具有渦流冷卻通道的渦輪葉片及其冷卻方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及渦輪葉片(turbine blade),更為詳細地，涉及一種渦輪葉片，其內(nèi)部具有冷卻空氣流動的冷卻通道(channel),并且在所述冷卻通道的入口部具有使冷卻空氣形成禍流的禍流部(swirl port1n)。
【背景技術(shù)】
[0002]一般來講，燃氣渦輪作為內(nèi)燃機的一種，其將高溫、高壓燃燒氣體向渦輪噴射并旋轉(zhuǎn)，從而將熱能轉(zhuǎn)換為機械能(mechanical energy)，所述高溫、高壓燃燒氣體通過在壓縮機部中向使用高壓壓縮的空氣混合燃料后進行燃燒而生成。
[0003]為了構(gòu)成所述渦輪，通常廣泛地使用以下結(jié)構(gòu):將外周面排列有多個渦輪葉片(blade)的多個渦輪轉(zhuǎn)子圓盤(disc)構(gòu)成為多段，從而使得高溫、高壓的燃燒氣體通過渦輪葉片。
[0004]但是最近隨著燃氣渦輪的大型化及高效化，燃燒器出口的溫度逐漸增加，所以普遍地采用渦輪葉片冷卻裝置，以便能夠承受高溫的燃燒氣體。
[0005]尤其，渦輪葉片的內(nèi)部具有可流動冷卻空氣的固定冷卻通道，并且為了將從所述壓縮機轉(zhuǎn)子部所抽取的壓縮空氣活用為冷卻空氣，在所述冷卻通道內(nèi)流動壓縮空氣的構(gòu)成廣為人知。
[0006]與此相關(guān)的，如圖1所示，美國專利公開公報US7413406提出了一種渦輪葉片10，其作為一種渦輪葉片10，包括路徑(route)部1、形成有前緣部4及后緣部5的翼部2、以及具備于所述路徑部I和翼部2之間的平臺(platform)部3，所述翼部2的內(nèi)部形成有多個冷卻通道7，其流體連通于冷卻空氣入口部9，并通過多個隔壁6劃分，所述各個冷卻通道7中具備有瑞流器(turbulator)8，所述瑞流器8在流動的冷卻空氣中產(chǎn)生暖流。
[0007]但是，所述文獻局限于湍流器8，且沒有言及關(guān)于路徑部I及平臺部3的冷卻裝置，所述湍流器8用于增加翼部2內(nèi)部的熱傳遞效率。
[0008]換句話說，因為通過高速旋轉(zhuǎn)的翼部2的負荷只能集中于路徑部1，所以要求路徑部I具有高水準的韌度。
[0009]但在燃氣渦輪驅(qū)動時，通過暴露在高溫的燃燒氣體中的翼部2，相當(dāng)水準的熱持續(xù)傳遞至平臺部3和路徑部1，因此如圖1所示，如果不具有針對平臺部3和路徑部I的適當(dāng)?shù)睦鋮s裝置，則問題在于必定使路徑部I的韌度顯著下降，其結(jié)果是導(dǎo)致路徑部I的破壞等。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010]本發(fā)明是為了解決所述的問題而提出的，其目的在于提供一種渦輪葉片，所述渦輪葉片使冷卻空氣流動的冷卻通道入口部具有渦流部，從而可增強路徑部的冷卻性能，并可進一步明顯增加路徑部的韌度。
[0011]并且，本發(fā)明的目的在于提供一種渦輪葉片，其使冷卻空氣流動的冷卻通道入口部具有渦流部，從而能夠顯著地提高翼部內(nèi)部的熱傳遞效率。
[0012]根據(jù)本發(fā)明的渦輪葉片，其作為一種渦輪葉片包括:路徑部、形成有前緣部和后緣部的翼部、以及具備于所述翼部和所述路徑部之間的平臺部，所述翼部在內(nèi)部具有冷卻空氣流動的冷卻通道，所述路徑部在內(nèi)部具有流體連通于所述冷卻通道的入口部，并且所述入口部具有渦流部，所述渦流部構(gòu)成為所述冷卻空氣沿著所述翼部的長度方向進行的同時形成渦流。
[0013]并且，所述冷卻通道包括:第一冷卻通道，其鄰接所述前緣部而形成，并朝所述葉片部的長度方向延長；以及第二冷卻通道，其形成于所述第一冷卻通道和所述后緣部之間，并朝所述長度方向延長，所述入口部包括第一入口部及第二入口部，所述第一入口部與所述第一冷卻通道流體連通，所述第二入口部與所述第二冷卻通道流體連通，所述渦流部包括第一渦流部及第二渦流部，所述第一渦流部設(shè)置在所述第一入口部，所述第二渦流部設(shè)置在所述第二入口部。
[0014]并且，所述第一渦流部包括多個第一導(dǎo)向肋片(rib)，所述多個第一導(dǎo)向肋片從所述第一入口部的內(nèi)周面凸出而形成，并相對所述長度方向形成規(guī)定的第一傾斜角，同時朝所述長度方向延長，所述第二渦流部包括多個第二導(dǎo)向肋片，所述第二導(dǎo)向肋片從所述第二入口部的內(nèi)周面凸出而形成，并相對所述長度方向形成規(guī)定的第二傾斜角，同時朝所述長度方向延長。
[0015]并且，所述第一導(dǎo)向肋片及第二導(dǎo)向肋片以直線形態(tài)朝所述長度方向延長。
[0016]并且，所述第一導(dǎo)向肋片及第二導(dǎo)向肋片以曲線形態(tài)朝所述長度方向延長。
[0017]并且，所述第一傾斜角和所述第二傾斜角互不相同，所述第一傾斜角可以比所述第二傾斜角更大。
[0018]并且，所述多個第一導(dǎo)向肋片間的間隔可以和所述多個第二導(dǎo)向肋片間的間隔不同，或所述多個第一導(dǎo)向肋片間的間隔可以比所述多個第二導(dǎo)向肋片間的間隔更小。
[0019]并且，所述多個第一導(dǎo)向肋片的個數(shù)可以和所述多個第二導(dǎo)向肋片的個數(shù)不同，或者所述多個第一導(dǎo)向肋片的個數(shù)可以比所述多個第二導(dǎo)向肋片的個數(shù)更多。
[0020]并且，所述多個第一導(dǎo)向肋片從所述第一入口部的內(nèi)周面凸出的高度，可以和所述多個第二導(dǎo)向肋片從所述第二入口部的內(nèi)周面凸出的高度不同，或者所述多個第一導(dǎo)向肋片從所述第一入口部的內(nèi)周面凸出的高度，可以比所述多個第二導(dǎo)向肋片從所述第二入口部的內(nèi)周面凸出的高度更高。
[0021]并且，沿著垂直于所述長度方向的方向，可將所述第一入口部的截面面積和所述第二入口部的截面面積構(gòu)成為不同，或者沿著垂直于所述長度方向的方向，所述第一入口部的截面面積可以比所述第二入口部的截面面積更大。
[0022]另外，根據(jù)本發(fā)明的渦輪葉片的冷卻方法作為為一種渦輪葉片的冷卻方法，所述渦輪葉片包括:路徑部、形成有前緣部和后緣部的翼部、以及具備于所述翼部和所述路徑部之間的平臺部，并且在所述翼部的內(nèi)部流動有冷卻空氣的冷卻通道朝所述翼部的長度方向形成，所述渦輪葉片的冷卻方法包括如下步驟:流體連通于所述冷卻通道，并將空氣供給至所述路徑部所具備的入口部；對于通過所述入口部的冷卻空氣，利用所述入口部所具有的渦流部來產(chǎn)生渦流。
[0023]另外，向所述入口部供給冷卻空氣的步驟包括如下步驟:向流體連通于第一冷卻通道的第一入口部供給冷卻空氣，所述第一冷卻通道鄰接于所述前緣部，從而向所述翼部的長度方向延長而形成；向流體連通于第二冷卻通道的第二入口部供給冷卻空氣，所述第二冷卻通道在所述第一冷卻通道與所述后緣部之間向所述長度方向延長而形成。
[0024]另外，利用所述渦流部來產(chǎn)生渦流的步驟包括如下步驟:利用所述第一入口部所具備的第一渦流部來形成渦流；以及利用所述第二入口部所具備的第二渦流部來形成渦流。
[0025]另外，利用所述第一渦流部來產(chǎn)生渦流的步驟包括如下步驟:利用多個第一導(dǎo)向肋片，使冷卻空氣產(chǎn)生渦流，所述多個第一導(dǎo)向肋片從所述第一入口部的內(nèi)周面凸出而形成，并且利用所述第二渦流部來產(chǎn)生渦流的步驟包括如下步驟:利用多個第二導(dǎo)向肋片，使冷卻空氣產(chǎn)生渦流，所述多個第二導(dǎo)向肋片從所述第二入口部的內(nèi)周面凸出而形成，所述多個第一導(dǎo)向肋片相對所述長度方向形成規(guī)定的第一傾斜角，并同時朝所述長度方向延長，所述