CN109026173A - 一种适用于20-30mw等级的燃机第二级动叶的冷却结构 - Google Patents

一种适用于20-30mw等级的燃机第二级动叶的冷却结构 Download PDF

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Abstract

一种适用于20‑30MW等级的燃机第二级动叶的冷却结构，属于燃机涡轮技术领域，本发明为了解决目前第二级动叶直接暴露于高温、高压的燃气中，受到的热冲击很大，而使用一般的矩阵肋结构，叶片容易发生烧蚀和损坏的问题。动叶叶片吸力侧与压力侧内部采用不同的矩阵肋结构且交叉设置，每个矩阵肋结构包括多个矩阵肋片，位于动叶叶片吸力侧的矩阵肋片与位于动叶叶片压力侧的矩阵肋片之间形成了多个连接通道。本发明用于冷却20‑30MW等级的燃机第二级动叶，可以提高冷却效率，增加冷却效果,从而对叶片进行保护。

Description

一种适用于20-30MW等级的燃机第二级动叶的冷却结构
技术领域
本发明涉及一种冷却结构，具体涉及一种适用于20-30MW等级的燃机第二级动叶的冷却结构，属于燃机涡轮技术领域。
背景技术
在燃机涡轮系统中，第二级动叶同样直接暴露于高温、高压的燃气中，受到的热冲击仍然大，工作环境仍然复杂恶劣，而且动叶本身转速非常高，热应力对动叶影响较大，但是第二级动叶冷气量通常较少，因此需要更好的冷却结构来提高冷却效率，增加冷却效果,从而对叶片进行保护。传统设计中，针对20-30MW等级的燃机第二级动叶，常采用一般的矩阵肋结构，叶片冷却效率低，容易发生损坏，叶片的冷却效果差，叶片的使用寿命短。
发明内容
本发明的目的是提供一种适用于20-30MW等级的燃机第二级动叶的冷却结构，以解决上述技术问题。
一种适用于20-30MW等级的燃机第二级动叶的冷却结构包括包括第一集气腔室、第二集气腔室、针形孔、第一普通型矩阵肋、第一特殊型矩阵肋、第二特殊型矩阵肋；
所述动叶叶片内靠近前缘的一侧设有第一集气腔室，动叶叶片内靠近尾缘的一侧设有第二集气腔室，动叶叶片的吸力侧内部左侧设置有第一普通型矩阵肋，动叶叶片的吸力侧内部右侧设置有第一特殊型矩阵肋，动叶叶片的压力侧内部设置有第二特殊型矩阵肋，动叶的压力侧靠近尾缘的一侧设置有多个针形孔。位于动叶叶片的吸力侧内部的第一普通型矩阵肋与动叶叶片的压力侧内部的第二特殊型矩阵肋交叉设置，位于动叶叶片的吸力侧内部的第一特殊型矩阵肋与动叶叶片的压力侧内部的第二特殊型矩阵肋交叉设置，在动叶叶片内部吸力侧与压力侧之间形成了多个连接通道。
优选的：第一普通型矩阵肋由多个长条形矩阵肋片排列构成。
优选的：第一特殊型矩阵肋由多个T形结构、梳齿形结构、斧形结构、长条形结构组成的矩阵肋片排列构成。
优选的：第一特殊型矩阵肋由多个爪形结构、长条形结构组成的矩阵肋片排列构成。
优选的：连接通道中的主要通道包括第一通道和第二通道。
优选的：位于动叶叶片吸力侧内部的的长条形矩阵肋片顶端与位于叶片压力侧内部的长条形结构顶端连通形成第一通道，位于动叶叶片内部吸力侧的T形结构顶端与位于动叶叶片压力侧内部的爪形结构拐点连通形成第二通道。
优选的：针形孔的数量为23～27个。
优选的：动叶叶片前缘一侧的第一集气腔室通长设置，动叶叶片尾缘一侧的第二集气腔室通长设置，且其左侧与第一特殊型矩阵肋及第二特殊型矩阵肋相连通，右侧与针形孔相连通。
本发明与现有产品相比具有以下效果：
本发明首次将叶片压力侧和吸力侧内部冷却结构设为完全不同的矩阵肋结构，创新性地提出了特殊型的矩阵肋结构，适应了动叶高速旋转带来气动及热应力上的变化，结构形式多样，并在叶片压力侧和吸力侧内部的矩阵肋结构之间设置了多种连接通道，增强了叶片的换热冷却效果，使得叶片在原有冷却效率的基础上的提高了2.5％的冷却效率，使得第二级动叶片在高速旋转且冷气量较少的情况下达到了较高的冷却效果，降低了叶片的材料要求，避免了叶片被损坏情况的发生，提高了叶片寿命，使得叶片的使用寿命在原有寿命的基础上提高了12％。
附图说明
图1是本发明所述的一种适用于20-30MW等级的燃机第二级动叶的冷却结构(吸力侧方向)的结构示意图；
图2是本发明所述的一种适用于20-30MW等级的燃机第二级动叶的冷却结构(压力侧方向)的结构示意图；
图3是动叶叶片吸力侧内部冷却结构平面结构示意图；
图4是动叶叶片压力侧内部冷却结构平面结构示意图；
图5是第一普通型矩阵肋片的三维结构示意图；
图6是第一特殊型矩阵肋片的三维结构示意图；
图7是第二特殊型矩阵肋片的三维结构示意图；
图8是图1中连接通道A的放大图。
图中：1-第一集气腔室、2-第二集气腔室、3-针形孔、4-第一普通型矩阵肋、4-1-长条形矩阵肋片、5-第一特殊型矩阵肋、5-1-T形结构、5-2-梳齿形结构、5-3-斧形结构、5-4-长条形结构、6-第二特殊型矩阵肋、6-1-爪形结构、6-2-长条形结构、A-多个连接通道、A1-第一通道、A2-第二通道。
具体实施方式
下面根据附图详细阐述本发明优选的实施方式。
如图1至图8所示，本发明所述的一种适用于20-30MW等级的燃机第二级动叶的冷却结构包括包括第一集气腔室1、第二集气腔室2、针形孔3、第一普通型矩阵肋4、第一特殊型矩阵肋5、第二特殊型矩阵肋6；
动叶叶片内靠近前缘的一侧设有第一集气腔室1，动叶叶片内靠近尾缘的一侧设有第二集气腔室2，动叶叶片的吸力侧内部左侧设置有第一普通型矩阵肋4，动叶叶片的吸力侧内部右侧设置有第一特殊型矩阵肋5，动叶叶片的压力侧内部设置有第二特殊型矩阵肋6，动叶的压力侧靠近尾缘的一侧设置有多个针形孔3。位于动叶叶片的吸力侧内部的第一普通型矩阵肋4与动叶叶片的压力侧内部的第二特殊型矩阵肋6交叉设置，位于动叶叶片的吸力侧内部的第一特殊型矩阵肋5与动叶叶片的压力侧内部的第二特殊型矩阵肋6交叉设置，在动叶叶片内部压力侧与吸力侧之间形成了多个连接通道A。
第一集气腔室1、第二集气腔室2、针形孔3、位于动叶叶片的吸力侧内部左侧的第一普通型矩阵肋4、位于动叶叶片的吸力侧内部右侧的第一特殊型矩阵肋5、位于动叶叶片的压力侧内部的第二特殊型矩阵肋6的冷却结构共同构成涡轮动叶的内部冷却流体通道。
进一步：第一普通型矩阵肋4由多个长条形矩阵肋片4-1排列构成。
进一步：第一特殊型矩阵肋5由多个T形结构5-1、梳齿形结构5-2、斧形结构5-3、长条形结构5-4组成的矩阵肋片排列构成。
进一步：第一特殊型矩阵肋6由多个爪形结构6-1、长条形结构6-2组成的矩阵肋片排列构成。
进一步：所述连接通道A中的主要通道包括第一通道A1和第二通道A2。
进一步：位于动叶叶片吸力侧内部的的长条形矩阵肋片4-1顶端与位于叶片压力侧的长条形结构6-2顶端连通形成第一通道A1，位于动叶叶片内部吸力侧的T形结构5-1顶端与位于动叶叶片压力侧内部的爪形结构6-1拐点连通形成第二通道A2。如此设置，连通了叶片吸力侧与压力侧矩阵肋结构，进一步增加了叶片强度及换热。
进一步：针形孔3的数量为23～27个，如此设置，可以冷却尾缘及有效减少尾涡的存在。
进一步：动叶叶片前缘一侧的第一集气腔室1通长设置，动叶叶片尾缘一侧的第二集气腔室2通长设置，且其左侧与第一特殊型矩阵肋5及第二特殊型矩阵肋6相连通，右侧与针形孔相连通。如此设置，使得冷却气体能更好的覆盖叶片内部各个冷却结构。
工作原理：冷却空气从动叶叶片底部左侧进入，先冷却动叶叶片前缘等受热冲击较高的部位，冷却空气从叶片前缘进气侧的第一集气腔室1分别向吸力侧和压力侧内部的第一普通型矩阵肋4和第二特殊型矩阵肋6流动，先冷却前半段动叶叶片，之后进入后半段第一特殊型矩阵肋5和第二特殊型矩阵肋6，流动形式成交叉状，进一步增加了空气的换热效果。叶片前后设置了两个集气腔室，使得冷却气体能更好的覆盖叶片内部各个冷却结构，最后从压力侧靠近尾缘部分的一排针形孔3流出，与主流燃气汇合，冷却叶片压力侧及尾缘的同时，有效减少尾涡的存在。
本实施方式只是对本专利的示例性说明，并不限定它的保护范围，本领域技术人员还可以对其局部进行改变，只要没有超出本专利的精神实质，都在本专利的保护范围内。

Claims (8)

1.一种适用于20-30MW等级的燃机第二级动叶的冷却结构，其特征在于：包括第一集气腔室(1)、第二集气腔室(2)、针形孔(3)、第一普通型矩阵肋(4)、第一特殊型矩阵肋(5)、第二特殊型矩阵肋(6)；
所述动叶叶片内靠近前缘的一侧设有第一集气腔室(1)，动叶叶片内靠近尾缘的一侧设有第二集气腔室(2)，动叶叶片的吸力侧内部左侧设置有第一普通型矩阵肋(4)，动叶叶片的吸力侧内部右侧设置有第一特殊型矩阵肋(5)，动叶叶片的压力侧内部设置有第二特殊型矩阵肋(6)，动叶的压力侧靠近尾缘的一侧设置有多个针形孔(3)。位于动叶叶片的吸力侧内部的第一普通型矩阵肋(4)与动叶叶片的压力侧内部的第二特殊型矩阵肋(6)交叉设置，位于动叶叶片的吸力侧内部的第一特殊型矩阵肋(5)与动叶叶片的压力侧内部的第二特殊型矩阵肋(6)交叉设置，在动叶叶片内部压力侧与吸力侧之间形成了多个连接通道(A)。
2.根据权利要求1所述的一种适用于20-30MW等级的燃机第二级动叶的冷却结构，其特征在于：第一普通型矩阵肋(4)由多个长条形矩阵肋片(4-1)排列构成。
3.根据权利要求1所述的一种适用于20-30MW等级的燃机第二级动叶的冷却结构，其特征在于：第一特殊型矩阵肋(5)由多个T形结构(5-1)、梳齿形结构(5-2)、斧形结构(5-3)、长条形结构(5-4)组成的矩阵肋片排列构成。
4.根据权利要求1所述的一种适用于20-30MW等级的燃机第二级动叶的冷却结构，其特征在于：第一特殊型矩阵肋(6)由多个爪形结构(6-1)、长条形结构(6-2)组成的矩阵肋片排列构成。
5.根据权利要求1所述的一种适用于20-30MW等级的燃机第二级动叶的冷却结构，其特征在于：所述连接通道(A)中的主要通道包括第一通道(A1)和第二通道(A2)。
6.根据权利要求5所述的一种适用于20-30MW等级的燃机第二级动叶的冷却结构，其特征在于：位于动叶叶片吸力侧内部的长条形矩阵肋片(4-1)顶端与位于叶片压力侧内部的长条结构(6-2)顶端连通形成第一通道(A1)，位于动叶叶片吸力侧内部的T形结构(5-1)顶端与位于叶片压力侧内部的爪形结构(6-1)拐点连通形成第二通道(A2)。
7.根据权利要求1所述的一种适用于20-30MW等级的燃机第二级动叶的冷却结构，其特征在于：所述针形孔(3)的数量为23～27个。
8.根据权利要求1所述的一种适用于20-30MW等级的燃机第二级动叶的冷却结构，其特征在于：所述动叶叶片前缘一侧的第一集气腔室(1)通长设置，动叶叶片尾缘一侧的第二集气腔室(2)通长设置，且其左侧与第一特殊型矩阵肋(5)及第二特殊型矩阵肋(6)相连通，右侧与针形孔相连通。
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