CN109441555A - 一种船用燃气轮机涡轮动叶冷却结构 - Google Patents
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Abstract
一种船用燃气轮机涡轮动叶冷却结构，它属于燃气轮机领域，它包括叶根、叶型压力面、叶型吸力面、叶片前缘和叶片尾缘；叶身前部设有前部带肋蛇形冷却通道，叶片前缘处布有与前部带肋蛇形冷却通道相通的气膜孔，叶身中部设有中部带肋蛇形冷却通道，叶片尾缘处设有扰流柱冷却通道，中部带肋蛇形冷却通道与扰流柱冷却通道相连，叶根底部布置有三个以上进气孔，H形槽的底部布置有三个以上的出气孔，叶片尾缘设有中间劈缝。本发明结构简单，加工制造方便，冷却效果好，降低了叶片的制造成本。
Description
技术领域
本发明属于燃气轮机领域，具体涉及一种船用燃气轮机涡轮动叶冷却结构。
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，当前最新型高温合金材料的耐高温程度已不能满足涡轮叶片的使用要求。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在叶片内部通道流动吸收叶片热量，外部冷却是指冷却空气在叶身表面覆盖，隔绝高温燃气与叶身的直接接触。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。动叶外部冷却主要采用叶身上布置气膜孔的方式，对叶片温度较高的区域进行冷却。动叶为旋转工作叶片，设计工况下的转速能达到每分钟近万转。该转速下，叶片所受离心力极大，为降低叶身中部所受离心力，必须降低叶片顶部的重量。
随着燃气初温的升高，涡轮动叶普遍采用定向高温合金、单晶高温合金等耐温等级更高的材料。随着材料的升级，叶片的铸造难度不断提高。为满足铸造工艺性的要求，并提高叶片的铸造成功率，动叶冷却结构需避免过于复杂的结构。
发明内容
本发明是为克服现有技术不足，提供一种船用燃气轮机涡轮动叶冷却结构，该结构相对简单，加工制造方便，冷却效果好。
本发明的技术方案是：
一种船用燃气轮机涡轮动叶冷却结构，包括叶根、叶型压力面、叶型吸力面、叶片前缘和叶片尾缘；
叶片的顶部具有H形槽，叶身前部设有前部带肋蛇形冷却通道，叶片前缘处布有与前部带肋蛇形冷却通道相通的气膜孔，叶身中部设有中部带肋蛇形冷却通道，叶片尾缘处设有扰流柱冷却通道，中部带肋蛇形冷却通道与扰流柱冷却通道相连，叶根底部布置有三个以上进气孔，H形槽的底部布置有三个以上的出气孔，叶片尾缘设有中间劈缝。
进一步地，前部带肋蛇形冷却通道主要由若干个直通道与U形拐角通道连接而成，首个直通道起始于叶跟底部靠叶片前缘的进气孔，在叶身中贯通叶根和气膜孔，并在分别接近H形槽底部和叶根底部的两个直通道通过U形拐角通道相连，最后一个直通道与H形槽底部的出气孔相连。
进一步地，中部带肋蛇形冷却通道主要由若干个直通道与U形拐角连接而成，首个直通道起始于叶根中部位置的进气孔，在叶身中贯通叶根，并在接近H形槽底部相邻两个直通道通过U形拐角通道相连，最后一个直通道与叶片尾缘的扰流柱式冷却通道相连。
本发明相比现有技术具有以下有益效果
该船用燃气轮机涡轮动叶冷却结构满足冷却效果及工艺性的双重要求。为降低叶片工作温度，在叶片前缘布有带空间角度的气膜孔，在叶片前部和中部采用带肋蛇形冷却通道，叶片尾缘采用扰流柱冷却通道。采用该结构的叶片冷却效果好，可保证叶片在高温燃气中安全且长寿命使用。同时，采用该冷却结构的叶片制造难度低，成品率高，有效的降低了叶片的制造成本。
附图说明
图1为采用该冷却结构的涡轮动叶立体结构图；
图2为从叶型吸力面看的涡轮动叶立体结构图；
图3为图2的B向视图；
图4为图2的A向视图；
图5为燃气轮机涡轮空气冷却动叶内部结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明申请作进一步的说明：
参见图1-图4所示，本实施方式的一种船用燃气轮机涡轮动叶冷却结构，包括叶根6、叶型压力面1、叶型吸力面2、叶片前缘3和叶片尾缘4；叶片的顶部具有H形槽5，叶身前部设有前部带肋蛇形冷却通道11，叶片前缘3处布有与前部带肋蛇形冷却通道11相通的气膜孔12，叶身中部设有中部带肋蛇形冷却通道13，叶片尾缘4处设有扰流柱冷却通道14，中部带肋蛇形冷却通道13与扰流柱冷却通道14相连，叶根6底部布置有三个以上进气孔，用于冷却空气的流入，H形槽5的底部布置有三个以上的出气孔，叶片尾缘4设有中间劈缝，用于冷却空气的流出。冷却空气通过扰流柱冷却通道14后，由叶片尾缘4的中间劈缝流出叶片。
所述三个以上进气孔，进气孔面积从前至后(由叶片前缘至叶片后缘)依次减小。所述三个以上出气孔的面积也不等。
较佳地，前部带肋蛇形冷却通道11和中部带肋蛇形冷却通道13不相通。以确保动叶冷却效果。
较佳地，参见图5所示，前部带肋蛇形冷却通道11主要由若干个直通道与U形拐角通道连接而成，首个直通道起始于叶跟6底部靠叶片前缘3的进气孔，在叶身中贯通叶根6和气膜孔12，并在分别接近H形槽5底部和叶根6底部的两个直通道通过U形拐角通道相连，最后一个直通道与H形槽底部的出气孔相连。前部带肋蛇形冷却通道11可根据叶型不同，选择若干个直通道及U形拐角，首个直通道在叶身中贯通叶根6和叶片前缘3，并在接近叶顶处通过U形拐角转折向下，连接一个或若干个直通道及U形拐角通过叶身，在靠近叶片下缘板处通过U形拐角转折向上，最后的直通道通过叶身并连接H形槽5底部所开的出气孔。
较佳地，参见图5所示，中部带肋蛇形冷却通道13主要由若干个直通道与U形拐角连接而成，首个直通道起始于叶根6中部位置的进气孔，在叶身中贯通叶根6，并在接近H形槽5底部相邻两个直通道通过U形拐角通道相连，最后一个直通道与叶片尾缘4的扰流柱式冷却通道14相连。所述扰流柱式冷却通道14中的圆柱孔结构交错排布。冷却空气通过扰流柱冷却通道14后，由叶片尾缘4的中间劈缝流出叶片。
较佳地，气膜孔12沿叶身高度方向布置两排或三排。考虑到制造的简易性，气膜孔12采用圆柱形气膜孔。
较佳地，参见图5所示，叶根6底部布置有三个进气孔。H形槽5的底部布置有三个出气孔。所述三个进气孔，进气孔面积从前至后(由叶片前缘至叶片后缘)依次减小。所述三个出气孔的面积也不等。
作为一个可实施例：图1为采用该冷却结构的涡轮动叶立体结构图，图2为从叶型吸力面看的涡轮动叶立体结构图，其中，该叶片包括叶型压力面1、叶型吸力面2、叶型压力面1和叶型吸力面2交界位置的叶片前缘3和叶片尾缘4，以及处于叶片上部的H形槽5和叶片下部的叶根6。图3为图2的A向视图，图4为2的B向视图，在叶根6底部开有进气孔一7、进气孔二8、进气孔三9(该示例叶片采用三个进气孔)供冷却空气流入叶片，在叶片顶部的H形槽5底部开有出气孔10(该示例叶片采用五个出气孔)供部分冷却空气流出叶片，叶片尾缘4采用中间劈缝结构，以供冷却空气流出。
图5为燃气轮机涡轮空气冷却动叶内部结构示意图。结合图1-图5说明，部分冷却空气由进气孔一7进入叶片，流入前部带肋蛇形冷却通道11，部分冷却空气从叶片前缘3的气膜孔12中喷出，部分冷却空气沿前部带肋蛇形冷却通道11流动冷却叶身前部后，经过叶片顶部的H形槽5底部的出气孔喷出。另外的冷却空气由进气孔二8进入叶片，流入中部带肋蛇形冷却通道13，在对叶身中后部冷却后，进入扰流柱式冷却通道14冷却叶片尾缘4后从中间劈缝中流出叶片。一小股冷却空气从进气孔三9中进入叶片，冷却榫头及叶根6后与由进气孔二8进入叶身的冷却空气混合，混合后进入扰流柱式冷却通道14冷却叶片尾缘4后从中间劈缝中流出叶片。
本发明已以较佳实施案例揭示如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可以利用上述揭示的结构及技术内容做出些许的更动或修饰为等同变化的等效实施案例，但是凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施案例所做的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属本发明技术方案范围。
Claims (8)
1.一种船用燃气轮机涡轮动叶冷却结构，包括叶根(6)、叶型压力面(1)、叶型吸力面(2)、叶片前缘(3)和叶片尾缘(4)；
其特征在于：叶片的顶部具有H形槽(5)，叶身前部设有前部带肋蛇形冷却通道(11)，叶片前缘(3)处布有与前部带肋蛇形冷却通道(11)相通的气膜孔(12)，叶身中部设有中部带肋蛇形冷却通道(13)，叶片尾缘(4)处设有扰流柱冷却通道(14)，中部带肋蛇形冷却通道(13)与扰流柱冷却通道(14)相连，叶根(6)底部布置有三个以上进气孔，H形槽(5)的底部布置有三个以上的出气孔，叶片尾缘(4)设有中间劈缝。
2.根据权利要求1所述一种船用燃气轮机涡轮动叶冷却结构，其特征在于：前部带肋蛇形冷却通道(11)和中部带肋蛇形冷却通道(13)不相通。
3.根据权利要求1或2所述一种船用燃气轮机涡轮动叶冷却结构，其特征在于：前部带肋蛇形冷却通道(11)主要由若干个直通道与U形拐角通道连接而成，首个直通道起始于叶跟(6)底部靠叶片前缘(3)的进气孔，在叶身中贯通叶根(6)和气膜孔(12)，并在分别接近H形槽(5)底部和叶根(6)底部的两个直通道通过U形拐角通道相连，最后一个直通道与H形槽底部的出气孔相连。
4.根据权利要求3所述一种船用燃气轮机涡轮动叶冷却结构，其特征在于：中部带肋蛇形冷却通道(13)主要由若干个直通道与U形拐角连接而成，首个直通道起始于叶根(6)中部位置的进气孔，在叶身中贯通叶根(6)，并在接近H形槽(5)底部相邻两个直通道通过U形拐角通道相连，最后一个直通道与叶片尾缘(4)的扰流柱式冷却通道(14)相连。
5.根据权利要求1、2或4所述一种船用燃气轮机涡轮动叶冷却结构，其特征在于：所述扰流柱式冷却通道(14)中的圆柱孔结构交错排布。
6.根据权利要求5所述一种船用燃气轮机涡轮动叶冷却结构，其特征在于：气膜孔(12)沿叶身高度方向布置两排或三排。
7.根据权利要求6所述一种船用燃气轮机涡轮动叶冷却结构，其特征在于：叶根(6)底部布置有三个进气孔。
8.根据权利要求7所述一种船用燃气轮机涡轮动叶冷却结构，其特征在于：H形槽(5)的底部布置有三个出气孔。
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