涡轮叶片和用于涡轮叶片的扰流结构和燃气轮机的制作方法

1.本发明涉及燃气轮机冷却技术领域，尤其涉及一种涡轮叶片和用于涡轮叶片的扰流结构和燃气轮机。


背景技术：

2.燃气轮机具有质量轻、体积小、单机功率大、启动快、污染少、热效率高、经济性好等特点。由燃气轮机的简单循环方式可知，通过提高燃气初温的方式来提高比功率和性能。涡轮叶片所处的位置温度高、应力复杂、工作环境恶劣，因此涡轮叶片能否安全可靠的工作对于发动机的运行至关重要。叶片的各项性能指标成为了衡量发动机发展程度的重要指标，特别是涡轮叶片所能承受高温的能力。目前，燃气轮机涡轮叶片前温度早已超过其材料的承受温度。保证叶片能够安全可靠地工作，通过采用冷却能力更强的冷却方式来降低叶片的温度。
3.燃气轮机透平叶片工作在高温、高转速等恶劣的环境中，透平叶片内部冷却结构的设计技术是保证燃气轮机透平叶片安全工作的关键技术之一。相关技术中燃气轮机透平叶片内部扰流肋通常是倾斜方向一致的斜肋，换热强度不一致，靠近气流来流方向的一端为强换热区域，另一端为弱换热区域，引起换热不均。


技术实现要素：

4.本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。
5.为此，本发明的实施例提出一种用于涡轮叶片的扰流结构，该用于涡轮叶片的扰流结构具有保证扰流肋换热强度的同时使换热更均匀的优点。
6.根据本发明实施例的用于涡轮叶片的扰流结构，用于涡轮叶片的扰流结构包括设置在叶片内冷却通道上的至少两排扰流肋，每排包括多个扰流肋，每排的多个所述扰流肋的倾斜方向相同，一排所述扰流肋与任意相邻的一排所述扰流肋交错布置。
7.根据本发明实施例的用于涡轮叶片的扰流结构具有保证扰流肋换热强度的同时使换热更均匀的优点。
8.在一些实施例中，一排中任意一个所述扰流肋与相邻一排的与所述扰流肋相邻的两个扰流肋的间距相等。
9.在一些实施例中，任意相邻的两排所述扰流肋的在列向上的交错距离大于等于0。
10.在一些实施例中，每一排的任意两个相邻的扰流肋之间的肋间距为p，每一排所述扰流肋与相邻一排的相邻扰流肋之间的肋间距为p/2。
11.在一些实施例中，所述扰流肋超出所述冷却通道表面的高度为e，p/e《10。
12.在一些实施例中，所述扰流肋沿冷却通道的中心线中心对称分布。
13.在一些实施例中，所述扰流肋倾斜角度a,30
°
《a《90
°
。
14.在一些实施例中，所述扰流肋的截面形状为平行四边形。
15.根据本发明实施例的涡轮叶片，叶片本体的冷却通道内设有扰流结构。
16.根据本发明实施例的燃气轮机，涡轮叶片的冷却通道内设有扰流结构。
附图说明
17.图1是根据本发明实施例中用于涡轮叶片的扰流结构的剖面示意图。
18.图2是根据本发明另一实施例中用于涡轮叶片的扰流结构的剖面示意图。
19.附图标记：1、扰流肋。
具体实施方式
20.下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
21.根据本发明实施例的用于涡轮叶片的扰流结构，如图1和图2所示，用于涡轮叶片的扰流结构包括设置在叶片内冷却通道上的至少两排扰流肋1，每排包括多个扰流肋1，每排的多个扰流肋1的倾斜方向相同，一排扰流肋1与任意相邻的一排扰流肋1交错布置。相关技术中的内部扰流肋1结构通常是倾斜方向一致的斜肋，沿斜肋的倾斜方向会造成换热强度不一致，斜肋靠近气流来流方向的一端为强换热区域，斜肋另一端为弱换热区域，使得斜肋换热不均，造成局部过热。扰流结构设置在叶片内冷却通道上，扰流结构至少包括两排扰流肋1，两排扰流肋1相互交错，倾斜方向相反，在一排扰流肋1靠近气流来流方向为强换热区域与相邻的另一排倾斜方向相反的扰流肋1制造的弱换热区域相配合，使得叶片的冷却通道内换热系数更均匀，保证了扰流结构换热强度的同时避免了部件局部过热，进一步提高了扰流肋1的换热效果。冷却通道内扰流肋1的排数增大能够增加扰流肋1的数量，增加换热面积，提高换热效果。
22.根据本发明实施例的用于涡轮叶片的扰流结构具有保证扰流肋换热强度的同时换热更均匀的优点。
23.在一些实施例中，如图1和图2所示，一排中任意一个扰流肋1位于与相邻一排的与扰流肋1相邻的两个扰流肋1的间距相等。
24.具体地，一个扰流肋1位于其列向上相邻的另一排扰流肋1中的在排向上相邻的两个扰流肋1之间，扰流肋1与相邻另一排的与两个扰流肋1的间距相等能够均匀换热避免换热死角造成局部过热。
25.在一些实施例中，如图1和图2所示，任意相邻的两排扰流肋1的在列向上的交错距离大于等于0。
26.具体地，交错距离是指一排扰流肋1与其在列向上相邻的一排扰流肋1在列向上重合的距离，交错距离越大，一排扰流肋1与其在列向上相邻的一排扰流肋1在列向上重合的面积越大，交错距离最大时，两排扰流肋1完全重叠在一起并彼此间隔。扰流肋1不仅能够产生气流扰动现象，而且部分气流从两个列向上相邻的扰流肋1之间的气流通道流入下游，由于扰流肋1之间的气流通道较窄，能够加速气流流动、破坏上游边界层。
27.在一些实施例中，如图1和图2所示，每一排的任意两个相邻的扰流肋1之间的肋间距为p，每一排扰流肋1与相邻一排的相邻扰流肋1之间的肋间距为p/2。
28.具体地，每一排的多个扰流肋1等间隔分布，任意两个相邻的扰流肋1之间的肋间距为p，扰流肋1邻近气体来流方向一端距离相邻一排的相邻扰流肋1邻近气体来流方向一
端的距离为p/2
29.在一些实施例中，如图1和图2所示，扰流肋1超出冷却通道表面的高度为e，p/e《10。
30.具体地，每排扰流肋1的肋间距p与扰流肋1超出冷却通道表面的高度e的比值小于10时扰流肋1的冷却效果较好，能够保证换热强度。
31.在一些实施例中，如图1和图2所示，扰流肋1沿冷却通道的中心线中心对称分布。
32.具体地，冷却通道内的扰流肋1有三排时，冷却通道的中心线与一排扰流肋1的中心线重合，其余两排扰流肋1分别位于冷却通道的中心线的两侧，扰流肋1关于冷却通道的中心线的中心对称，扰流肋1中心对称降低加工难度也便于叶片防呆设计。
33.在一些实施例中，如图2所示，扰流肋1倾斜角度为度a,30
°
《a《90
°
。
34.具体地，扰流肋1的倾斜角度为扰流肋1的邻近气流来流方向的一端与气流来流方向的夹角，扰流肋1完全垂直与气流来流方向时，扰流肋1的倾斜角度定义为90
°
，此时叶片内冷却通道的气流受扰流肋1阻挡难以通过，扰流肋1的倾斜角度为30
°
时，扰流肋1的扰流效果太差不能达到扰流目的。优选的，扰流肋1的倾斜角度为45
°
。
35.在一些实施例中，如图1和图2所示，扰流肋1的截面形状为平行四边形。
36.具体地，扰流肋1的截面形状为平行四边形时，扰流肋1对气流的扰动效果好，扰流肋1与叶片内冷却通道的固定效果好，且在正对着冷却气流流动方向的平行四边形的壁面上边界层薄，换热能力强，平行四边形的扰流件能够更好地强化换热，且流阻变化不大。
37.根据本发明实施例的涡轮叶片，叶片本体的冷却通道内设有扰流结构。
38.根据本发明实施例的涡轮叶片的技术优势与上述用于涡轮叶片的扰流结构的技术优势相同，此处不再赘述。
39.根据本发明实施例的燃气轮机，涡轮叶片的冷却通道内设有扰流结构。
40.根据本发明实施例的燃气轮机的技术优势与上述用于涡轮叶片的扰流结构的技术优势相同，此处不再赘述。
41.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
42.此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
43.在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接或彼此可通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
44.在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以
是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
45.在本发明中，术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
46.尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域普通技术人员对上述实施例进行的变化、修改、替换和变型均在本发明的保护范围内。

技术特征：
1.一种用于涡轮叶片的扰流结构，其特征在于，包括：设置在叶片内冷却通道上的至少两排扰流肋，每排包括多个扰流肋，每排的多个所述扰流肋的倾斜方向相同，一排所述扰流肋与任意相邻的一排所述扰流肋交错布置。2.根据权利要求1所述的用于涡轮叶片的扰流结构，其特征在于，一排中任意一个所述扰流肋与相邻一排的与所述扰流肋相邻的两个扰流肋的间距相等。3.根据权利要求1所述的用于涡轮叶片的扰流结构，其特征在于，任意相邻的两排所述扰流肋的在列向上的交错距离大于等于0。4.根据权利要求2所述的用于涡轮叶片的扰流结构，其特征在于，每一排的任意两个相邻的扰流肋之间的肋间距为p，每一排所述扰流肋与相邻一排的相邻扰流肋之间的肋间距为p/2。5.根据权利要求4所述的用于涡轮叶片的扰流结构，其特征在于，所述扰流肋超出所述冷却通道表面的高度为e，p/e<10。6.根据权利要求1所述的用于涡轮叶片的扰流结构，其特征在于，所述扰流肋沿冷却通道的中心线中心对称分布。7.根据权利要求1所述的用于涡轮叶片的扰流结构，其特征在于，所述扰流肋倾斜角度a,30
°
<a<90
°
。8.根据权利要求1所述的用于涡轮叶片的扰流结构，其特征在于，所述扰流肋的截面形状为平行四边形。9.一种涡轮叶片，其特征在于，叶片本体的冷却通道内设有扰流结构，所述扰流结构为如权利要求1-8任一项所述的扰流结构。10.一种燃气轮机，其特征在于，涡轮叶片的冷却通道内设有扰流结构，所述扰流结构为如权利要求1-8任一项所述的扰流结构。

技术总结
本发明公开一种涡轮叶片和用于涡轮叶片的扰流肋结构和燃气轮机，用于涡轮叶片的扰流结构包括设置在叶片内冷却通道上的至少两排扰流肋，每排包括多个扰流肋，每排的多个所述扰流肋的倾斜方向相同，一排所述扰流肋与任意相邻的一排所述扰流肋交错布置。本发明提供的用于涡轮叶片的扰流结构具有保证扰流肋换热强度的同时换热更均匀的优点。强度的同时换热更均匀的优点。强度的同时换热更均匀的优点。


技术研发人员：于亚薇 邓博 于志强 武安 吴宏
受保护的技术使用者：中国联合重型燃气轮机技术有限公司
技术研发日：2023.02.15
技术公布日：2023/7/11