[发明专利]一种具有叶顶防泄漏结构的涡轮冷却叶片

说明书

技术领域

本发明涉及一种用在燃气轮机上的具有叶顶防泄漏结构的涡轮冷却叶片。

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却气体，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，另外，叶顶围带结构的结构复杂，维修不便，维修周期较长。

发明内容

本发明的目的在于提供一种具有叶顶防泄漏结构的涡轮冷却叶片，以解决现有技术中采用叶顶围带结构减小涡轮叶片叶顶间隙时，因为叶顶围带结构的结构复杂而造成的维修不便、维修周期较长的问题。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种具有叶顶防泄漏结构的涡轮冷却叶片，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的外表面上设置有由叶片本体的前缘延伸至尾缘的叶顶隔肋，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冷却通道连通的射流孔，射流孔沿叶顶隔肋的延伸方向布设在叶顶隔肋的一侧或两侧。

所述叶顶隔肋沿叶顶顶板的中心弧线延伸。

所述的叶顶隔肋倾斜朝向压力面。

所述的叶顶隔肋一体设置在叶顶顶板上，所述的叶顶隔肋与叶顶顶板的连接处设置有弧形过渡结构。

所述射流孔布设在叶顶隔肋的两侧。

所述的射流孔为与叶顶顶板具有夹角的斜孔。

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冷却通道连通的气膜孔。

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。

所述的气膜孔为圆形孔或椭圆形孔。

所述的冷却通道内设置有将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板，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。

本发明的叶顶顶板的外表面上设置有由前缘延伸至尾缘的叶顶隔肋，在使用时，叶顶隔肋处在涡轮叶片和封严结构之间的间隙内，可以代替现有技术中的叶顶围带结构，起到减小叶顶间隙燃气损失的作用，不需要设置叶顶围带结构，即可以达到提高涡轮效率的目的。另外，叶顶隔肋的结构简单，便于加工成型，有利于降低涡轮叶片的成本，另外，与双侧凹槽结构的叶顶围带结构相比，叶顶隔肋的质量较轻，降低了涡轮叶片的整体质量，可以降低涡轮叶片的离心力。同时，由于叶顶隔肋的结构简单，在涡轮叶片工作一段时间后出现叶顶隔肋磨损或损坏时，也可以快速维修，涡轮叶片的维修性高，维修周期较长，成本低。

本发明的射流孔为与叶顶顶板具有夹角的斜孔，斜孔的设置不仅对叶顶顶板和叶顶隔肋具有明显的冷却效果，而且在一定程度上还会对叶顶高温燃气泄漏产生阻碍作用，减少叶顶间隙损失，提高涡轮效率。

本发明靠近叶顶的气膜孔孔壁部分具有斜向叶顶的用于引导气流流向上方的引流面，引流面使得由气膜孔中流出的冷却气体更好的贴近叶片壁面和叶顶结构流动，提高了气膜冷却效率。

附图说明

图1本发明实施例1的结构示意图；

图2是图1中A-A处的剖面图；

图3是图1中气膜孔的局部放大图；

图4为本发明实施例2的结构示意图。

具体实施方式