叶片、透平和燃气轮机的制作方法

1.本发明涉及燃气轮机的技术领域，具体地，涉及一种叶片、透平和燃气轮机。


背景技术：

2.燃气轮机与蒸汽轮机相比具有体积小、重量轻、启动快等一系列优势，在航空、船舶、电力等国民经济支柱产业中扮演着重要角色。燃气轮机主要包括：压气机、燃烧室和透平三个主要部件。
3.在燃气轮机的实际工作过程中，提升透平燃气进口温度是提高燃气轮机效率的有效手段，而目前燃气轮机透平燃气进口温度已经超过了叶片的熔点，这给叶片的设计带来了严峻的挑战。相关技术中，为提高叶片的可靠性，通常会在叶片上涂覆耐高温的热障涂层或者选择耐高温的金属材料，但是金属耐受温度的提高速度，远远低于透平燃气进口温度的提高速度，因此需要采用冷却技术来降低叶片温度。但是相关技术中的叶片的冷却效果不佳，可靠性较低。


技术实现要素：

4.本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。
5.为此，本发明的实施例提出一种冷却效果好且可靠性能高的叶片。
6.本发明的实施例还提出一种透平。
7.本发明的实施例还提出一种燃气轮机。
8.根据本发明的实施例的叶片，所述叶片具有沿其弦向方向上布置的前缘、叶身和尾缘，所述叶片具有沿其高度方向相对布置的叶顶和叶底，所述叶片内设有第一冷却腔和第二冷却腔，所述第一冷却腔和所述第二冷却腔沿所述叶片的弦向方向间隔排布，所述第一冷却腔内设有多个沿所述叶片的高度方向延伸的第一流道，所述第二冷却腔内设有多个沿所述叶片的弦向方向延伸的第二流道，所述叶底设有第一工质入口和第二工质入口，所述叶顶设有第一工质出口，所述尾缘设有第二工质出口，所述第一工质入口和所述第一工质出口与所述第一冷却腔连通，所述第二工质入口和所述第二工质出口与所述第二冷却腔连通。
9.根据本发明的实施例的叶片，在对叶片进行冷却时，部分冷却工质由第一工质入口通入至第一冷却腔内，然后通过多个沿叶片高度方向延伸的第一流道的进行分流以对叶片的部分进行冲击冷却，另一部分冷却工质由第二工质入口通入职第二冷却腔内，然后通过沿叶片的弦向延伸的第二流道进行分流以对叶片的另一部分进行冲击冷却，从而保证了叶片内的冷却工质流动的均匀性，增强了叶片的传热性能，进而使得叶片的冷却效果较好且可靠性较高。
10.在一些实施例中，所述第一冷却腔包括多个第一子腔体，多个所述第一子腔体沿所述叶片的高度方向间隔排布，相邻两个所述第一子腔体之间通过所述第一流道连通。
11.在一些实施例中，相邻两个所述第一子腔体之间的第一流道的数量沿所述叶底至
所述叶顶的方向逐渐递增。
12.在一些实施例中，所述第二冷却腔包括多个第二子腔体，多个所述第二子腔体沿所述前缘至所述尾缘的方向间隔排布，相邻两个所述第二子腔体之间通过所述第二流道连通。
13.在一些实施例中，相邻两个所述第二子腔体之间的第二流道的数量沿所述前缘至所述尾缘的方向逐渐递增。
14.在一些实施例中，所述尾缘设有劈缝，所述劈缝构成所述第二工质出口。
15.在一些实施例中，所述尾缘内设有多个尾缘孔，多个所述尾缘孔沿所述叶片的高度方向间隔排布，所述尾缘孔的一端与所述第二冷却腔连通，所述尾缘孔的另一端与所述劈缝连通。
16.在一些实施例中，所述第一工质出口包括多个叶顶气膜孔，多个所述叶顶气膜孔沿所述叶片的弦向方向间隔排布在所述叶顶上。
17.在一些实施例中，所述叶顶设有凹槽，所述叶顶气膜孔成型在所述凹槽内。
18.在一些实施例中，所述前缘沿所述叶片的高度方向间隔排布有多个前缘气膜孔，所述前缘内设有第三冷却腔，所述叶底设有第三工质入口，所述第三冷却腔与所述前缘气膜孔和所述第三工质入口连通。
19.在一些实施例中，所述前缘内设有射流腔，所述射流腔与所述第三冷却腔之间连通有多个射流孔，所述射流腔与所述前缘气膜孔连通。
20.根据本发明的另一实施例的透平，包括壳体和叶片，所述叶片为上述实施例中任一项所述的叶片，所述叶片为多个，多个所述叶片沿所述壳体的周向间隔布置。
21.根据本发明的实施例的透平的冷却效果较好，可靠性高。
22.根据本发明的又一实施例的燃气轮机，包括上述实施例所述的透平。
23.根据本发明的实施例的燃气轮机的冷却效果较好，可靠性高。
附图说明
24.图1是本发明实施例的叶片的示意图。
25.图2是本发明实施例的叶片的另一视角的示意图。
26.图3是本发明实施例的叶片的内部示意图。
27.附图标记：
28.100、前缘；101、第三冷却腔；102、前缘气膜孔；103、射流腔；104、射流孔；
29.200、叶身；201、第一冷却腔；2011、第一流道；2012、第一子腔体；202、第二冷却腔；2021、第二流道；2022、第二子腔体；
30.300、尾缘；301、第二工质出口；3011、劈缝；302、尾缘孔；
31.400、叶顶；401、第一工质出口；4011、叶顶气膜孔；402、凹槽；
32.500、叶底；501、第一工质入口；502、第二工质入口；503、第三工质入口。
具体实施方式
33.下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
34.下面参考附图描述根据本发明实施例的叶片、透平和燃气轮机。
35.如图1至图3所示，本发明实施例的叶片，叶片具有沿其弦向方向(如图1中的左右方向)上布置的前缘100、叶身200和尾缘300，叶片具有沿其高度方向(如图1中的上下方向)相对布置的叶顶400和叶底500，叶片内设有第一冷却腔201和第二冷却腔202，第一冷却腔201和第二冷却腔202沿叶片的弦向方向间隔排布。
36.如图1至图3所示，第一冷却腔201内设有多个沿叶片的高度方向延伸的第一流道2011，第二冷却腔202内设有多个沿叶片的弦向方向延伸的第二流道2021，叶底500设有第一工质入口501和第二工质入口502，叶顶400设有第一工质出口401，尾缘300设有第二工质出口301，第一工质入口501和第一工质出口401与第一冷却腔201连通，第二工质入口502和第二工质出口301与第二冷却腔202连通。
37.根据本发明的实施例的叶片，在对叶片进行冷却时，部分冷却工质由第一工质入口501通入至第一冷却腔201内，然后通过多个沿叶片高度方向延伸的第一流道2011的进行分流以对叶片的部分进行冲击冷却，另一部分冷却工质由第二工质入口502通入职第二冷却腔202内，然后通过沿叶片的弦向延伸的第二流道2021进行分流以对叶片的另一部分进行冲击冷却，从而保证了叶片内的冷却工质流动的均匀性，增强了叶片的传热性能，进而使得叶片的冷却效果较好且可靠性较高，并且本发明的实施例的叶片的结构简单，便于加工制造。
38.可以理解的是，如图3所示，一部分冷却工质由第一工质入口501进入至第一冷却腔201之后会由于第一流道2011的截面突变而形成局部的冲击冷却效果，进而对叶片的叶身200部分进行局部冷却，然后冷却工质再从第一工质出口401流出。另一部分冷却工质由第二工质入口502进入至第二冷却腔202之后会由于第二流道2021的截面突变而形成局部的冲击冷却效果，进而对叶片靠近尾缘300的部分进行冲击冷却，本发明实施例的叶片通过上述的冷却工质流动方式可以克服旋转科式力的不利影响，并通过第一流道2011和第二流道2021的分流作用保证冷却工质流动的均匀性，从而强化了叶片的传热效果，且使得叶片的冷却更为均匀。
39.在一些实施例中，如图3所示，第一冷却腔201包括多个第一子腔体2012，多个第一子腔体2012沿叶片的高度方向间隔排布，相邻两个第一子腔体2012之间通过第一流道2011连通，从而本发明实施例的叶片在进行冷却时，冷却工质可以依次经过多个第一子腔体2012，进而增加了冷却工质的截面突变的次数，进一步地提高了叶片的冷却效果。
40.进一步地，如图3所示，相邻两个第一子腔体2012之间的第一流道2011的数量沿叶底500至叶顶400的方向逐渐递增，从而本发明实施例的叶片在进行冷却时，冷却工质可以依次经过不同数量的第一流道2011，进一步地增加了冷却工质的截面突变的次数，使得叶片的冷却效果更佳。
41.在一些实施例中，如图3所示，第二冷却腔202包括多个第二子腔体2022，多个第二子腔体2022沿前缘100至尾缘300的方向间隔排布，相邻两个第二子腔体2022之间通过第二流道2021连通。从而本发明实施例的叶片在进行冷却时，冷却工质可以依次经过多个第二子腔体2022，进而增加了冷却工质的截面突变的次数，进一步地提高了叶片的冷却效果。
42.进一步地，如图3所示，相邻两个第二子腔体2022之间的第二流道2021的数量沿前缘100至尾缘300的方向逐渐递增，从而本发明实施例的叶片在进行冷却时，冷却工质可以
依次经过不同数量的第二流道2021，进一步地增加了冷却工质的截面突变的次数，使得叶片的冷却效果更佳。
43.在一些实施例中，如图1至图3所示，尾缘300设有劈缝3011，劈缝3011构成第二工质出口301，尾缘300内设有多个尾缘孔302，多个尾缘孔302沿叶片的高度方向间隔排布，尾缘孔302的一端(如图3中尾缘孔302的左端)与第二冷却腔202连通，尾缘孔302的另一端(如图3中尾缘孔302的右端)与劈缝3011连通，本发明实施例的叶片内的冷却工质可以经过多个尾缘孔302的分流之后由劈缝3011排出，进而提高了叶片尾缘300的冷却效果。
44.在一些实施例中，如图1和图3所示，第一工质出口401包括多个叶顶气膜孔4011，多个叶顶气膜孔4011沿叶片的弦向方向间隔排布在叶顶400上，从而可以在叶顶400形成均匀的冷却气膜，优选地，叶顶400设有凹槽402，叶顶气膜孔4011成型在凹槽402内，从而可以进一步地提高叶片的叶顶400处的冷却效果，保证叶片工作时的可靠性。
45.在一些实施例中，如图1和图3所示，前缘100沿叶片的高度方向间隔排布有多个前缘气膜孔102，前缘100内设有第三冷却腔101，叶底500设有第三工质入口503，第三冷却腔101与前缘气膜孔102和第三工质入口503连通。可以理解的是，一部分冷却工质经过第三工质入口503进入至第三冷却腔101内，然后经过再由前缘气膜孔102喷出，从而对前缘100附近的传热面进行冷却，并且冷却工质由前缘气膜孔102喷出后可在叶片的两侧形成大尺度漩涡，从而有效破坏边界层的发展，进一步地对叶片的冷却。
46.进一步地，如图3所示，前缘100内设有射流腔103，射流腔103与第三冷却腔101之间连通有多个射流孔104，射流腔103与前缘气膜孔102连通，从而进入至第三冷却腔101的冷却工质可以经过多个射流孔104进入至射流腔103内，然后再经由射流腔103从前缘气膜孔102喷出，从而进一步地提高了前缘气膜孔102喷出的冷却工质的均匀性，提高了叶片的前缘100的冷却效果。
47.根据本发明的另一方面的实施例的透平，包括壳体和叶片，叶片为本发明实施例的叶片，叶片为多个，多个叶片沿壳体的周向间隔布置，根据本发明的实施例的透平的冷却效果较好，可靠性高。
48.根据本发明的又一方面的实施例的燃气轮机，包括上述实施例的透平，根据本发明的实施例的燃气轮机的冷却效果较好，可靠性高。
49.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
50.此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
51.在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接或彼此可通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以
是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
52.在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
53.在本发明中，术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
54.尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。