一种用于燃气轮机的具有冷却效果的涡轮叶片的制作方法

本实用新型涉及一种涡轮叶片，特别涉及一种用于燃气轮机的具有冷却效果的涡轮叶片。

背景技术：

燃气轮机(Gas Turbine)是以连续流动的气体为工质带动叶轮高速旋转，将燃料的能量转变为有用功的内燃式动力机械，是一种旋转叶轮式热力发动机，燃气轮机结构最简单，而且最能体现出燃气轮机所特有的体积小、重量轻、启动快、少用或不用冷却水等一系列优点。1791年，英国人巴伯首次描述了燃气轮机的工作过程；1872年，德国人施托尔策设计了一台燃气轮机，并于1900～1904年进行了试验，但因始终未能脱开起动机独立运行而失败；1905年，法国人勒梅尔和阿芒戈制成第一台能输出功的燃气轮机，但效率太低，因而未获得实用，1920年，德国人霍尔茨瓦特制成第一台实用的燃气轮机，其效率为13％、功率为370千瓦，按等容加热循环工作，但因等容加热循环以断续爆燃的方式加热，存在许多重大缺点而被人们放弃，随着空气动力学的发展，人们掌握了压气机叶片中气体扩压流动的特点，解决了设计高效率轴流式压气机的问题，因而在30年代中期出现了效率达85％的轴流式压气机。与此同时，涡轮效率也有了提高。在高温材料方面，出现了能承受600℃以上高温的铬镍合金钢等耐热钢，因而能采用较高的燃气初温，于是等压加热循环的燃气轮机终于得到成功的应用。1939年，在瑞士制成了四兆瓦发电用燃气轮机， 效率达18％。同年，在德国制造的喷气式飞机试飞成功，从此燃气轮机进入了实用阶段，并开始迅速发展，随着高温材料的不断进展，以及涡轮采用冷却叶片并不断提高冷却效果，燃气初温逐步提高，使燃气轮机效率不断提高。单机功率也不断增大，在70年代中期出现了数种100兆瓦级的燃气轮机，最高能达到130兆瓦。与此同时，燃气轮机的应用领域不断扩大。1941年瑞士制造的第一辆燃气轮机机车通过了试验；1947年，英国制造的第一艘装备燃气轮机的舰艇下水，它以1.86兆瓦的燃气轮机作加力动力；1950年，英国制成第一辆燃气轮机汽车。此后，燃气轮机在更多的部门中获得应用，在其中，涡轮叶片的温度控制也是极其重要的，由于功率巨大，十分容易造成涡轮叶片因温度过高而损坏。为此，我们提出一种用于燃气轮机的具有冷却效果的涡轮叶片。

技术实现要素：

本实用新型的主要目的在于提供一种用于燃气轮机的具有冷却效果的涡轮叶片，可以有效解决背景技术中的问题。

为实现上述目的，本实用新型采取的技术方案为：

一种用于燃气轮机的具有冷却效果的涡轮叶片，包括燃气轮机、气膜冷却设备和涡轮叶片，所述燃气轮机一侧设有涡轮外圈且与之固定连接，所述涡轮外圈内部设有涡轮叶片且涡轮叶片与涡轮中心点固定相连，所述气膜冷却设备位于涡轮叶片的叶片根部且与叶片根部固定连接，所述叶片槽位于叶片根部与叶片顶部之间且与气膜冷却设备固定相连，所述涡轮叶片表面设有进风口。

进一步地，所述气膜冷却设备内部为中空状且与叶片槽固定连接。

进一步地，所述进风口开口方向与涡轮叶片旋转方向一致。

进一步地，所述涡轮叶片表面均设有多个进风口。

与现有技术相比，本实用新型具有如下有益效果：

1、通过涡轮叶片内部气膜冷却设备的设计可以有效的降低涡轮叶片的温度，气膜冷却从高温环境的壁面上的孔向主流引入二次气流(冷却工质或射流)，这股冷气流在主流的压力和摩擦力作用下向下游弯曲，附着在壁面一定区域上，形成温度较低的冷气膜将壁面同高温燃气隔离，并带走部分高温燃气，从而对壁面起到良好的冷却保护作用，与发散冷却相比，气膜冷却技术所采用的喷孔较少，喷出的冷气较为集中，可在表面上维持存在较长一段距离，因此，在被冷却壁面的前部甚至上游布置适当的气膜孔即可达到冷却的目的，而且射流方向和角度亦可根据实验和计算来进行调整，因而不仅可以达到有效冷却的目的，还可以控制喷射造成的气动损失、湍流流动和壁面热应力集中等。因此，气膜冷却被广泛地应用于压气机、燃烧室尤其是涡轮叶片上。

2、通过涡轮叶片表面进风口的设计，加强了气膜冷却设备的进风量，大大提高了气膜冷却设备的工作效率，变相的加强了涡轮叶片的散热能力，使冷却速度进一步提高。

附图说明

图1为本实用新型用于燃气轮机的具有冷却效果的涡轮叶片的整体结构示意图。

图2为本实用新型用于燃气轮机的具有冷却效果的涡轮叶片的涡轮叶片内部结构示意图。

图3为本实用新型用于燃气轮机的具有冷却效果的涡轮叶片的涡轮叶片表面结构示意图。

图中：1、燃气轮机；2、涡轮外圈；3、涡轮中心点；4、涡轮叶片；5、叶片根部；6、气膜冷却设备；7、叶片槽；8、进风口；9、叶片顶部。

具体实施方式

为使本实用新型实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本实用新型。

如图1-3所示，一种用于燃气轮机的具有冷却效果的涡轮叶片，包括燃气轮机1、气膜冷却设备6和涡轮叶片4，所述燃气轮机1一侧设有涡轮外圈2且与之固定连接，所述涡轮外圈2内部设有涡轮叶片4且涡轮叶片4与涡轮中心点3固定相连，所述气膜冷却设备6位于涡轮叶片4的叶片根部5且与叶片根部5固定连接，所述叶片槽7位于叶片根部5与叶片顶部9之间且与气膜冷却设备6固定相连，所述涡轮叶片4表面设有进风口8。

其中，所述气膜冷却设备6内部为中空状且与叶片槽7固定连接。

其中，所述进风口8开口方向与涡轮叶片4旋转方向一致。

其中，所述涡轮叶片4表面均设有多个进风口8。

需要说明的是，本实用新型为一种用于燃气轮机的具有冷却 效果的涡轮叶片，工作时，直接让燃气轮机1工作即可，燃气轮机1工作时通过涡轮叶片4内部的气膜冷却设备6可以有效的降低涡轮叶片4的温度，气膜冷却从高温环境的壁面上的孔向主流引入二次气流(冷却工质或射流)，这股冷气流在主流的压力和摩擦力作用下向下游弯曲，附着在壁面一定区域上，形成温度较低的冷气膜将壁面同高温燃气隔离，并带走部分高温燃气，从而对壁面起到良好的冷却保护作用，与发散冷却相比，气膜冷却技术所采用的喷孔较少，喷出的冷气较为集中，可在表面上维持存在较长一段距离，因此，在被冷却壁面的前部甚至上游布置适当的气膜孔即可达到冷却的目的，而且射流方向和角度亦可根据实验和计算来进行调整，因而不仅可以达到有效冷却的目的，还可以控制喷射造成的气动损失、湍流流动和壁面热应力集中等。因此，气膜冷却被广泛地应用于压气机、燃烧室尤其是涡轮叶片4上，并且通过涡轮叶片4表面进风口8的设计，加强了气膜冷却设备6的进风量，大大提高了气膜冷却设备6的工作效率，变相的加强了涡轮叶片4的散热能力，使冷却速度进一步提高。

以上显示和描述了本实用新型的基本原理和主要特征和本实用新型的优点。本行业的技术人员应该了解，本实用新型不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本实用新型的原理，在不脱离本实用新型精神和范围的前提下，本实用新型还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本实用新型范围内。本实用新型要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。