CN111636929A - 一种燃气轮机涡轮静叶片冷却结构 - Google Patents

一种燃气轮机涡轮静叶片冷却结构 Download PDF

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隋永枫
蓝吉兵
王博
周灵敏
戴斌
任晟
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Abstract

本发明公开了一种燃气轮机涡轮静叶冷却结构，包括：插芯、封气隔片；涡轮静叶片为空心冷却叶片，其内部有空心内腔，每个所述空心内腔中安装所述插芯；所述插芯与所述涡轮静叶片主体间留有径向间距，形成夹腔结构；每个所述空心内腔中安装有所述封气隔片，所述封气隔片由一个封严槽结构和一个封严齿结构相互配合形成，其一侧与所述涡轮静叶片的空心内腔壁固定连接，另一侧与所述插芯外壁固定连接，将所述夹腔结构分成多个腔体；其中，所述封严槽结构凹槽数≥2个，封严齿结构齿数≥2个。具有本发明的燃气轮机涡轮静叶，冷却效率高，使用的冷却空气少，也提升了燃气轮机的整机效率。

Description

一种燃气轮机涡轮静叶片冷却结构
技术领域
本发明涉及地面重型燃气轮机涡轮叶片领域，尤其涉及一种燃气轮机涡轮静叶片冷却结构。
背景技术
燃气轮机涡轮静叶冷却结构一般为空心结构，其内部通入冷却空气，此冷却空气通过插芯上若干通气孔，冲击在叶片内腔壁面上，以冲击冷却的方式带走叶片金属上的热量。冲击冷却后的冷却空气再通过叶片上的气孔到达叶片表面，在叶片表面形成一层气膜，用来减少高温燃气对叶片本体的热传导。对于涡轮静叶片来说，其工作时气动型面的压力面表面压力大于吸力面表面压力，由于涡轮静叶片工作过程中压力处于不断变动中，对于每一个叶片表面的气孔都要保证一定流量，对于每一个气孔的进出口压力梯度均要保证一定的安全裕度，否则会发生外部燃气倒灌，损伤叶片。
对于传统的涡轮静叶片冷却设计来说，当保证压力面气孔的压力梯度时，总会导致吸力面压力梯度偏大，从而导致过多的冷气从吸力面流出，降低冷却效率。
专利CN102224322A公开了一种涡轮静叶及燃气轮机，其中叶片形状部具备：冷却室，它们是由隔壁将叶片形状部的内部从前缘侧朝向后缘侧划分成多个部分的空间，并且是沿叶片纵向截面方向延伸的空间，且在叶片体的内壁具备分割部；插入筒，其配置在冷却室中，且具备多个冲击孔；薄膜孔，其穿通设置在叶片体上。插入筒具备从前缘侧朝向后缘侧延伸并沿叶片纵向截面方向延伸的分隔部。插入筒的内部被分隔成正压面侧的正压面侧嵌插物空间和负压面侧的负压面侧嵌插物空间。上述技术方案通过将插入筒内部空间进行分割并结合封气隔片，调整负压面和正压面的气压梯度。
发明内容
有鉴于此，本发明提供一种燃气轮机涡轮静叶片冷却结构，能够解决上述问题。
为此目的，本发明由如下技术方案实施。
一种燃气轮机涡轮静叶片冷却结构，包括：插芯、封气隔片；涡轮静叶片为空心冷却叶片，其表面分部有多个气膜孔，所述涡轮静叶片内部至少有一个空心内腔，每个所述空心内腔中安装所述插芯；
所述插芯为薄壁桶状结构，两端开口并连通所述涡轮静叶片两端，且所述插芯与所述涡轮静叶片主体间留有径向间距，形成夹腔结构；所述插芯表面分布有冷却孔；
每个所述空心内腔中安装有所述封气隔片，所述封气隔片为条状结构，由一个封严槽结构和一个封严齿结构相互配合形成，沿所述涡轮静叶片径向方向分布，其一侧与所述涡轮静叶片的空心内腔壁固定连接，另一侧与所述插芯外壁固定连接；
所述封严槽结构凹槽数≥2个，封严齿结构齿数≥2个。
进一步，所述插芯上部开口边缘为折边结构，所述折边结构与所述涡轮静叶片上端面焊接固定。
更进一步，所述涡轮静叶片底部设有环形凹槽，所述插芯下部开口插入所述环形凹槽，形成封严结构。
进一步，每个所述插芯任一横截面轮廓与所对应的空心内腔横截面轮廓等距偏置。
进一步，每个所述空心内腔中至少安装两组所述封气隔片，并将所述夹腔分割为多个腔体。
另一方面，本发明还提供一种燃气轮机涡轮静叶片，具备上述技术方案中任一燃气轮机涡轮静叶片冷却结构。
本发明具有如下优点：
通过对封气隔片结构中封严槽结构凹槽数、封严齿结构齿数理论分析及实验验证，确定齿数或槽数少于2时，通过的封严齿和槽的间隙泄漏与封严结构的加工和安装精度相关性很强，即所形成的分区夹腔压力差与封严结构精度敏感性较大，不适用于实际安装布置。本发明设计凹槽数≥2个，齿数≥2时，不仅保证较高的安装精度，还大大减少了封严结构装配难度。
进一步，本发明设计多组燃机涡轮静叶片封气隔片结构，将夹腔分割成多个腔体，能够有效地调节插芯与静叶内腔形成的夹腔的不同区域的压力，从而精确调整每一列气膜孔出气量，大大提高冷却空气利用率，提升冷却效率。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅是本发明的一个或几个实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
附图中体现的相同结构分布位置及分布数量仅是为了便于描述本发明，而不是指示或暗示所指的结构必须具有特定的方位、分布数量，因此不能理解为对本发明的限制。
图1是本发明实施例1中静叶外部结构视图；
图2是图1中A-A截面视图；
图3是图2中B-B截面视图及截面处插芯外部结构视图；
图4是图2中I处放大图；
图5是图4中Ⅱ处放大图；
图6是本发明实施例2中插芯及静叶截面放大图；
图7是静叶内冷却流体压力名称及冷却气流流向示意图。
图中：
1-涡轮静叶片；2-插芯；3-封严隔片；301-封严槽结构；302-封严齿结构。
具体实施方式
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上端”、“底部”、“上部”、“下部”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，这类术语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的限制。
下面结合附图对发明进一步说明；
实施例1
结合图7所示，冷却空气冲击在涡轮静叶片1内腔壁面上，以冲击冷却的方式带走叶片金属上的热量。冲击冷却后的冷却空气再通过叶片上的气孔到达叶片表面，在叶片表面形成一层气膜，用来减少高温燃气对叶片本体的热传导。
对于涡轮静叶片来说，其工作时气动型面的压力面表面压力大于吸力面表面压力，即P1＞P2，冷却空气的供气压力Pn最大，经过插芯2上气孔冲击冷却后到达插芯2与叶片1内腔的夹腔中，夹腔中的压力为Pm，因此压力大小为Pn＞Pm＞P1＞P2。参阅图1-3，本发明的燃气轮机涡轮静叶片封气隔片结构，包括：插芯2、封气隔片3；优选设计为，涡轮静叶片1为空心冷却叶片，其内部至少有三个空心内腔，每个空心内腔中安装插芯2。
插芯2为薄壁桶状结构，两端开口并连通涡轮静叶片1两端，且插芯2与涡轮静叶片1主体间留有径向间距，形成夹腔结构；插芯2表面分布有冷却孔。优选设计为，插芯2上部开口边缘为折边结构，折边结构与涡轮静叶片1上端面焊接固定；涡轮静叶片1底部设有环形凹槽，插芯2下部开口插入环形凹槽，形成封严结构，进一步设计为，每个插芯2任一横截面轮廓与所对应的空心内腔横截面轮廓等距偏置，保证了夹腔结构的均一性。
每个空心内腔中安装有封气隔片3，封气隔片3为条状结构，沿涡轮静叶片1轴向方向安装，如图5所示，封气隔片3由一个封严槽结构301和一个封严齿结构302相互配合形成，优选设计为，封严槽结构301凹槽数为2个，封严齿结构302齿数为2个。
封气隔片3沿涡轮静叶片1径向方向分布，优选设计为，封严槽结构301与涡轮静叶片1的空心内腔壁固定连接，封严齿结构302与插芯2外壁固定连接；如图4所示，每个空心内腔中安装两组封气隔片，并将夹腔分割为两个腔体，形成了两个单独的夹腔，对应压强为Pm1、Pm2。
另一方面，本发明提供一种燃气轮机涡轮静叶片，具备上述冷却结构。
实施例2
本实施例与实施例1具体区别在于，优选设计为，如图6所示，每个空心内腔中安装四组封气隔片3，并将夹腔分割为四个腔体，形成了四个单独的夹腔，对应压强为Pm1、Pm2、Pm11、Pm22。
以上具体实施方式仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照实例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (6)

1.一种燃气轮机涡轮静叶片冷却结构，包括：插芯(2)、封气隔片(3)；
其特征在于，涡轮静叶片(1)为空心冷却叶片，其表面有多个气膜孔；所述涡轮静叶片(1)内部至少有一个空心内腔，每个所述空心内腔中安装所述插芯(2)；
所述插芯(2)为薄壁桶状结构，两端开口，其一端与涡轮静叶片(1)焊接，另一端插入所述空心内腔中，且所述插芯(2)与所述涡轮静叶片(1)主体间留有径向间距，形成夹腔结构；所述插芯(2)表面分布有冷却孔；
每个所述空心内腔中安装有所述封气隔片(3)，所述封气隔片为条状结构，由一个封严槽结构(301)和一个封严齿结构(302)相互配合形成，沿所述涡轮静叶片(1)径向方向分布，其一侧与所述涡轮静叶片(1)的空心内腔壁固定连接，另一侧与所述插芯(2)外壁固定连接；
所述封严槽结构(301)凹槽数≥2个，封严齿结构(302)齿数≥2个。
2.根据权利要求1所述的燃气轮机涡轮静叶片封气隔片结构，其特征在于，所述插芯(2)上部开口边缘为折边结构，所述折边结构与所述涡轮静叶片(1)上端面焊接固定。
3.根据权利要求书2所述的燃气轮机涡轮静叶片封气隔片结构，其特征在于，所述涡轮静叶片(1)底部设有环形凹槽，所述插芯(2)下部开口插入所述环形凹槽，形成封严结构。
4.根据权利要求1所述的燃气轮机涡轮静叶片封气隔片结构，其特征在于，每个所述插芯(2)任一横截面轮廓与所对应的空心内腔横截面轮廓等距偏置。
5.根据权利要求1所述的燃气轮机涡轮静叶片封气隔片结构，其特征在于，每个所述空心内腔中至少安装两组所述封气隔片(3)，并将所述夹腔分割为多个腔体。
6.一种燃气轮机涡轮静叶片，具备权利要求1-5中任一项所述的燃气轮机涡轮静叶片冷却结构。
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