具有旋转冷却系统的叶片及燃气轮机的制作方法

本实用新型涉及动力机械设备制造领域，具体涉及一种具有旋转冷却冷却系统的叶片及燃气轮机。

背景技术：

叶片是燃气轮机与和航空发动机的重要部件，透平各级叶片被高温燃气包裹，工作温度高于叶片材料的安全工作范围，工作环境十分恶劣。现代燃气轮机和航空发动机大多采用叶片冷却技术使叶片的温度降到合理的工作范围内。随着技术的发展，人们对燃气轮机和航空发动机效率提出了更高的要求，不断提高燃气温度。其中冷却技术是打破温度限制，提高总体效率的关键技术之一。提高冷却效率就是用更少的冷气使叶片降低更多的温度，并且保证叶片温度场分布更为均匀，以避免局部热应力的过大，以提高叶片的强度和寿命。

传统的叶片简单冷却技术是采用直孔冷却，通过冷气与叶片内壁的对流换热降低叶片温度。随着技术的发展，人们在直孔中加入扰流肋或将孔壁做成不光滑表面以增大换热系数。

技术实现要素：

(一)要解决的技术问题

有鉴于此，本实用新型的主要目的在于提供一种具有旋转冷却系统的叶片及燃气轮机，利用较少的冷却气体、较小的冷却孔径达到传统方法大冷却孔径的效果。

(二)技术方案

根据本实用新型的一方面，提供一种具有旋转冷却系统的叶片，所述叶片内设有旋转冷却系统；所述旋转冷却系统包括：冷却气体进口、第一冷却通道和冷却气体出口；其中，所述第一冷却通道为螺旋形通道，且其两端分别与所述冷却气体进口和冷却气体出口相连。

在进一步的实施方案中，所述旋转冷却系统还包括：第二冷却通道，位于所述叶片的前缘和尾缘处；其中，所述第二冷却通道为直孔通道。

在进一步的实施方案中，所述第一冷却通道的螺距t、螺旋线外缘直径D以及孔径d均根据所述叶片壁厚和冷却气体湍流度来确定。

在进一步的实施方案中，所述第一冷却通道的截面形状为以下一种或多种：圆形、多边形、圆角与直边组合、样条曲线。

在进一步的实施方案中，所述第二冷却通道的截面形状为以下一种或多种：圆形、多边形、圆角与直边组合、样条曲线。

在进一步的实施方案中，所述的冷却气体进口位于所述叶片的叶根底部区域或叶片中间体区域。

在进一步的实施方案中，所述冷却气体出口位于所述叶片的顶部。

在进一步的实施方案中，所述旋转冷却系统还包括：分流腔，与各所述冷却气体进口相连。

根据本实用新型的另一方面，提供一种燃气轮机，包括：如上所述的具有旋转冷却系统的叶片。

(三)有益效果

本实用新型的螺旋冷却通道的设计考虑了冷却气体在其中的流动状态，其结构能够形成稳定的旋转气流，提高冷气的雷诺数，从而提高冷却气流与壁面间的对流换热系数，起到加强换热、降低叶片温度的效果；同时此冷却通道，能够利用较少的冷却气体较小的冷却孔径起到传统大冷却孔径的效果，从而提高了冷却叶片的耐热性和强度水平，提高了燃气轮机效率和运行的安全性和平稳性。

附图说明

图1为本实用新型具有旋转冷却系统的叶片的立体结构示意图；

图2为本实用新型具有旋转冷却系统的叶片的剖视示意图；

图3为本实用新型螺旋线特征的示意图。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本实用新型作进一步的详细说明。

在本实用新型的一个实施例中，提供一种具有旋转冷却系统的叶片，如图1和图2所示，所述叶片内设有旋转冷却系统；所述旋转冷却系统包括：冷却气体进口1、第一冷却通道2和冷却气体出口3；其中，所述第一冷却通道2为螺旋形通道，且其两端分别与所述冷却气体进口1和冷却气体出口3相连。

本实用新型通过采用所述螺旋形冷却通道，以形成一种旋转气流，从而达到增强冷气与叶片壁面换热的目的；换热系数增大就可以提高冷气的冷却效率，从而使用较少的冷却气体达到更好的冷却效果。

在本实施例中，所述的所述旋转冷却系统还包括：第二冷却通道4，位于所述叶片的前缘和尾缘处；其中，所述第二冷却通道为直孔通道。在靠近前缘和尾缘的部分，由于壁厚限制，无法使用螺旋冷却通道，则可使用直孔通道以增加冷却通道的数量，从而提升整个叶片的冷却效果。

在本实施例中，如图3所述的所述第一冷却通道2的螺距t、螺旋线外缘直径D以及孔径d均根据所述叶片壁厚和冷却气体湍流度来确定。

在本实施例中，所述第一冷却通道2和所述第二冷却通道4的截面形状可以为但不局限于以下一种或多种：圆形、多边形、圆角与直边组合、样条曲线。

在本实施例中，所述的冷却气体进口1位于所述叶片的叶根底部区域或叶片中间体区域；所述冷却气体出口3位于所述叶片的顶部。

在本实施例中，所述冷却气体进口1和冷却气体出口3的数量相等，与所述第一冷却通道2和所述第二冷却通道4的数量之和也相等，其数量可以是一个或多个。当所述旋转冷却系统包括多个冷却气体进口1时，所述的旋转冷却系统还可以包括：分流腔，与各所述冷却气体进口1相连，用于将冷却气体均匀地引流至各所述冷却气体进口1。

在本实用新型的另一个实施例中，提供一种燃气轮机，包括：如上所述的具有旋转冷却系统的叶片。

需要说明的是，说明书与权利要求中所使用的序数例如“第一”、“第二”、“第三”等的用词，以修饰相应的元件，其本身并不意含及代表该元件有任何的序数，也不代表某一元件与另一元件的顺序、或是制造方法上的顺序，该些序数的使用仅用来使具有某命名的一元件得以和另一具有相同命名的元件能作出清楚区分。

以上所述的具体实施例，对本实用新型的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，应理解的是，以上所述仅为本实用新型的具体实施例而已，并不用于限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。