CN105649681A - 一种燃气轮机导向叶片的交错肋 - Google Patents

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李孝堂
李俊山
宁博
陆海鹰
赵家军
杨守辉
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D9/00—Stators
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    • F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D25/00—Component parts, details, or accessories, not provided for in, or of interest apart from, other groups
    • F01D25/08—Cooling; Heating; Heat-insulation
    • F01D25/12—Cooling

Abstract

本发明公开了一种燃气轮机导向叶片的交错肋，所述导向叶片内腔沿弦向分为前区和后区，所述前区设置有短导管，所述交错肋设置在所述后区，包含多个冷却肋，在所述后区从所述导向叶片的前缘至尾缘设置有多排冷却肋，所述多排冷却肋的端部通过隔板分离，所述冷却肋在导向叶片的内部交错布置，形成多个冷却气流副通道，导向叶片的冷却空气经过短导管的上端面流入导管内部，冷却气流在所述短导管内射流增压经过短导管的前缘上孔冷却带肋的前缘，冷却气流沿所述冷却气流副通道经导向叶片尾缘流入涡轮主通道。本发明的有益效果在于：增大了流动换热面积，提高了流动换热系数，使换热能力显著提高，减少了冷却空气的用量，提高了燃气轮机的效率和功率。

Description

一种燃气轮机导向叶片的交错肋
技术领域
本发明涉及燃气轮机导向叶片技术领域，具体涉及一种燃气轮机导向叶片的交错肋。
背景技术
在现代先进燃气轮机导向叶片内腔中,应用肋结构可以强化叶片内腔的对流换热，带走大部分高温燃气传给叶片壁面的热量,有效降低叶片内外壁的温度。肋结构通道包括短肋条、针肋、矩形肋以及楔形肋通道等。目前较先进的燃机燃气透平入口温度可达1600℃，远远超过叶片材料的耐受温度，为了保障叶片材料使用寿命，需要引入冷气在叶片内部进行对流传热，带走金属热量，但传统的冷却方式由于换热面积的限制，降温效果较差，为了提高降温效果需要使用大量的冷气，这样会降低燃气轮机的使用效率。
发明内容
本发明的目的是提供一种燃气轮机导向叶片的交错肋，以解决或至少减轻技术背景中所存在的至少一处的问题。
本发明采用的技术方案是：提供一种燃气轮机导向叶片的交错肋，所述导向叶片内腔沿弦向分为前区和后区，所述前区设置有短导管，所述交错肋设置在所述后区，包含多个冷却肋，在所述后区从所述导向叶片的前缘至尾缘设置有多排所述冷却肋，所述多排冷却肋的端部通过隔板分离，所述冷却肋在导向叶片的内部交错布置，形成多个冷却气流副通道，导向叶片的冷却空气经过短导管的上端面流入导管内部，冷却气流在所述短导管内射流增压经过短导管的前缘上孔冷却带肋的前缘，冷却气流沿所述冷却气流副通道经导向叶片尾缘流入涡轮主通道。
优选地，所述冷却肋的高度t为2.50～15.50mm。
优选地，所述冷却肋的肋倾角β为20°～45°，所述肋倾角β为冷却肋相对于隔板的倾斜角度。
优选地，所述冷却肋的宽度e为1.00mm～4.50mm。
优选地，所述冷却肋的肋间距p为1.80mm～7.80mm。
优选地，所述隔板为中空结构。
优选地，所述冷却肋的宽度从一端至另一端均匀变化，且宽度较大的一端与所述导向叶片的叶盆或叶背接触。
优选地，所述冷却肋在导向叶片的内部自前缘至尾缘方向的布置间距逐渐减小。
本发明的有益效果在于：
本发明在导向叶片的后区设置有多个交错布置的冷却肋，多个冷却肋形成冷却气流副通道，增大了流动换热面积，提高了流动换热系数，使换热能力显著提高，减少了冷却空气的用量，提高了燃气轮机的效率和功率。
附图说明
图1是本发明一实施例的燃气轮机导向叶片的交错肋的截面示意图。
图2是图1所示的燃气轮机导向叶片的交错肋的布置示意图。
图3是图1所示的燃气轮机导向叶片的交错肋内部气流流通示意图。
图4是图1所示的燃气轮机导向叶片的交错肋的另一截面示意图。
图5是图4所示的燃气轮机导向叶片的交错肋的A-A截面示意图。
图6是图4所示的燃气轮机导向叶片的交错肋的B-B截面示意图。
其中，1-短导管，2-隔板。
具体实施方式
为使本发明实施的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行更加详细的描述。在附图中，自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。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。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。下面结合附图对本发明的实施例进行详细说明。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”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保护范围的限制。
如图1至图6所示，一种燃气轮机导向叶片的交错肋，所述导向叶片内腔沿弦向分为前区和后区，所述前区设置有短导管1，所述交错肋设置在所述后区，包含多个冷却肋，在所述后区从所述导向叶片的前缘至尾缘设置有多排所述冷却肋，所述多排冷却肋的端部通过隔板2分离，所述冷却肋在导向叶片的内部交错布置，形成多个冷却气流副通道，导向叶片的冷却空气经过短导管1的上端面流入导管内部，冷却气流在所述短导管1内射流增压经过短导管1的前缘上孔冷却带肋的前缘，冷却气流沿所述冷却气流副通道经导向叶片尾缘流入涡轮主通道。
本发明在导向叶片的后区设置有多个交错布置的冷却肋，多个冷却肋形成冷却气流副通道，增大了流动换热面积，提高了流动换热系数，使换热能力显著提高，减少了冷却空气的用量，提高了燃气轮机的效率和功率。
可以理解的是，所述冷却肋的高度t可以为2.50～15.50mm，其优点在于，由于导向叶片的内部空间自叶片的前缘至尾缘逐渐减小，所述冷却肋可以根据设置位置的空间选择合适的高度，以最大程度的增加冷气的流通面积，从而提高冷却肋的散热效果。
可以理解的是，所述冷却肋的肋倾角β为20°～45°。所述肋倾角β为相对于隔板2的倾斜角度。其优点在于，在两个隔板2之间的有限空间内，可以尽量多的设置冷却肋，增加冷却肋的数量，增大换热面积。
可以理解的是，所述冷却肋的宽度e可以为1.00mm～4.50mm。在保证冷却肋的强度的前提下，可以尽可能的减小冷却肋的宽度，增加冷却肋的数量，对于靠近导向叶片前缘的冷却肋，由于前缘空间较大，冷却肋设置的较高，较高的区域应该相应增加冷却肋的宽度，以提高冷却肋的刚度；对于靠近导向叶片尾缘的冷却肋，由于导向叶片内部靠近尾缘的空间较小，相应冷却肋的高度较小，从而可以适当减小冷却肋的厚度，以提高冷却肋的布置数量。
可以理解的是，所述冷却肋的肋间距p为1.80mm～7.80mm。在本实施例中，所述冷却肋的间距自导向叶片的前缘至尾缘逐渐减小，其优点在于，由于靠近导向叶片尾缘的冷却肋的高度较小，可以适当增加其布置密度，以提高换热面积。
在本实施例中，所述隔板2为中空结构。其优点在于，隔板2的中空内部同样可以通入冷却空气，以降低叶片的温度。
在本实施例中，所述冷却肋的宽度从一端至另一端均匀变化，且宽度较大的一端与所述导向叶片的叶盆或叶背接触。
本实施例中的燃气轮机导向叶片在前区短导管1内采用现有技术，通过旋流强化强迫对流冷却方式，在后区采用本发明的交错肋强化强迫对流冷却方式。
如附图2、附图3所示，导向叶片内的额冷气通道被冷却肋划分为数个副通道，气流进入通道之后沿着各个副通道流动，当达到通道侧壁后碰壁翻转，在通道内蜿蜒流动，这样一来增加了气流在通道内流动的距离，同时，由于气流在侧壁的偏转产生冲击和扰动，达到强化换热的效果。另一方面，众多肋片的存在使得实际的有效换热面积大大提高，由此也能带来换热效果的强化。此外，气流在通道内部除了沿着各个副通道流动之外，同时还会在各个网格之间不规则流动，由此带来的掺混和扰动对形成二次流也有很大的帮助。
导向叶片的冷却空气流入短导管1的内腔，从那里射流增压经过导管前缘上孔冷却带肋的前缘。冷却前缘后的空气分成2股气流，冷却叶背和叶盆。冷却导管段叶背的空气沿带肋缝隙流到靠近导向叶片前缘的第一排交错肋进口。冷却导管段叶盆的空气流到沿带肋缝隙通道，进而经过通道流到靠近导向叶片前缘的第一排交错肋进口。叶片导管段冷却之后，空气依次流经多排排交错肋，最后流入冷却叶片尾缘，进而流到尾缘缝隙通道进口。冷却空气经冷却尾缘带肋缝隙通道后流入涡轮主通道，以保证叶片尾缝的气膜冷却。
最后需要指出的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制。尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (8)

1.一种燃气轮机导向叶片的交错肋，所述导向叶片内腔沿弦向分为前区和后区，所述前区设置有短导管(1)，其特征在于：所述交错肋设置在所述后区，包含多个冷却肋，在所述后区从所述导向叶片的前缘至尾缘设置有多排所述冷却肋，多排所述冷却肋的端部通过隔板(2)分离，所述冷却肋在所述导向叶片的内部交错布置，形成多个冷却气流副通道，导向叶片的冷却空气经过短导管(1)的上端面流入导管内部，冷却气流在所述短导管(1)内射流增压经过短导管(1)的前缘上孔冷却带肋的前缘，冷却气流沿所述冷却气流副通道经导向叶片尾缘流入涡轮主通道。
2.如权利要求1所述的燃气轮机导向叶片的交错肋，其特征在于：所述冷却肋的高度t为2.50～15.50mm。
3.如权利要求1所述的燃气轮机导向叶片的交错肋，其特征在于：所述冷却肋的肋倾角β为20°～45°，所述肋倾角β为冷却肋相对于隔板(2)的倾斜角度。
4.如权利要求1所述的燃气轮机导向叶片的交错肋，其特征在于：所述冷却肋的宽度e为1.00mm～4.50mm。
5.如权利要求1所述的燃气轮机导向叶片的交错肋，其特征在于：所述冷却肋的肋间距p为1.80mm～7.80mm。
6.如权利要求1至5中任一项所述的燃气轮机导向叶片的交错肋，其特征在于：所述隔板(2)为中空结构。
7.如权利要求6所述的燃气轮机导向叶片的交错肋，其特征在于：所述冷却肋的宽度从一端至另一端均匀变化，且宽度较大的一端与所述导向叶片的叶盆或叶背接触。
8.如权利要求7所述的燃气轮机导向叶片的交错肋，其特征在于：所述冷却肋在导向叶片的内部自前缘至尾缘方向的布置间距逐渐减小。
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