CN105888737A - 一种新型高压涡轮动叶空气冷却结构 - Google Patents
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Abstract
本发明提出一种新型高压涡轮动叶空气冷却结构。高温涡轮空气冷却动叶的叶身内部有冷却通道,叶片前缘处有带肋冷却通道,叶身中部设有蛇形冷却通道,叶片尾缘处设有矩阵式冷却通道,矩阵式冷却通道后接有梳齿状冷却通道,梳齿状冷却通道与叶片外部相通,叶根底部有前进气口和后进气口。本发明具有如下有益效果:根据工作条件要求并考虑工艺性设计的高压涡轮动叶,为降低叶片工作温度,在叶片前缘采用带肋冷却通道,在叶片中部采用蛇形冷却通道,叶片尾缘采用矩阵式冷却通道,这使叶片结构较全矩阵式冷却叶片简单,降低了制造难度,采用带冠叶片,减少气流的端部损失,提高了气动效率,同时减少了叶片的震动,增加了叶片的寿命。
Description
技术领域:
本发明涉及燃气轮机领域,具体涉及一种新型高压涡轮动叶空气冷却结构。
背景技术:
随着现代燃气轮机技术的发展,燃气轮机涡轮进口温度不断提高,当前耐热材料的研发速度已不能满足涡轮进口温度的要求,为保证涡轮叶片在高温环境下正常运行,达到设计寿命,必须采用先进、高效的冷却技术降低涡轮叶片温度,叶片冷却技术可分为内部冷却与外部冷却两种,内部冷却即冷却空气于叶片内部通道强化对流换热吸收叶片热量,外部冷却是指通过冷却空气隔绝高温燃气与叶身的直接接触。动叶为旋转工作叶片,只能采用内部冷却技术,动叶内部的冷却结构主要有带肋蛇形冷却通道、矩阵式等,蛇形冷却通道可以看作若干直通道流程与U形拐角连接组合而成的冷却结构,因其结构简单且冷却效果较好,得到了广泛的应用,矩阵式冷却通道首先由苏联设计并使用,其上下壁面的肋片交错布置,形成网格状的结构,该结构具有较大的换热面积和较强的换热能力,但流动阻力也较大。
采用矩阵式冷却通道的叶片冷却效率较高,但因结构复杂,导致叶片制造难度大,采用精密铸造方法的高压涡轮动叶铸造成功率仅在60%-70%,而采用蛇形冷却通道的叶片因其结构简单,制造难度较小。
发明内容:
为了解决上述问题,本发明旨在提出一种新型高压涡轮动叶空气冷却结构。
本发明的技术方案是:一种新型高压涡轮动叶空气冷却结构,包括高温涡轮空气冷却动叶叶片的枞树形叶根、叶冠、叶型压力面、叶型吸力面、叶片前缘和叶片尾缘,以及叶身向叶根、叶冠的过渡圆角,高温涡轮空气冷却动叶的叶身内部有冷却通道,叶片前缘处有带肋冷却通道,叶身中部设有蛇形冷却通道,叶片尾缘处设有矩阵式冷却通道,叶根底部有前进气口和后进气口,叶片尾缘采用双尾缘设计,开有劈缝。
叶身前缘布置带肋冷却通道,所述的带肋冷却通道,起始于前进气孔,在叶身中贯通叶根和叶身前缘,并在接近叶冠处通过L形拐角后与矩阵式冷却通道相连,该通道外形根据叶型壁厚度及叶型外部的沿径向扭曲规律设计。
所述的蛇形冷却通道,是由若干个直通道与的U形拐角连接组成,首个直通道起始于后进气孔,最后一个直通道与矩阵式冷却通道相连,蛇形冷却通道的设计与分布决定于叶型壁厚与叶片外部的扭曲规律。
所述的矩阵式冷却通道,由叶片尾缘两侧壁面上的肋片在通道中交错而成,在矩阵式冷却通道后接有梳齿状冷却通道,梳齿状冷却通道与叶片外部相通。
本发明具有如下有益效果:根据工作条件要求并考虑工艺性设计的高压涡轮动叶,为降低叶片工作温度,在叶片前缘采用带肋冷却通道,在叶片中部采用蛇形冷却通道,叶片尾缘采用矩阵式冷却通道,这使叶片结构较全矩阵式冷却叶片简单,降低了制造难度,采用带冠叶片,减少气流的端部损失,提高了气动效率,同时减少了叶片的震动,增加了叶片的寿命。
附图说明:
附图1和附图2是高温涡轮空气冷却动叶三维模型图;
附图3是附图1的A向视图;
附图4是高温涡轮空气冷却动叶内部结构示意图。
图中1-叶型压力面,2-叶型吸力面,3-叶型前缘,4-叶型尾缘,5-叶冠,6-叶根,7-前进气口,8-后进气口,9-带肋冷却通道,10-蛇形冷却通道10,11-梳齿状冷却通道,12-矩阵式冷却通道。
具体实施方式:
下面结合附图对本发明作进一步说明:
由图1结合图2~4所示,一种新型高压涡轮动叶空气冷却结构,包括高温涡轮空气冷却动叶叶片的枞树形叶根6、叶冠5、叶型压力面1、叶型吸力面2、叶片前缘3和叶片尾缘4,以及叶身向叶根、叶冠的过渡圆角,高温涡轮空气冷却动叶的叶身内部有冷却通道,叶片前缘3处有带肋冷却通道9,叶身中部设有蛇形冷却通道10,叶片尾缘4处设有矩阵式冷却通道12,叶根6底部有前进气口7和后进气口8,叶片尾缘4采用双尾缘设计,开有劈缝,用于冷却空气的流出。
叶身前缘3布置带肋冷却通道9,所述的带肋冷却通道9,起始于前进气孔7,在叶身中贯通叶根6和叶身前缘3,并在接近叶冠5处通过L形拐角后与矩阵式冷却通道12相连,该通道外形根据叶型壁厚度及叶型外部的沿径向扭曲规律设计,为增加冷却效率,该通道带肋。
所述的蛇形冷却通道10,是由若干个直通道与的U形拐角连接组成,首个直通道起始于后进气孔8,最后一个直通道与矩阵式冷却通道12相连,蛇形冷却通道10的设计与分布决定于叶型壁厚与叶片外部的扭曲规律。
所述的矩阵式冷却通道12,由叶片尾缘4两侧壁面上的肋片在通道中交错而成,在矩阵式冷却通道12后接有梳齿状冷却通道11,梳齿状冷却通道11与叶片外部相通,冷却空气由该结构中流出叶片。
部分冷却空气由前进气口7进入叶片,流入带肋冷却通道9冷却叶片前缘3后,经过叶片上端冷却通道对叶片中部上端进行冷却,进入矩阵式冷却通道12冷却叶片尾缘上端后流入梳齿状冷却通道13,并从通道中流出叶片,对双尾缘结构上端进行冷却;另外的冷却空气由后进气口8进入叶片,流入蛇形冷却通道10,在对叶身中部下端冷却后,进入矩阵式冷却通道12冷却叶片尾缘下端后流入梳齿状冷却通道13,并从通道中流出叶片,对双尾缘结构下端进行冷却。
根据工作条件要求并考虑工艺性设计的高压涡轮动叶,为降低叶片工作温度,在叶片前缘采用带肋冷却通道,在叶片中部采用蛇形冷却通道,叶片尾缘采用矩阵式冷却通道,这使叶片结构较全矩阵式冷却叶片简单,降低了制造难度,采用带冠叶片,减少气流的端部损失,提高了气动效率,同时减少了叶片的震动,增加了叶片的寿命。
Claims (4)
1.一种新型高压涡轮动叶空气冷却结构,包括高温涡轮空气冷却动叶叶片的枞树形叶根(6)、叶冠(5)、叶型压力面(1)、叶型吸力面(2)、叶片前缘(3)和叶片尾缘(4),以及叶身向叶根、叶冠的过渡圆角,其特征在于:高温涡轮空气冷却动叶的叶身内部有冷却通道,叶片前缘(3)处有带肋冷却通道(9),叶身中部设有蛇形冷却通道(10),叶片尾缘(4)处设有矩阵式冷却通道(12),叶根(6)底部有前进气口(7)和后进气口(8),叶片尾缘(4)采用双尾缘设计,开有劈缝。
2.根据权利要求1所述的一种新型高压涡轮动叶空气冷却结构,其特征在于:叶身前缘(3)布置带肋冷却通道(9),所述的带肋冷却通道(9),起始于前进气孔(7),在叶身中贯通叶根(6)和叶身前缘(3),并在接近叶冠(5)处通过L形拐角后与矩阵式冷却通道(12)相连,该通道外形根据叶型壁厚度及叶型外部的沿径向扭曲规律设计。
3.根据权利要求1所述的一种新型高压涡轮动叶空气冷却结构,其特征在于:所述的蛇形冷却通道(10),是由若干个直通道与的U形拐角连接组成,首个直通道起始于后进气孔(8),最后一个直通道与矩阵式冷却通道(12)相连,蛇形冷却通道(10)的设计与分布决定于叶型壁厚与叶片外部的扭曲规律。
4.根据权利要求1所述的一种新型高压涡轮动叶空气冷却结构,其特征在于:所述的矩阵式冷却通道(12),由叶片尾缘(4)两侧壁面上的肋片在通道中交错而成,在矩阵式冷却通道(12)后接有梳齿状冷却通道(11),梳齿状冷却通道(11)与叶片外部相通。
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