[發明專利]帶有水滴型柱肋內部冷卻結構的燃氣輪機渦輪葉片

在審

• 申請號: 201810515164.6
• 申請日: 2018-05-25
• 公開（公告）號: CN108757047A
• 公開（公告）日: 2018-11-06
• 發明（設計）人: 欒一剛;殷越;卜詩;孫海鷗;王忠義;王松;孫濤;萬雷;楊連峰;程享
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工程大學
• 主分類號: F01D5/18
• 分類號: F01D5/18
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明提供的是一種帶有水滴型柱肋內部冷卻結構的燃氣輪機渦輪葉片。包括內部設置有冷卻通道的渦輪葉片，還包括水滴型柱肋，所述水滴型柱肋位于渦輪葉片的尾緣區域，水滴型柱肋兩端分別與渦輪葉片的吸力面與壓力面固定相連。本發明采用水滴型柱肋，相對圓柱型柱肋，綜合熱效率能提高20％，因此具有更有效的抑制阻力損失的增加，提高換熱性能等優點。本發明可以用于渦輪轉子葉片，也可以用于渦輪導向葉片。

技術領域

本發明涉及的是一種燃氣輪機渦輪葉片。

背景技術

燃氣輪機具有質量輕、體積小、單機功率大、啟動快、污染少、熱效率高、經濟性好等特點。由燃氣輪機的簡單循環方式可知，通過提高燃氣初溫的方式來提高比功率和性能。渦輪葉片所處的位置溫度高、應力復雜、工作環境惡劣，因此渦輪葉片能否安全可靠的工作對于發動機的運行至關重要。葉片的各項性能指標成為了衡量發動機發展程度的重要指標，特別是渦輪葉片所能承受高溫的能力。總之，渦輪葉片的發展水平成為了衡量一個國家燃氣輪機發展水平的重要標志。

目前，燃氣輪機渦輪葉片前溫度早已超過其材料的承受溫度。保證葉片能夠安全可靠地工作，主要通過兩個途徑來實現，一是提高材料的耐高溫性能，二是采用冷卻能力更強的冷卻方式來降低葉片的溫度。從現有的資料來看，過去幾十年，渦輪前溫度平均每年提升22K，其中，70％是因為采用了更加有效地冷卻方式，30％是因為部件材料耐熱性能的提升和生產工藝的發展。隨著冷卻方式的發展，新的傳熱換熱機理的引入，渦輪前溫度將逐漸提高。

先進的燃氣輪機設計是通過提高燃氣初溫來提高效率，在過去，是通過發展耐高溫材料和冷卻技術來提高燃氣初溫，確保渦輪材料能夠在高溫燃氣下，滿足強度要求與使用壽命。冷卻空氣的使用量越多，對壓氣機的耗功就越大，因此降低冷卻空氣的阻力損失，減少壓氣機做功，提高燃機效率。如今，不僅要提高效率，還要降低燃氣對環境的污染，因此從壓氣機產生空氣，需要更多的進入燃燒室參與燃燒，降低污染物得排放。因此，用來冷卻的空氣將要減少。空氣量的減少將為渦輪的冷卻結構設計帶來挑戰。因此，如今燃機渦輪葉片冷卻結構的設計目的，主要有兩個方面，一是提高換熱性能，降低葉片溫度；二是降低流動損失，減少冷卻耗氣量。

對流冷卻是以對流換熱的方式對葉片內部冷卻。擾流柱強化對流冷卻通常以多排結構的形式應用在葉片的尾緣。尾緣通道一般較窄，擾流柱對邊界層的破壞，流體湍動度增強，換熱增強。

發明內容

本發明的目的在于提供一種能夠提高燃氣輪機渦輪葉片的換熱性能，降低壓力損失，提高綜合熱效率的帶有水滴型柱肋內部冷卻結構的燃氣輪機渦輪葉片。

本發明的目的是這樣實現的：包括內部設置有冷卻通道的渦輪葉片，還包括水滴型柱肋，所述水滴型柱肋位于渦輪葉片的尾緣區域，水滴型柱肋兩端分別與渦輪葉片的吸力面與壓力面固定相連。

本發明還可以包括：

1、水滴型柱肋在吸力面與壓力面之間呈交錯分布。

2、水滴型柱肋的長度隨著葉片尾緣通道漸縮即冷卻通道的高度變化而逐漸縮短。

3、水滴型柱肋分為前后兩部分，前部分截面是半圓形，后部分截面是與半圓相切的兩條弧線，兩條弧線向后交于一點。

4、水滴型柱肋兩端與渦輪葉片的吸力面與壓力面通過熔模鑄造的方式固定相連。

本發明涉及了一種用于燃氣輪機渦輪葉片的水滴型柱肋內部冷卻結構，具體地說是一種提高燃氣輪機渦輪葉片的一種提高換熱的結構。