本项创新技术介绍了一种高温涡轮叶片及其燃气轮机,该叶片采用双层壁冷却结构设计。叶片由外薄壁层和内实体层组成,内实体层从前缘至中弦区域嵌入楔形矩阵肋,以优化冷却效果。
背景技术
提升涡轮进口温度是提高现代燃气轮机输出功率和热效率的关键。如今,涡轮叶片工作的环境温度已超过2200K,远超叶片材料的熔点温。因此,需要设计新型内部冷却结构对叶片进行保护。
目前叶片内部的冷却结构广泛采用针翅阵列、带肋通道或柱肋等实现,但是实际使用中,这些冷却结构的强化换热能力仍然有限,无法满足更高热载荷的先进燃机运行条件,而矩阵肋是一种具有极高强化传热能力且能为叶片提供更高结构强度的冷却构造。
双层壁冷却结构是一种集内部冲击冷却与外部气膜冷却为一体的复合型冷却方式,即冷气从内壁上的冲击孔向外壁内表面射流冲击后,再从外表面的气膜孔流出形成气膜冷却。该冷却方式充分发挥了内部冲击射流强化换热和气膜孔溢流强化换热作用,是提高局部换热系数的有效方法,在相同开孔面积和冷热气流条件下,比传统发散冷却效率更高。
然而,由于叶片前缘受到的热负荷极高,而尾缘厚度极薄极易引起热失效,这就需要在不同区域对应设计不同冷却结构。
实现思路