阅读说明：本技术 一种燃气轮机透平闭式蒸汽冷却叶片 (Closed steam cooling blade of gas turbine ) 是由 权立宝 潘春霖 郑伟 李小萌 郭振轩 于 2021-12-02 设计创作，主要内容包括：一种燃气轮机透平闭式蒸汽冷却叶片,属于燃气轮机用叶片技术领域,包括上缘板,上缘板上设置有蒸汽输入管道Ⅰ、蒸汽输入管道Ⅱ、蒸汽输出管道Ⅰ及蒸汽输出管道Ⅱ,下缘板的上尾缘侧设置有导流槽,叶片体内安装有插件,正对叶片体前缘内侧的插件前部沿径向开设多个冲击孔,且插件的内腔与蒸汽输入管道Ⅰ连通,叶片体的冷却腔后部设置若干沿径向等间距设置的隔板,且隔板位于插件的后部,叶片体尾缘实体部分开设有多个径向冷却通道,径向冷却通道由上至下贯穿整个叶片尾部,且多个径向冷却通道通过下缘板设置的导流槽连通。解决从压气机抽取高压空气及冷却介质与主流道燃气混合所产生的负面影响,简化叶片内腔冷却结构,降低叶片制造成本。(The utility model provides a gas turbine closed steam cooling blade, belong to blade technical field for gas turbine, including the upper fringe board, be provided with steam input pipeline I on the upper fringe board, steam input pipeline II, steam output pipeline I and steam output pipeline II, the last trailing edge side of lower fringe board is provided with the guiding gutter, install plug-in components in the blade body, just radially set up a plurality of percussion holes to the plug-in components front portion of blade body leading edge inboard, and the inner chamber and the I intercommunication of steam input pipeline of plug-in components, the cooling chamber rear portion of the blade body sets up a plurality of baffles that set up along radial equidistant, and the baffle is located the rear portion of plug-in components, a plurality of radial cooling channel have been seted up to blade body trailing edge entity part, radial cooling channel runs through whole blade afterbody from top to bottom, and a plurality of radial cooling channel are through the guiding gutter intercommunication that the lower fringe board set up. The negative influence generated by mixing high-pressure air extracted from the air compressor, a cooling medium and main runner gas is solved, the cooling structure of the inner cavity of the blade is simplified, and the manufacturing cost of the blade is reduced.)

一种燃气轮机透平闭式蒸汽冷却叶片

技术领域

本发明属于燃气轮机用叶片技术领域，具体涉及一种燃气轮机透平闭式蒸汽冷却叶片。

背景技术

提高燃气轮机热效率的一个重要途径是提高透平进口温度，但这却使得透平部件的工作环境恶化，对材料的性能要求日益提高。目前，国外已经研制成功了燃气初温1600℃以上级的燃气轮机并投入了实际使用。由于当前透平叶片使用的高温材料所能承受的温度不超过1000℃，因此对燃气轮机的高温部件，尤其是透平叶片，必须采取可靠的冷却措施来降低其工作温度，从而保证燃气轮机安全的运行。以空气作为冷却介质的冷却技术发展和应用了几十年，其结构设计日益完善而高效。通常冷却空气都是从压气机的出口或者某一中间级处引出，然后通过各种冷却通道进入高温透平部件使之降温，最后排入主燃气流当中。随着燃气轮机透平进口温度的不断提高，所需的冷却空气量也日益增大，而地面用燃气轮机抽取的冷却空气量也达到5％以上，这将对发动机的总体性能产生非常不利的影响，这些压缩空气不能参与燃烧，因而不能成为燃气对透平做功；冷却空气最终将排入主燃气流当中，会造成燃气温度的降低，从而降低透平的出力和效率。

发明内容

本发明的目的在于提供一种燃气轮机透平闭式蒸汽冷却叶片，解决从压气机抽取高压空气及冷却介质与主流道燃气混合所产生的负面影响，简化叶片内腔冷却结构，降低了叶片制造成本。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种燃气轮机透平闭式蒸汽冷却叶片，包括叶片体、上缘板、下缘板、蒸汽输入管道Ⅰ、蒸汽输入管道Ⅱ、蒸汽输出管道Ⅰ及蒸汽输出管道Ⅱ，所述上缘板上设置有蒸汽输入管道Ⅰ、蒸汽输入管道Ⅱ、蒸汽输出管道Ⅰ及蒸汽输出管道Ⅱ，所述下缘板的上尾缘侧设置有导流槽，所述叶片体内安装有插件，正对叶片体前缘内侧的插件前部沿径向开设有多个冲击孔，且插件的内腔与蒸汽输入管道Ⅰ连通，通过冲击孔对叶片体前缘进行冲击冷却，冷却后的蒸汽沿插件与叶片体内表面形成的压力侧和吸力侧间隙流到冷却腔体后部，由蒸汽输出管道Ⅰ排出，叶片体的冷却腔后部设置若干沿径向等间距设置的隔板，且隔板位于插件的后部，叶片体尾缘实体部分开设有多个径向冷却通道，径向冷却通道由上至下贯穿整个叶片尾部，且多个径向冷却通道通过下缘板设置的导流槽连通。

所述插件与压力侧间隙的宽度小于插件与吸力侧间隙的宽度，保证压力侧和吸力侧蒸汽流量分布均匀，从而使得叶片整体温度分布均匀，从而保证压力侧和吸力侧能够均匀冷却。

多个所述径向冷却通道的内径由由靠近隔板一端到叶片体尾缘实体端部逐步减小。

本发明相比于现有技术能够产生的技术效果为：

采用闭式蒸汽冷却透平静叶片，可减少从压气机抽取高压空气量，使这一部分空气可参与做功，从而提高燃机效率和输出功率；闭式蒸汽冷却的优势还在于其冷却后的蒸汽不需要排入主燃气流，这样就不会降低燃气的温度，使得燃气温度提高从而提高燃气轮机的热效率；更高的冷却效率使得叶片的内腔结构进一步简化，降低了叶片的制造成本。

附图说明

图1 本发明一种燃气轮机透平闭式蒸汽冷却叶片整体示意图；

图2 本发明一种燃气轮机透平闭式蒸汽冷却叶片的上缘板示意图；

图3本发明一种燃气轮机透平闭式蒸汽冷却叶片的下缘板示意图；

图4本发明一种燃气轮机透平闭式蒸汽冷却叶片的内腔结构示意图；

图5本发明一种燃气轮机透平闭式蒸汽冷却叶片的插件示意图；

图6本发明一种燃气轮机透平闭式蒸汽冷却叶片的隔板阵列示意图；

图7本发明一种燃气轮机透平闭式蒸汽冷却叶片的径向冷却通道示意图；

图8本发明一种燃气轮机透平闭式蒸汽冷却叶片的蒸汽流路图；

1-蒸汽输入管道Ⅰ；2-蒸汽输入管道Ⅱ；3-蒸汽输出管道Ⅰ；4-蒸汽输出管道Ⅱ；5-上缘板，6-下缘板，7-导流槽，8-冲击孔，9-隔板，10-插件，11-径向冷却通道。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。

如图1至图8所示，一种燃气轮机透平闭式蒸汽冷却叶片，包括叶片体、上缘板5、下缘板6、蒸汽输入管道Ⅰ1、蒸汽输入管道Ⅱ2、蒸汽输出管道Ⅰ3及蒸汽输出管道Ⅱ4，所述上缘板5上设置有蒸汽输入管道Ⅰ1、蒸汽输入管道Ⅱ2、蒸汽输出管道Ⅰ3及蒸汽输出管道Ⅱ4，所述下缘板6的上尾缘侧设置有导流槽7，所述叶片体内安装有插件10将叶片体隔开，正对叶片体前缘内侧的插件10前部沿径向开设有多个冲击孔8，且插件10的内腔与蒸汽输入管道Ⅰ1连通，通过冲击孔8对叶片体前缘进行冲击冷却，冷却后的蒸汽沿插件10与叶片体内表面形成的压力侧和吸力侧间隙流到冷却腔体后部，由蒸汽输出管道Ⅰ3排出，叶片体的冷却腔后部设置若干沿径向等间距设置的隔板9，且隔板9位于插件10的后部，叶片体尾缘狭长的实体部分开设有多个径向冷却通道11，径向冷却通道11由上至下贯穿整个叶片尾部，且多个径向冷却通道11通过下缘板6设置的导流槽7连通。

所述插件10与压力侧间隙的宽度小于插件10与吸力侧间隙的宽度，保证压力侧和吸力侧蒸汽流量分布均匀，从而使得叶片整体温度分布均匀，从而保证压力侧和吸力侧能够均匀冷却。

多个所述径向冷却通道11的内径由由靠近隔板9一端到叶片体尾缘实体端部逐步减小。

该透平闭式蒸汽冷却叶片上缘板5设置蒸汽进、出口管道，用于将蒸汽输入和排出叶片内腔；其次，为了保证蒸汽不流入高温主燃气中，整个叶片采用封闭结构，无气膜冷却孔和尾缘劈缝等结构；第三，为了保证叶片各截面温度均匀，降低叶身承受的热应力，对叶片内腔的冷却通道按温度分布情况进行区域划分，对高温区采用大流量的冲击冷却，对相对低温区采用较小的流量的对流冷却。

一种燃气轮机透平闭式蒸汽冷却叶片的冷却过程为：

冷却蒸汽由蒸汽输入管道Ⅰ1进入插件10的内腔，通过插件10的冲击孔8对叶片前缘进行冲击冷却，冷却后的蒸汽沿着插件10与叶片内表面形成的压力侧和吸力侧间隙流到冷却腔后部，由蒸汽输出管道Ⅰ3排出；从蒸汽输入管道Ⅱ2进入的蒸汽依次通过径向冷却通道11和导流槽7进入叶片后部隔腔，并从蒸汽输出管道Ⅱ4排出，一次冷却过程完成。