板的連接處設置有弧形過渡結構。

所述射流孔布設在葉頂隔肋的兩側。

所述的射流孔為與葉頂頂板具有夾角的斜孔。

所述的壓力面上由葉片本體的前緣至尾緣布設有一個以上的與冷卻通道連通的氣膜孔。

所述的氣膜孔的靠近葉頂頂板的孔壁部分具有斜向葉頂頂板的用于引導氣流流向上方的引流面。

所述的氣膜孔為圓形孔或橢圓形孔。

所述的冷卻通道內設置有將冷卻通道分割成由葉片本體的前緣到尾緣的回形冷卻流道的隔板，葉片本體的尾緣上具有一個以上的與回形冷卻流道連通的排氣縫。

本發明的葉頂頂板的外表面上設置有由前緣延伸至尾緣的葉頂隔肋，在使用時，葉頂隔肋處在渦輪葉片和封嚴結構之間的間隙內，可以代替現有技術中的葉頂圍帶結構，起到減小葉頂間隙燃氣損失的作用，不需要設置葉頂圍帶結構，即可以達到提高渦輪效率的目的。另外，葉頂隔肋的結構簡單，便于加工成型，有利于降低渦輪葉片的成本，另外，與雙側凹槽結構的葉頂圍帶結構相比，葉頂隔肋的質量較輕，降低了渦輪葉片的整體質量，可以降低渦輪葉片的離心力。同時，由于葉頂隔肋的結構簡單，在渦輪葉片工作一段時間后出現葉頂隔肋磨損或損壞時，也可以快速維修，渦輪葉片的維修性高，維修周期較長，成本低。

本發明的射流孔為與葉頂頂板具有夾角的斜孔，斜孔的設置不僅對葉頂頂板和葉頂隔肋具有明顯的冷卻效果，而且在一定程度上還會對葉頂高溫燃氣泄漏產生阻礙作用，減少葉頂間隙損失，提高渦輪效率。

本發明靠近葉頂的氣膜孔孔壁部分具有斜向葉頂的用于引導氣流流向上方的引流面，引流面使得由氣膜孔中流出的冷卻氣體更好的貼近葉片壁面和葉頂結構流動，提高了氣膜冷卻效率。

附圖說明

圖1本發明實施例1的結構示意圖；

圖2是圖1中A-A處的剖面圖；

圖3是圖1中氣膜孔的局部放大圖；

圖4為本發明實施例2的結構示意圖。

具體實施方式