CN112177685A - 一种高压涡轮转子叶片尾缝冷却结构 - Google Patents

一种高压涡轮转子叶片尾缝冷却结构 Download PDF

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CN112177685A CN202011134873.3A CN202011134873A CN112177685A CN 112177685 A CN112177685 A CN 112177685A CN 202011134873 A CN202011134873 A CN 202011134873A CN 112177685 A CN112177685 A CN 112177685A
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崔兴
尤宏德
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    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D5/00—Blades; Blade-carrying members; Heating, heat-insulating, cooling or antivibration means on the blades or the members
    • F01D5/12—Blades
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    • F01D5/18—Hollow blades, i.e. blades with cooling or heating channels or cavities; Heating, heat-insulating or cooling means on blades

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Abstract

本申请属于高压涡轮转子叶片领域，特别涉及一种高压涡轮转子叶片尾缝冷却结构。包括：叶片尾缘(1)。叶片尾缘(1)沿径向均匀布置有多个通道隔墙，相邻两个所述通道隔墙之间形成尾缝通道(2)，所述通道隔墙包括第一通道隔墙(3)以及第二通道隔墙(4)，其中，所述第一通道隔墙(3)的横截面呈椭圆型，相邻两个所述第一通道隔墙(3)之间形成的尾缝通道(2)为全劈缝，且呈收缩扩张型；所述第二通道隔墙(4)的横截面呈球拍型，所述第二通道隔墙(4)间隔若干个所述第一通道隔墙(3)布置一个，所述第二通道隔墙(4)将所述叶片尾缘(1)分隔成多个独立的冷却段。本申请在实现尾缘冷气精细化调整的同时也降低了叶片的使用风险。

Description

一种高压涡轮转子叶片尾缝冷却结构
技术领域
本申请属于高压涡轮转子叶片领域，特别涉及一种高压涡轮转子叶片尾缝冷却结构。
背景技术
高压涡轮转子叶片长时间工作在高温、高压的环境中，环境恶劣，负荷大，特别是尾缘位置，是叶片热负荷最高的区域之一，而且尾缘处厚度较薄，内冷通道狭窄，难以采取强化换热措施。同时，主通道燃气流经叶片尾缘，会在后方形成较长的尾迹，尾迹的存在对气动性能与叶片冷却都有不利影响。气冷叶片在设计时由于尾缘需要考虑冷却，在结构上需要加大尾缘的宽度，这使得燃气流的尾迹影响更加剧烈。
现有设计中，叶片尾缝通道通常为矩形通道，通过对流换热对叶片尾缘进行冷却，但是即使采用了尾缝结构对叶片尾缘进行冷却，该位置仍然是叶片的高温区之一，特别是叶尖位置，仍存在烧蚀掉块风险，危及发动机安全。叶片尾缝通常设计为半劈缝结构，少部分叶片为全劈缝结构。半劈缝结构设计存在两方面的不足：从气动角度分析，冷气通过尾缝通道从排气窗口排入主通道，对尾迹的吹散效果有限；从冷却角度分析，冷气在排气窗口与主流燃气掺混，温度升高，速度降低，对尾缘的冷却效果降低。现有全劈缝设计结构，尾缝出口通常设计为一个整体，同样存在两方面不足：一方面整体出口不利于冷气的精细化调整，由于燃气温度沿叶高方向有温度梯度，每一部分需要的冷却强度不同，温度高的区域需要冷气多，温度低的区域适当减少冷气，整体出口无法实现冷气的精细化调整；另一方面整体尾缝出口存在强度不足的风险，在特定情况下，尾缘可能产生翘曲变形，危及叶片使用安全。
因此，希望有一种技术方案来克服或至少减轻现有技术的至少一个上述缺陷。
发明内容
本申请的目的是提供了一种高压涡轮转子叶片尾缝冷却结构，以解决现有技术存在的至少一个问题。
本申请的技术方案是：
一种高压涡轮转子叶片尾缝冷却结构，包括：
叶片尾缘，所述叶片尾缘沿径向均匀布置有多个通道隔墙，相邻两个所述通道隔墙之间形成尾缝通道，所述通道隔墙包括第一通道隔墙以及第二通道隔墙，其中，
所述第一通道隔墙的横截面呈椭圆型，相邻两个所述第一通道隔墙之间形成的尾缝通道为全劈缝，且呈收缩扩张型；
所述第二通道隔墙的横截面呈球拍型，所述第二通道隔墙间隔若干个所述第一通道隔墙布置一个，所述第二通道隔墙将所述叶片尾缘分隔成多个独立的冷却段。
可选地，所述叶片尾缘沿径向均匀布置有23个通道隔墙。
可选地，所述第二通道隔墙每间隔5个所述第一通道隔墙布置一个，将所述叶片尾缘分隔成4个独立的冷却段。
发明至少存在以下有益技术效果：
本申请的高压涡轮转子叶片尾缝冷却结构，通过异形隔墙将整体全劈缝出口分成多个独立的冷却段，单个出口径向高度降低，增强了全劈缝的强度，降低了叶片尾缘发生翘曲变形的风险，提高叶片的使用安全性。
附图说明
图1是本申请一个实施方式的高压涡轮转子叶片尾缝冷却结构示意图；
图2是图1的截面图。
其中：
1-叶片尾缘；2-尾缝通道；3-第一通道隔墙；4-第二通道隔墙。
具体实施方式
为使本申请实施的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行更加详细的描述。在附图中，自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本申请，而不能理解为对本申请的限制。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。下面结合附图对本申请的实施例进行详细说明。
在本申请的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”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，仅是为了便于描述本申请和简化描述，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申请保护范围的限制。
下面结合附图1至图2对本申请做进一步详细说明。
本申请提供了一种高压涡轮转子叶片尾缝冷却结构，包括：在叶片尾缘1沿径向均匀布置有多个通道隔墙，相邻两个通道隔墙之间形成尾缝通道2，通道隔墙包括第一通道隔墙3以及第二通道隔墙4。
具体的，第一通道隔墙3的横截面呈椭圆型，相邻两个第一通道隔墙3之间形成的尾缝通道2为全劈缝，且呈收缩扩张型；第二通道隔墙4的横截面呈球拍型，第二通道隔墙4间隔若干个第一通道隔墙3布置一个，第二通道隔墙4将叶片尾缘1分隔成多个独立的冷却段。冷气从叶片内腔通过尾缝通道2排入主通道，一方面冷却叶片尾缘，另一方面吹散叶片下游尾迹。
本申请的高压涡轮转子叶片尾缝冷却结构，叶片尾缘1采用分段式全劈缝结构，沿径向将全劈缝分为若干段，每段对应若干尾缝通道2。第一通道隔墙3的横截面呈椭圆型(长轴a，短轴b)结构，使相邻两个第一通道隔墙3之间形成的尾缝通道2形成收缩扩张型结构，通道收缩，冷气加速，增强了通道内对流换热；通道扩张，覆盖更广泛的区域，使尾缘冷却效率更高，同时也更加有利于吹除尾迹。并且，为了实现尾缘冷气精细化调整，通过横截面呈球拍型的异形第二通道隔墙4将整体的全劈缝出口分隔成若干独立的冷却段，每个冷却段对应若干尾缝通道2。
在本申请的一个实施方式中，叶片尾缘1沿径向均匀布置有23个通道隔墙。第二通道隔墙4每间隔5个第一通道隔墙3布置一个，将叶片尾缘1分隔成4个独立的冷却段。如图1所示，本实施例中，将全劈缝出口分成①②③④四个独立的冷却段，通过控制对应尾缝通道2和出口的流通面积，实现叶片尾缘冷气的精细化调整。
本申请的高压涡轮转子叶片尾缝冷却结构，通过第二通道隔墙将整体全劈缝出口分成多个独立的冷却段，单个出口径向高度降低，增强了全劈缝的强度，降低了叶片尾缘发生翘曲变形的风险，提高叶片的使用安全性。本申请在实现尾缘冷气精细化调整的同时也降低了叶片的使用风险。
以上所述，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (3)

1.一种高压涡轮转子叶片尾缝冷却结构，其特征在于，包括：
叶片尾缘(1)，所述叶片尾缘(1)沿径向均匀布置有多个通道隔墙，相邻两个所述通道隔墙之间形成尾缝通道(2)，所述通道隔墙包括第一通道隔墙(3)以及第二通道隔墙(4)，其中，
所述第一通道隔墙(3)的横截面呈椭圆型，相邻两个所述第一通道隔墙(3)之间形成的尾缝通道(2)为全劈缝，且呈收缩扩张型；
所述第二通道隔墙(4)的横截面呈球拍型，所述第二通道隔墙(4)间隔若干个所述第一通道隔墙(3)布置一个，所述第二通道隔墙(4)将所述叶片尾缘(1)分隔成多个独立的冷却段。
2.根据权利要求1所述的高压涡轮转子叶片尾缝冷却结构，其特征在于，所述叶片尾缘(1)沿径向均匀布置有23个通道隔墙。
3.根据权利要求2所述的高压涡轮转子叶片尾缝冷却结构，其特征在于，所述第二通道隔墙(4)每间隔5个所述第一通道隔墙(3)布置一个，将所述叶片尾缘(1)分隔成4个独立的冷却段。
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