[其他]燃氣透平動葉片冷卻劑通道的改進結構

無效

• 申請號: 86104500
• 申請日: 1986-07-01
• 公開（公告）號: CN86104500A
• 公開（公告）日: 1987-02-04
• 發明（設計）人: 保羅·克拉倫斯·霍爾登
• 申請（專利權）人: 西屋電氣公司
• 主分類號: F01D5/18
• 分類號: F01D5/18
• 代理公司: 中國國際貿易促進委員會專利代理部
• 代理人: 徐賓,楊梧

本發明涉及燃氣透平的動葉片，尤其涉及其冷卻系統。

轉動的透平葉片通常用空氣冷卻，空氣經過從葉根穿到葉頂的許多小孔徑向向外流動。在先前的技術中，通常整個葉身和根部的孔徑相等，或者葉身部分為相等的第一直徑，而根部為相等的第二直徑。根部的孔道通常較大，以防止不需要重點冷卻區域的壓力損失。葉身部分冷卻劑孔道的直徑必須很小，使該處冷卻劑流速高并獲得所需要的傳熱系數。

無論從應力考慮還是從冷卻考慮，葉片的關鍵設計區均為葉片的中段區，通常根據設計意圖來調整孔徑、孔的數目及冷卻劑的流量。當冷卻劑沿葉片向外流動時，它接受了熱的葉片流道氣體的熱量而被顯著加熱，因此，葉片中段區冷卻劑溫度顯著地高于葉片輪緣附近的冷卻劑溫度。

葉片輪緣附近的冷卻劑溫度較低勢必會把葉片冷卻到低于應力設計所要求的溫度。葉片輪緣附近的過冷意味著冷卻劑實際吸收的熱量比它應當從輪緣區吸收的多，結果中段區冷卻劑溫度就增高了，使冷卻劑流量和（或）金屬溫度比不出現過冷時高。

由于離心應力的降低更甚于葉片頂部冷卻劑的變熱，因此葉頂也會出現過冷。輪緣及葉頂過冷的一個重要后果是壓力損失水平高于為了產生與冷卻要求相匹配的傳熱水平而降低過冷區單位通流面積的冷卻劑流量時可能達到的水平。過冷區壓力損失的降低使中段區單位通流面積上冷卻劑流量可能增高，從而在一定的葉根供入壓力下可增加冷卻。這樣，在設計中就可選用較高的透平入口溫度，或者，在一定的透平入口溫度下可選用較低的冷卻流量。

而且，在鑄造動葉片的工藝中，通常用型芯鑄出葉片中的徑向冷卻劑孔道。型芯的結構弱點使芯部斷裂及葉片甩出的機會比預期的更多，從而增加了葉片的單位制造成本。

因此，本發明的基本目的是提供一種新的葉片結構，它具有改進的冷卻劑通道，使冷卻更有效，透平運行更好，制造效率更高。

鑒于此目的，本發明屬于燃氣透平的一個動葉片，它有一個根部及從根部延伸的葉身部分，上述葉身有許多從葉根沿葉高延伸到葉頂的冷卻劑孔道供從葉根處進入的冷卻劑流動，上述各冷卻劑孔道有一個內側輪緣部分及從內側輪緣向外延伸的第二部分，其特征在于：上述輪緣部分及孔道的第二部分有相應的通流面積，使輪緣部分孔道中單位通流面積的冷卻劑流量比中段區孔道第二部分中的低，從而防止葉片輪緣區的過冷。

下面參考附圖并以舉例的方式說明本發明的最佳實施例，其中：

圖1示出一燃氣透平葉片的透視圖，葉片的冷卻劑通道符合本發明的原理;

圖2示出葉片剖面的一部分，表示圖1的葉片上的冷卻劑孔道結構是錐形孔道;

圖3和圖4表示根據本發明得到的錐形冷卻劑孔道結構的其他幾個實施例。

圖1上示出的燃氣透平葉片10有葉根12及葉身14，其排列符合本發明的原理。冷卻劑孔道或通道16沿葉片高度徑向向外延伸。空氣流從葉根的冷卻劑補償孔流入，沿冷卻劑孔道16向外流動，空氣流冷卻葉身14及其暴露于熱的葉片通道氣體中的表面。

葉身的中段區18是關鍵設計區，孔道數目、孔徑及冷卻劑流量首先要滿足該區的冷卻需要。而且，總的葉片冷卻系統的結構在設計上都要符合此關鍵區的要求。

葉片輪緣區20的孔道16中冷卻劑溫度要比中段區18的低，這是因為冷卻劑在沿葉片向外流動時要被加熱。在先前的設計中，較低溫度的冷卻劑會過冷葉片輪緣20，使中段區18的冷卻劑溫度高于未過冷時的溫度。冷卻劑流量和（或）金屬溫度都高于用消除過冷來降低冷卻劑溫度時所能達到的程度。

用本發明所提供的冷卻劑孔道結構可明顯地降低或消除葉片輪緣區的過冷，允許冷卻劑流量及金屬溫度都比較低，提高了冷卻效率及透平的效率。

參看圖2，冷卻劑孔道16包括輪緣部分22及外側部分24，外側部分24從輪緣部分22穿過葉片中段區延伸到葉頂26。

冷卻劑孔道16的輪緣部分22從入口端到與外側部分24連接處成錐形，內大外小，而外側部分24的孔徑則沿其長度基本不變。

由于孔道是錐形的，因此輪緣區20中孔道通流面積比中段區18的大。降低輪緣區20中單位通流面積的冷卻劑流量就降低了該區傳熱系數及冷卻量。透平及葉片的設計參數決定著錐形的數量及長度，以降低和基本消除輪緣區20的過冷。

錐形的冷卻劑孔道也降低冷卻劑孔道的壓力損失。而且，中段區單位通流面積上可獲得較高的流量，在葉根處供入壓力一定時金屬溫度也低。因此，使用翼展式孔道冷卻技術能用較高的透平入口溫度。在一定的透平入口溫度下，由于該設計段有較高的單位通流面積流量，可以利用這一點來減少冷卻流量。