[发明专利]膜冷却燃气轮机部件

说明书

本发明涉及一种用于燃气轮机的膜冷却燃气轮机部件(8)，燃气轮机部件包括表面(38)，该表面(38)能够暴露于热气体(39)并且多个膜冷却开口(36)在表面(38)打开，其中每个所述膜冷却开口(36)沿着其通流方向包括管道部分(48)和紧挨着管道部分的散流器部分(46)，散流器部分包括布置在上游的散流器边缘(44)、两个纵向边缘(42)以及布置在下游的散流器边缘(40)，其中每个纵向边缘(42)与布置在下游的散流器边缘(44)在角部区域(54)处相交。为了提供有效的膜冷却开口(36)布置，与先前相比，这种布置的冷却膜在更加靠近布置在下游的散流器边缘之后闭合；根据本发明，排(30、34)的至少两个紧邻的膜冷却开口(36)、优选地是所有膜冷却开口(36)被设计成使得膜冷却开口(36)的相应管道部分(48)的管道轴线(50)相对于热气体(39)的局部流动方向(52)倾斜，并且膜冷却开口的散流器部分(46)非对称，使得当在热气体(39)的流动方向(52)上观察时，所述膜冷却开口(36)的紧邻的角部区域(54)对准。

技术领域

本发明涉及一种用于燃气轮机的膜冷却燃气轮机部件，该燃气轮机部件具有能够暴露于热气体的表面，并且其中多个膜冷却开口在该表面打开(open out)，所述膜冷却开口能够在横断热气体流动方向的方向上形成至少一排，其中每个膜冷却开口沿着其通流方向具有管道部分以及与管道部分紧邻的散流器部分，该散流器部分包括上游散流器边缘、两个散流器纵向边缘以及下游散流器边缘，其中每个纵向边缘与下游散流器边缘相交于角部区域。

背景技术

在现有技术中，已知许多不同的燃气轮机部件具有在前言所描述的膜冷却开口。例如，WO 2013/188645公开了一种具有膜冷却开口的涡轮叶片，其散流器状区域过渡到由肋分隔开的两个导叶区域。膜冷却开口按照已知的方式被使用以避免对材料或燃气轮机部件的过早损坏，从而达到预定的使用寿命。具体而言，旨在借助于膜冷却开口在燃气轮机部件的表面上提供区域冷却膜，以便在操作期间使该表面免受沿该表面流动的热气体的破坏性影响。然而，为了形成冷却膜，必须提供所需的冷却空气。所述冷却空气通常从燃气轮机的循环中提取，这使得所提取的部分不能参与产能。这降低了燃气轮机的效率，由此，同样希望将冷却空气的流率保持的尽可能低。此外，还需要使膜冷却孔的数目较少，这不仅可以节约冷却空气，而且还可以使燃气轮机部件更加易于生产并且成本较低。

专利公开US 2013/0205803 A1公开了一种对此的替代布置。在所述文献中提出：一排扩宽的膜冷却孔彼此接触。这里，散流器区域沿一个边缘相接触，这些散流器区域进而结束于相邻散流器的下游横向边缘处。这得到了无间隙的一排紧密连续的角部，其间具有直线形散流器出口边缘，这可能削弱叶片材料。

同样已知的是，这种膜冷却孔不仅用于燃气轮机部件的区域冷却，而且还用于所谓摩擦边缘的冷却，所述摩擦边缘被布置在涡轮转子叶片的自由端并且相对于燃气轮机的流路路径的静态外壳壁运动。这种摩擦边缘同样受到热气体的影响，其中所述摩擦边缘相对而言难以冷却，这是因为它们的暴露位置——它们通常以独立方式垂直地从涡轮叶片壁表面突出，该涡轮叶片壁表面与燃气轮机的流路分界近似平行地定向。

特别地，在现有技术中，值得注意的一个效应是：只有随着到膜冷却开口的距离增加，直到该点所形成的各冷却空气丝(filament)才能合并形成区域冷却膜。然而，由于涡轮叶片的内部冷却管道结构以及为了冷却摩擦边缘而设置的膜冷却孔的预定位置，迄今为止，所述膜冷却孔都布置得太靠近摩擦边缘，从而无法形成无间隙的冷却膜。因此，在局部观察时，热气丝之间在各冷却空气丝合并之前出现在各冷却空气丝之间，而这些热气丝可能会对摩擦边缘造成局部损坏。

为此，期望尽可能靠近膜冷却开口的下游来实现沿着膜冷却排的区域连续的冷却，对于用于冷却摩擦边缘的成排的膜冷却开口而言尤其如此。

发明内容

因此，本发明的一个目的是提供一种具有膜冷却布置的燃气轮机部件，其中，不间断的冷却膜尽可能地靠近膜冷却开口的下游边缘开始形成，甚至对于两个紧邻的膜冷却开口之间的区域也是如此。