[其他]薄膜冷却叶片和涡轮

说明书

本发明涉及到燃气轮机，特别是涡轮和叶片的冷却问题。

众所周知，涡轮和与其相关的静叶片，在燃气轮机中的工作条件是极其恶劣的。我们也同样知道，涡轮运转时，发动机的效率随温度的增加而增加，温度越高，效率越高。很明显，有关燃气轮机的技术一直在不断地改造，以便使之能在较高的温度下工作，其方法无非是采用适宜的材料或改进冷却技术。

例如，上述发动机的涡轮叶片的工作温度高达2500°F（二千五百华氏度），这些发动机的叶片典型地被进行冷却，通过降低叶片内的热应力，以提高叶片的结构安全和疲劳寿命。

一种关于叶片冷却的早期方法，在阿斯品威尔（Aspinwall）所申请的，题为“涡轮叶片”的美国专利US3171631中表示出。在阿斯品威尔（Aspinwall）的申请中，冷却空气流向叶片的负压表面和正压表面之间的空腔。通过旋转导板或叶片改变气流在空腔中流动的位置，导板同时也作为加固叶片结构的支撑件。

随着时间的推移，更完善的、采用曲折的冷却通道的方法被研制出，如Kercher的题为“高温涡轮的冷却叶片结构”的美国专利US    3533712就是一例。Kercher提出了采用延伸通过叶片内腔的螺旋形通道，以便对叶片的不同部位提供适合的冷却。构成通道的叶片材料，对叶片提供了必要的结构支承。

在以后的专利中，如艾伦（Allen）等人的题为“空心涡轮叶片顶部隔板”的美国专利US    4073599，提出了采用与冷却叶片的其他技术相结合的复杂的冷却通道。例如，艾伦等人所提出的前缘区域是通过冷却空气的碰撞来冷却的，冷却空气是通过位于该叶片前缘区域内、沿叶高方向延伸的通道被排出的。

为了促进前缘区域的冷却效果，采用具有多重通路的复杂通道的涡轮机叶片冷却，以及采用单独或与隔带结合的薄膜冷却孔已成为最近许多专利的主题如，格雷夫等人的题为“燃气轮机的转子叶片的冷却”（薄膜冷却孔）的美国专利US    4177010;摩尔（Moore）等人的题为“涡轮叶片”（薄膜冷却孔和隔带）的美国专利US    4180373;多德（Dodd）等人的题为“燃气轮机的转子叶片的冷却”（薄膜冷却孔）的美国专利US    4224011;和亚马利克（yamarik）等人的题为“冷却转子叶片”（薄膜冷却孔和隔带）的美国专利US    4278400。这些叶片的特征是，在叶片前缘区域内壁厚相对较大处，具有大的冷却空气通道。

在多通路叶片的通道内，主要内热传递的机理是邻近壁的对流冷却。靠近通道壁的冷却空气流速较低的区域，减少了通道中热传递的效率，可能导致叶片的这些部位过热。摩尔等人的题为“涡轮叶片”的美国专利US    4180373，在弯曲通道的拐角区域内采用了一个隔带，它从壁上伸入通道，以防止气流在拐角处，由于邻近壁的作用而滞止。

很明显，在设计新式多通道、薄膜冷却涡轮叶片的冷却方案时的考虑之一是保证来自燃气通道的热的燃气在某些临界位置上不流向叶片内部，这些临界位置是由内外压力比的最小允许值决定的。

例如，在现有的第一级涡轮中，位于薄膜冷却喷射位置处的内外压力被测出有较大的内外压比的变化。很明显，内外压力比的最小值位于第五通道内的压力表面上（在特殊的结构试验里），而其他内部压力由所选择的最低值来确定。外部压力是由所选定的流道和叶片的空气动力来确定。在不影响涡轮气动效率的前提下，特别是在围绕叶片的外部表面位置的意义上，可以少量改变内部压力。上述同样适用于现有技术中所述的通道型流程的内部压力。

本发明的目的是在燃气轮机的叶片的薄膜冷却注入位置处，调整该处的内部压力，以便产生一个穿过调整的内部小孔（叶片的内部）的压力降，从而得到希望的压比，在叶片的外部表面上可以获得最好薄膜冷却。

本发明的一个特征是提供一个内部纵向闭合通道，它靠近叶片的内表面，以便向通道供给具有所需压力的冷却空气，这是由于流动的冷却空气首先经过一个预先固定尺寸的小孔和第二个预定小孔实现的，从而形成冷却空气薄膜。压比可以得到控制，以便增加排气孔的数量和提高薄膜冷却效率。

其他特征和优点将通过说明书和权利要求书及相应的附图进行说明，附图用图说明了本发明的具体实例。

图1是一个局部正视，局部剖视的视图，它表示一个被改进的，现有的五通道内部冷却的涡轮叶片，它包含有一个单通道的发明。

图2是一涡轮叶片的剖面图，它表示带有多通道的发明。