冷却叶片和燃气涡轮制造技术

本发明专利技术公开了一种冷却叶片和燃气涡轮。冷却叶片包括叶根和设置于叶根上的叶片主体，叶片主体内设置有至少一个冷却腔，在靠近叶根的一端冷却腔设置有冷却流体入口，在靠近叶片主体的叶尖的一端冷却腔设置有冷却流体出口，冷却叶片还包括间隔设置于冷却腔内的多块横向隔板，从而在冷却腔内从冷却流体入口至冷却流体出口形成蛇形冷却通道。该冷却叶片可以更加合理的组织冷却流体流动，能合理利用冷却流体的冷却能力，减少冷却流体的流量。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及动力机械领域，特别涉及一种冷却叶片和燃气涡轮。
技术介绍
为保证燃气涡轮中叶片长期安全工作，叶片的温度应不超出叶片强度对温度的要求。为此，需要在叶片中设置冷却结构而形成冷却叶片。设置冷却结构的作用是：合理的组织冷却气流，使得叶片尽可能少的利用冷却气流流量，在径向不均匀分布的燃气热负荷作用下，满足叶片径向截面平均温度分布的要求。现有技术的冷却叶片的冷却通道通常为径向回转通道形式，冷却气流从叶根进气，沿径向回转通道径向迂回流动，沿程吸收燃气热量，冷却气流温度逐渐升高，冷却能力逐渐下降。图1是现有技术的燃气轮机冷却叶片的剖面图。该冷却叶片即具有现有技术中典型的径向回转通道形式。如图1所示，该冷却叶片1'包括叶根13'和设置在叶根13'上的叶片主体14'。叶片主体14'内部设置有多块纵向隔板11'。多块隔板11'包括第一隔板111'、第二隔板112'和第三隔板113'。三块隔板11'将冷却通道12'分隔为第一通道121'、第二通道122'、第三通道123'和第四通道124'。在叶根13'设有冷却流体入口流道，在叶片主体14'的叶尖处开设有冷却流体出口。其中部分冷却流体入口流道将冷却流体从第一通道121'导入冷却叶片1'，部分冷却流体入口流道将冷却流体从第四通道124'导入冷却叶片1'，部分冷却流体出口将冷却流体从第一通道121'导出冷却叶片1'，部分冷却流体出口将冷却流体从第三通道123'导出冷却叶片1'、部分冷却流体出口将冷却流体从第四通道124'导出冷却叶片1'。第一通道121'、第二通道122'和第三通道123'首尾相接形成径向回转通道。该冷却叶片1'中，第一通道121'、第三通道123'和第四通道124'从叶根13'到叶尖温度逐渐升高；而第二通道122'中叶片温度自叶尖至叶根13'逐渐升高。在实现本专利技术的过程中，专利技术人发现以上现有技术具有如下不足之处：图2为一个典型的冷却叶片的叶片径向截面平均温度分布要求曲线。叶片气动设计的特点是，气动载荷在叶片径向分布不均匀，它导致了叶片径向燃气热负荷分布的不均匀。如图2所示，在一个燃气涡轮的叶片中，出于叶片强度的需要，要求叶根区域的温度较低，而叶尖区域温度则可以相对较高。以上冷却叶片1'的第二通道122'对应的叶片区域的径向截面平均温度分布与图2所示的叶片径向截面平均温度分布要求的分布趋势相反，在叶根区域满足安全系数要求时，叶尖区域的温度会远超需求；同时，随着气流流动，第三通道123'对应的叶片区域的温度一般会高于第一通道121'对应的叶片区域和第二通道122'对应的叶片区域的温度，在第三通道123'对应的叶片区域满足径向截面平均温度分布要求时，第一通道121'对应的叶片区域和第二通道122'对应的叶片区域的温度会超出需求，导致叶片局部过度冷却，这意味着气流流动组织的不合理和气流冷却能力或者气流冷却流量的浪费。因此，具有径向回转通道的冷却叶片难以实现叶片径向截面平均温度分布要求，气流流动组织存在不合理的地方，气流冷却能力和气流冷却流量存在浪费。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种冷却叶片和燃气涡轮，旨在合理组织冷却流体流动，使叶片径向截面平均温度更加接近强度要求的温度，合理利用冷却流体的冷却能力，减少冷却流体流量。本专利技术第一方面提供一种冷却叶片，所述冷却叶片包括叶根和设置于所述叶根上的叶片主体，所述叶片主体内设置有至少一个冷却腔，在靠近所述叶根的一端所述冷却腔设置有冷却流体入口，在靠近所述叶片主体的叶尖的一端所述冷却腔设置有冷却流体出口，所述冷却叶片还包括间隔设置于所述冷却腔内的多块横向隔板，从而在所述冷却腔内从所述冷却流体入口至所述冷却流体出口形成蛇形冷却通道。进一步地，所述多块横向隔板包括交替布置的多块第一横向隔板和多块第二横向隔板，所述第一横向隔板与所述冷却腔的靠近所述前缘一侧的内壁面连接并从所述叶片主体的前缘一侧朝向所述叶片主体的尾缘一侧延伸且与所述冷却腔的靠近所述尾缘一侧的内壁面间隔设置，所述第二横向隔板与所述冷却腔的靠近所述尾缘一侧的内壁面连接并从所述尾缘一侧朝向所述前缘一侧延伸且与所述冷却腔的靠近所述前缘一侧的内壁面间隔设置。进一步地，所述叶片主体内设置有一个所述冷却腔，其中，所述第一横向隔板到所述尾缘的内壁面的距离LTi的取值范围为5％～15％的所述冷却叶片的叶片弦长，和/或所述第二横向隔板到所述前缘的内壁面的距离LLi的取值范围为2％～8％的所述叶片弦长。进一步地，所述叶片主体内设置有2个冷却腔或3个以上冷却腔，各所述冷却腔之间通过纵向隔板隔离。进一步地，各所述纵向隔板的两端分别与所述冷却叶片的吸力侧的内壁面和压力侧的内壁面连接，以使各所述冷却腔从所述叶片主体的前缘向所述叶片主体的尾缘依次排列。进一步地，所述横向隔板的厚度HLi的取值范围为0.6mm～1.5mm。进一步地，所述冷却腔内相邻的所述横向隔板之间的纵向距离HHi的取值范围为2mm～6mm。进一步地，所述冷却叶片还包括设置在所述冷却腔内的扰流肋。进一步地，所述扰流肋设置于所述蛇形冷却通道的转弯处。进一步地，所述冷却叶片还包括导流片，所述导流片设置于所述蛇形冷却通道的至少一个转弯处。进一步地，在设置所述导流片的每个转弯处，一对所述导流片分别设置于该转弯处对应的横向隔板的延长面的两侧。进一步地，所述冷却叶片还包括设置在所述冷却腔内的扰流肋，并且，在各所述冷却腔内，所述扰流肋设置于靠近所述叶片主体的前缘或尾缘的一侧的转弯处，所述导流片设置于远离所述叶片主体的前缘或尾缘的一侧的转弯处。进一步地，所述叶片主体上设置有气膜孔。本专利技术第二方面提供一种燃气涡轮，所述燃气涡轮包括冷却叶片，所述冷却叶片为本专利技术第一方面中任一项所述的冷却叶片。基于本专利技术提供的冷却叶片和燃气涡轮，冷却叶片包括间隔设置于冷却腔内的多块横向隔板，在冷却腔内从冷却流体入口至冷却流体出口形成蛇形冷却通道。该冷却叶片的蛇形冷却通道为横向冷却通道结构，从冷却流体入口进入冷却腔内的冷却流体从叶根通过蛇形冷却通道至叶尖逐渐吸热温度升高，而冷却叶片的温度从叶根到叶尖温度也逐渐升高，使叶片径向截面平均温度更加接近强度要求的温度，与图2所示的冷却叶片的叶片径向截面平均温度分布要求曲线吻合，因此，该冷却叶片可以更加合理的组织冷却流体流动，能合理利用冷却流体的冷却能力，减少冷却流体的流量。通过以下参照附图对本专利技术的示例性实施例的详细描述，本专利技术的其它特征及其优点将会变得清楚。附图说明此处所说明的附图用来提供对本专利技术的进一步理解，构成本申请的一部分，本专利技术的示意性实施例及其说明用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的不当限定。在附图中：图1为现有技术的冷却叶片的剖面图。图2为一个典型的冷却叶片的叶片径向截面平均温度分布要求曲线。图3为本专利技术第一实施例的冷却叶片的剖面图。图4为图3的A－A向剖面图。图5为图3的B－B向剖面图。图6为图3的C－C向剖面图。图7为本专利技术第二实施例的冷却叶片的剖面图。图8为本专利技术第三实施例的冷却叶片的剖面图。图9为本专利技术第四实施例的冷却叶片的剖面图。图10为本专利技术第五实施例的冷却叶片的剖面图。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种冷却叶片，其特征在于，所述冷却叶片包括叶根和设置于所述叶根上的叶片主体，所述叶片主体内设置有至少一个冷却腔，在靠近所述叶根的一端所述冷却腔设置有冷却流体入口，在靠近所述叶片主体的叶尖的一端所述冷却腔设置有冷却流体出口，所述冷却叶片还包括间隔设置于所述冷却腔内的多块横向隔板，从而在所述冷却腔内从所述冷却流体入口至所述冷却流体出口形成蛇形冷却通道。

【技术特征摘要】
1.一种冷却叶片，其特征在于，所述冷却叶片包括叶根和设置于所述叶根上的叶片主体，所述叶片主体内设置有至少一个冷却腔，在靠近所述叶根的一端所述冷却腔设置有冷却流体入口，在靠近所述叶片主体的叶尖的一端所述冷却腔设置有冷却流体出口，所述冷却叶片还包括间隔设置于所述冷却腔内的多块横向隔板，从而在所述冷却腔内从所述冷却流体入口至所述冷却流体出口形成蛇形冷却通道。2.根据权利要求1所述的冷却叶片，其特征在于，所述多块横向隔板包括交替布置的多块第一横向隔板和多块第二横向隔板，所述第一横向隔板与所述冷却腔的靠近所述前缘一侧的内壁面连接并从所述叶片主体的前缘一侧朝向所述叶片主体的尾缘一侧延伸且与所述冷却腔的靠近所述尾缘一侧的内壁面间隔设置，所述第二横向隔板与所述冷却腔的靠近所述尾缘一侧的内壁面连接并从所述尾缘一侧朝向所述前缘一侧延伸且与所述冷却腔的靠近所述前缘一侧的内壁面间隔设置。3.根据权利要求2所述的冷却叶片，其特征在于，所述叶片主体内设置有一个所述冷却腔，其中，所述第一横向隔板到所述尾缘的内壁面的距离LTi的取值范围为5％～15％的所述冷却叶片的叶片弦长，和/或所述第二横向隔板到所述前缘的内壁面的距离LLi的取值范围为2％～8％的所述叶片弦长。4.根据权利要求1所述的冷却叶片，其特征在于，所述叶片主体内设置有2个冷却腔或3个以上冷却腔，各所述冷却腔之间通过纵向隔板隔离。5.根据权利要求4所述的冷却叶片，其特征在于，各所述纵向隔板的两端分别与所述冷却叶片的吸力侧的...

【专利技术属性】
技术研发人员：白江涛，王克菲，王晓增，潘晴，田淑青，
申请(专利权)人：中航商用航空发动机有限责任公司，
类型：发明
国别省市：上海;31