CN104884741B - 用于涡轮机的叶片 - Google Patents

Abstract

提出了一种用于涡轮机的叶片（1）。所述叶片包括翼型部（2）和根部（3），翼型部（2）包括：具有压力侧（6）、吸入侧（7）、前缘（4）和后缘（5）的外壁（10），所述外壁（10）在翼型部（2）的前缘（4）和后缘（5）之间延伸；外壁（10）的压力侧（6）和第一内壁（26）之间的第一腔（40）；外壁（10）的吸入侧（7）和第二内壁（24）之间的第二腔（28），其中，第一内壁（26）和第二内壁（24）在它们之间形成接收腔（44），并且其中，接收腔（44）被流体连接到第一腔（40）和第二腔（28）两者。第一腔（40）和第二腔（28）中的冷却流体沿从后缘（5）至前缘（4）的方向被引导，并且接收腔（44）中的冷却流体沿从前缘（4）至后缘（5）的方向被引导。

Description

用于涡轮机的叶片

技术领域

本发明涉及一种用于涡轮机的叶片，并且更具体而言，涉及涡轮机的叶片的翼型部。

背景技术

在现代的涡轮机中，涡轮机的各种部件都在非常高的温度下操作。这些部件包括翼型形状的叶片（blade）或者轮叶（vane）部件。在本申请中，仅有“叶片”，但说明书能够转到轮叶。涡轮机操作期间的高温可损坏叶片部件，因此叶片部件的冷却是很重要的。一般通过使冷却流体穿过铸成叶片部件的核心通路路径来实现这些部件的冷却，所述冷却流体可包括来自涡轮机的压缩机的空气。

叶片通常包括通过平台分开的翼型部和根部。通过导引冷却流体流动通过形成于叶片的翼型部中的径向通路，来冷却叶片的翼型部。通常，与径向通路中的一个或多个连接的若干个小的轴向通路形成于叶片翼型内，使得冷却空气在翼型的表面上被导引，例如前缘和后缘或者吸入表面和压力表面。在冷却空气离开叶片后，它进入流动通过涡轮部段的热气体并与之混合。

通常，通过将来自压缩机的冷却流体供应至叶片中的冷却通道，来实现叶片的冷却。所述冷却通道通常包括多个流动路径，这些流动路径被设计成将涡轮叶片的所有方面维持在相对均匀的温度。

现有技术水平中已提出了基于对流、冲击（impingement）以及外部基于薄膜的冷却的结合的若干不同的冷却布置。

叶片的现有设计中的一些要求过多量的冷却流体穿过其中的通道和腔，以给叶片提供期望的冷却。

发明内容

因此，本发明的目的在于提供一种用于叶片的并且此外高效地利用冷却流体来冷却叶片的改进和高效的冷却布置。

所述目的通过提供根据权利要求1所述的用于涡轮机的叶片来实现。

根据本发明，提供了一种用于涡轮机的叶片。所述叶片包括翼型部和根部，所述翼型部包括：具有压力侧、吸入侧、前缘和后缘的外壁，所述外壁在所述翼型部的前缘和后缘之间延伸；所述压力侧和第一内壁之间的第一腔；以及所述吸入侧和第二内壁之间的第二腔，其中，所述第一内壁和所述第二内壁在它们之间形成接收腔，其中，所述接收腔被流体连接到所述第一腔和所述第二腔两者，其中，第一腔和第二腔中的冷却流体沿从所述后缘至所述前缘的方向被引导，并且其中，所述接收腔中的冷却流体沿从所述前缘至所述后缘的方向被引导。

通过将冷却流体导引至所述第一腔和所述第二腔中，所述冷却流体在所述第一腔和所述第二腔中沿从后缘至前缘的方向被引导，从而冷却所述叶片的热的外壁。此外，流体从所述第一腔和所述第二腔被导引至所述接收腔中，并且其后至所述后缘腔，以提供冷却。这样的布置使得能够高效地利用冷却流体来冷却叶片。

在一个实施例中，冷却流体通过所述叶片的根部被导引至所述翼型部的第一腔和第二腔中，这样的布置使得冷却流体能够存在于所述根部处或者位于所述叶片外的冷却流体源处。此外，在操作期间，由于离心力，流体从所述根部被导引至所述翼型部。

在一个实施例中，叶片包括后区域、前区域和核心区域。所述三个区域可以通过冷却通道和/或腔的错综复杂的迷宫被依赖性地或者独立地冷却。

在一个实施例中，第一腔、第二腔和接收腔位于所述核心区域处，以使对所述叶片的核心区域的强化冷却能够实现。

在另一个实施例中，所述前区域包括前缘腔，并且所述后区域包括后缘腔，分别用于使得能够冷却后区域和前区域。

在一个实施例中，所述后缘腔通过多个通道流体连接到所述接收腔。这样的布置使得所述接收腔中的冷却流体能够被导引至所述后缘腔，并且随后从所述后缘中的开口流出到热气路径（hot gas path）中。

如已提及的，所述第一腔和所述第二腔中的冷却流体沿从后缘至前缘的方向被引导。这使得能够冷却压力侧壁和吸入侧壁，并且之后冷却叶片中的内壁和内部结构。通过具有这样的布置，实现了冷却流体的高效利用和强化的冷却。

在一个实施例中，外壁形成从所述压力侧至所述吸入侧的跨越部，所述跨越部防止所述第一腔和所述第二腔中的冷却流体进入所述前缘腔。此外，跨越部通过将冷却流体导引到所述接收腔中改变冷却流体的流动方向。

在另一个实施例中，所述第一内壁和所述第二内壁与所述外壁的跨越部隔开，以在它们之间形成间隙。所述间隙允许冷却流体被导引至所述接收腔中，并且防止到所述第一腔和所述第二腔中的回流。

附图说明

现在将参照本发明的附图解说本发明的以上提及的特征和其它特征。说明的实施例意在说明而不是限制本发明。附图包含以下的图，其中在通篇的描述和附图中，相同的附图标记表示相同的零部件。

图1是涡轮机的叶片的示意图；

图2是图1的叶片的剖面图；

图3是根据本技术的方面的描绘了翼型的底视图的叶片的翼型部的剖面图。

具体实施方式

以下描述的本发明的实施例涉及涡轮机中的叶片部件。但是，在下文中描述的实施例的细节能够转移到轮叶部件而不修改，也就是说术语“叶片”或者“轮叶”能够被结合使用，这是因为它们二者都具有翼型的形状。涡轮机可包括燃气涡轮机、蒸汽涡轮机、涡扇等。

图1是涡轮机（例如燃气涡轮机）的转子（未示出）的示例性叶片1的示意图。叶片1包括翼型部2和根部3。翼型部2如所描绘的沿径向方向X从根部3突出，其中，径向方向X指垂直于转子的旋转轴线的方向。因此，翼型部2沿叶片1的纵向方向径向延伸。叶片1以如下方式附接到转子（未示出）的主体，即：使得根部3被附接到转子的主体，而翼型部2位于径向最外侧的位置处。翼型部2具有外壁10，其包括：压力侧6，也称为压力表面；以及吸入侧7，也称为吸入表面。压力侧6和吸入侧7沿上游的前缘4和下游的后缘5联接在一起，其中，前缘4和后缘5彼此轴向隔开，如图1中所描绘。

压力侧上的外壁部可以被称为压力侧壁11，并且吸入侧上的外壁部可以被称为吸入侧壁12。吸入侧壁12和压力侧壁11共同给翼型2的内部区域定界，所述内部区域因此与位于翼型2外的外部区域区分开。壁11、12朝向内部区域的相应的表面被称为内表面。类似地，壁11、12朝向外部区域的相应的表面被称为外表面。

根据本技术的方面，一个或多个冷却孔8存在于叶片的压力侧6和吸入侧7上，如图1中所描绘。冷却孔8有助于叶片1的薄膜冷却。

平台9形成于根部3的上部处。翼型部2被连接到平台9，并从平台9向外沿径向方向X延伸。

根据本技术的方面，叶片1的翼型部2通常包括冷却布置，其包括内部结构的错综复杂的迷宫，例如具有腔、通道以及用于使强化冷却能够实现的其它结构（例如，肋和扰流柱）的冷却通路。

通常，叶片1可具有三个区域，即前区域、后区域以及前区域和后区域之间的核心区域。因此，存在于前区域、核心区域和后区域处的腔分别被称为前腔、核心腔和后腔。

可注意到的是，叶片的翼型部2具有沿径向于根部3的方向X延伸的第一端15和第二端17，其中，第二端17处于平台9处与根部3相邻，并且第一端15远离平台9和根部3。第一端15也被称为叶片1的末端。

现在参照图2结合图3，其中，图2描绘了图1的叶片1的剖面图。外壁10包括前缘4和沿弦方向C与前缘4隔开的后缘5。此外，外壁10包括压力侧6和吸入侧7。

如先前指出的，叶片的翼型部2包括前区域30、后区域34以及前区域30和后区域34之间的核心区域32。相应的区域具有有助于冷却翼型2的各部分的不同的内部结构。

根据本技术的方面，叶片1包括与外壁10隔开的第一内壁26和第二内壁24，更具体而言，第一内壁26与压力侧壁11隔开，并且第二内壁24与吸入侧壁12隔开。第一腔40形成于第一内壁26和外壁的压力侧之间，并且第二腔28形成于第二内壁24与外壁的吸入侧之间。

更具体而言，第一腔40形成于第一内壁26和压力侧壁11之间，并且第二腔28形成于第二内壁24和吸入侧壁12之间。

第一内壁26在压力侧6上被耦接到外壁10，并且第二内壁24在吸入侧7上被耦接到外壁10。第一内壁26和第二内壁24存在于叶片的核心区域32中。

此外，在第一内壁26和第二内壁24中间形成接收腔44，所述接收腔44被流体连接到第一腔40和第二腔28。

翼型的外壁10包括从压力侧6延伸至吸入侧7的跨越部20。跨越部20与外壁10是一体的，并且在叶片1的翼型部2内延伸。

前缘腔22形成于前缘4和跨越部20之间。此外，跨越部20使第一腔40、第二腔28以及接收腔44与前缘腔22分开。

根据本技术的方面，第一内壁26和第二内壁24与跨越部20隔开，从而在它们之间形成间隙42。图3从附接到平台9的第二端17示出了翼型部2的剖面图，所述平台9使翼型部2和根部3分开。

翼型部2具有与根部3相邻的第二端17以及从第二端17径向向外的第一端15。翼型部2的第二端17包括分别用于将冷却流体导引至第一腔40和第二腔28中的第一入口36和第二入口38。

来自第一腔40和第二腔28的冷却流体通过间隙42进入接收腔44，并且之后沿从前缘4至后缘5的方向流动。

此外，翼型部2包括位于后区域34中的后缘腔48。后缘腔48通过一个或多个通道流体连接到接收腔44。在目前预期的配置中，后缘腔48通过通道46流体连接到接收腔44。来自接收腔44的冷却流体被导引到后缘腔48中，并且随后从翼型的后缘5上的开口13被导引出到热气路径中。

尽管已参照特定的实施例描述了本发明，但此描述并不意在以限制性的意义解释。在参照本发明的描述时，所公开实施例的各种修改以及本发明的替代实施例对本领域技术人员而言将变得显而易见。因此预期能够做出这样的修改而不脱离所限定的本发明的实施例。

Claims (13)

1.一种用于涡轮机的叶片（1），包括翼型部（2）和根部（3），所述翼型部（2）包括：

具有压力侧（6）、吸入侧（7）、前缘（4）和后缘（5）的外壁（10），所述外壁（10）在所述翼型部（2）的前缘（4）和后缘（5）之间延伸；

所述外壁（10）的压力侧（6）和第一内壁（26）之间的第一腔（40）；

所述外壁（10）的吸入侧（7）和第二内壁（24）之间的第二腔（28），其中，所述第一内壁（26）和所述第二内壁（24）在它们之间形成接收腔（44），并且其中，所述接收腔（44）被流体连接到所述第一腔（40）和所述第二腔（28）两者，

其中，所述第一腔（40）和所述第二腔（28）中的冷却流体沿从所述后缘（5）至所述前缘（4）的方向被引导，并且其中，所述接收腔（44）中的冷却流体沿从所述前缘（4）至所述后缘（5）的方向被引导。

2.根据权利要求1所述的用于涡轮机的叶片（1），其特征在于，冷却流体通过所述叶片（1）的根部（3）被导引至所述翼型部（2）的第一腔（40）和第二腔（28）中。

3.根据权利要求1所述的用于涡轮机的叶片（1），还包括前区域（30）、后区域（34）和核心区域（32），其中，所述核心区域（32）在所述前区域（30）和所述后区域（34）之间。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的用于涡轮机的叶片（1），其特征在于，所述第一腔（40）、所述第二腔（28）和所述接收腔（44）位于所述叶片（1）的核心区域（32）处。

5.根据权利要求3所述的用于涡轮机的叶片（1），还包括所述前区域（30）处的前缘腔（22）以及所述后区域（34）处的后缘腔（48）。

6.根据权利要求5所述的用于涡轮机的叶片（1），其特征在于，所述后缘腔（48）通过通道（46）流体连接到所述接收腔（44）。

7.根据权利要求5所述的用于涡轮机的叶片（1），其特征在于，所述外壁（10）形成从所述压力侧（6）延伸至所述吸入侧（7）的跨越部（20）。

8.根据权利要求7所述的用于涡轮机的叶片（1），其特征在于，所述外壁（10）的跨越部（20）形成所述前缘（4）和所述跨越部（20）之间的前缘腔（22）。

9.根据权利要求7所述的用于涡轮机的叶片（1），其特征在于，所述外壁的跨越部（20）使所述前缘腔（22）与所述第一腔（40）、所述第二腔（28）以及所述接收腔（44）分开。

10.根据权利要求7至9中任一项所述的用于涡轮机的叶片（1），其特征在于，所述第一内壁（26）在所述压力侧（6）处被耦接到所述外壁（10）。

11.根据权利要求7至9中任一项所述的用于涡轮机的叶片（1），其特征在于，所述第二内壁（24）在所述吸入侧（7）处被耦接到所述外壁（10）。

12.根据权利要求7至9中任一项所述的用于涡轮机的叶片（1），其特征在于，所述第一内壁（26）和所述第二内壁（24）与所述外壁（10）的跨越部（20）隔开，以在它们之间形成间隙（42）。

13.根据权利要求1至3和5至9中任一项所述的用于涡轮机的叶片（1），其特征在于，所述后缘（5）包括用于将所述冷却流体从所述翼型部（2）中向外导引的开口（13）。