CN102943711A

CN102943711A - 冷却涡轮导向器组的装置

Info

Publication number: CN102943711A
Application number: CN2012104504747A
Authority: CN
Inventors: 杨家礼; 张亿力; 李久山; 黄舜; 刘秀芳; 季星星
Original assignee: HUNAN HANGXIANG GAS TURBINE CO Ltd
Current assignee: HUNAN HANGXIANG GAS TURBINE CO Ltd
Priority date: 2012-11-12
Filing date: 2012-11-12
Publication date: 2013-02-27
Anticipated expiration: 2032-11-12
Also published as: CN102943711B

Abstract

本发明涉及一种冷却涡轮导向器组的装置，包括多个导向叶片组件、侧端开设有环形凹槽的第一外缘板安装环、第二外缘板安装环及周缘开设有环形凹槽的内缘板安装环。本发明的冷却涡轮导向器组的装置，提供了三条冷却通路对导向器组进行全方位的冷却，降低了导向叶片组件由于温度不均导致的较大热应力，尤其是改善了叶身及叶身与内缘板、外缘板的衔接处的热应力状况，缓解了热冲击和热疲劳现象而引发的裂纹，从而提高了导向器组的性能和使用寿命。

Description

冷却涡轮导向器组的装置

技术领域

本发明涉及燃气轮机领域，特别地，涉及一种冷却涡轮导向器组的装置。

背景技术

涡轮导向器工作条件十分恶劣，是燃气轮机中热负荷最大的部件，导向叶片温度分布不均，且要承受较大的气动力与不稳定的脉动负荷。因此，采用有效的冷却措施、降低叶片的工作温度、减小叶片的热应力是燃气轮机安全可靠工作的有力保证。

现有技术未对导向器叶片进行立体式冷却。常见的是冷却空气由导流管引入，经导流管节流孔定向冲击冷却叶片内腔，再经叶片尾缘劈缝排出，冷却空气只对叶片内腔进行冷却，未对叶片内、外缘板流道面及叶片内、外缘板流道面与叶片根部衔接处同时进行冷却。由于没有对叶片进行全方位的冷却，温度的不均将导致了叶片内较大的热应力，叶身与内、外缘板衔接处也因热疲劳容易产生裂纹，从而降低导向叶片的性能及使用寿命。热冲击和热疲劳现象而导致的裂纹已成为涡轮导向叶片的主要故障之一。

发明内容

本发明目的在于提供一种燃气轮机涡轮导向器组的装置，以解决现有的装置没有对导向叶片组件的内、外缘板流道面本身及叶身与内、外缘板流道面的衔接处进行全方位的冷却从而导致涡轮导向叶片产生裂纹影响其使用性能和使用寿命的技术问题。

为实现上述目的，根据本发明提供了一种冷却涡轮导向器组的装置，多个导向叶片组件、侧端开设有环形凹槽的第一外缘板安装环，导向叶片组件的一侧端设置于环形凹槽；每一个导向叶片组件包括沿径向延伸的叶身和设置于叶身端部的外缘板；第一外缘板安装环沿周向设有多个与导向叶片组件相对应的第一冷气孔，第一冷气孔的第一端和外部气源连通，第二端朝向叶身与外缘板的流道面的衔接处。

进一步地，第一冷气孔的上方设置有冷气导环，冷气导环与第一外缘板安装环形成冷气腔，冷气腔与第一冷气孔连通。

进一步地，还包括侧端开设有环形凹槽的第二外缘板安装环和周缘开设有环形凹槽的内缘板安装环，多个导向叶片组件环绕均布于内缘板安装环，导向叶片组件的两侧端沿轴向分别套设于第一外缘板安装环和第二外缘板安装环的环形凹槽。

进一步地，导向叶片组件还包括设置于叶身端部的内缘板，内缘板与外缘板相对设置，内缘板安装环沿周向设有多个与导向叶片组件相对应的第二冷气孔，第二冷气孔的第一端和外部气源连通，第二端朝向叶身与内缘板的流道面的衔接处。

进一步地，第二冷气孔的上方设置有隔环。

进一步地，还包括连接环和波纹管，隔环、内缘板安装环、波纹管和连接环共同形成冷气腔，冷气腔与第二冷气孔连通。

进一步地，外缘板包括第一外缘板安装边和与第一外缘板安装边相对的第二外缘板安装边，第一外缘板安装边和第二外缘板安装边分别对应安装于第一外缘板安装环和第二外缘板安装环的环形凹槽。

进一步地，内缘板设有内缘板安装边，内缘板安装边安装于内缘板安装环的环形凹槽。

进一步地，每一个导向叶片组件还套设有于叶身内腔的导流管；导流管的管壁上开设有多个节流孔，每一个节流孔均与导向叶片组件的内腔连通。

本发明具有以下有益效果：本发明的冷却涡轮导向器组的装置，提供了三条冷却通路对导向器组进行全方位的冷却：第一通路的冷却气体对导向器叶片内腔进行冷却；第二通路的冷却气体对导向叶片组件的叶身与外缘板的流道面的衔接处及外缘板的流道面本身进行冷却；第三通路的冷却气体对导向叶片组件的叶身与内缘板的流道面的衔接处及内缘板的流道面本身进行冷却。本发明的冷却涡轮导向器组的装置对导向器组进行了全方位的冷却，尤其是改善了导向叶片组件及叶身与内缘板、外缘板衔接处的热应力状况，缓解了热冲击和热疲劳现象而引发的裂纹，从而提高了导向器组的性能和使用寿命。

除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本发明还有其它的目的、特征和优点。下面将参照图，对本发明作进一步详细的说明。

附图说明

构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1是本发明优选实施例的三条进气通路的结构示意图；

图2是本发明优选实施例的三维结构示意图；

图3是本发明优选实施例的导向器组件的结构示意图；以及

图4是本发明优选实施例的导向叶片叶身及导流管的截面结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的实施例进行详细说明，但是本发明可以由权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。

参见图1和图2，本发明提供了一种冷却涡轮导向器组的装置，包括多个导向叶片组件1、侧端分别开设有环形凹槽的第一外缘板安装环21、第二外缘板安装环22和周缘开设有环形凹槽的内缘板安装环23。其中，多个导向叶片组件1环绕均布于内缘板安装环23，导向叶片组件1的两侧端沿轴向分别套设于第一外缘板安装环21和第二外缘板安装环22的环形凹槽。

结合图3，每一个导向叶片组件1包括沿径向延伸的叶身15、套设于叶身15内腔的导流管100及分别设置于叶身15两端部的内缘板16和外缘板17，内缘板16和外缘板17相对设置。其中，外缘板17包括第一外缘板安装边11和与第一外缘板安装边11相对的第二外缘板安装边12，内缘板16上设有内缘板安装边13，第一外缘板安装边11、第二外缘板安装边12和内缘板安装边13分别对应安装于第一外缘板安装环21、第二外缘板安装环22和内缘板安装环23的环形凹槽内。优选地，在导向叶片组件1与第一外缘板安装环21、第二外缘板安装环22、内缘板安装环23的衔接处及相邻两个导向叶片组件1内缘板16之间、外缘板17之间均采用焊接固装。

结合图4，导流管100的管壁上开设有多个贯穿的节流孔101，每一个节流孔101均与导向叶片组件1的内腔连通。冷气流入导流管100，经节流孔101进入涡轮导向叶片组件1的内腔后冲击冷却导向叶片组件1的内腔壁面，再从尾缘劈缝14流出进入燃气流道。

再次参见图1，第一外缘板安装环21沿周向设有多个与导向叶片组件1相对应的第一冷气孔210，第一冷气孔210的进口和外部气源连通，其出口朝向导向叶片组件1的叶身15与外缘板17的流道面的衔接处。第一冷气孔210的第一端的上方设有冷气导环31，冷气导环31与第一外缘板安装环21形成冷气腔，冷气腔与第一冷气孔210连通。

内缘板安装环23沿周向设有多个与导向叶片组件1相对应的第二冷气孔230，第二冷气孔230的进口和外部气源连通，其出口朝向导向叶片组件1的叶身15与内缘板16的流道面的衔接处。第二冷气孔230的上方设有隔环32，以分隔燃气流道的高温气体。本发明的冷却涡轮导向器组的装置还包括连接环33和波纹管34，此处，隔环32、内缘板安装环23、波纹管34和连接环33共同形成冷气腔，此冷气腔与第二冷气孔230连通。优选地，第一冷气孔210和第二冷气孔230均为弧状的腰形孔，冷气流过弧状的腰形孔后分别覆盖于外缘板17的流道面和内缘板16的流道面并形成冷却气膜，保证了外缘板17的流道面和内缘板16的流道面的冷却气膜覆盖面积及冷却效果。

再次参见图1和图2，燃气轮机涡轮导向器组在工作时，本发明的冷却涡轮导向器组的装置提供了三条冷却通路对导向器组进行全方位的冷却。具体为，第一通路abc，冷气由a进入导流管100内，经b处的节流孔101进入涡轮导向叶片组件1的内腔后冲击冷却导向叶片组件1的内腔壁面，再从尾缘劈缝14流出进入燃气流道c，此通道的冷却气体对导向器叶片尾缘及导向叶片组件1的叶身15的内腔进行冷却。第二通路def，冷气由外部d进入第一冷气孔210，经出口e流入燃气流道，并在外缘板17的流道面形成冷却气膜，保护并冷却导向叶片组件1的外缘板17的流道面及叶身15与外缘板17的流道面的衔接处。第三通路ghi，冷却气体由外部g进入第二冷气孔230，经出口h流入燃气流道，并在内缘板16的流道面形成冷却气膜，保护并冷却导向叶片组件1的内缘板16的流道面及叶身15与内缘板16的流道面的衔接处。

本发明的冷却涡轮导向器组的装置，提供了三条冷却通路对导向器组进行全方位的冷却：第一通路的冷却气体对导向器叶片尾缘及叶片内腔进行冷却；第二通路的冷却气体对导向叶片组件1的外缘板17的流道面及叶身15与外缘板17的流道面的衔接处进行冷却；第三通路的冷却气体对导向叶片组件1的内缘板16的流道面及叶身15与内缘板16的流道面的衔接处进行冷却。本发明的冷却涡轮导向器组的装置对导向器组进行了全方位的冷却，尤其是改善了叶身与内、外缘板衔接处的热应力状况，缓解了脉动负荷的热冲击和热疲劳现象而引发的裂纹，从而提高了导向器组的性能和使用寿命。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种冷却涡轮导向器组的装置，其特征在于，包括：多个导向叶片组件（1）、侧端开设有环形凹槽的第一外缘板安装环（21），所述导向叶片组件（1）的一侧端设置于所述环形凹槽；

每一个所述导向叶片组件（1）包括沿径向延伸的叶身（15）和设置于所述叶身（15）端部的外缘板（17）；

所述第一外缘板安装环（21）沿周向设有多个与所述导向叶片组件（1）相对应的第一冷气孔（210），所述第一冷气孔（210）的第一端和外部气源连通，第二端朝向所述叶身（15）与所述外缘板（17）的流道面的衔接处。

2.根据权利要求1所述的冷却涡轮导向器组的装置，其特征在于，所述第一冷气孔（210）的上方设置有冷气导环（31），所述冷气导环（31）与所述第一外缘板安装环（21）形成冷气腔，所述冷气腔与所述第一冷气孔（210）连通。

3.根据权利要求1或2所述的冷却涡轮导向器组的装置，其特征在于，还包括侧端开设有环形凹槽的第二外缘板安装环（22）和周缘开设有环形凹槽的内缘板安装环（23），多个所述导向叶片组件（1）环绕均布于所述内缘板安装环（23），所述导向叶片组件（1）的两侧端沿轴向分别套设于所述第一外缘板安装环（21）和所述第二外缘板安装环（22）的环形凹槽。

4.根据权利要求3所述的冷却涡轮导向器组的装置，其特征在于，所述导向叶片组件（1）还包括设置于所述叶身（15）端部的内缘板（16），所述内缘板（16）与所述外缘板（17）相对设置，所述内缘板安装环（23）沿周向设有多个与所述导向叶片组件（1）相对应的第二冷气孔（230），所述第二冷气孔（230）的第一端和外部气源连通，第二端朝向所述叶身（15）与所述内缘板（16）的流道面的衔接处。

5.根据权利要求4所述的冷却涡轮导向器组的装置，其特征在于，所述第二冷气孔（230）的上方设置有隔环（32）。

6.根据权利要求5所述的冷却涡轮导向器组的装置，其特征在于，还包括连接环（33）和波纹管（34），所述隔环（32）、内缘板安装环（23）、波纹管（34）和连接环（33）共同形成冷气腔，所述冷气腔与所述第二冷气孔（230）连通。

7.根据权利要求3所述的冷却涡轮导向器组的装置，其特征在于，所述外缘板（17）包括第一外缘板安装边（11）和与所述第一外缘板安装边（11）相对的第二外缘板安装边（12），所述第一外缘板安装边（11）和所述第二外缘板安装边（12）分别对应安装于所述第一外缘板安装环（21）和所述第二外缘板安装环（22）的环形凹槽。

8.根据权利要求7所述的冷却涡轮导向器组的装置，其特征在于，所述内缘板（16）设有内缘板安装边（13），所述内缘板安装边（13）安装于所述内缘板安装环（23）的环形凹槽。

9.根据权利要求1所述的冷却涡轮导向器组的装置，其特征在于，每一个所述导向叶片组件（1）还套设有于所述叶身（15）内腔的导流管（100）；所述导流管（100）的管壁上开设有多个节流孔（101），每一个所述节流孔（101）均与所述导向叶片组件（1）的内腔连通。