[发明专利]涡轮转子叶片及包括其的燃气轮机

说明书

一种涡轮转子叶片及包括其的燃气轮机，涡轮转子叶片包括冷气孔，设置于叶片平台上，冷气孔的一端连通至叶片平台上表面对应位势作用影响区；和/或设置于叶片叶根上，冷气孔的一端连通至叶片平台的下方对应轮缘密封区域；冷气孔的另一端连通至涡轮转子叶片内部，用于引入涡轮转子叶片内部的冷却空气。本发明使其在不增加总冷却空气量的情况下，对叶片平台区域冷却空气的流动进行更加精准的控制，使其在周向的分布更加合理，更加可控，以降低叶片平台区域的温度和热应力水平。

技术领域

本发明涉及涡轮转子冷却技术领域，尤其涉及一种涡轮转子叶片及包括其的燃气轮机。

背景技术

随着燃气轮机设计技术水平的提高，燃气轮机涡轮进口燃气温度不断提高，涡轮部件所面临的热负荷极高，早已超过高温材料能够承受的极限。为了保证涡轮叶片安全可靠工作，需要对其进行复杂的冷却设计，以使叶片本体的温度和应力分布保持在合理的水平。

在涡轮转子叶片冷却设计过程中，叶片平台区域由于压力波动剧烈，平台区域冷气量的分配往往沿周向分布不均匀而导致冷却效果往往较差，因此涡轮转子叶片平台区域极容易由于冷却空气分布不均匀而导致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，对叶片平台区域冷却空气的流动进行更加精准的控制，使其在周向的分布更加合理，更加可控，以降低所述叶片平台区域的温度和热应力水平。

发明内容

有鉴于此，本发明的主要目的是提供一种涡轮转子叶片及包括其的燃气轮机，以期至少部分地解决上述提及的技术问题中的至少之一。

为实现上述目的，本发明的技术方案如下：

作为本发明的一个方面，提供一种涡轮转子叶片，所述涡轮转子叶片包括叶片叶身、叶片叶根以及连接叶片叶身和叶片叶根的叶片平台；叶片叶身外表面包括吸力面和压力面，吸力面和压力面交界区域分别为叶片前缘和叶片尾缘；在叶片平台下方具有轮缘密封区域，在叶片前缘上游具有位势作用影响区；

所述涡轮转子叶片还包括：

冷气孔，设置于叶片平台上，所述冷气孔的一端连通至叶片平台上表面对应位势作用影响区；和/或

设置于叶片叶根上，所述冷气孔的一端连通至叶片平台的下方对应轮缘密封区域；

所述冷气孔的另一端连通至涡轮转子叶片内部，用于引入涡轮转子叶片内部的冷却空气。

作为本发明的另一个方面，还提供一种燃气轮机，包括如上述的涡轮转子叶片。

基于上述技术方案，本发明相较于现有技术，至少具有以下有益效果的其中之一或其中一部分：

叶片平台上设置轮缘密封，用于使轮缘密封区域的密封空气喷射至叶片平台上方，通过密封空气对靠近叶片平台区域进行冷却保护；由于位势作用影响区的影响将会导致密封空气沿周向不再均匀分布；本发明设计冷气孔，冷气孔的冷气可以来自于叶片内部冷却通道，也可以来自于叶片根部密封空间。在不增加总冷却空气量的情况下，可以显著提高叶片平台区域的冷却设计质量，以削弱转子叶片前缘对上游流动的位势作用，提高该区域的冷却效果，并有效防止燃气入侵轮缘密封区；

冷气孔在叶片平台上以及叶片平台下同时设置，使冷却效果更优。

附图说明

图1是本发明实施例的涡轮转子叶片子午面剖面示意图；

图2是本发明实施例的涡轮转子叶片立体结构示意图；

图3是本发明实施例相关的位势作用原理图；

图4是本发明实施例的位势作用影响下轮缘密封区域的密封空气流量示意图。

以上附图中，附图标记含义如下：