[发明专利]一种涡轮冷却叶片

说明书

技术领域

本发明涉及一种用在燃气轮机上的涡轮冷却叶片。

背景技术

涡轮叶片是燃气轮机的重要部件，现有的涡轮叶片包括叶片本体，叶片本体的内部具有冷却通道，在工作中，燃气涡轮叶片的叶顶顶板和机匣封严结构配合，两者之间的间隙引起的高温燃气泄漏是涡轮效率损失的最主要因素，这是由于涡轮叶片工作的高温、高压和高转速的恶劣环境，导致涡轮盘、叶片和机匣由于离心力、温度应力等产生的变形难以实现各工况下的最佳配合设计，涡轮叶片和封严结构之间总是存在一定间隙，而这个间隙会造成高温燃气的泄露，致使涡轮的效率损失。因此，如何最大限度地降低涡轮的叶顶间隙泄漏是燃气轮机设计的焦点之一。目前，常用叶顶结构是在叶顶顶板上增加沿叶片外表面排布的具有一定厚度和高度的围带结构，形成叶顶凹槽结构，与平顶叶片相比可以较大程度地减少叶顶间隙燃气损失。

在工作时，叶顶顶板一直承受着从压力面向吸力面高速流动的高温燃气的冲刷力，因此，需要对涡轮叶片进行冷却，也就是在涡轮叶片的冷却通道内设置冷气，而普通冷却叶片的叶顶结构主要依靠冷却通道内冷却气体的热传导实现冷却，冷却效果不佳。目前先进燃气轮机涡轮的进口燃气温度已达到2000K以上，现有高温合金材料的最高耐受温度远小于涡轮进口温度，而围带结构的设置则进一步恶化了叶顶的工作环境。叶顶围带结构往往由于高温燃气的持续冲刷产生氧化腐蚀或剥落现象，引起涡轮叶片叶顶间隙的逐渐增大，从而导致高压涡轮工作效率降低甚至失效，严重威胁燃气轮机运行的安全性，需要定期对涡轮叶片进行维修或更换，代价高昂。

对涡轮叶片的冷却方式有强化换热冷却、气膜冷却和冲击冷却等，目前在叶顶结构的热防护上，主要通过叶片冷却通道换热、射流和气膜冷却方式实现。由于冷却通道对叶顶结构的冷却效果较低，往往需要一定数量的射流孔和气膜孔对叶顶顶板进行冷却。射流对叶顶高温燃气的泄漏会产生一定的阻碍作用，同时对叶顶顶板及其附属结构具有一定的冷却效果；从气膜孔流出的冷气，一部分沿叶片径向流向叶顶，在压力面和叶顶表面形成气膜，另一部分沿叶片流向流动与高温燃气混合；由于冷却通道面积较大，冷气的流速不大，再加上冷气在叶顶附近的流动路程较短，使得射流和气膜冷却要达到足够的冷却效果，需要的冷气量较大，这对涡轮效率产生负面作用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种涡轮冷却叶片，以对涡轮叶片叶顶顶板及其附属结构实现有效冷却，降低叶顶顶板的热载荷，防止叶顶结构因氧化腐蚀而导致叶顶间隙的增大或涡轮叶片的失效，可提高燃气轮机运行的安全性和稳定性，降低燃气轮机运行成本。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种涡轮冷却叶片，包括叶片本体，叶片本体内具有冷却通道，叶片本体的叶顶顶板上设置有围带结构，所述冷却通道内靠近叶顶顶板的上部设置有由叶片本体的压力面侧延伸到吸力面侧的将冷却通道横向分为下侧的主冷却通道与上侧的微冷却通道的隔板，隔板上于吸力面侧设置有连通主冷却通道与微冷却通道的连通缺口，叶顶顶板上由叶片本体的前缘至尾缘布设有一个以上的与微冷却通道连通的射流孔。

所述的压力面上由叶片本体的前缘至尾缘布设有一个以上的与微冷却通道连通的气膜孔。

所述的叶片本体的尾缘上设置有与微冷却通道连通的微排气逢。

所述的气膜孔的靠近叶顶顶板的孔壁部分具有斜向叶顶顶板的用于引导气流流向上方的引流面。

所述的气膜孔为一个侧面平行于叶顶顶板的方形孔，所述引流面位于方形孔的平行于叶顶顶板的侧面上。

所述的连通缺口为沿吸力面由叶片本体的前缘延伸到尾缘的条状缺口。

所述的微冷却通道内设置有分别由压力面上和吸力面上延伸出来的交错设置的将微冷却通道分割成折转相通的折转流道的肋板，设置在吸力面上的肋板将连通缺口分割为一个个独立的冷气入口。

微冷却通道的各个冷气入口上均设置有一端固设在隔板与吸力面的内侧面之间另一端伸入微冷却通道的调节冷气入口的大小的流量调节柱，流量调节柱伸入微冷却通道内的一端的端头上具有两个沿吸力面分别向两侧外伸的流向调节沿。

所述的主冷却通道内设置有将主冷却通道分割成由叶片本体的前缘到尾缘的回形冷却流道的隔肋，叶片本体的尾缘上具有一个以上的与回形冷却流道连通的排气缝。

所述的射流孔为与叶顶顶板具有夹角的斜孔。