[发明专利]燃气轮机的涡轮转子叶片

说明书

技术领域

本发明涉及一种燃气轮机的涡轮转子叶片，尤其是带多个冷却回路、强化叶片顶部冷却效果的涡轮转子叶片。

背景技术

随着燃气轮机涡轮进口燃气温度的不断提高，涡轮高温部件所面临的热负荷环境更加恶劣。为了保证高温涡轮叶片的合理寿命，需要对其进行有效地冷却，其中，尤其以高温涡轮转子叶片的冷却形式最为复杂。目前世界上最先进的涡轮转子叶片均采用多冷却回路、蛇形通道强化对流冷却的形式，以使叶片本体的温度场和应力分布保持在合理的水平。由于制造上的特点，叶片在完成内部冷却通道腔室的精密铸造后，在叶片顶部会将顶部封盖以焊接的形式完成内部冷却回路的封闭。

同时，在涡轮高温燃气流道中，由于燃气的横向二次流及叶顶泄漏流动，涡轮转子叶片的叶顶极容易由于温度过高或者热应力过大而高温氧化，出现裂纹、甚至烧蚀等失效现象。因此，需要在不增加总冷却空气量的情况下，对叶片顶部区域进行更加有效合理的冷却，以降低所述顶部区域的温度和热应力水平。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于燃气轮机的涡轮转子叶片，使其在不增加总冷却空气量的情况下，对叶片顶部区域进行更加有效合理的冷却，以降低叶片顶部区域的温度。

本发明的目的是通过如下技术方案实现的：

一种燃气轮机的涡轮转子叶片，所述叶片包括：叶片叶型、叶片叶根以及连接叶片叶型和叶片叶根的叶片平台；叶片叶型外表面由吸力面和压力面构成，吸力面和压力面交界区域分别为叶片前缘和叶片尾缘；在叶片内部，包含三个冷却回路：用于叶片前缘冷却的冲击冷却回路、用于叶片中部和叶片顶部冷却的蛇形通道强化对流冷却回路、用于叶片尾缘冷却的尾缘柱肋及喷射冷却回路；每个冷却回路分别具有至少一个冷却通道。叶片的顶部设有顶部封盖，该顶部封盖焊接在叶片顶部以封闭叶片；所述顶部封盖与叶片内部的隔板形成蛇形通道强化对流冷却回路中的横向冷却通道，所述横向冷却通道具有通向叶片外燃气主流的至少一个开口；在顶部封盖的横向冷却通道侧设有至少一个凸起结构；所述顶部封盖开有至少一个顶部气膜孔；所述横向冷却通道内冷却气体为从叶片前缘向叶片尾缘流动，最终从所述顶部气膜孔及横向冷却通道的所述开口流入燃气主流。

所述凸起结构是圆柱结构、半球形结构或者肋片结构；凸起结构与所述顶部封盖是一体加工；所述顶部封盖为单独制造，并以焊接的形式安装在叶片顶部；所述顶部封盖的燃气侧表面还喷有抗氧化涂层和隔热涂层。

所述冲击冷却回路和所述蛇形通道强化对流冷却回路的至少一个冷却通道内壁面具有至少一个肋片结构。

所述叶片前缘的壁上布置了至少一个气膜冷却孔；所述冲击冷却回路设置有至少一个冲击冷却孔；冲击冷却回路内冷却气体经过所述冲击冷却孔后，通过所述气膜冷却孔流出。所述叶片尾缘内部布置了至少一个柱肋结构；所述叶片尾缘开有至少一个喷射通孔，以使所述尾缘柱肋及喷射冷却回路内的冷却气体流出。

本发明具有以下优点及突出性效果：

顶部封盖的横向冷却通道侧表面上设置了至少一个凸起结构，使得冷却气体在流经叶片顶部区域时，由于凸起结构有强化对流换热的作用，因此可强化顶部封盖横向冷却通道侧表面的传热冷却效果。通常情况下，顶部封盖燃气侧表面会喷涂有隔热涂层；同时，由于叶片顶部区域还存在气膜冷却，以及横向冷却通道内部的用于强化对流换热冷却的结构，因此，几种冷却形式可配合起来获得顶部封盖上传热性能的合理分布。

附图说明

图1是燃气轮机的涡轮转子叶片的三维视图。

图2是本发明的燃气轮机涡轮转子叶片内部冷却系统截面示意图。

图3是图2的A向视图。

图4是顶部封盖的放大视图。

图5是顶部封盖侧视图。

图6是顶部封盖的仰视图。

图7是图2的B-B剖视图。

图8是图2的C-C剖视图。

图中：1-根部冷却通道入口；2-气膜冷却孔；3-冲击冷却孔；4-喷射通孔；5-顶部气膜孔；11-叶片叶根；12-叶片平台；13-叶片叶型；14-顶部封盖；15-凸起结构；16-肋片结构；17-柱肋结构；18-冷却通道分隔板；19-叶型中弧线；21-第二冲击冷却通道；22-第一冲击冷却通道；23-第三蛇形冷却通道；24-横向冷却通道；25-第二蛇形冷却通道；26-第一蛇形冷却通道；27-尾缘冷却通道；28-冲击冷却分隔板；31-叶片吸力面；32-叶片压力面；33-叶片前缘；34-叶片尾缘。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的原理、具体实施和工作过程做进一步的说明：