[发明专利]燃气轮机的双层结构叶片和燃气轮机

说明书

本发明提供了一种燃气轮机的双层结构叶片和燃气轮机，叶片包括外壳和内壳，内壳设在外壳限定的腔室中并与外壳形成环绕内壳的环形流道，内壳位于前缘流道与尾缘流道之间，内壳内限定出与进气口连通的内壳流道，内壳的靠近尾缘流道的一侧设有开口以便内壳流道与环形流道的进气端连通，环形流道的出气端与尾缘流道连通，其中，内壳流道内的冷却气进入环形流道后流经外壳的压力面和吸力面中的每一者对应的内壁面，进入尾缘流道。通过双层结构设计在外壳和内壳之间限定出环形流道，能够显著增加冷气在叶片内部的换热面积，大大提升冷却效率和换热能力，显著提高对叶片压力面和吸力面的冷却效果。

技术领域

本发明涉及燃气轮机技术领域，还涉及一种燃气轮机的双层结构叶片和具有这种叶片的燃气轮机。

背景技术

燃气轮机是一种重要的动力机械，在航空推进、船舶推进、发电等诸多领域都有其重要应用。目前燃气轮机的透平进口温度已远高于高温合金的耐热极限温度，必须采取相应措施来降低叶片运行温度，所以叶片冷却成为保障叶片安全可靠运行的燃机重大关键技术之一。

透平高温叶片普遍采用空心结构，通过从压气机抽取的高压气体来对叶片内部进行冷却。目前广泛使用的叶片的冷却方式主要包括冲击冷却、带肋通道冷却、柱肋冷却、气膜冷却等，但是这些冷却方式的强化换热能力仍然有限，无法满足更高热载荷的先进燃机运行条件。并且随着几十年的技术发展，对上述冷却方式的研究已相对充分，其冷却效果已接近自身的技术极限，若想大幅提升冷却效果，现有典型叶片内部结构较难实现。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明的实施例提出一种具有优异冷却效果的燃气轮机的叶片。本发明的实施例还提出一种燃气轮机。

本发明实施例的燃气轮机的双层结构叶片的前缘处设有连通的前缘流道和第一出气口，所述叶片的尾缘处设有连通的尾缘流道和第二出气口，所述叶片还具有进气口；所述叶片包括外壳和内壳，所述内壳设在所述外壳限定的腔室中并与所述外壳形成环绕所述内壳的环形流道，所述内壳位于所述前缘流道与所述尾缘流道之间，所述内壳内限定出与所述进气口连通的内壳流道，所述内壳的靠近所述尾缘流道的一侧设有开口以便所述内壳流道与所述环形流道的进气端连通，所述环形流道的出气端与所述尾缘流道连通，其中，所述内壳流道内的冷却气进入所述环形流道后流经所述外壳的压力面和吸力面中的每一者对应的内壁面，进入所述尾缘流道。

本发明实施例提供的燃气轮机的叶片通过双层结构设计，在外壳和内壳之间限定出环形流道，能够显著增加冷气在叶片内部的换热面积，流量不变的情况下冷气能够带走更多的热量，大大提升冷却效率和换热能力，显著提高对叶片压力面和吸力面的冷却效果。此外，前缘流道和尾缘流道对叶片的前缘和尾缘起到良好的冷却作用。

在一些实施例中，所述环形流道内设有第一柱肋结构，所述第一柱肋结构包括若干第一柱肋。

在一些实施例中，所述尾缘处设有第二柱肋结构，所述第二柱肋结构包括若干第二柱肋，若干所述第二柱肋限定出所述尾缘流道。

在一些实施例中，所述前缘处设有至少一个沿所述叶片的长度方向延伸的冲击板，所述冲击板上设有至少一个贯穿的冲击孔，所述冲击孔与所述第一出气口相对。

在一些实施例中，所述进气口设在所述叶片的底部，所述进气口包括第一进气口和第二进气口，所述第一进气口与所述前缘流道的底部连通，所述第二进气口与所述内壳流道的底部连通。

在一些实施例中，双层结构叶片还包括第一隔板，所述第一隔板设在所述外壳内并位于所述前缘流道与所述环形流道之间。

在一些实施例中，所述内壳中设有若干沿叶片长度方向延伸的流道壁，所述若干流道壁限定出蛇形的所述内壳流道，蛇形的所述内壳流道包括若干沿叶片长度方向延伸的流道段。