[發明專利]雙層壁透平葉片和燃氣輪機

在審

• 申請號: 202210894270.6
• 申請日: 2022-07-27
• 公開（公告）號: CN115199340A
• 公開（公告）日: 2022-10-18
• 發明（設計）人: 徐進;田一土;于志強;翟芳芳;王睿男;武安;吳宏
• 申請（專利權）人: 中國聯合重型燃氣輪機技術有限公司
• 主分類號: F01D5/18
• 分類號: F01D5/18
• 代理公司: 北京清亦華知識產權代理事務所(普通合伙) 11201
• 代理人: 蔣松

本發明公開了一種雙層壁透平葉片和燃氣輪機，雙層壁透平葉片包括外殼和內殼，外殼套設內殼，外殼與內殼之間形成環繞內殼的環形流道，葉片的尾緣處設有尾緣流道和與尾緣流道連通的出氣口，尾緣流道位于環形流道的后側，內殼內在靠近葉片的前緣處限定出前緣流道，內殼的前壁設有連通前緣流道和與環形流道的沖擊孔，內殼內在前緣流道后側限定出內殼流道，內殼的后側設有連通內殼流道與尾緣流道的開口，葉片還具有與前緣流道與內殼流道中的每一者相連通的進氣口。通過雙層壁結構設計在外殼和內殼之間限定出環形流道，能夠顯著增加冷氣在葉片內部的換熱面積，大大提升冷卻效率和換熱能力，顯著提高對葉片壓力面和吸力面的冷卻效果。

技術領域

本發明涉及燃氣輪機技術領域，尤其是涉及一種雙層壁透平葉片和具有該雙層壁透平葉片的燃氣輪機。

背景技術

燃氣輪機是一種重要的動力機械，在航空推進、船舶推進、發電等諸多領域都有其重要應用。目前燃氣輪機的透平進口溫度已遠高于高溫合金的耐熱極限溫度，必須采取相應措施來降低葉片運行溫度，所以葉片冷卻成為保障葉片安全可靠運行的燃機重大關鍵技術之一。

透平高溫葉片普遍采用空心結構，通過從壓氣機抽取的高壓氣體來對葉片內部進行冷卻。目前廣泛使用的葉片的冷卻方式主要包括沖擊冷卻、帶肋蛇形通道冷卻、柱肋冷卻、氣膜冷卻等，但是這些冷卻方式的強化換熱能力仍然有限，無法滿足更高熱載荷的先進燃機運行條件。并且隨著幾十年的技術發展，對上述冷卻方式的研究已相對充分，其冷卻效果已接近自身的技術極限，若想大幅提升冷卻效果，現有典型葉片內部結構較難實現。

發明內容

本發明旨在至少在一定程度上解決相關技術中的技術問題之一。為此，本發明的實施例提出一種具有強化換熱能力和冷卻效率的雙層壁透平葉片。

本發明的實施例還提出一種具有該雙層壁透平葉片的燃氣輪機。

本發明實施例的雙層壁透平葉片，包括：外殼和內殼，所述外殼套設所述內殼，所述外殼與所述內殼之間形成環繞所述內殼的環形流道，所述葉片的尾緣處設有尾緣流道和與所述尾緣流道連通的出氣口，所述尾緣流道位于所述環形流道的后側，所述內殼內在靠近所述葉片的前緣處限定出前緣流道，所述內殼的前壁設有連通所述前緣流道和與所述環形流道的沖擊孔，所述內殼內在所述前緣流道后側限定出內殼流道，所述內殼的后側設有連通所述內殼流道與所述尾緣流道的開口，所述葉片還具有與所述前緣流道與所述內殼流道中的每一者相連通的進氣口。

本發明實施例提供的燃氣輪機的葉片通過雙層結構設計，外殼和內殼之間限定出環形流道，冷卻氣從內殼的前側的沖擊孔噴出對前緣的內壁面進行沖擊冷卻，而后分為兩部分分別沿著環形流道向后流動，在該過程中兩股冷卻氣分別流經壓力面的內壁面和吸力面的內壁面，并最終從尾緣處噴出。如此設置能夠顯著增加冷氣在葉片內部的換熱面積，流量不變的情況下冷氣能夠帶走更多的熱量，大大提升冷卻效率和換熱能力，顯著提高對葉片壓力面和吸力面的冷卻效果。

在一些實施例中，所述環形流道內設有第一柱肋結構，所述第一柱肋結構包括若干第一柱肋，所述第一柱肋的一端與所述內殼相連，所述第一柱肋的另一端與所述外殼相連。

在一些實施例中，所述第一柱肋位于所述內殼的兩側。

在一些實施例中，所述尾緣處設有第二柱肋結構，所述第二柱肋結構包括若干第二柱肋，若干所述第二柱肋限定出所述尾緣流道。

在一些實施例中，所述內殼中設有隔板，所述隔板用于隔離所述前緣流道與所述內殼流道。

在一些實施例中，所述內殼中設有沿葉片長度方向延伸的若干流道壁，所述若干流道壁限定出蛇形的所述內殼流道，蛇形的所述內殼流道包括沿葉片長度方向延伸的若干流道段。

在一些實施例中，所述若干流道壁在前緣-尾緣方向上間隔設置，靠近所述前緣的所述流道段與所述進氣口連通，靠近所述尾緣的所述流道段與所述開口貫通。