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CN106321155B - 燃气涡轮叶片 - Google Patents

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CN106321155B
CN106321155B CN201610515368.0A CN201610515368A CN106321155B CN 106321155 B CN106321155 B CN 106321155B CN 201610515368 A CN201610515368 A CN 201610515368A CN 106321155 B CN106321155 B CN 106321155B
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Abstract

本发明涉及燃气涡轮叶片。其包括：叶片根部和叶片翼型件，叶片根部附接于翼型件第一端；叶片末梢，其附接于翼型件第二端；冷却流体仓室，其在燃气涡轮叶片内侧延伸穿过叶片根部、叶片翼型件和叶片末梢；在叶片根部内侧在冷却流体仓室中的叶片根部冲击板和在叶片末梢内侧在冷却流体仓室中的叶片末梢冲击板，叶片末梢冲击板包括至少一个冷却流体孔，孔构造且布置成使冷却流体能从叶片末梢经由一个或多个冷却流体孔流到翼型件中；和管，其在冷却流体仓室中从叶片根部冲击板延伸到叶片末梢冲击板，且管构造且布置成将冷却流体从叶片根部输送到叶片末梢，且叶片根部冲击板构造且布置成将冷却流体从叶片根部引导到管。还描述包括使用方法的其他实施例。

Description

燃气涡轮叶片
技术领域
本公开涉及燃气涡轮叶片，且具体而言涉及包括在燃气涡轮叶片的内侧延伸的冷却流体仓室的燃气涡轮叶片。
背景技术
在燃气涡轮中的各种地方，遭遇几百度的温度，从而将严重的应变引入到材料上。为了耐受它们，已由燃气涡轮制造商实现了各种解决方案，包括使用可在高温下工作的材料，和在燃气涡轮的最热区域中使用大量的冷却系统。
燃气涡轮中的最热和最不利的环境中的一些存在于压缩机和涡轮中的热气体流附近。结果，在这些区域中使用的叶片和导叶包括冷却系统，以降低叶片/导叶(旋转叶片/静止叶片)温度。
导叶冷却系统的示例可在Alstom Technology Ltd的EP 2256297中看到。虽然其对导叶提供有效的冷却，但已明白，可作出更多的改进。
发明内容
本发明在所附的独立权利要求中限定，现在应参照这些独立权利要求。在从属权利要求中阐述本发明的有利特征。
根据第一方面，提供一种燃气涡轮叶片，其包括：叶片根部和叶片翼型件，叶片根部附接于叶片翼型件的第一端；叶片末梢，其附接于叶片翼型件的第二端；冷却流体仓室，其在燃气涡轮叶片的内侧延伸穿过叶片根部、叶片翼型件和叶片末梢；在叶片根部的内侧在冷却流体仓室中的叶片根部冲击板和在叶片末梢的内侧在冷却流体仓室中的叶片末梢冲击板，叶片末梢冲击板包括至少一个冷却流体孔，该至少一个冷却流体孔构造且布置成使冷却流体能够从叶片末梢经由一个或多个冷却流体孔流到叶片翼型件中；和管，其在冷却流体仓室中从叶片根部冲击板延伸到叶片末梢冲击板，且管构造且布置成将冷却流体从叶片根部输送到叶片末梢，且叶片根部冲击板构造且布置成将冷却流体从叶片根部引导到管。这可通过降低冷却流体流需求来改善冷却方案效率。这可减少叶片末梢中的冷却流体孔的数量和大小。这还可增大叶片末梢中的回流裕度，这可允许更灵活的燃气涡轮操作。这还可改善部分负载灵活性。
在一个实施例中，管附接于叶片末梢冲击板且可滑动地附接于叶片根部冲击板。在另一实施例中，管可滑动地附接于叶片末梢冲击板且附接于叶片根部冲击板。提供可滑动的附接可允许因不同的热膨胀引起的部件之间的相对移动。在另一实施例中，管通过中央腔密封件而可滑动地附接。这可在可滑动的接头处提供密封件，以帮助减少穿过连结部的泄漏。
在一个实施例中，在叶片根部冲击板中提供至少一个冷却流体孔。这可例如通过冲击冷却来帮助冷却叶片根部。
在一个实施例中，提供在叶片末梢中的后缘冷却流体孔，后缘冷却流体孔构造且布置成引导冷却流体的一部分以冷却沿热气体流方向在该燃气涡轮叶片下游的另一燃气涡轮叶片。这可帮助改善冷却方案效率。
在一个实施例中，翼型件冲击片布置在冷却流体仓室中且附接于燃气涡轮叶片的壁，该翼型件冲击片包括冲击冷却流体孔，该冲击冷却流体孔构造且布置成引导冷却流体来冲击在叶片翼型件上。这可帮助冷却叶片翼型件。
在一个实施例中，中央腔密封件可滑动地附接于翼型件冲击片且附接于燃气涡轮叶片的壁。这可允许因不同的热膨胀引起的部件之间的相对移动，且可帮助减少穿过连结部的泄漏。在一个实施例中，燃气涡轮叶片为燃气涡轮导叶。
第二方面提供燃气涡轮，该燃气涡轮包括上述燃气涡轮叶片。
第三方面提供冷却如上所述的燃气涡轮叶片的方法，该方法包括以下步骤：将冷却流体从叶片根部穿过管引导到叶片末梢，且将冷却流体从叶片末梢穿过叶片末梢冲击板引导到叶片翼型件。在一个实施例中，该方法包括将冷却流体的一部分引导穿过叶片根部冲击板，以冲击在叶片根部上。
附图说明
现在将仅作为示例且参照附图来描述本发明的实施例，在附图中：
图1示出根据本发明的导叶的从吸力侧到压力侧的截面；
图2示出图1的导叶的从后缘到前缘的截面；
图3示出沿图1中的Ⅲ-Ⅲ的截面；
图4示出了图1中所示的导叶的导叶根部的特写；且
图5示出了图1中所示的导叶的导叶末梢的特写。
部件列表
10 燃气涡轮导叶
12 导叶根部
14 导叶翼型件
16 导叶末梢
20 冷却流体仓室
22 导叶根部冲击板
24 导叶末梢冲击板
26 导叶根部冲击板冷却流体孔
28 导叶末梢冲击板冷却流体孔
30 管
40 导叶末梢后缘冷却流体孔
42 销
44 翼型件冲击片
46 中央腔密封件
48 冲击片中央腔密封件
50 导叶根部冷却流体孔
52 导叶翼型件冷却流体孔
100 吸力侧
102 压力侧
104 后缘
106 前缘
110 导叶根部后缘
112 导叶根部前缘
114 导叶根部侧
120 导叶末梢后缘
122 导叶末梢前缘
124 导叶末梢侧。
具体实施方式
现在将描述在导叶中的本发明的示例。本发明通常还可适用于叶片。导叶是一种类型的叶片，其中叶片通常包括转子上的旋转叶片和定子上的静止叶片(导叶)。
如图1和2中所示，燃气涡轮导叶10包括导叶根部12(外径平台)、导叶翼型件14和导叶末梢16(内径平台)。导叶根部12附接于导叶翼型件14的第一端且导叶末梢16附接于导叶翼型件14的远离第一端的第二端。图1示出从吸力侧100到压力侧102的截面，且图2示出从后缘104到前缘106的截面。当使用时，热气体沿从前缘104到后缘106的方向流动。
冷却流体仓室20在导叶10的内侧延伸穿过导叶根部12、导叶翼型件14和导叶末梢16。导叶根部冲击板22设在导叶根部12内侧的冷却流体仓室20中，且导叶末梢冲击板24设在导叶末梢16内侧的冷却流体仓室20中。导叶末梢冲击板24包括一个或多个冷却流体孔28，冷却流体孔28构造且布置成使冷却流体能够(在冷却流体仓室20中)经由一个或多个冷却流体孔28从导叶末梢16流到导叶翼型件14中。
还提供管30，管30在冷却流体仓室20中从导叶根部冲击板22延伸到导叶末梢冲击板24，且管30构造且布置成将冷却流体从导叶根部12输送到导叶末梢16。导叶根部冲击板22构造且布置成将冷却流体从导叶根部12引导至管30。
图3示出了从图中标为Ⅲ-Ⅲ的虚线的视图，示出了导叶末梢冲击板中的冷却流体孔28的可能的构造。导叶翼型件的形状已示为虚线以用于参考。
图4示出了导叶根部12的特写，且图5示出了导叶末梢14的特写，导叶末梢14包括后缘冷却流体孔40和销42。还可看到翼型件冲击片44。
管30优选地附接导叶根部冲击板和导叶末梢冲击板中的一个，且可滑动地附接于另一个。在图5中，管示为可滑动地附接于导叶末梢冲击板。可提供密封件，诸如中央腔密封件46(柱形密封件，具有穿过中部的孔)，以维持管与导叶末梢冲击板之间的可滑动连结部上的密封件。
在使用上述导叶的方法中，冷却流体被从导叶根部穿过管引导到导叶末梢，且然后导叶末梢穿过导叶末梢冲击板中的冷却流体孔28到导叶翼型件。
进入导叶根部的冷却流体的一部分可行进穿过导叶根部冲击板，以帮助冷却导叶根部，且进入导叶根部的冷却流体的一部分可行进穿过导叶根部中的冷却流体孔，以帮助冷却导叶根部(在下面更详细地描述这些导叶根部冷却流体孔)。
进入导叶末梢的冷却流体的一部分可行进穿过导叶末梢中的冷却流体孔，以帮助冷却导叶末梢(在下面更详细地描述这些导叶末梢冷却流体孔)。该冷却流体中的一些可行进穿过后缘冷却流体孔40(在下面更详细地描述)。
一旦冷却流体在导叶翼型件中，则冷却流体中的一些或全部可用于通过穿过翼型件冲击片44的冲击来冷却导叶翼型件。此外或备选地，冷却流体可行进穿过导叶翼型件中的冷却流体孔，从而离开冷却流体仓室。
根据本发明的燃气涡轮叶片通常将用在燃气涡轮的涡轮中，其中燃气涡轮包括压缩机、燃烧器和涡轮，但还可用在压缩机中。例如，根据本发明的燃气涡轮导叶可用于涡轮中的导叶2，其中导叶2是当从燃烧器端部看时涡轮中的第二导叶。本发明还可用在其他涡轮导叶中，诸如导叶1或导叶3，且可用在旋转叶片中，诸如叶片2，其中叶片2是当从燃烧器端部看时涡轮中的第二旋转叶片。
为了避免疑问，在图1中提供虚线以示出导叶根部12、导叶翼型件14和导叶末梢16的范围。
导叶根部12具有后缘110和前缘112，以及两个侧部114(见图1和2)。类似地，导叶末梢16具有后缘120和前缘122，以及两个侧部124。
一个或更多个冷却流体孔可设在导叶根部和导叶末梢中的至少一个中；这些冷却流体孔可帮助冷却导叶根部/末梢。导叶根部可具有穿过前缘的冷却流体孔。导叶根部还可具有穿过后缘和侧部中的一个或更多个的冷却流体孔。在图4中示出导叶根部冷却流体孔50的位置的示例。类似地，导叶末梢可具有穿过后缘的冷却流体孔(诸如在下面更详细地说明的孔40)。导叶末梢还可具有穿过前缘和侧部中的一个或更多个的冷却流体孔。
另外的冷却部件可布置在冷却流体仓室的导叶翼型件区段中，诸如上面提到的销42和翼型件冲击片44。冲击片包括冲击冷却流体孔(未示出)。翼型件冲击片44可具有密封件，诸如导叶翼型件的一端处的中央腔密封件48；以此方式，翼型件冲击片44可滑动地附接在导叶翼型件的一端处(例如见图5)。翼型件冲击片44可附接在导叶翼型件的另一端处(例如见图4)。翼型件冲击片可在一端处在导叶根部附近附接于导叶根部或附接于导叶翼型件，或者在另一端处在导叶末梢附近附接于导叶末梢或附接于导叶翼型件。通常，翼型件冲击片附接于燃气涡轮导叶的壁。导叶翼型件中的冷却流体通常穿过导叶翼型件中的冷却流体孔离开导叶翼型件。在图4中示出导叶翼型件冷却流体孔52的位置的示例。
冷却流体仓室20有效地是延伸穿过导叶的腔。导叶根部、导叶翼型件和导叶末梢因此有效地包括围绕冷却流体仓室的壁，壁具有邻近冷却流体仓室的内侧表面和邻近涡轮中热气体流的外侧表面。
导叶根部冲击板22通常将完全地将冷却流体仓室截开，仅留下间隙以用于冷却流体进入管。冷却流体孔26还可设在导叶根部冲击板中(见图1)。冷却流体然后可从导叶根部直接流到导叶翼型件中。行进穿过冷却流体孔26的冷却流体可通过冲击冷却来冷却导叶根部的部分。
类似地，导叶末梢冲击板24通常将完全地将冷却流体仓室截开，仅留下间隙以用于冷却流体穿过冷却流体仓室从管流到导叶末梢。导叶末梢冲击板还具有冷却流体孔28，冷却流体流过该冷却流体孔28。行进穿过冷却流体孔28的冷却流体可通过冲击冷却来冷却导叶末梢的部分。
导叶根部冲击板或导叶末梢冲击板中的冷却流体孔26、28的量和布置可在不同的实施例中变化。
管30例如可硬焊或焊接于导叶根部冲击板和/或导叶末梢冲击板。类似地，中央腔密封件46可例如硬焊或焊接于导叶末梢冲击板。
冷却流体的部分可经由后缘冷却流体孔40离开导叶末梢。穿过后缘冷却流体孔离开导叶的冷却流体然后可用于冷却燃气涡轮的其他部分，诸如在本文中论述的导叶的正下游(沿热气体流方向)的叶片。风斗(scoop)可设在叶片上，以辅助到叶片中的冷却流体转移，以便来自导叶的冷却流体中的一些然后可用于叶片中的冷却。导叶末梢和对应的叶片的形状还可调节，以优化冷却流体转移。后缘冷却流体孔的提供是可选的，且可提供一个或更多个后缘冷却流体孔。
上面给出的示例中的各种构件的形状仅是示范，且可在本发明的特定实施例中变化。例如，管示为柱形的，具有圆形截面，但可具有正方形截面，且管不需要是直的。冷却流体孔示为圆形的，但可为正方形、矩形、或另一规则或不规则形状。
冷却流体可为空气或任何其他适合的气体或液体。例如，冷却流体可为从压缩机泄放出且供给到导叶根部的压缩空气。
对所描述的实施例的各种修改是可能的，且将由本领域技术人员想到，而不偏离由以下权利要求限定的本发明。

Claims (11)

1.一种燃气涡轮叶片(10)，其包括：
叶片根部(12)和叶片翼型件(14)，所述叶片根部(12)附接于所述叶片翼型件(14)的第一端，
叶片末梢(16)，其附接于所述叶片翼型件(14)的第二端，
冷却流体仓室(20)，其在所述燃气涡轮叶片(10)的内侧延伸穿过所述叶片根部(12)、所述叶片翼型件(14)和所述叶片末梢(16)，
在所述叶片根部(12)的内侧在所述冷却流体仓室(20)中的叶片根部冲击板(22)和在所述叶片末梢(16)的内侧在所述冷却流体仓室(20)中的叶片末梢冲击板(24)，所述叶片末梢冲击板(24)包括至少一个冷却流体孔(28)，所述至少一个冷却流体孔(28)构造且布置成使冷却流体能够从所述叶片末梢(16)经由一个或多个冷却流体孔(28)流到所述叶片翼型件(14)中，和
管(30)，其在所述冷却流体仓室(20)中从所述叶片根部冲击板(22)延伸到所述叶片末梢冲击板(24)，且所述管(30)构造且布置成将冷却流体从所述叶片根部(12)输送到所述叶片末梢(16)，且
所述叶片根部冲击板(22)构造且布置成将冷却流体从所述叶片根部(12)引导到所述管(30)。
2.根据权利要求1所述的燃气涡轮叶片，其中，所述管(30)附接于所述叶片末梢冲击板(24)且可滑动地附接于所述叶片根部冲击板(22)，或者其中，所述管(30)可滑动地附接于所述叶片末梢冲击板(24)且附接于所述叶片根部冲击板(22)。
3.根据权利要求2所述的燃气涡轮叶片，其中，所述管(30)通过中央腔密封件(46)而可滑动地附接。
4.根据权利要求1至3中的任一项所述的燃气涡轮叶片，包括在所述叶片根部冲击板(22)中的至少一个冷却流体孔(26)。
5.根据权利要求1至3中的任一项所述的燃气涡轮叶片，包括在所述叶片末梢(16)中的后缘冷却流体孔(40)，所述后缘冷却流体孔(40)构造且布置成引导冷却流体的一部分以冷却沿热气体流方向在所述燃气涡轮叶片(10)下游的燃气涡轮叶片。
6.根据权利要求1至3中的任一项所述的燃气涡轮叶片，包括翼型件冲击片(44)，所述翼型件冲击片(44)布置在所述冷却流体仓室(20)中且附接于所述燃气涡轮叶片(10)的壁，所述翼型件冲击片(44)包括冲击冷却流体孔，所述冲击冷却流体孔构造且布置成引导冷却流体来冲击在所述叶片翼型件(14)上。
7.根据权利要求6所述的燃气涡轮叶片，包括中央腔密封件(48)，所述中央腔密封件(48)可滑动地附接于所述翼型件冲击片(44)且附接于所述燃气涡轮叶片(10)的壁。
8.根据权利要求1至3中的任一项所述的燃气涡轮叶片，其中，所述燃气涡轮叶片是燃气涡轮导叶。
9.一种燃气涡轮，其包括权利要求1的所述燃气涡轮叶片(10)。
10.一种冷却燃气涡轮叶片的方法，燃气涡轮叶片(10)包括：
叶片根部(12)和叶片翼型件(14)，所述叶片根部(12)附接于所述叶片翼型件(14)的第一端，
叶片末梢(16)，其附接于所述叶片翼型件(14)的第二端，
冷却流体仓室(20)，其在所述燃气涡轮叶片(10)的内侧延伸穿过所述叶片根部(12)、所述叶片翼型件(14)和所述叶片末梢(16)，
在所述叶片根部(12)的内侧在所述冷却流体仓室(20)中的叶片根部冲击板(22)和在所述叶片末梢(16)的内侧在所述冷却流体仓室(20)中的叶片末梢冲击板(24)，所述叶片末梢冲击板(24)包括至少一个冷却流体孔(28)，所述至少一个冷却流体孔(28)构造且布置成使冷却流体能够从所述叶片末梢(16)经由一个或多个冷却流体孔(28)流到所述叶片翼型件(14)中，和
管(30)，其在所述冷却流体仓室(20)中从所述叶片根部冲击板(22)延伸到所述叶片末梢冲击板(24)，且所述管(30)构造且布置成将冷却流体从所述叶片根部(12)输送到所述叶片末梢(16)，且
所述叶片根部冲击板(22)构造且布置成将冷却流体从所述叶片根部(12)引导到所述管(30)，所述方法包括以下步骤：
将冷却流体从所述叶片根部穿过所述管引导到所述叶片末梢，和
将冷却流体从所述叶片末梢穿过所述叶片末梢冲击板引导到所述叶片翼型件。
11.根据权利要求10所述的方法，包括以下步骤：
将冷却流体的一部分引导穿过所述叶片根部冲击板，以冲击在所述叶片根部上。
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