CN111103129A - 一种可调通道方位的透平冷却转盘结构 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种可调通道方位的透平冷却转盘结构，包括转盘基座、供气腔和供气连接段等；供气腔设置在转盘基座的中心处，若干冷却通道以供气腔为中心周向均布在转盘基座上，外侧挡板与转盘基座为一体式结构；冷却通道的一端通过供气连接段与供气腔相连通，另一端通过外侧紧固件固定至外侧挡板上；供气连接段和通道外侧紧固件均为旋转连接方式，在紧固状态下冷却通道相对于供气腔静止，在松弛状态下冷却通道能够绕供气连接段的轴线旋转；在紧固状态下冷却通道相对于外侧挡板静止，在松弛状态下冷却通道能够绕通道外侧紧固件的轴线旋转。本发明可以在透平旋转冷却测试中灵活调整通道方位角，从而更加全面地研究旋转效应对透平冷却性能的作用规律。
Description
技术领域
本发明属于透平冷却技术领域，特别涉及一种可调通道方位的透平冷却转盘结构。
背景技术
燃气轮机在航空航天、舰船动力、发电及工业驱动等领域具有广泛的应用，是一种技术密集型高端装备，透平作为其核心部件之一，工作在高温、高压、高转速等恶劣条件下，运行时受到气动、温度、离心等载荷的耦合作用。燃机性能的提升通常伴随着燃气温度的不断上升，由于材料的研究具有发展缓慢、研制周期长等特点，单纯依靠材料性能的提升已无法满足燃气温度快速提高的要求，目前先进燃机的燃气温度已经远远超过透平材料安全许可温度，因此在透平中采用高效的冷却方式进行热防护，使其运行在合理的参数区间内，对于保证燃机运行寿命、提高其安全性和经济性至关重要。
燃机透平冷却技术的发展需要庞大的传热性能数据库作为支撑，在理论、数值和实验三种常用的透平冷却研究手段中，实验研究方式能够更加真实地还原透平运行的实际情况，因此实验数据的可靠性最高，国内外相关领域的专家和学者均热衷于搭建透平冷却实验平台并开展系统的研究工作。由于透平动叶在运行时处于高速旋转状态，由旋转引发的科氏力和离心力对透平冷却性能具有显著的影响，因此旋转效应在透平冷却的研究中往往是重点考虑的关键因素之一，需要搭建旋转冷却实验测试系统开展相关的研究作用。目前国内外已有多台透平旋转冷却实验装置，其实验段主要分为单一通道和转盘两种形式，单一通道实验段结构较为简单，由于没有外侧支撑其转速只能保持在较低的范围内，且每次只能进行一个工况的研究，而转盘实验段结构复杂，其结构强度较高，且通过合理布置通道能够同时开展多个工况的研究，因此相对于单一通道来说是一种更优的选择。
由于透平叶片的特殊型线，其内部通道壁面与旋转轴并不完全垂直或平行(即具有一定的通道方位角)，因此科氏力的作用规律会发生变化，在研究中需要考虑该因素的影响。然而，目前已有的转盘式冷却测试平台均采用固定的冷却通道安装方式，在实验中无法灵活地调整通道方位角以研究该因素对冷却性能的影响，造成透平冷却数据库中大量关键性能数据的缺失，不利于透平冷却技术的发展。鉴于上述情况，迫切需要一种能够灵活调整通道方位的透平冷却转盘结构。
发明内容
为解决上述问题，本发明提供了一种可调通道方位的透平冷却转盘结构，可以在透平旋转冷却测试中灵活调整通道方位角，从而更加全面地研究旋转效应对透平冷却性能的作用规律。
本发明采用如下技术方案来实现的：
一种可调通道方位的透平冷却转盘结构，包括转盘基座、供气腔、供气连接段、冷却通道、外侧挡板和通道外侧紧固件；其中，
供气腔设置在转盘基座的中心处，若干冷却通道以供气腔为中心周向均布在转盘基座上，外侧挡板位于转盘基座的外侧，并与转盘基座为一体式结构；
每个冷却通道的一端通过供气连接段与供气腔相连通，另一端通过外侧紧固件固定至外侧挡板上；供气连接段为旋转连接方式，在紧固状态下冷却通道相对于供气腔静止，在松弛状态下冷却通道能够绕供气连接段的轴线旋转；通道外侧紧固件为旋转连接方式，在紧固状态下冷却通道相对于外侧挡板静止，在松弛状态下冷却通道能够绕通道外侧紧固件的轴线旋转。
本发明进一步的改进在于，每个冷却通道对应的供气连接段和通道外侧紧固件的轴线重合，且均平行于转盘基座表面。
本发明进一步的改进在于，调整通道方位时，将供气连接段和通道外侧紧固件均调至松弛状态，然后转动冷却通道至所需通道方位，最后将供气连接段和通道外侧紧固件均调至紧固状态。
本发明进一步的改进在于，冷却通道的通道方位角能够在0°～180°之间调整。
本发明进一步的改进在于，冷却通道为射流冲击通道、矩形直通道、U型通道和梯形通道。
本发明进一步的改进在于，冷却通道中布置有肋片、翅片、球窝和球凸中的单一或复合强化传热结构。
本发明进一步的改进在于，转盘基座上布置的冷却通道数量为2～6个。
本发明至少具有如下有益的技术效果：
本发明提供的一种可调通道方位的透平冷却转盘结构，在转盘测试段的冷却通道内外侧均采用了可灵活转动的连接方式，在特定的装配形式下可以实现冷却通道方位角的灵活调整，并可在0°～180°大范围内调整，由此可开展不同通道方位下旋转效应对冷却性能影响规律的研究。同时，该转盘结构具有结构简单、调整方便和可扩展等多方面优势。
进一步，冷却通道可以为射流冲击通道、矩形直通道、U型通道和梯形通道等多种型式的通道，因此通过该转盘结构可对透平叶片前缘、中弦、尾缘、叶顶等各部位的冷却性能开展全方位研究。
进一步，转盘上可布置多个冷却通道，各冷却通道可以为不同的通道型式、不同的通道方位角并布置不同的强化传热结构，因此通过该转盘结构可以同时开展多工况的研究，显著提高了研究效率。
由上述内容可知，本发明提供的一种可调通道方位的透平冷却转盘结构，可以在较大范围内灵活调整冷却通道的方位角，以全面开展不同通道方位角下旋转效应的作用机理，该转盘结构具有部件简单、调整便捷、多功能、可扩展等多方面优势，并且可以同时进行多个工况的研究，在扩展测试功能的同时显著提高了测试效率。
附图说明
图1是带有4个通道的透平冷却转盘结构整体图；
图2是实现通道方位可调的单个通道安装方式示意图；
图3是图2中标示的A方向通道视图；
图4是不同通道方位示意图。
附图标记说明：
1为转盘基座，2为供气腔，3为供气连接段，4为冷却通道，5为外侧挡板，6为通道外侧紧固件。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详细说明。
参照图1至图4，本发明提供的一种可调通道方位的透平冷却转盘结构，包括转盘基座1、供气腔2、供气连接段3、冷却通道4、外侧挡板5和通道外侧紧固件6。供气腔2设置在转盘基座1的中心处，若干冷却通道4以供气腔2为中心周向均布在转盘基座1上，外侧挡板5位于转盘基座1的外侧，并与转盘基座1为一体式结构；每个冷却通道4的一端通过供气连接段3与供气腔2相连通，另一端通过外侧紧固件6固定至外侧挡板5上。
供气连接段3为旋转连接方式，在紧固状态下冷却通道4无法相对于供气腔2转动，在松弛状态下冷却通道4可绕供气连接段3的轴线旋转；通道外侧紧固件6同样为旋转连接方式，在紧固状态下冷却通道4无法相对于外侧挡板5转动，在松弛状态下冷却通道4可绕通道外侧紧固件6的轴线旋转。
同一冷却通道4对应的供气连接段3和通道外侧紧固件6的轴线重合，且均平行于转盘基座1表面。
需要通道方位时，将供气连接段3和通道外侧紧固件6均调至松弛状态，然后转动冷却通道4至所需通道方位，最后将供气连接段3和通道外侧紧固件6均调至紧固状态。
冷却通道4的通道方位角可在0°～180°之间调整。
冷却通道4可以为射流冲击通道、矩形直通道、U型通道和梯形通道等透平叶片内部冷却中应用的所有通道型式。
冷却通道4中可以布置肋片、翅片、球窝和球凸中的单一或复合强化传热结构。
转盘基座1上布置的冷却通道4数量以2～6为佳。
Claims (7)
1.一种可调通道方位的透平冷却转盘结构，其特征在于，包括转盘基座(1)、供气腔(2)、供气连接段(3)、冷却通道(4)、外侧挡板(5)和通道外侧紧固件(6)；其中，
供气腔(2)设置在转盘基座(1)的中心处，若干冷却通道(4)以供气腔(2)为中心周向均布在转盘基座(1)上，外侧挡板(5)位于转盘基座(1)的外侧，并与转盘基座(1)为一体式结构；
每个冷却通道(4)的一端通过供气连接段(3)与供气腔(2)相连通，另一端通过外侧紧固件(6)固定至外侧挡板(5)上；供气连接段(3)为旋转连接方式，在紧固状态下冷却通道(4)相对于供气腔(2)静止，在松弛状态下冷却通道(4)能够绕供气连接段(3)的轴线旋转；通道外侧紧固件(6)为旋转连接方式，在紧固状态下冷却通道(4)相对于外侧挡板(5)静止，在松弛状态下冷却通道(4)能够绕通道外侧紧固件(6)的轴线旋转。
2.根据权利要求1所述的一种可调通道方位的透平冷却转盘结构，其特征在于，每个冷却通道(4)对应的供气连接段(3)和通道外侧紧固件(6)的轴线重合，且均平行于转盘基座(1)表面。
3.根据权利要求1所述的一种可调通道方位的透平冷却转盘结构，其特征在于，调整通道方位时，将供气连接段(3)和通道外侧紧固件(6)均调至松弛状态，然后转动冷却通道(4)至所需通道方位，最后将供气连接段(3)和通道外侧紧固件(6)均调至紧固状态。
4.根据权利要求1所述的一种可调通道方位的透平冷却转盘结构，其特征在于，冷却通道(4)的通道方位角能够在0°～180°之间调整。
5.根据权利要求1所述的一种可调通道方位的透平冷却转盘结构，其特征在于，冷却通道(4)为射流冲击通道、矩形直通道、U型通道和梯形通道。
6.根据权利要求1所述的一种可调通道方位的透平冷却转盘结构，其特征在于，冷却通道(4)中布置有肋片、翅片、球窝和球凸中的单一或复合强化传热结构。
7.根据权利要求1所述的一种可调通道方位的透平冷却转盘结构，其特征在于，转盘基座(1)上布置的冷却通道(4)数量为2～6个。
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