CN102312684A

CN102312684A - 一种蒸汽、空气混合冷却透平导向叶片

Info

Publication number: CN102312684A
Application number: CN201110260820A
Authority: CN
Inventors: 李景波; 吕永; 徐玮; 权立宝; 庞增太
Original assignee: Shenyang Liming Aero Engine Group Co Ltd
Current assignee: Shenyang Liming Aero Engine Group Co Ltd
Priority date: 2011-09-05
Filing date: 2011-09-05
Publication date: 2012-01-11

Abstract

一种蒸汽、空气混合冷却透平导向叶片，属于重型燃气轮机技术领域。本发明提供一种可提高燃机的效率与功率，提高使用寿命的蒸汽、空气混合冷却透平导向叶片。本发明包括具有上缘板的导向叶片，其特点是，在进气边的导向叶片的上缘板上设置有蒸汽输入管道，在排气边的导向叶片的上缘板上设置有蒸汽输出管道和空气输入管道；在与蒸汽输入管道相连接的蒸汽冷却腔体内设置有具有冲击孔的插件，在与蒸汽输入管道相连接的蒸汽冷却腔体和与蒸汽输出管道相连接的蒸汽冷却腔体之间设置有具有第一通气孔的前隔板，在与蒸汽输出管道相连接的蒸汽冷却腔体和空气冷却腔体之间设置有中隔板，在所述空气冷却腔体内设置有具有第二通气孔的后隔板。

Description

一种蒸汽、空气混合冷却透平导向叶片

技术领域

本发明属于重型燃气轮机技术领域，特别是涉及一种蒸汽、空气混合冷却透平导向叶片。

背景技术

提高燃气轮机热效率的一个重要途径是提高透平的进口温度，但这却使得透平部件的工作环境恶化，对材料的性能要求日益提高。目前，国外已经研制成功了1500℃级的燃气轮机并投入了实际使用。由于当前涡轮叶片使用的高温材料所能承受的温度不超过1000℃，因此，对燃气轮机的高温部件，尤其是透平导向叶片，必须采取可靠的冷却措施来降低其工作温度，从而保证燃气轮机安全的运行。国外重型燃气轮机制造公司以美国GE公司最具代表性，GE公司制造的燃机遍布世界各地，国内现有的重型燃机也大都以GE公司产品为主。我公司研制的重型燃机热效率介于美国GE公司的9E级和9F级产品之间。而GE公司的H级燃机，其透平燃气的进口温度已达到1430℃，三菱重工G级燃机透平燃气的进口温度达1500℃。

透平进口温度的增加对热效率的提高有极大的影响。但是，在叶片具有相同的结构、材料和热障涂层的情况下，随着透平进口温度的增加会导致冷却空气流量的增加，而冷却空气消耗量的增加会降低燃机电厂发电的热效率。蒸汽冷却透平导向叶片在保持现有透平的进口温度的情况下，可以降低冷却空气消耗量，进一步提高透平的功率和效率，同时可进一步提高透平进口温度，以提高电厂的发电功率和效率。同时，由于蒸汽的导热系数较高，尤其是其定压热容比空气高得多，因而，蒸汽对透平导向叶片具有更高的冷却效率。但是，透平导向叶片排气边厚度薄，无法进行蒸汽闭环冷却，而加厚排气边又会降低透平效率。

发明内容

针对现有技术存在的缺点，本发明提供一种可提高燃机的效率与功率，提高使用寿命的蒸汽、空气混合冷却透平导向叶片。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案，一种蒸汽、空气混合冷却透平导向叶片，包括具有上缘板的导向叶片，其特点是，在进气边的导向叶片的上缘板上设置有蒸汽输入管道，在排气边的导向叶片的上缘板上设置有蒸汽输出管道和空气输入管道；在导向叶片的壳体内从进气边到排气边依次设置有与蒸汽输入管道相连接的蒸汽冷却腔体、与蒸汽输出管道相连接的蒸汽冷却腔体及与空气输入管道相连接的空气冷却腔体；在与蒸汽输入管道相连接的蒸汽冷却腔体内设置有具有冲击孔的插件，在与蒸汽输入管道相连接的蒸汽冷却腔体和与蒸汽输出管道相连接的蒸汽冷却腔体之间设置有具有第一通气孔的前隔板，在与蒸汽输出管道相连接的蒸汽冷却腔体和空气冷却腔体之间设置有中隔板，在所述空气冷却腔体内设置有具有第二通气孔的后隔板。

所述冲击孔的间距为10mm、直径为8mm。

本发明的有益效果：

本发明的透平导向叶片在保持透平进口温度不变的条件下，采用蒸汽冷却可以降低冷却空气消耗量，达到进一步提高透平的功率和效率，或进一步提高透平进口温度，以提高电厂的发电功率和效率的目的。同时，由于蒸汽的导热系数较高，尤其是其定压热容比空气高得多，因而蒸汽对透平导向叶片具有更高的冷却效率。另外，本发明的透平导向叶片的排气边采用空气冷却，冷却空气冷却完透平导向叶片排气边后排入气流通道；这样就提高了排气边的冷却效果、提高了透平导向叶片的使用寿命，同时可以使透平导向叶片的冷却结构得到简化，提高了叶片成品合格率，从而降低了制造难度及成本。

经试验证明：本发明的透平导向叶片由于透平流量的增加使其功率增加，同时由于动叶前没有蒸汽掺混损失，可使转子进口温度分别增加30℃和40℃，因此，透平的效率也随之提高。燃机的发电功率增加12MW，热效率提高1.2％，同时根据透平导向叶片表面温度分布情况及降温效果，可进一步提高透平的进口温度，以获得更大的电厂发电功率和热效率。

附图说明

图1是本发明的透平导向叶片的结构示意图；

图2是图1的局部剖视图；

图3是图1的A-A剖视图；

图中，1-排气边，2-进气边，3-导向叶片，4-上缘板，5-蒸汽输入管道，6-蒸汽输出管道，7-空气输入管道，8-冲击孔，9-插件，10-导向叶片的壳体，11-与蒸汽输入管道相连接的蒸汽冷却腔体，12-第一通气孔，13-第二通气孔，14-空气冷却腔体，15-与蒸汽输出管道相连接的蒸汽冷却腔体，16-前隔板，17-后隔板，18-中隔板，19-尾缘劈缝。

具体实施方式

如图1所示，一种蒸汽、空气混合冷却透平导向叶片，包括具有上缘板4的导向叶片3，在进气边2的导向叶片3的上缘板4上设置有蒸汽输入管道5，在排气边1的导向叶片3的上缘板4上设置有蒸汽输出管道6和空气输入管道7。如图2、图3所示，在导向叶片3的壳体10内从进气边2到排气边1依次设置有与蒸汽输入管道5相连接的蒸汽冷却腔体11、与蒸汽输出管道6相连接的蒸汽冷却腔体15及与空气输入管道7相连接的空气冷却腔体14；在与蒸汽输入管道5相连接的蒸汽冷却腔体11内设置有具有冲击孔8的插件9，在与蒸汽输入管道5相连接的蒸汽冷却腔体11和与蒸汽输出管道6相连接的蒸汽冷却腔体15之间设置有具有第一通气孔12的前隔板16，在与蒸汽输出管道6相连接的蒸汽冷却腔体15和空气冷却腔体14之间设置有中隔板18，在所述空气冷却腔体14内设置有具有第二通气孔13的后隔板17。

本发明的透平导向叶片是一种“二进一出”结构，在导向叶片3的上缘板4上设置有蒸汽输入管道5、空气输入管道7和蒸汽输出管道6各1个。在导向叶片3的进气边2采用蒸汽冷却，排气边1采用空气冷却，空气冷却腔体14内增设了一道后隔板17，导向叶片3内形成三隔板结构。增加后隔板17的目的主要是使冷却空气沿叶高方向尽可能均匀的分布，以提高导向叶片3尾缘温度的均匀性；此外，后隔板17的存在增大了流动阻力，因而有助于减少冷却空气的需求量。这样既解决了导向叶片3主体的蒸汽冷却问题，又解决了导向叶片3排气边1薄导致的蒸汽无法冷却的问题。

下面结合附图说明本发明的蒸汽、空气混合冷却透平导向叶片的一次冷却过程：

冷却蒸汽从位于导向叶片3上缘板4前部的蒸汽输入管道5进入导向叶片3内部，对导向叶片3进行冷却后，从位于导向叶片3上缘板4中后部的蒸汽输出管道6排出；冷却空气从位于导向叶片3上缘板4后部的空气输入管道7进入导向叶片3内部，对导向叶片3的尾部进行冷却后，从尾缘劈缝19排入主燃气流。导向叶片3内的蒸汽流域和空气流域由中隔板18完全分隔开来。在与蒸汽输入管道5相连接的蒸汽冷却腔体11内设置有一较大的插件9，正对导向叶片3进气边2内侧的插件9前部开设有一列间距10mm、直径8mm的冲击孔8。冷却蒸汽由蒸汽输入管道5进入到插件9内腔，然后通过冲击孔8对导向叶片3的进气边2进行冲击冷却，冷却后的蒸汽沿插件9与导向叶片3内表面形成的压力侧和吸力侧间隙流到冷却腔体后部。冷却空气从空气输入管道7流入后，将直接通过尾缘劈缝19排出导向叶片3。

Claims

1.一种蒸汽、空气混合冷却透平导向叶片，包括具有上缘板的导向叶片，其特征在于，在进气边的导向叶片的上缘板上设置有蒸汽输入管道，在排气边的导向叶片的上缘板上设置有蒸汽输出管道和空气输入管道；在导向叶片的壳体内从进气边到排气边依次设置有与蒸汽输入管道相连接的蒸汽冷却腔体、与蒸汽输出管道相连接的蒸汽冷却腔体及与空气输入管道相连接的空气冷却腔体；在与蒸汽输入管道相连接的蒸汽冷却腔体内设置有具有冲击孔的插件，在与蒸汽输入管道相连接的蒸汽冷却腔体和与蒸汽输出管道相连接的蒸汽冷却腔体之间设置有具有第一通气孔的前隔板，在与蒸汽输出管道相连接的蒸汽冷却腔体和空气冷却腔体之间设置有中隔板，在所述空气冷却腔体内设置有具有第二通气孔的后隔板。

2.根据权利要求1所述的一种蒸汽、空气混合冷却透平导向叶片，其特征在于所述冲击孔的间距为10mm、直径为8mm。