阅读说明：本技术 一种具有螺旋纽带的燃气轮机涡轮叶片 (Gas turbine blade with spiral band ) 是由 杜长河 高银峰 李洪伟 洪文鹏 杨悦 于 2020-12-17 设计创作，主要内容包括：本发明一种具有螺旋纽带的燃气轮机涡轮叶片,包括：叶片前缘、叶片尾缘,叶片吸力面、叶片压力面、叶片顶部、叶片根部、扰流肋、扰流柱、气膜孔、冷却气体进入通道、旋流腔室、旋流喷嘴和螺旋纽带,通过螺旋纽带进一步加强旋流腔室内冷气的旋转运动,加强冷气对壁面的冲刷,增强对壁面边界层的扰动,提高换热效果,延长冷气在冷却通道内停留的时间,提高冷却气体的利用率,减少所需冷气量从而减少燃气轮机的气动惩罚,提高燃气轮机的效率,解决了现有燃气轮机涡轮叶片前缘部分冷却不均匀的技术问题。(The invention relates to a turbine blade of a gas turbine with helical ligaments, comprising: the blade leading edge, the blade trailing edge, blade suction surface, the blade pressure face, the blade top, the blade root, the vortex rib, the vortex post, the gas film hole, cooling gas access channel, the whirl cavity, whirl nozzle and spiral link, further strengthen the rotary motion of air conditioning in the whirl cavity through the spiral link, strengthen the washing away of air conditioning to the wall, the reinforcing is to the disturbance of wall boundary layer, improve the heat transfer effect, the time that extension air conditioning stayed in cooling channel, improve the utilization ratio of cooling gas, thereby reduce required air conditioning volume and reduce gas turbine's pneumatic punishment, improve gas turbine's efficiency, the inhomogeneous technical problem of current gas turbine blade leading edge part cooling has been solved.)

一种具有螺旋纽带的燃气轮机涡轮叶片

技术领域

本发明涉及燃气轮机涡轮叶片技术领域，具体涉及一种具有螺旋纽带的燃气轮机涡轮叶片。

背景技术

H级燃气轮机的进气温度可达1600℃以上，已经远超过了叶片材料所能承受的极限。前几级涡轮叶片直接暴露在高温燃气中，受到高温高速燃气的冲刷，承受着较为严重的热负荷，尤其是对于叶片前缘表面所在的区域工作条件更为恶劣。目前，常采用的燃气轮机前缘冷却方案有气膜冷却和冲击冷却，对于冲击冷却受到横流的影响较为严重。有效的冲击冷却需要与气膜冷却相结合，从而避免横流对内部传热的负面影响，并且为气膜孔下游的表面提供额外的保护。但气膜冷却常存在有局部应力集中增加，额外的气动惩罚以及在工业环境长久工作下可能会出现气膜孔的堵塞等问题。

旋流冷却是现阶段新兴的燃气轮机涡轮叶片前缘冷却方式，并且旋流冷却与冲击气膜复合冷却有着相当的冷却效果，比单纯冲击冷却更为有效。如图1所示，在叶片根部6设有冷却气体进气孔，冷却气体进气孔连接冷却气体通道10，在冷却气体通道10上对应旋流腔室11方向设有一组旋流喷嘴12，冷却气体从叶片根部6的冷却气体进气孔，进入面积较小的一组旋流喷嘴12，实现了冷气流速的进一步增加，随后切向射入旋流腔室11内，随着旋流腔室11表面的引导形成旋转流动，高速射流对壁面进行强烈的冲刷，破坏边界层，实现较为优异的传热效果。

但是，由于旋转流动的冷气相比于周向旋转运动更倾向于轴向的流动，只有在喷嘴所对应的前缘表面旋流运动才足够充分，而在两个喷嘴之间的区域，受到旋流冲刷的效果明显减弱，存在着冷却效果不匀，产生较高热应力的情况。

发明内容

本发明针对现有技术中存在的技术问题，创造性的将螺旋纽带与燃气轮机涡轮叶片有机组合，设计了一种具有螺旋纽带的燃气轮机涡轮叶片，通过螺旋纽带进一步加强旋流腔室内冷气的旋转运动，加强冷气对壁面的冲刷，增强对壁面边界层的扰动，提高换热效果，解决了现有燃气轮机涡轮叶片前缘部分冷却不均匀的技术问题。

实现本发明的技术方案是：一种具有螺旋纽带的燃气轮机涡轮叶片，它包括：叶片前缘1、叶片尾缘2，叶片吸力面3、叶片压力面4、叶片顶部5、叶片根部6、扰流肋7、扰流柱8、气膜孔9、冷却气体进入通道10、旋流腔室11、旋流喷嘴12，其特征是：它还包括：螺旋纽带13，在所述的旋流腔室11内设置螺旋纽带13，所述的螺旋纽带13上下两端分别与旋流腔室11顶部和底部固连。

所述的螺旋纽带13的螺距为2㎜—5㎜。

本发明一种具有螺旋纽带的燃气轮机涡轮叶片的有益效果体现在：

1、一种具有螺旋纽带的燃气轮机涡轮叶片，通过增加螺旋纽带，可以延长冷气在冷却通道内停留的时间，提高冷却气体的利用率，减少所需冷气量从而减少燃气轮机的气动惩罚，提高燃气轮机的效率；

2、一种具有螺旋纽带的燃气轮机涡轮叶片，进一步加强旋流腔室内冷气的旋转运动，加强冷气对壁面的冲刷，增强对壁面边界层的扰动，提高换热效果，纽带可以充当肋片的作用，进一步提高叶片的传热效率，解决了冷却效果不匀，产生较高热应力的情况。

附图说明

图1是现有燃气轮机涡轮叶片三维示意图；

图2是一种具有螺旋纽带的燃气轮机涡轮叶片三维示意图；

图中：1.叶片前缘，2.叶片尾缘，3.叶片吸力面，4.叶片压力面，5.叶片顶部，6.叶片根部，7.扰流肋，8.扰流柱，9.气膜孔，10.冷却气体进入通道，11.旋流腔室，12.旋流喷嘴，13.螺旋纽带。

具体实施方式

以下结合附图2和具体实施方式对本发明作进一步详细说明，此处所描述的具体实施方式仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

如图2所示，一种具有螺旋纽带的燃气轮机涡轮叶片，它包括：叶片前缘1、叶片尾缘2，叶片吸力面3、叶片压力面4、叶片顶部5、叶片根部6、扰流肋7、扰流柱8、气膜孔9、冷却气体进入通道10、旋流腔室11、旋流喷嘴12和螺旋纽带13，在所述的旋流腔室11内设置螺旋纽带13，所述的螺旋纽带13上下两端分别与旋流腔室11顶部和底部固连，所述的螺旋纽带13的螺距为3㎜。

用于燃气轮机涡轮叶片前缘冷却的冷气，从叶片根部6的冷却气体进气孔进入冷却气体进入通道10。冷却气体进入通道10与旋流腔室11之间具有隔层，在隔层的一侧布置有等距离分布的一组旋流喷嘴12。旋流腔室11外缘表面与燃气轮机涡轮叶片前缘1外表面形状相同，并且旋流腔室11外缘表面与叶片前缘1表面的距离处处相等，避免叶片外形对旋流腔室布置限制的同时以保证冷却的均匀性。冷气进入进气通道10后，进入面积较小的一组旋流喷嘴12后，实现了冷气流速的进一步增加，随后切向射入旋流腔室11内，在旋流腔室11内冲击螺旋纽带13，在螺旋纽带13的螺旋导向下，在旋流腔室11内形成旋转流动。螺旋纽带13对旋流腔室内的冷气起到进一步促进旋转的作用，以保证在两个旋流喷嘴12间的前缘表面能够得到更好的冷却。并且加强了内部冷气的湍流强度，对边界层的扰动更为强烈。在增加冷气旋转运动的同时，在一定程度上延长了冷气在旋流腔室11的停留时间，从而可以对冷气进行充分的利用，进而可以减少冷气的用量，进一步提高了燃气轮机的效率。此外，螺旋纽带13可以充当肋片的存在，在一定的程度上可以有益于提高传热效果，最终冷却气体从叶片顶部的气膜孔13排出。

以上所述仅是本发明的优选方式，应当指出的是，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应该视为本发明的保护范围。