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燃气轮机的叶片

阅读：874发布：2020-05-11

专利汇可以提供燃气轮机的叶片专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明公开了一种燃气轮机的叶片，所述燃气轮机的叶片包括叶片体和冲击套，所述叶片体内具有冷却通道，所述叶片体上设有多个与所述冷却通道连通的气膜孔，所述冷却通道的壁上设有多个扰流件，所述扰流件包括第一扰流肋条和第二扰流肋条，所述第一扰流肋条与所述第二扰流肋条彼此交叉；所述冲击套设于所述冷却通道内，所述冲击套与所述冷却通道的壁之间形成环形通道，所述冲击套围出内部冷却空间，所述冲击套上设有多个连通所述环形通道和所述内部冷却空间的冲击孔。本发明的燃气轮机的叶片增加了换热面积，提高了冷却效率，提高了整机使用效率。，下面是燃气轮机的叶片专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种燃气轮机的叶片，其特征在于，包括：
叶片体，所述叶片体内具有冷却通道，所述叶片体上设有多个与所述冷却通道连通的气膜孔，所述冷却通道的壁上设有多个扰流件，所述扰流件包括第一扰流肋条和第二扰流肋条，所述第一扰流肋条与所述第二扰流肋条彼此交叉；
冲击套，所述冲击套设于所述冷却通道内，所述冲击套与所述冷却通道的壁之间形成环形通道，所述冲击套围出内部冷却空间，所述冲击套上设有多个连通所述环形通道和所述内部冷却空间以将所述内部冷却空间内的冷却气流喷射到所述环形通道内的冲击孔。
2.根据权利要求1所述的燃气轮机的叶片，其特征在于，多个所述扰流件沿所述叶片体的弦向方向均匀间隔布置成多排，每一排的所述扰流件沿所述叶片体的叶高方向均匀间隔布置。
3.根据权利要求2所述的燃气轮机的叶片，其特征在于，相邻排的所述扰流件在所述弦向方向上对齐。
4.根据权利要求2所述的燃气轮机的叶片，其特征在于，多个所述气膜孔沿所述弦向方向均匀间隔布置成多排，每一排的所述气膜孔沿所述叶高方向均匀间隔布置。
5.根据权利要求4所述的燃气轮机的叶片，其特征在于，相邻排的所述气膜孔在所述弦向方向上对齐。
6.根据权利要求5所述的燃气轮机的叶片，其特征在于，相邻两排所述扰流件之间设有一排所述气膜孔，且相邻的所述扰流件和所述气膜孔在所述叶高方向上交错布置。
7.根据权利要求1-6中任一项所述的燃气轮机的叶片，其特征在于，所述扰流件呈十字型。
8.根据权利要求7所述的燃气轮机的叶片，其特征在于，所述第一扰流肋条相对于所述叶片体的叶高方向倾斜设置。
9.根据权利要求8所述的燃气轮机的叶片，其特征在于，所述第一扰流肋条与所述叶高方向之间的夹角为0°～45°。
10.根据权利要求7所述的燃气轮机的叶片，其特征在于，所述冲击孔的中心正对所述扰流件的中心。

说明书全文

燃气轮机的叶片

技术领域

[0001] 本发明涉及燃气轮机技术领域，具体地涉及一种燃气轮机的叶片。

背景技术

[0002] 燃气轮机的叶片是燃气轮机透平中的关键部件之一，用于将燃气热能转化为透平机械功。因此，燃气轮机叶片的结构会影响透平乃至整个燃气轮机的性能。燃气轮机的叶片
通常直接暴露在高的热负荷环境中，尤其在叶片的叶身及顶部热负荷显著增加，导致叶片
容易氧化和蠕变损坏。因此，为保障叶片正常、可靠地工作，需对叶片进行有效的冷却。

[0003] 然而，现有技术中的燃气轮机的叶片的冷却方式，存在换热效果差、冷却效率低以及使用冷气量大的问题，降低了整机的使用效率。

发明内容

[0004] 本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。

[0005] 为此，本发明提出了一种燃气轮机的叶片,该叶片增加了换热面积，提高了冷却效率，提高了整机使用效率。

[0006] 根据本发明的实施例的燃气轮机的叶片包括叶片体，所述叶片体内具有冷却通道，所述叶片体上设有多个与所述冷却通道连通的气膜孔，所述冷却通道的壁上设有多个
扰流件，所述扰流件包括第一扰流肋条和第二扰流肋条，所述第一扰流肋条与所述第二扰
流肋条彼此交叉；冲击套，所述冲击套设于所述冷却通道内，所述冲击套与所述冷却通道的
壁之间形成环形通道，所述冲击套围出内部冷却空间，所述冲击套上设有多个连通所述环
形通道和所述内部冷却空间以将所述内部冷却空间内的冷却气流喷射到所述环形通道内
的冲击孔。

[0007] 根据本发明实施例的燃气轮机的叶片，采用冲击冷却和气膜冷却相结合的冷却方式，并在叶片的冷却通道内设置多个包括两个彼此交叉的扰流列条的扰流件，增加了换热
面积，提高了冷却效率，提高了整机使用效率。

[0008] 在一些实施例中，多个所述扰流件沿所述叶片体的弦向方向均匀间隔布置成多排，每一排的所述扰流件沿所述叶片体的叶高方向均匀间隔布置。

[0009] 在一些实施例中，相邻排的所述扰流件在所述弦向方向上对齐。

[0010] 在一些实施例中，多个所述气膜孔沿所述弦向方向均匀间隔布置成多排，每一排的所述气膜孔沿所述叶高方向均匀间隔布置。

[0011] 在一些实施例中，相邻排的所述气膜孔在所述弦向方向上对齐。

[0012] 在一些实施例中，相邻两排所述扰流件之间设有一排所述气膜孔，且相邻的所述扰流件和所述气膜孔在所述叶高方向上交错布置。

[0013] 在一些实施例中，所述扰流件呈十字型。

[0014] 在一些实施例中，所述第一扰流肋条相对于所述叶片体的叶高方向倾斜设置。

[0015] 在一些实施例中，所述第一扰流肋条与所述叶高方向之间的夹角为0°～45°。

[0016] 在一些实施例中，所述冲击孔的中心正对所述扰流件的中心。附图说明

[0017] 图1是根据本发明的实施例的燃气轮机的叶片的结构示意图；

[0018] 图2是根据本发明的实施例的燃料轮机的叶片的局部放大图；

[0019] 图3是根据本发明的实施例的燃气轮机的叶片的展开图；

[0020] 图4是根据本发明的实施例的燃气轮机的叶片的扰流件的示意图。

[0021] 附图标记：

[0022] 叶片体1，冲击套2，冷却通道3，环形通道31，内部冷却空间32，气膜孔4，扰流件5，第一扰流肋条51，第二扰流肋条52，冲击孔6。

具体实施方式

[0023] 下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

[0024] 如图1-4所示，根据本发明的实施例的燃气轮机的叶片包括叶片体1和冲击套2。叶片体1内具有冷却通道3，叶片体1上设有多个气膜孔4，气膜孔4与冷却通道3连通，冷却通道
3内的冷却气流通过气膜孔4射出并在外主流燃气的压力作用下贴附在叶片体1的外表面，
从而实现叶片体1外表面的冷却，冷却通道3的壁上设有多个扰流件5，扰流件5包括第一扰
流肋条51和第二扰流肋条52，第一扰流肋条51与第二扰流肋条52彼此交叉。换言之，彼此交
叉的两个扰流肋条形成扰流件5设置在冷却通道3内。

[0025] 冲击套2设于冷却通道3内，冲击套2与冷却通道3的壁之间形成环形通道31，冲击套2围出内部冷却空间32，冲击套2上设有多个冲击孔6，冲击孔6连通环形通道3和内部冷却
空间32，并将内部冷却空间32内的冷却气流喷射到环形通道3内。

[0026] 可以理解的是，冷却通道3具有压力侧壁面、吸力侧壁面、前缘壁面和后缘壁面，叶片体1在燃气轮机中具有压力侧和吸力侧，叶片体1内部的冷却通道3的压力侧壁面为邻近
压力侧的壁面，吸力侧壁面为邻近吸力侧的壁面。其中扰流件5可以设在冷却通道3的全部
壁面，也可以设在冷却通道3的部分壁面，如图1、2所示，扰流件5仅设在冷却通道3的前缘壁
面。

[0027] 由于冷却气流在冷却通道3内容易在压力侧壁面和吸力侧壁面产生一层流动边界层和热边界层，当冷却气流在冷却通道3内遇到凸起的扰流件5时，边界层被破坏，且扰流件
5的表面阻止了部分冷却气流继续前行而发生扰流现象，该扰流会对周围冷却气流产生扰
动和掺混，强化了壁面上冷却气流的掺混和温度分布，增加了壁面上冷却气流和壁面之间
的温度梯度，强化了换热。

[0028] 根据本发明实施例的燃气轮机的叶片，叶片的冷却通道内设有冲击套以采用冲击冷却和气膜冷却相结合的冷却方式，并在冷却通道内设置多个包括两个彼此交叉的扰流列
条的扰流件，增加了换热面积，提高了冷却效率，提高了整机使用效率。

[0029] 在一些实施例中，多个扰流件5沿叶片体1的弦向方向均匀间隔布置成多排，每一排的扰流件5沿叶片体1的叶高方向均匀间隔布置。可以理解的是，叶片体1具有前缘和后
缘，其中，沿叶片体1的外表面从叶片体1的前缘到后缘的方向为叶片体1的弦向方向。

[0030] 换言之，如图1-3所示，冷却通道3内沿叶片体1的外表面从叶片体1的前缘到后缘的方向排列有多排扰流件5，多排扰流件5均匀间隔布置，且每一排的扰流件5沿从叶片体1
的叶根到叶尖的方向均匀间隔排列。

[0031] 在一些实施例中，相邻排的扰流件5在弦向方向上对齐。例如，如图2、3所示，沿叶片体1的外表面从叶片体1的前缘到后缘的方向，每一排的扰流件5与相邻排的扰流件5彼此
对齐，以形成多排扰流件5在冷却通道2内的顺排。

[0032] 在一些实施例中，如图1-3所示，多个气膜孔4沿叶片体1的弦向方向均匀间隔布置成多排，每一排的气膜孔4沿叶片体1的叶高方向均匀间隔布置。换言之，叶片体1上沿叶片
体1的外表面从叶片体1的前缘到后缘的方向排列有多排气膜孔4，多排气膜孔4均匀间隔布
置，且每一排的气膜孔4沿从叶片体1的叶根到叶尖的方向均匀间隔排列。

[0033] 在一些实施例中，相邻排的气膜孔4在叶片体1的弦向方向上对齐。具体地，如图2、3所示，沿叶片体1的外表面从叶片体1的前缘到后缘的方向，每一排的气膜孔4与相邻排的
气膜孔4彼此对齐。

[0034] 更进一步地，相邻两排扰流件5之间设有一排气膜孔4，且相邻的扰流件5和气膜孔4在叶片体1的叶高方向上交错布置。具体地，每四个扰流件5围成一个矩形区域，其中一个
气膜孔4设在该矩形区域的中心位置。

[0035] 在一些实施例中，扰流件5呈十字型。换言之，如图3、4所示，第一扰流肋条51和第二扰流肋条52彼此垂直交叉，以形成十字型。其中，该十字型扰流件5的中心与冲击孔6的中
心相正对，换言之，冲击孔6的中心正对第一扰流肋条51和第二扰流肋条52的交叉位置。

[0036] 此外，需要说明的是，对于扰流件5和气膜孔4的设置，本发明并不限于图1中示出的情况，可以是冷却通道3的壁的部分区域设有扰流件5，且在其对应区域设有气膜孔4，也
可以是冷却通道3的壁的全部区域均设有扰流件5，且对应设置气膜孔4。

[0037] 更进一步地，第一扰流肋条51相对于叶片体1的叶高方向倾斜设置。具体地，第一扰流肋条51与叶片体1的叶高方向之间的夹角为0°～45°。

[0038] 可以理解的是，叶片体1具有叶根和叶尖，叶片体1的叶根到叶尖的方向即为叶片体1的叶高方向。换言之，组成十字型的扰流件5的其中一个扰流肋条相对于从叶片体1的叶
根到叶尖的方向倾斜设置。更进一步地，该一个扰流肋条与从叶片体1的叶根到叶尖的方向
之间的夹角为0°～45°，即二者之间的夹角最小值为0°，最大值为45°。

[0039] 冷却气流在冷却通道3内冲击到十字型的扰流件5的表面时，不仅能够产生气流扰动现象，而且部分气流从两个扰流件5之间的气流通道流入下游，由于扰流件5之间的气流
通道较窄，能够加速气流流动、破坏上游边界层。且在正对着冷却气流流动方向的十字型扰
流件5的壁面上，边界层薄，换热能力强。因此，与现有的肋冷却方式相比，十字型的扰流件
能够更好地强化换热，且流阻变化不大。

[0040] 在一些实施例中，第一扰流肋条51和第二扰流肋条52一体形成，更进一步地，扰流件5与叶片体1为一体形成。换言之，扰流件5和叶片体1为一体化结构，以便于二者之间无任
何接触热阻，提高冷却效率。

[0041] 在一些实施例中，第一扰流肋条51和第二扰流肋条52的高度均为0.5～3mm，第一扰流肋条51和第二扰流肋条52的厚度均为0.5～4mm，第一扰流肋条51和第二扰流肋条52的
长度均为4～30mm，相邻扰流件5之间的间距为5～25mm。

[0042] 下面参考附图1-4描述根据本发明具体实施例的燃气轮机的叶片。

[0043] 如图1-4所示，根据本发明的实施例的燃气轮机的叶片包括叶片体1和冲击套2。

[0044] 叶片体1内具有冷却通道3，冷却通道3沿叶片体1的叶高方向延伸，叶片体1上设有多个气膜孔4，气膜孔4与冷却通道3连通，冷却通道3内的冷却气流通过气膜孔4射出并贴附
在叶片体1的外表面，以实现对叶片体1外表面的冷却。冷却通道3的前缘壁面设有多个扰流
件5，扰流件5和叶片体1为一体化结构，以便于二者之间无任何接触热阻，提高冷却效率，每
个扰流件5包括呈十字型彼此交叉设置的第一扰流肋条51和第二扰流肋条52，其中，第一扰
流肋条51的长度方向与叶片体1的叶高方向一致。

[0045] 冲击套2设于冷却通道3内，冲击套2与冷却通道3的壁之间形成环形通道31，冲击套2围出内部冷却空间32，冲击套2上设有多个冲击孔6，冲击孔6连通环形通道3和内部冷却
空间32，并将内部冷却空间32内的冷却气流喷射到环形通道3内。其中，多个冲击孔6与多个
扰流件5一一对应，即一个扰流件5对应一个冲击孔6，且冲击孔6的中心正对十字型扰流件5
的第一扰流肋条51和第二扰流肋条52的交叉位置。

[0046] 其中，多个扰流件5沿叶片体1的弦向方向均匀间隔布置成多排，每一排的扰流件5沿叶片体1的叶高方向均匀间隔布置，且相邻排的扰流件5在弦向方向上对齐。

[0047] 多个气膜孔4沿叶片体1的弦向方向均匀间隔布置成多排，每一排的气膜孔4沿叶片体1的叶高方向均匀间隔布置，且相邻排的气膜孔4在叶片体1的弦向方向上对齐。

[0048] 相邻两排扰流件5之间设有一排气膜孔4，且相邻的扰流件5和气膜孔4在叶片体1的叶高方向上交错布置，并且每四个扰流件5围成一个矩形区域，该矩形区域的中心位置设
有一个气膜孔4。

[0049] 在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

[0050] 此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者
隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三
个等，除非另有明确具体的限定。

[0051] 在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接或彼此可通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以
是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的
普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

[0052] 在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在
第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示
第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第
一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

[0053] 在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特
点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不
必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任
一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技
术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结
合和组合。

[0054] 尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述
实施例进行变化、修改、替换和变型。

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