[发明专利]燃气轮机的涡轮静子叶片及采用其的燃气轮机

说明书

一种燃气轮机的涡轮静子叶片及采用其的燃气轮机，涡轮静子叶片包括：叶片叶身，叶片叶身包括压力面和吸力面；其中，由压力面和吸力面围绕形成叶片内部空腔；冲击导流衬套，设置于叶片内部空腔内；叶片内部空腔和冲击导流衬套之间的区域定义为环形空腔；至少一个限流结构，设置于环形空腔内；其中，冲击导流衬套上设置有冲击冷却射流孔，叶片叶身上设置有冷气孔；冲击导流衬套内部的冷却气通过冲击冷却射流孔冲击冷却射流至环形空腔，形成冲击冷却乏气通过冷气孔排出叶片叶身外；其中，限流结构用于限制环形空腔内的冲击冷却乏气的自由流动，显著提高冲击冷却效果。

技术领域

本发明涉及燃气轮机设计的技术领域，尤其涉及一种燃气轮机的涡轮静子叶片及采用其的燃气轮机。

背景技术

随着燃气轮机设计技术水平的提高，燃气轮机涡轮进口燃气温度不断提高，涡轮部件所面临的热负荷极高，早已超过高温材料能够承受的极限。为了保证涡轮叶片安全可靠工作，需要对其进行复杂的冷却设计，以使叶片本体的温度和应力分布保持在合理的水平。

在进行1000-1200摄氏度温度等级(对应E级燃气轮机第一级或F级燃气轮机第二级)燃气轮机透平叶片静子叶片冷却设计时，最通用的冷却设计方案为叶片内部采用冲击冷却，而外部采用尾缘喷射(或者压力面尾缘喷射)，吸力面近前缘区域气膜冷却(或者前缘喷淋气膜冷却)的冷却方案。内部冲击冷却工质需要从叶片表面气膜孔或者喷射孔排入主流燃气，在叶片表面气膜孔排数量较少的情况下，气膜孔的特征参数、位置等会对内部冷却工质在气膜孔排之间的分配产生明显影响，从而影响叶片内表面流体横向流动，这种横向流动会对叶片内表面换热产生显著影响。如何根据设计意图，合理控制叶片内部冷气的横向流动，使其对冷却产生积极影响，是燃气轮机冷却设计人员关注的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种燃气轮机的涡轮静子叶片及采用其的燃气轮机，以期至少部分地解决上述提及的技术问题中的至少之一。

为了实现上述目的，本发明的技术方案包括：

作为本发明的一个方面，提供一种燃气轮机的涡轮静子叶片，包括：

叶片叶身，所述叶片叶身包括压力面和吸力面；其中，由所述压力面和吸力面围绕形成叶片内部空腔；

冲击导流衬套，设置于所述叶片内部空腔内；所述叶片内部空腔和冲击导流衬套之间的区域定义为环形空腔；

至少一个限流结构，设置于所述环形空腔内；

其中，所述冲击导流衬套上设置有冲击冷却射流孔，所述叶片叶身上设置有冷气孔；所述冲击导流衬套内部的冷却气通过所述冲击冷却射流孔冲击冷却射流至所述环形空腔，形成冲击冷却乏气通过所述冷气孔排出叶片叶身外；其中，所述限流结构用于限制所述环形空腔内的所述冲击冷却乏气的自由流动。

作为本发明的另一个方面，还提供一种燃气轮机，包括如上所述的涡轮静子叶片。

基于上述技术方案可知，本发明相较于现有技术至少具有如下有益效果的其中之一或其中一部分：

(1)叶片叶身内表面和冲击导流衬套之间的环形空腔内，至少布置有一个限流结构，限流结构与叶片叶身内表面和冲击导流衬套之间紧密配合，可以达到限制冲击冷却乏气的自由流动的目的；

(2)冲击冷却乏气根据设计目标，有目的的进行流动的改变或限制，可显著提高冲击冷却效果，同时提高对流冷却水平，优化叶片表面冷气孔内的流动参数，优化叶片表面气膜覆盖效果，从而在不提高冷气量的前提下达到最优的冷却效果和燃机性能；

(3)简化涡轮叶片结构并降低成本。

附图说明

图1是对比例1的燃气轮机的涡轮静子叶片的设计示意图；

图2是图1的A-A展开视图；