[发明专利]冷却燃气轮机叶片的方法

说明书

技术领域

本发明涉及燃气轮机叶片的冷却工质、冷却方法和冷却结构。 

背景技术

燃气轮机是能源装备领域的核心部件，在航空、舰船、陆地等军事和工业领域都有着重要作用。随着先进燃气轮机涡轮进口燃气温度的不断提高，对涡轮高温部件的制造工艺和冷却要求提出了更为苛刻的挑战，目前先进燃气轮机涡轮进口燃气温度已经超过了1500℃，并进一步迈向1900℃乃至更高的温度，而目前高级镍基合金的工作温度在1100℃以下，为了保证高温涡轮叶片的寿命，需要对其采用强有力的冷却手段，以使叶片整体的温度场和应力分布均保持在合理水平。 

目前世界上最先进的涡轮转子叶片均采用非常复杂的多内腔结构，结合空气的气膜冷却、射流冲击冷却、多回路湍流增进强迫对流换热、尾缘针肋扰流冷却和先进PVD隔热涂层等技术确保叶片在设计温度范围内工作。随着涡轮燃气进口温度的进一步提高，这种依靠压缩空气冷却涡轮叶片的提升效果越来越微弱，一方面由于热量的增加，用于冷却涡轮叶片的空气量已经高达压缩空气总气量的20％或更高，造成了大量动力的消耗，严重影响了燃气轮机的性能；另一方面，在提高空气压缩比的同时，不可避免的也会提高冷却空气的温度，降低了冷却气体的热容，增大了冷却难度。 

为了实现先进燃气轮机的进一步快速发展，迫切需要一种具有革命性的、超高效率的燃气涡轮叶片冷却技术。 

发明内容

本发明的目的是提供一种燃气轮机涡轮叶片冷却方法，该冷却方法可以将涡轮叶片温度控制在六百摄氏度以内，并且不消耗压缩空气，同时精简叶片内部结构，降低叶片加工工艺要求和成本，增强叶片强度和使用寿命，显著提高燃气轮机效率。 

本发明为实现上述目标，采用如下技术方案： 

本发明熔融盐冷却燃气轮机叶片的方法。利用熔融盐为冷却工质，设计了全新的叶片内通道冷却，不再利用鱼鳞孔和气膜冷却。射流冲击孔4和冷却通道内的湍流强化器10实现冷却，叶片其他部位利用叶片U形内通道进行冷却。熔融盐进入叶片腔体后，沿着冷却通道6、7、11、12流经叶片腔体，冷却叶片压力面15和吸力面18以及叶片尾缘19，部分熔融盐在叶片前缘16形成射流冲击冷却，然后从熔融盐进口处排出，形成封闭冷却回路，完成对叶片的整体冷却。 

冷却燃气轮机叶片的方法，涡轮叶片包括有叶片叶型3、叶片叶根1和叶片叶根的叶片平台2，叶片叶型外表面由压力面15和吸力面18构成，连接压力面15和吸力面18的分别是叶片前缘16和叶片尾缘19；其特征在于：所述涡轮叶片冷却工质为熔融盐； 

叶片叶型内部由冷却通道分隔板分成叶片前缘冷却区域和叶片尾缘冷却区域；叶片前缘冷却区域由U形的冷却通道分隔板分隔成3个冷却通道，分别是第一冲击冷却通道6，第二冲击冷却通道7和成形冷却内通道12，第一冷却冲击通道6和第二冲击冷却通道7的冷却通道分隔板上布置有射流冲击孔4，熔融盐从叶片根部冷却通道入口14进入第二冲击冷却通道7，通过冷却通道分隔板上的射流冲击孔4进入第一冲击冷却通道6，然后流入成形冷却内通道12，最后由叶片根部冷却通道出口13流出；叶片尾缘冷却区域由冷却通道分隔板隔开形成叶片尾缘冷却通道11和成形冷却内通道12，两者相通形 成一个U形的冷却回路，熔融盐从叶片根部冷却通道入口14进入叶片尾缘冷却通道11，然后流经成形冷却通道12，最后由叶片根部冷却通道出口13流出，完成对整个叶片的冷却。 

所述的冷却工质是各种单一纯净物液态熔盐或混合熔融盐，所述的冷却工质为各种有机、无机盐类、金属氧化物以及它们的混合物。 

进一步，冷却通道内布置有湍流强化器10。 

所述的熔融盐冷却燃气轮机叶片的方法，由于熔融盐工质传热性能优越，叶片冷却全部由叶片内部冷却通道完成，不再需要设计气膜冷却结构。 

所述的熔融盐冷却燃气轮机叶片的方法，熔融盐一次流经叶片U形内冷通道即可完成对叶片的冷却。 

所述的熔融盐冷却燃气轮机叶片的方法，叶片内冷结构进行了大量简化，不再需要设计前缘用于气膜冷却的鱼鳞孔和叶片尾缘排气孔。 

所述的熔融盐冷却燃气轮机叶片的方法，利用熔融盐的射流冲击对叶片前缘16冷却，叶片压力面15、吸力面18和尾缘19的冷却直接由熔融盐流经内冷通道6、7、11、12完成，冷却通道内布置有湍流强化器10。