CN112943384A - 一种用于涡轮导向叶片的冷气导管结构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于涡轮导向叶片的冷气导管结构，包括冷气导管，冷气导管安装于涡轮导向叶片的供气腔中，且冷气导管将涡轮导向叶片的供气腔分隔为至少两个冷却空气供给腔，用以通过涡轮导向叶片的上缘板端向涡轮导向叶片内的所有冷却空气供给腔供给冷却空气，或者通过涡轮导向叶片的下缘板端向涡轮导向叶片内的所有冷却空气供给腔供给冷却空气，又或者通过涡轮导向叶片的上缘板端和下缘板端同时向涡轮导向叶片内的所有冷却空气供给腔供给冷却空气，从而使得可以根据涡轮导向叶片的不同区域对冷却空气的需求进行分腔供气，减少各区域间冷却空气的流动，实现叶片不同区域进行相应的必要冷却，使得叶片冷却更优化。

Description

一种用于涡轮导向叶片的冷气导管结构

技术领域

本发明属于燃气轮机技术领域，具体涉及一种用于涡轮导向叶片的冷气导管结构。

背景技术

先进燃气轮机涡轮导向叶片外表面感受的燃气温度远高于叶片材料的使用温度，需要对叶片进行气膜冷却才能将叶片壁面温度降低到叶片材料使用温度水平。由于叶片外表面燃气压力分布、气膜孔位置和尺寸等因素都影响气膜冷却效果和气膜孔的冷却空气流量，因而易发生有的气膜孔冷气流量显著大于设计值，有的气膜孔冷气流量显著小于设计值甚至排泄不出去，造成叶片局部壁面温度超出材料使用温度，叶片局部出现裂纹、高温烧蚀等故障。因此根据叶片不同区域对冷却降温的需求提供相应的冷却空气是叶片冷却的理想方案。

为使涡轮导向叶片不同区域获得相应的冷却空气流量，有效措施是采用分区域提供冷却空气，控制叶片气膜孔处冷气供气压力。由于燃气轮机涡轮导向叶片结构很紧凑，内腔区域空间较狭小，若采用铸造方法将叶片内腔分为多个冷气供气腔室，工艺难度大，制造成本高。目前燃气轮机涡轮导向叶片内部冷却空气供气方案是将叶片内腔设置成单腔或双腔结构，腔内设置冷气导管，通过控制导管上冲击孔的数量、尺寸和位置来控制气膜孔的冷却空气供气压力与流量，对叶片进行差异化的分区冷却。该结构虽然在一定程度上实现了对叶片进行分区差异化冷却的设计思想，但因结构方面固有的因素，使叶片内腔各区域冷气供气压力差异不大，对各区域冷气参数的控制有限，因此，必须在结构上采取新的措施解决叶片内腔分区供气的技术问题，实现对叶片各区域进行合理的冷气参数控制和优化。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于涡轮导向叶片的冷气导管结构，用以解决现有技术中存在的上述问题。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种用于涡轮导向叶片的冷气导管结构，包括冷气导管，冷气导管安装于涡轮导向叶片的供气腔中，且冷气导管将涡轮导向叶片的供气腔分隔为至少两个冷却空气供给腔，用以通过涡轮导向叶片的上缘板端向涡轮导向叶片内的所有冷却空气供给腔供给冷却空气，或者通过涡轮导向叶片的下缘板端向涡轮导向叶片内的所有冷却空气供给腔供给冷却空气，又或者通过涡轮导向叶片的上缘板端和下缘板端同时向涡轮导向叶片内的所有冷却空气供给腔供给冷却空气，从而使得可以根据涡轮导向叶片的不同区域对冷却空气的需求进行分腔供气，减少各区域间冷却空气的流动，实现叶片不同区域进行相应的必要冷却，使得叶片冷却更优化。

作为一种具体的实现方式，本实现方式中需要进一步说明的是，所述冷气导管上均匀的分布有多个供冷却空气流通的小孔，方便冷却空气的流通，比如可以少量的在相邻的两个冷却空气供给腔之间相互流通，又或者冷却空气供给腔内的冷却空气可以通过小孔直接接触涡轮导向叶片供气腔的内壁，是的涡轮导向叶片可以更加快速的被冷却，提高冷却效率。再者，透过小孔进入冷气导管内的冷却空气也可以相互流通，便于实现冷却空气在冷气导管内的交替更换，从而保证冷却效果。

作为一种具体的实现方式，所述小孔包括第一小孔，任意相邻的两个冷却空气供给腔之间的冷气导管上均设置有多个第一小孔，用以通过小孔使两个冷却空气供给腔之间的冷却空气可以相互流通，进而使得冷却空气的流通性更好，再保证每个冷却空气供给腔均能够对涡轮导向叶片进行局部冷却的基础上，在单独对某个冷却空气供给腔对应的涡轮导向叶片部分进行冷却时，可以是的该处对应的冷却空气供给腔内的冷却空气流通更加顺畅，从而加速冷却效果。需要说明的是，冷却空气供给腔内的冷却空气可以通过第一小孔进入冷气导管内，从而快速降低冷气导管本身的温度，然后通过冷气导管与涡轮导向叶片的接触端或接触面，从而更加快速的对涡轮导向叶片进行冷却。

作为一种具体的实现方式，所述冷气导管与涡轮导向叶片前缘所对应的供气腔内壁面之间设置有形成一个冷却空气供给腔的间隙，这样在涡轮导向叶片前缘部位就会形成一个冷却空气供给腔，方便对涡轮导向叶片前缘部位单独进行冷却，当然，本实施例给出了一种举例说明，具体的实际中，也可以根据实际情况在冷气导管与涡轮导向叶片的其他部位之间设置形成一个冷却空气供给腔的间隙，从而根据实际情况进行冷却，实现对涡轮导向叶片不同区域对冷却空气的需求进行分腔供气。

作为一种具体的实现方式，本实现方式中需要更进一步说明的是，所述小孔还包括第二小孔，当冷气导管与涡轮导向叶片的供气腔内壁面相贴合时，冷气导管与供气腔内壁面相贴合的部位设置有多个第二小孔，用以将相邻的冷却空气供给腔内的冷却空气导向供气腔内壁面，方便冷却空气经过进入冷气导管内，快速的降低冷气导管的温度，从而通过冷气导管与涡轮导向叶片的内壁的接触，从而更加快速的对涡轮导向叶片进行冷却，同时也可以直接与涡轮导向叶片的内壁相接触，从而更加快速的对涡轮导向叶片进行冷却。

作为一种具体的实现方式，本实现方式中需要更进一步说明的是，所述冷气导管与涡轮导向叶片前缘所对应的供气腔内壁面紧密贴合，保证冷气导管的稳定性，同时也可以通过冷气导管与涡轮导向叶片的接触，利用冷气导管对涡轮导向叶片进行冷却。

作为一种具体的实现方式，本实现方式中需要更进一步说明的是，所述冷气导管的管壁厚度为0.2-1.0mm，具体可以为0.2mm、0.3mm、0.4mm、0.5mm、0.6mm、0.7mm、0.8mm、0.9mm或1.0mm等，在此范围内不做具体的限制，保证冷气导管的韧性，同时方便加工，可以提供更多的冷气同行空间，重量也比较轻，对涡轮导向叶片的重量影响较小。

作为一种具体的实现方式，本实现方式中需要更进一步说明的是，所述冷气导管由变形高温合金制成，能在600℃以上的高温环境下抗氧化或耐腐蚀，其不仅仅加工方便，同时具有本申请中冷气导管所需要的可塑性强、耐高温和韧性高等特点。

作为一种具体的实现方式，本实现方式中需要更进一步说明的是，所述冷气导管由板材用合金制成，可以在节省成本的基础上是的本申请需求的可塑性强、耐高温和韧性高等特点更加优化。

作为一种具体的实现方式，本实现方式中需要更进一步说明的是，所述冷气导管焊接于涡轮导向叶片的供气腔中，固定方式简单，技术成熟，成本低廉，牢固性强。

有益效果：本发明将冷气导管安装于涡轮导向叶片的供气腔中，利用冷气导管将涡轮导向叶片的供气腔分隔为至少两个冷却空气供给腔，工艺性好，结构简单，且能够根据涡轮导向叶片的不同区域对冷却空气的需求进行分腔供气，减少各区域间冷却空气的流动，实现叶片不同区域进行相应的必要冷却，使得叶片冷却更优化，能显著改善涡轮导向叶片冷却性能，提高涡轮导向叶片高温环境下使用寿命，具有很高的应用价值和较好的应用前景；同时，冷却空气的供给方式分为了可以从涡轮导向叶片的上缘板端和下缘板端同时供气的开放式供给方式，以及从涡轮导向叶片的上缘板端或从涡轮导向叶片的下缘板端中一端进行供气的一端封闭式供给方式，可选择性更强，可以根据客户的实际情况和需求进行设计和选择，更能满足客户的实用要求，实用性强。

附图说明

图1为本发明的冷气导管安装与涡轮导向叶片内的侧视图；

图2是本发明图1中的A-A向剖视图。

附图标记：1-冷气导管；2-涡轮导向叶片；201-上缘板端；202-下缘板端；3-冷却空气供给腔。

具体实施方式

实施例一：

如图1和图2所示，一种用于涡轮导向叶片的冷气导管结构，包括等待安装的冷气导管1，冷气导管1安装于涡轮导向叶片2的供气腔中，在涡轮导向叶片2的供气腔中水平布置，且在水平方向，冷气导管1将涡轮导向叶片2的供气腔分隔为至少两个冷却空气供给腔3，用以通过涡轮导向叶片2的上缘板端201向涡轮导向叶片2内的所有冷却空气供给腔3供给冷却空气，或者通过涡轮导向叶片2的下缘板端202向涡轮导向叶片2内的所有冷却空气供给腔3供给冷却空气，又或者通过涡轮导向叶片2的上缘板端201和下缘板端202同时向涡轮导向叶片2内的所有冷却空气供给腔3供给冷却空气，保证每个冷却空气供给腔3均具有足够的冷却空气，从而使得可以根据涡轮导向叶片2的不同区域对冷却空气的需求进行分腔供气，减少各区域间冷却空气的流动，实现叶片不同区域进行相应的必要冷却，使得叶片冷却更优化。

需要说明的是，本实施例中的冷却空气供给方式一种由三种，第一种供气方式是可以通过涡轮导向叶片2的上缘板端201向涡轮导向叶片2内的所有冷却空气供给腔3供给冷却空气，第二种供气方式是可以通过涡轮导向叶片2的下缘板端202向涡轮导向叶片2内的所有冷却空气供给腔3供给冷却空气，第三种供气方式是可以通过涡轮导向叶片2的上缘板端201和下缘板端202一起向涡轮导向叶片2内的所有冷却空气供给腔3供给冷却空气，其中第一种供气方式和第二种供气方式为均一端封闭的供给方式，第三种供气方式为开放式供给方式，以上的三种供给方式均可采用，择一即可，均为本申请的保护范围，也均能够保证所有冷却空气供给腔3内的冷却空气的供给，根据实际的需求和情况做出最佳的选择即可，同时，以下的任一实施例中，也均可才用上述任意一种冷却空气的供给方式，不做具体的限定。

本发明将冷气导管1安装于涡轮导向叶片2的供气腔中，利用冷气导管1将涡轮导向叶片2的供气腔分隔为至少两个冷却空气供给腔3，工艺性好，结构简单，且能够根据涡轮导向叶片2的不同区域对冷却空气的需求进行分腔供气，减少各区域间冷却空气的流动，实现叶片不同区域进行相应的必要冷却，使得叶片冷却更优化，能显著改善涡轮导向叶片冷却性能，提高涡轮导向叶片高温环境下使用寿命，具有很高的应用价值和较好的应用前景；同时，冷却空气的供给方式分为了可以从涡轮导向叶片2的上缘板端201和下缘板端202同时供气的开放式供给方式，以及从涡轮导向叶片2的上缘板端201或从涡轮导向叶片2的下缘板端202中一端进行供气的一端封闭式供给方式，可选择性更强，可以根据客户的实际情况和需求进行设计和选择，更能满足客户的实用要求，实用性强。

实施例二：

本实施例是在实施例一基础上做出的进一步改进，本实施例与实施例一的具体区别是：

作为一种具体的实现方式，本实现方式中需要进一步说明的是，所述冷气导管1上均匀的分布有多个供冷却空气流通的小孔，方便冷却空气的流通，比如可以少量的在相邻的两个冷却空气供给腔3之间相互流通，又或者冷却空气供给腔3内的冷却空气可以通过小孔直接接触涡轮导向叶片2供气腔的内壁，是的涡轮导向叶片2可以更加快速的被冷却，提高冷却效率。再者，透过小孔进入冷气导管1内的冷却空气也可以相互流通，便于实现冷却空气在冷气导管1内的交替更换，从而保证冷却效果。

实施例三：

本实施例是在实施例二基础上做出的进一步改进，本实施例与实施例二的具体区别是：

作为一种具体的实现方式，本实现方式中需要进一步说明的是，所述小孔包括第一小孔，任意相邻的两个冷却空气供给腔3之间的冷气导管1上均设置有多个第一小孔，用以通过小孔使两个冷却空气供给腔3之间的冷却空气可以相互流通，进而使得冷却空气的流通性更好，再保证每个冷却空气供给腔3均能够对涡轮导向叶片2进行局部冷却的基础上，在单独对某个冷却空气供给腔3对应的涡轮导向叶片2部分进行冷却时，可以是的该处对应的冷却空气供给腔3内的冷却空气流通更加顺畅，从而加速冷却效果。需要说明的是，冷却空气供给腔3内的冷却空气可以通过第一小孔进入冷气导管1内，从而快速降低冷气导管1本身的温度，然后通过冷气导管1与涡轮导向叶片2的接触端或接触面，从而更加快速的对涡轮导向叶片2进行冷却。

实施例四：

本实施例是在实施例二或实施例三基础上做出的进一步改进，本实施例与实施例二或实施例三的具体区别是：

作为一种具体的实现方式，本实现方式中需要更进一步说明的是，所述冷气导管1与涡轮导向叶片2前缘所对应的供气腔内壁面之间设置有形成一个冷却空气供给腔3的间隙，这样在涡轮导向叶片2前缘部位就会形成一个冷却空气供给腔3，方便对涡轮导向叶片2前缘部位单独进行冷却，当然，本实施例给出了一种举例说明，具体的实际中，也可以根据实际情况在冷气导管1与涡轮导向叶片2的其他部位之间设置形成一个冷却空气供给腔3的间隙，从而根据实际情况进行冷却，实现对涡轮导向叶片2不同区域对冷却空气的需求进行分腔供气。

实施例五：

本实施例是在实施例二或实施例三基础上做出的进一步改进，本实施例与实施例二或实施例三的具体区别是：

作为一种具体的实现方式，本实现方式中需要更进一步说明的是，所述小孔还包括第二小孔，当冷气导管1与涡轮导向叶片2的供气腔内壁面相贴合时，冷气导管1与供气腔内壁面相贴合的部位设置有多个第二小孔，用以将相邻的冷却空气供给腔3内的冷却空气导向供气腔内壁面，方便冷却空气经过进入冷气导管1内，快速的降低冷气导管1的温度，从而通过冷气导管1与涡轮导向叶片2的内壁的接触，从而更加快速的对涡轮导向叶片2进行冷却，同时也可以直接与涡轮导向叶片2的内壁相接触，从而更加快速的对涡轮导向叶片2进行冷却。

实施例六：

本实施例是在实施例五基础上做出的进一步改进，本实施例与实施例五的具体区别是：

作为一种具体的实现方式，本实现方式中需要更进一步说明的是，所述冷气导管1与涡轮导向叶片2前缘所对应的供气腔内壁面紧密贴合，保证冷气导管1的稳定性，同时也可以通过冷气导管1与涡轮导向叶片2的接触，利用冷气导管1对涡轮导向叶片2进行冷却。

实施例七：

本实施例是在实施例一至实施例六中任一实施例基础上做出的进一步改进，本实施例与实施例一至实施例六中任一实施例的具体区别是：

作为一种具体的实现方式，本实现方式中需要更进一步说明的是，所述冷气导管1的管壁厚度为0.2-1.0mm，具体可以为0.2mm、0.3mm、0.4mm、0.5mm、0.6mm、0.7mm、0.8mm、0.9mm或1.0mm等，在此范围内不做具体的限制，保证冷气导管1的韧性，同时方便加工，可以提供更多的冷气同行空间，重量也比较轻，对涡轮导向叶片2的重量影响较小。

实施例八：

本实施例是在实施例一至实施例七中任一实施例基础上做出的进一步改进，本实施例与实施例一至实施例七中任一实施例的具体区别是：

作为一种具体的实现方式，本实现方式中需要更进一步说明的是，所述冷气导管1由变形高温合金制成，具体的可以为盘件用合金、环形件用合金或板材用合金，具体的，作为优选方式，本实施例中所述冷气导管1优选由板材用合金制成。

首先，变形高温合金是指以铁、镍、钴为基，能在600℃以上的高温环境下抗氧化或耐腐蚀，并能在一定应力作用下长期工作的一类金属材料。变形高温合金不但是我国生产和研制新型航空发动机需要的重要材料，而且在舰船制造、工业燃气轮机、航天飞行器、火箭发动机、核反应堆和化学工业等领域应用广泛，是一种十分重要的高温材料，其不仅仅加工方便，同时具有本申请中冷气导管1所需要的可塑性强、耐高温和韧性高等特点。

而板材用合金，在我国应用的板材变形合金主要有20多个牌号，它们的共同特点是塑性好，具有中等强度，焊接性能优异，还有较好的抗氧化和抗腐蚀性能，主要用于制作发动机动力装置的燃烧室、加力燃烧室、飞机机尾罩、导流罩、衬筒和军用卫星毛细管等。航空发动机燃烧室零件大多采用固溶强化合金制造。作为进一步的优化选择，板材用合金可以在节省成本的基础上是的本申请需求的可塑性强、耐高温和韧性高等特点更加优化。

实施例九：

本实施例是在实施例一至实施例八中任一实施例基础上做出的进一步改进，本实施例与实施例一至实施例八中任一实施例的具体区别是：

作为一种具体的实现方式，本实现方式中需要更进一步说明的是，所述冷气导管1焊接于涡轮导向叶片2的供气腔中，固定方式简单，技术成熟，成本低廉，牢固性强。

最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种用于涡轮导向叶片的冷气导管结构，其特征在于，包括冷气导管（1），冷气导管（1）安装于涡轮导向叶片（2）的供气腔中，且冷气导管（1）将涡轮导向叶片（2）的供气腔分隔为至少两个冷却空气供给腔（3）。

2.根据权利要求1所述的一种用于涡轮导向叶片的冷气导管结构，其特征在于，所述冷气导管（1）上均匀的分布有多个供冷却空气流通的小孔。

3.根据权利要求2所述的一种用于涡轮导向叶片的冷气导管结构，其特征在于，所述小孔包括第一小孔，任意相邻的两个冷却空气供给腔（3）之间的冷气导管（1）上均设置有多个第一小孔，用以通过小孔使两个冷却空气供给腔（3）之间的冷却空气可以相互流通。

4.根据权利要求3所述的一种用于涡轮导向叶片的冷气导管结构，其特征在于，所述冷气导管（1）与涡轮导向叶片（2）前缘所对应的供气腔内壁面之间设置有形成一个冷却空气供给腔（3）的间隙。

5.根据权利要求2所述的一种用于涡轮导向叶片的冷气导管结构，其特征在于，所述小孔还包括第二小孔，当冷气导管（1）与涡轮导向叶片（2）的供气腔内壁面相贴合时，冷气导管（1）与供气腔内壁面相贴合的部位设置有多个第二小孔，用以将相邻的冷却空气供给腔（3）内的冷却空气导向供气腔内壁面。

6.根据权利要求5所述的一种用于涡轮导向叶片的冷气导管结构，其特征在于，所述冷气导管（1）与涡轮导向叶片（2）前缘所对应的供气腔内壁面紧密贴合。

7.根据权利要求1所述的一种用于涡轮导向叶片的冷气导管结构，其特征在于，所述冷气导管（1）的管壁厚度为0.2-1.0mm。

8.根据权利要求1所述的一种用于涡轮导向叶片的冷气导管结构，其特征在于，所述冷气导管（1）由变形高温合金制成。

9.根据权利要求1或8所述的一种用于涡轮导向叶片的冷气导管结构，其特征在于，所述冷气导管（1）由板材用合金制成。

10.根据权利要求1所述的一种用于涡轮导向叶片的冷气导管结构，其特征在于，所述冷气导管（1）焊接于涡轮导向叶片（2）的供气腔中。

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