CN117489418B - 一种涡轮导向叶片及其前冷气腔的冷气导流件 - Google Patents

Abstract

本发明属于技术燃气轮机涡轮导向叶片领域，具体涉及一种涡轮导向叶片及其前冷气腔的冷气导流件，包括叶身和冷气导流件；叶身的在前冷气腔腔壁上分别设置有盆侧气膜孔、前气膜孔、背侧气膜孔；在叶身的内外两端均设置有进气口；所述冷气导流件设置于前冷气腔内，并将前冷气腔分隔为前缘冷却腔、叶背冷却腔和叶盆冷却腔；前缘冷却腔与一个进气口连通，叶背冷却腔和叶盆冷却腔与另一个进气口连通；不同冷却腔对应连通不同的气膜孔。本方案将送入叶身的前冷气腔的前缘、叶盆、叶背处的冷气进行分隔，并且能够通过分隔的方式来控制冷气流量，针对不同温度的部位注入不同温度的冷气以提高冷气效率。

Description

一种涡轮导向叶片及其前冷气腔的冷气导流件

技术领域

本发明属于技术燃气轮机涡轮导向叶片领域，具体涉及一种涡轮导向叶片及其前冷气腔的冷气导流件。

背景技术

涡轮是燃气轮机的重要部件之一，用来将燃烧室产生的热能转化为机械能。随着现代燃气轮机的涡轮进口温度不断提升，涡轮高温部件的热载荷也在增加，为了在不影响工况的前提下提高高温部件的使用寿命需要对其采取有效的冷却措施。

通常对涡轮导向叶片的冷却是通过向导向叶片内腔注入冷气，经由气膜孔在叶身表面形成冷气薄膜，对叶片外表面进行保护。部分导向叶片中还会有冷气导管，通过导管输入冷气与叶片内壁进行换热。但是对于高温部件涡轮导向叶片来说，不同位置的叶身表面温度有显著差异，叶片前缘温度要高于叶盆和叶背温度，前缘所受到的热腐蚀和热冲击要高于其他部位，这使得为满足前缘冷却需向叶片内腔注入更多的冷气，降低了冷气的利用效率。

为了实现对涡轮叶片的叶盆、叶背以及前缘等部位的冷气的分流，有必要设计一种涡轮导向叶片及其冷气导流件。

发明内容

为了解决现有涡轮导向的前冷气腔分流冷却的问题，本方案提供了一种涡轮导向叶片及其前冷气腔的冷气导流件。

本发明所采用的技术方案为：

一种涡轮导向叶片，包括叶身和冷气导流件；

所述叶身内设置有相互隔开的前冷气腔和后冷气腔；前冷气腔位于后冷气腔的前侧；在前冷气腔的叶盆侧的腔壁上设置有盆侧气膜孔，在前冷气腔的叶前侧的腔壁上设置有前气膜孔，在前冷气腔的叶背侧的腔壁上设置有背侧气膜孔；在叶身的内外两端均设置有进气口；

所述冷气导流件设置于前冷气腔内，并将前冷气腔分隔为前缘冷却腔、叶背冷却腔和叶盆冷却腔；前缘冷却腔与一个进气口连通，叶背冷却腔和叶盆冷却腔与另一个进气口连通；前缘冷却腔通过其腔壁上的前排气孔与前气膜孔连通；叶背冷却腔与背侧气膜孔连通；叶盆冷却腔与盆侧气膜孔连通。

作为上述涡轮导向叶片的备选结构或补充设计：在叶身的内端设置的进气孔为内进气孔，该内进气孔连通于前缘冷却腔；在叶身的外端设置的进气孔为外进气孔，该外进气孔连通于叶背冷却腔和叶盆冷却腔。

作为上述涡轮导向叶片的备选结构或补充设计：所述前缘冷却腔、叶背冷却腔和叶盆冷却腔沿各自的进气方向的截面面积不断减小。

作为上述涡轮导向叶片的备选结构或补充设计：所述冷气导流件一端伸至一个进气口处，并将该进气口隔开为第一上引气口和第二上引气口，所述第一上引气口连通于叶盆冷却腔，第二上引气口连通于叶背冷却腔；第一上引气口与第二上引气口的面积比变化时，叶背冷却腔和叶盆冷却腔中的进气量也发生变化。

作为上述涡轮导向叶片的备选结构或补充设计：所述涡轮导向叶片还包括外叶缘和内叶缘；外叶缘和内叶缘分别连接于叶身的外端和内端。

作为上述涡轮导向叶片的备选结构或补充设计：所述外叶缘的外侧设置有前冷气槽，所述前冷气槽与叶身外端设置的进气孔连通。

作为上述涡轮导向叶片的备选结构或补充设计：所述后冷气腔内设置有后导气管，所述后导气管的后侧设置有后排气孔；所述后排气孔与叶身尾部的排气尾缝连通。

作为上述涡轮导向叶片的备选结构或补充设计：所述冷气导流件包括后折板、背侧斜板、端盖、拱形部、盆侧承接板、背侧承接板和盆侧斜板；所述后折板、盆侧斜板和盆侧承接板连接形成第一槽部，叶盆冷却腔形成于第一槽部与前冷气腔的叶盆侧的腔壁之间；所述背侧斜板与背侧承接板连接形成第二槽部，叶背冷却腔形成于第二槽部与前冷气腔的叶背侧的腔壁之间；盆侧承接板、背侧承接板均与拱形部相连，第一槽部和第二槽部的一端相接、另一端相互分开；第一槽部与第二槽部之间的空间与盆侧承接板、背侧承接板和拱形部三者围成的空间共同形成前缘冷却腔；所述端盖封堵于拱形部的一端。

作为上述涡轮导向叶片的备选结构或补充设计：在冷气导流件远离端盖的一端设置有V字形的下引气口，在下引气口的口沿向外弯折并形成外折沿，该外折沿能够抵紧所述前冷气腔的其中一个进气口。

一种涡轮导向叶片前冷气腔的冷气导流件，包括后折板、背侧斜板、端盖、拱形部、盆侧承接板、背侧承接板和盆侧斜板；所述后折板、盆侧斜板和盆侧承接板连接形成第一槽部；所述背侧斜板与背侧承接板连接形成第二槽部；拱形部呈槽状，第二槽部与第一槽部分别连接于拱形部的两个槽沿处，第一槽部和第二槽部的一端相接、另一端相互分开；在拱形部的一端设置有端盖，该端盖靠近于第一槽部与第二槽部相接一端处，第一槽部与第二槽部相互分开的一端的开口与拱形部的另一端共同形成V字形的下引气口。

本发明的有益效果为：本发明的冷气导流件通过钎焊固定到涡轮导向叶片的前冷却腔内后，能够将前冷却腔进行分隔，并将叶身内外两个方向注入冷气进行分流，使得冷气从叶片的前缘、叶盆和叶背等三处不同位置的气膜孔中流出，从而使得叶身外壁面形成冷气薄膜对其进行冷却，通过计算前冷却腔不同位置的腔壁的受热分布，可以调整冷气导流件的形状，从而改变前冷却腔的不同隔腔中的冷气流量，从而提高冷气的利用率。

附图说明

为了更清楚地说明本方案实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。

图1是靠近外叶缘处的叶身截面结构图；

图2是靠近内叶缘处的叶身截面结构图；

图3是冷气导流件的立体结构图；

图4是冷气导流件的另一视角结构图；

图5是涡轮导向叶片的结构图。

图中：1-叶身；11-盆侧气膜孔；12-前气膜孔；13-外叶缘；131-前冷气槽；14-内叶缘；15-背侧气膜孔；16-排气尾缝；2-冷气导流件；21-后折板；22-外折沿；23-背侧斜板；24-端盖；25-前排气孔；26-拱形部；27-盆侧承接板；28-背侧承接板；29-下引气口；210-盆侧斜板；3-后导气管；31-导气管腔；32-后排气孔；A-前缘冷却腔；B-叶背冷却腔；C-叶盆冷却腔。

具体实施方式

下面将结合附图，对本实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，所描述的实施例仅仅是一部分实施例，而非是全部，基于本方案中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本方案的保护范围。

实施例1

如图1至图5所示，本实施例设计了一种涡轮导向叶片，包括叶身1、冷气导流件2和后导气管3等部件。（叶身的内端是以前冷气腔和后冷气腔与内叶缘上的冷气槽连通的位置为界，叶身的外端是以前冷气腔和后冷气腔与外叶缘上的前冷气槽连通的位置为界；下文统一简称该连接处为叶身的内端和叶身的外端。）

叶身1具有翼形的截面，所述叶身1内具有前冷气腔和后冷气腔，前冷气腔和后冷气腔相互隔开，从而方便于前冷气腔和后冷气腔通入不同温度的冷气进行冷气，前冷气腔位于后冷气腔的前侧，由于叶身1的前缘位置所受到的温度往往更高，因此，向前冷气腔内通入相比于后冷气腔更低的冷气，能够有效的节省冷气，提高冷气的利用率。

在前冷气腔的叶盆侧的腔壁上设置有盆侧气膜孔11，该盆侧气膜孔11为朝向叶身1的尾端倾斜的斜孔，当冷气从盆侧气膜孔11喷出后，能够在叶身1的叶盆侧形成气膜，从而阻断燃气轮机主通道中的热空气与叶盆的接触。在前冷气腔的叶前侧的腔壁上设置有前气膜孔12，该前气膜孔12为朝向叶身1内端倾斜的斜孔，当冷气从前气膜孔12喷出后，能够在叶身1的前缘处形成气膜，从而阻断燃气轮机主通道中的热空气与叶身1的前缘外壁面接触。在前冷气腔的叶背侧的腔壁上也设置有背侧气膜孔15，该背侧气膜孔15为朝向叶身1的尾端倾斜的斜孔，当冷气从背侧气膜孔15喷出后，能够在叶身1的叶背侧形成气膜，从而阻断燃气轮机主通道中的热空气与叶背的接触。在叶身1的内外两端均设置有进气口，通过两个进气口可以向前冷气腔通入不同温度的冷气。

所述冷气导流件2插入到前冷气腔内，并采用钎焊等方式固定，冷气导流件2将前冷气腔分隔为前缘冷却腔A、叶背冷却腔B和叶盆冷却腔C；前缘冷却腔A与一个进气口连通，具体可为：在叶身1的内端设置的进气孔为内进气孔，该内进气孔连通于前缘冷却腔A。叶背冷却腔B和叶盆冷却腔C与另一个进气口连通，具体可为：在叶身1的外端设置的进气孔为外进气孔，该外进气孔连通于叶背冷却腔B和叶盆冷却腔C。前缘冷却腔A位于前冷气腔靠近前缘的位置，该前缘冷却腔A的前侧腔壁上设置有若干前排气孔25，前排气孔25的分布位置可以与前气膜孔12一一对应，该前缘冷却腔A通过腔壁上的前排气孔25与前气膜孔12连通。叶背冷却腔B位于前冷气腔靠近叶背侧的位置，叶背冷却腔B与背侧气膜孔15连通。叶盆冷却腔C位于前冷气腔靠近叶盆侧的位置，叶盆冷却腔C与盆侧气膜孔11连通。

所述前缘冷却腔A、叶背冷却腔B和叶盆冷却腔C沿各自的进气方向的截面面积不断减小，从而使得冷气进入前缘冷却腔A、叶背冷却腔B和叶盆冷却腔C后被不断压缩增压，从而保证冷气在叶身1长度方向上的不同气膜孔处都具有均匀的排气量。

所述涡轮导向叶片还包括外叶缘13和内叶缘14，外叶缘13呈弧形并一体成型于叶身1的外端，内叶缘14呈弧形并一体成型于叶身1的内端。外叶缘13和内叶缘14的具体结构此处不做详述，采用现有的外叶缘13和内叶缘14结构设计即可，多个外叶缘13能够拼接为环形，多个内叶缘14也能够拼接形成环形即可。

在所述外叶缘13的外侧设置有前冷气槽131，所述前冷气槽131与叶身1外端设置的进气孔连通，从涡轮导向叶片外侧的引入的冷气能够通过该前冷气槽131进入到前冷气腔中。

所述冷气导流件2一端伸至外进气口处，并将该外进气口隔开为第一上引气口和第二上引气口，所述第一上引气口连通于叶盆冷却腔C，第二上引气口连通于叶背冷却腔B，从而使得前冷气槽131中的冷气能够通过第一上引气口送入到叶盆冷却腔C，同时冷气也通过第二上引气口送入到叶背冷却腔B。第一上引气口与第二上引气口的面积比变化时，叶背冷却腔B和叶盆冷却腔C中的进气量也发生变化，因此，可以通过改变冷气导流件2的端部的形状，控制一上引气口与第二上引气口的面积比，从而达到控制叶背冷却腔B和叶盆冷却腔C中的进气量的目的。

在所述后冷气腔内设置有后导气管3，所述后导气管3的后侧设置有后排气孔32；所述后排气孔32与叶身1尾部的排气尾缝16连通。

本实施例冷气导流件2通过钎焊固定到涡轮导向叶片的前冷却腔内后，能够将前冷却腔进行分隔，并将叶身1内外两个方向注入冷气进行分流，使得冷气从叶片的前缘、叶盆和叶背等三处不同位置的气膜孔中流出，从而使得叶身1外壁面形成不同厚度的冷气薄膜对其进行保护，通过计算前冷却腔不同位置的腔壁的受热分布，可以调整冷气导流件2的形状，从而改变前冷却腔的不同隔腔中的冷气流量，从而提高冷气的利用率。

实施例2

在实施例1的结构基础上，本实施例设计了一种能够适配于该叶身1的冷气导流件2。

本实施例中的所述冷气导流件2包括后折板21、背侧斜板23、端盖24、拱形部26、盆侧承接板27、背侧承接板28和盆侧斜板210等部件。

所述后折板21、盆侧斜板210和盆侧承接板27连接形成第一槽部，盆侧斜板210连接于后折板21与盆侧承接板27之间，后折板21与盆侧承接板27均呈三角板状，当冷气导流件2插入到前冷气腔中后，后折板21抵于前冷气腔的后腔壁上，盆侧承接板27的沿处抵于前冷气腔叶盆侧的腔壁上，从而在该第一槽部与前冷气腔的叶盆侧的腔壁之间形成叶盆冷却腔C。

所述背侧斜板23与背侧承接板28连接形成第二槽部，背侧承接板28呈梯形或三角形，当冷气导流件2插入到前冷气腔中后，背侧斜板23的后沿抵于前冷气腔的后腔壁上，背侧承接板28的沿处抵于前冷气腔叶背侧的腔壁上，叶背冷却腔B形成于第二槽部与前冷气腔的叶背侧的腔壁之间。

拱形部26呈槽状，第二槽部与第一槽部分别连接于拱形部26的两个槽沿处，具体的：盆侧承接板27、背侧承接板28均与拱形部26相连；第一槽部与第二槽部之间的空间与盆侧承接板27、背侧承接板28和拱形部26三者围成的空间共同形成前缘冷却腔A；所述端盖24封堵于拱形部26的一端，该端盖24与拱形部26钎焊连接。当冷气导流件2插入到前冷气腔中后，该拱形部26贴合到前冷气腔靠近前缘处的区域上，并且拱形部26上的前排气孔25对前气膜孔12对应设置。

第一槽部和第二槽部的一端相接、另一端相互分开；使得背侧斜板23和盆侧斜板210之间形成V字形的空间。

在冷气导流件2远离端盖24的一端设置有V字形的下引气口29，第一槽部与第二槽部内端相互分开形成的开口与拱形部26的内端共同形成V字形的下引气口29，在下引气口29的口沿向外弯折并形成外折沿22，该外折沿22能够抵紧所述前冷气腔的内进气口，从而使得导向叶片内侧的冷气能够通过下引气口29进入到前缘冷却腔A内。

本实施例中的冷气导流件2能够将送入叶身1的前冷气腔的前缘、叶盆、叶背处的冷气进行分隔，并且能够通过分隔的方式来控制冷气流量，针对不同温度的部位注入不同温度的冷气以提高冷气效率；并且通过改变角度及尺寸适用各种分腔的涡轮导向叶片，有很高的应用价值和很好的应用前景。

上述实施例仅仅是为了清楚地说明所做的举例，而并非对实施方式的限定；这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本技术的保护范围内。

Claims (9)

1.一种涡轮导向叶片，其特征在于：包括叶身（1）和冷气导流件（2）；

所述叶身（1）内设置有相互隔开的前冷气腔和后冷气腔；前冷气腔位于后冷气腔的前侧；在前冷气腔的叶盆侧的腔壁上设置有盆侧气膜孔（11），在前冷气腔的叶前侧的腔壁上设置有前气膜孔（12），在前冷气腔的叶背侧的腔壁上设置有背侧气膜孔（15）；在叶身（1）的内外两端均设置有进气口；

所述冷气导流件（2）设置于前冷气腔内，并将前冷气腔分隔为前缘冷却腔（A）、叶背冷却腔（B）和叶盆冷却腔（C）；前缘冷却腔（A）与一个进气口连通，叶背冷却腔（B）和叶盆冷却腔（C）与另一个进气口连通；前缘冷却腔（A）通过其腔壁上的前排气孔（25）与前气膜孔（12）连通；叶背冷却腔（B）与背侧气膜孔（15）连通；叶盆冷却腔（C）与盆侧气膜孔（11）连通；

所述冷气导流件（2）包括后折板（21）、背侧斜板（23）、端盖（24）、拱形部（26）、盆侧承接板（27）、背侧承接板（28）和盆侧斜板（210）；所述后折板（21）、盆侧斜板（210）和盆侧承接板（27）连接形成第一槽部，叶盆冷却腔（C）形成于第一槽部与前冷气腔的叶盆侧的腔壁之间；所述背侧斜板（23）与背侧承接板（28）连接形成第二槽部，叶背冷却腔（B）形成于第二槽部与前冷气腔的叶背侧的腔壁之间；盆侧承接板（27）、背侧承接板（28）均与拱形部（26）相连，第一槽部和第二槽部的一端相接、另一端相互分开；第一槽部与第二槽部之间的空间与盆侧承接板（27）、背侧承接板（28）和拱形部（26）三者围成的空间共同形成前缘冷却腔（A）；所述端盖（24）封堵于拱形部（26）的一端。

2.根据权利要求1所述的涡轮导向叶片，其特征在于：在叶身（1）的内端设置的进气孔为内进气孔，该内进气孔连通于前缘冷却腔（A）；在叶身（1）的外端设置的进气孔为外进气孔，该外进气孔连通于叶背冷却腔（B）和叶盆冷却腔（C）。

3.根据权利要求1所述的涡轮导向叶片，其特征在于：所述前缘冷却腔（A）、叶背冷却腔（B）和叶盆冷却腔（C）沿各自的进气方向的截面面积不断减小。

4.根据权利要求1所述的涡轮导向叶片，其特征在于：所述冷气导流件（2）一端伸至一个进气口处，并将该进气口隔开为第一上引气口和第二上引气口，所述第一上引气口连通于叶盆冷却腔（C），第二上引气口连通于叶背冷却腔（B）；第一上引气口与第二上引气口的面积比变化时，叶背冷却腔（B）和叶盆冷却腔（C）中的进气量也发生变化。

5.根据权利要求1-4任意一项所述的涡轮导向叶片，其特征在于：所述涡轮导向叶片还包括外叶缘（13）和内叶缘（14）；外叶缘（13）和内叶缘（14）分别连接于叶身（1）的外端和内端。

6.根据权利要求5所述的涡轮导向叶片，其特征在于：所述外叶缘（13）的外侧设置有前冷气槽（131），所述前冷气槽（131）与叶身（1）外端设置的进气孔连通。

7.根据权利要求5所述的涡轮导向叶片，其特征在于：所述后冷气腔内设置有后导气管（3），所述后导气管（3）的后侧设置有后排气孔（32）；所述后排气孔（32）与叶身（1）尾部的排气尾缝（16）连通。

8.根据权利要求1所述的涡轮导向叶片，其特征在于：在冷气导流件（2）远离端盖（24）的一端设置有V字形的下引气口（29），在下引气口（29）的口沿向外弯折并形成外折沿（22），该外折沿（22）能够抵紧所述前冷气腔的其中一个进气口。

9.一种涡轮导向叶片前冷气腔的冷气导流件，其特征在于：包括后折板（21）、背侧斜板（23）、端盖（24）、拱形部（26）、盆侧承接板（27）、背侧承接板（28）和盆侧斜板（210）；所述后折板（21）、盆侧斜板（210）和盆侧承接板（27）连接形成第一槽部；所述背侧斜板（23）与背侧承接板（28）连接形成第二槽部；拱形部（26）呈槽状，第二槽部与第一槽部分别连接于拱形部（26）的两个槽沿处，第一槽部和第二槽部的一端相接、另一端相互分开；在拱形部（26）的一端设置有端盖（24），该端盖（24）靠近于第一槽部与第二槽部相接一端处，第一槽部与第二槽部相互分开的一端的开口与拱形部（26）的另一端共同形成V字形的下引气口（29）。