具有多个L型冷却通道的透平叶片、燃气轮机和航空发动机的制作方法

具有多个l型冷却通道的透平叶片、燃气轮机和航空发动机
技术领域
1.本发明涉及燃气机技术领域，具体地，涉及一种具有多个l型冷却通道的透平叶片、燃气轮机和航空发动机。


背景技术：

2.透平叶片是透平主要做功元件，其工作条件非常恶劣，不仅工作在高温环境，且处于旋转状态，其安全稳定的运行是重型燃气轮机成功运行的先决条件。相关技术中的燃气轮机或航空发动机透平叶片通过内部冷却结构与外部气膜冷却相结合方式降低叶片基体温度，防止叶片金属基体在高温下变形或烧蚀。
3.对于燃气轮机静叶，当叶片叶型沿叶片高度方向有一定的弯扭时，衬套装配难度较高，因此一般采用径向冷却方式，即叶片从上端壁进入蛇形通道后从尾缘冷却孔排出。但是，相关技术中的具有蛇形冷却通道的透平叶片存在各种问题，诸如蛇形通道末端冷却不到位，尾缘冷却孔流量分配不均匀，导致叶片靠近上下端壁处温度分布不均匀，影响叶片低周疲劳寿命。


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具有多个l型冷却通道的透平叶片，该透平叶片的冷却通道末端冷却效果好，尾缘区的各区域冷却均匀，叶片使用寿命长。
6.本发明的实施例还提出一种燃气轮机。
7.本发明的实施例还提出一种航空发动机。
8.本发明的实施例的具有多个l型冷却通道的透平叶片具有空腔，所述透平叶片的底壁上设有冷气通孔，所述空腔与所述冷气通孔连通以通入冷却气，所述透平叶片的尾缘区设有多个沿其高度方向间隔布置的冷却孔，所述冷却气可从所述冷却孔排出，所述空腔内布置有多个冷却通道，所述冷却通道包括相连通的第一流道和第二流道，多个所述第一流道沿所述透平叶片的高度方向延伸并沿其宽度方向依次排布，多个所述第二流道沿所述透平叶片的宽度方向延伸并沿其高度方向依次排布，所述第一流道的进气口与所述冷气通孔连通，所述第二流道的出气口位于所述尾缘区并与所述冷却孔相对。
9.本发明实施例的具有多个l型冷却通道的透平叶片，空腔内设有多个冷却通道，冷却通道包括第一流道和第二流道，第一流道沿透平叶片的高度方向延伸并沿其宽度方向排布，第二流道沿透平叶片的宽度方向延伸并沿其高度方向依次排布，即冷却通道由径向冷却通道(第一流道)和轴向冷却通道(第二流道)组合构成，且第一流道的进气口与底壁上的冷气通孔连通，第二流道的出气口位于尾缘区并与冷却孔相对，由此，冷却气从冷气通孔流入冷却通道后，沿第一流道和第二流道流动并从出气口排出至冷却孔处，冷却气沿第二通道流动(轴向流动)的过程中不会出现流失现象，避免了通道末端因冷却气不足造成死腔，且出气口所对应的区域内的各冷却孔具有一致的位置关系，各冷却孔流量分布均匀。。
10.在一些实施例中，所述第一流道内设有多个沿所述透平叶片的高度方向间隔布置的肋片，且所述肋片沿所述透平叶片的宽度方向倾斜延伸或水平延伸。
11.在一些实施例中，所述第二流道内设有多个间隔布置的肋柱，和/或所述第一流道和所述第二流道的连通处设有弧形肋板。
12.在一些实施例中，所述尾缘区设有多个扰流柱，多个所述扰流柱在所述透平叶片的高度方向上间隔布置并在所述透平叶片的的宽度方向上呈多列排布，多列扰流柱位于所述第二流道的出气口和所述冷却孔之间。
13.在一些实施例中，相邻两列扰流柱的多个所述扰流柱在所述透平叶片的高度方向上交错排布。
14.在一些实施例中，所述第一流道和所述第二流道连通处的内壁面为弧形。
15.在一些实施例中，所述第二流道的截面积大于所述第一流道的截面积。
16.在一些实施例中，所述空腔包括布气腔，所述布气腔位于所述透平叶片的顶部并通过冷气通道与所述冷气通孔连通，所述布气腔的外壁设有多个与所述布气腔连通的布气孔，多个所述布气孔与多个所述第一流道对应并连通。
17.本发明的实施例的燃气轮机，包括上述实施例所述的具有多个l型冷却通道的透平叶片。
18.本发明的实施例的燃气轮机通过采用上述具有多个l型冷却通道的透平叶片，透平叶片冷却效果好，设备使用寿命长。
19.本发明的实施例的航空发动机，包括上述实施例所述的具有多个l型冷却通道的透平叶片。
20.本发明的实施例的航空发动机通过采用上述具有多个l型冷却通道的透平叶片，透平叶片冷却效果好，设备使用寿命长。
附图说明
21.图1是根据本发明实施例的具有多个l型冷却通道的透平叶片的结构示意图。
22.附图标记：
23.尾缘区1，扰流柱11，冷却孔2，冷却通道3，第一流道31，肋片32，第二流道33，肋柱34，弧形肋板35，冷气通孔4，布气腔5，布气孔51，冷气通道6。
具体实施方式
24.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。
25.如图1所示，本发明实施例的具有多个l型冷却通道的透平叶片具有空腔，透平叶片的底壁上设有冷气通孔4，空腔与冷气通孔4连通以通入冷却气，透平叶片的尾缘区1设有多个沿其高度方向间隔布置的冷却孔2，冷却气可从冷却孔2排出，空腔内布置有多个冷却通道3，冷却通道3包括相连通的第一流道31和第二流道33，多个第一流道31沿透平叶片的高度方向延伸并沿其宽度方向依次排布，多个第二流道33沿透平叶片的宽度方向延伸并沿其高度方向依次排布，第一流道31的进气口与冷气通孔4连通，第二流道33的出气口位于尾缘区1并与冷却孔2相对。
26.为便于理解，结合传统的蛇形通道为例，蛇形通道的多个通道段均沿叶片的径向延伸，则冷却气在末端通道内的流动方向和冷却孔的排布方向一致，且末端通道与冷却孔连通，则冷却气流入末端通道后，随着冷却气的流动，冷却气会不断从冷却孔排出导致冷却气逐渐减少，造成通道末端的冷却气不足，影响末端冷却效果。
27.相对而言，本技术的多个冷却通道3均与冷气通孔4直接连通，以任意一个冷却通道3为例，冷却气从进气口流入冷却通道3后，先沿第一流道31流动以实现径向冷却，再沿第二流道33流动实现轴向冷却，且第二流道33的出气口正对冷却孔2，由此，冷却气沿第二通道33流动(轴向流动)的过程中不会出现流失现象，避免了通道末端因冷却气不足造成死腔，且出气口所对应的区域内的各冷却孔具有一致的位置关系，各冷却孔流量分布均匀。
28.需要说明的时，多个冷却通道3的截面积可以不同，具体地，可根据尾缘区1不同区域的不同冷却需求而定。
29.另外，本技术的第一流道31沿透平叶片的宽度方向排布，第二流道32沿透平叶片的高度方向排布，可以使多个冷却通道3布满在空腔内，保证叶片各个区域的冷却效果。
30.本发明实施例的具有多个l型冷却通道的透平叶片，空腔内设有多个冷却通道，冷却通道包括第一流道和第二流道，第一流道沿透平叶片的高度方向延伸并沿其宽度方向排布，第二流道沿透平叶片的宽度方向延伸并沿其高度方向依次排布，即冷却通道由径向冷却通道(第一流道)和轴向冷却通道(第二流道)组合构成，且第一流道的进气口与底壁上的冷气通孔连通，第二流道的出气口位于尾缘区并与冷却孔相对，由此，冷却气从冷气通孔流入冷却通道后，沿第一流道和第二流道流动并从出气口排出至冷却孔处，冷却气沿第二通道流动(轴向流动)的过程中不会出现流失现象，避免了通道末端因冷却气不足造成死腔，且出气口所对应的区域内的各冷却孔具有一致的位置关系，各冷却孔流量分布均匀。
31.可选地，如图1所示，第一流道31内设有多个沿透平叶片的高度方向间隔布置的肋片32，且肋片32沿透平叶片的宽度方向倾斜延伸或水平延伸。由此，肋片32可以改变冷却气的流向，加强冷却气流动过程中的扰动，同时可增大冷却气体与冷却通道3的换热面积，提高了对冷却气体的利用率，提升了冷却效果。
32.可选地，第二流道33内设有多个间隔布置的肋柱34，和/或第一流道31和第二流道33的连通处设有弧形肋板35。由此，肋柱34可以加强第二流道内33的冷却气流动过程中的扰动，提高换热效果，弧形肋板35可以使冷却气在第一流道31和第二流道33之间平滑流动。
33.可以理解的是，布置肋片32、肋柱34和弧形肋板35时，其空间尺寸应小于冷却通道3流道截面积尺寸，避免对冷却通道3造成堵塞。需要说明的是，冷却通道3第一流道31和第二流道33的扰流结构布置方式多样，例如采用流线型凸起、椭圆形凸起或者柱肋结合等形式，肋片32的角度和肋柱34的高度多样，具体的布置形式可根据实际冷却需求及现场工艺条件进行选择。
34.优选地，如图1所示，第一流道31和第二流道33的连通处设有弧形肋板35，弧形肋板35呈l型，弧形肋板35可以为单道或多道，由此，对冷却气体产生引导作用，进一步提升了透平叶片对冷却气流的分配性能，进一步增大了冷却气体与冷却通道3的换热面积，提升了冷却效果。
35.进一步地，如图1所示，尾缘区1设有多个扰流柱11，多个扰流柱11在透平叶片的高度方向上间隔布置并在透平叶片的的宽度方向上呈多列排布，多列扰流柱11位于第二流道
33的出气口和冷却孔2之间。由此，扰流柱11可以对第二流道33排出的冷却气进行扰流，提高换热系数，使冷却气流在尾缘区1的分配更加均匀，便于使尾缘区1各部分冷却均匀，同时增大了冷却气体与尾缘区1的换热面积，提升了冷却效果。
36.优选地，如图1所示，相邻两列扰流柱11的多个扰流柱11在透平叶片的高度方向上交错排布，由此，位于前侧的扰流柱11不会遮挡其后侧的扰流柱11，冷却气流可充分冲击每一个扰流柱11，保证扰流效果。
37.优选地，如图1所示，第一流道31和第二流道33连通处的内壁面为弧形，由此，当冷却气体转向时，弧形壁面对冷却气体产生引导作用，减少了因直接撞击避免造成的冷却气体能量损失，同时也减缓了气体对冷却壁面的冲击，提高了透平叶片的使用寿命。
38.优选地，如图1所示，第二流道33的截面积大于第一流道31的截面积。由此，当冷却气体由第一流道31流向第二流道33时存在一个扩流减速过程，减速后的冷却气体可以在尾缘区1滞留较长的时间，进一步提升换热效果，提高对冷却气流的利用率。
39.进一步地，如图1所示，空腔包括布气腔5，布气腔5位于透平叶片的顶部并通过冷气通道6与冷气通孔4连通，布气腔5的外壁设有多个与布气腔5连通的布气孔51，多个布气孔51与多个第一流道31对应并连通。
40.如图1所示，冷气通道6沿透平叶片的高度方向延伸，其底端与冷气通孔4相对并连通，顶端与布气腔5连通，以将冷却气引入布气腔内。
41.可以理解的是，布气腔5作为一个冷却气流的中转站，一方面通入冷却气流，另一方面通过布气孔51对冷却气流再分配，由此，对冷却气流起到统筹协调作用，提高对冷却气流的利用率。可选地，布气孔51上可设置节流阀用以控制冷却气体在各个冷却通道3的输入流量。
42.本发明的实施例的燃气轮机，包括上述实施例的具有多个l型冷却通道的透平叶片。
43.本发明的实施例的燃气轮机通过采用上述透平叶片，透平叶片冷却效果好，设备使用寿命长。
44.本发明的实施例的航空发动机，包括上述实施例的具有多个l型冷却通道的透平叶片。
45.本发明的实施例的航空发动机通过采用上述透平叶片，透平叶片冷却效果好，设备使用寿命长。
46.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。
47.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。
48.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。
49.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。
50.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。
51.应可理解的是，本发明不将其应用限制到本说明书提出的部件的详细结构和布置方式。本发明能够具有其他实施方式，并且能够以多种方式实现并且执行。前述变形形式和修改形式落在本发明的范围内。应可理解的是，本说明书发明和限定的本发明延伸到文中和/或附图中提到或明显的两个或两个以上单独特征的所有可替代组合。所有这些不同的组合构成本发明的多个可替代方面。本说明书的实施方式说明了已知用于实现本发明的最佳方式，并且将使本领域技术人员能够利用本发明。