CN115126547B - 一种吸力侧排气的气冷涡轮动叶尾缘结构 - Google Patents

一种吸力侧排气的气冷涡轮动叶尾缘结构 Download PDF

Info

Publication number
CN115126547B
CN115126547B CN202210595212.3A CN202210595212A CN115126547B CN 115126547 B CN115126547 B CN 115126547B CN 202210595212 A CN202210595212 A CN 202210595212A CN 115126547 B CN115126547 B CN 115126547B
Authority
CN
China
Prior art keywords
exhaust
turbine
tail edge
blade
edge
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN202210595212.3A
Other languages
English (en)
Other versions
CN115126547A (zh
Inventor
牛夕莹
刘言明
林枫
李宗全
李国强
毛冬岩
金鹤
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
703th Research Institute of CSIC
Original Assignee
703th Research Institute of CSIC
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 703th Research Institute of CSIC filed Critical 703th Research Institute of CSIC
Priority to CN202210595212.3A priority Critical patent/CN115126547B/zh
Publication of CN115126547A publication Critical patent/CN115126547A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN115126547B publication Critical patent/CN115126547B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • 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
    • F01D5/14—Form or construction
    • F01D5/147—Construction, i.e. structural features, e.g. of weight-saving hollow blades
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • 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
    • F01D5/14—Form or construction
    • F01D5/18—Hollow blades, i.e. blades with cooling or heating channels or cavities; Heating, heat-insulating or cooling means on blades

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Architecture (AREA)
  • Turbine Rotor Nozzle Sealing (AREA)

Abstract

本发明提供一种吸力侧排气的气冷涡轮动叶尾缘结构，是一种通过涡轮动叶尾缘吸力侧将冷却空气排出的尾缘结构。本发明的目的是为了提供可有效减小涡轮动叶尾缘厚度，降低涡轮动叶尾迹损失，改善涡轮动叶气动性能，而且还可降低冷却空气排气压力，增加排气速度，改善尾缘冷却效果，降低尾缘温度，提高涡轮动叶寿命的尾缘排气结构。从而解决传统尾缘中间劈缝排气方式动叶尾迹损失大，涡轮气动效率难以满足要求的难题。本发明用于改善燃气轮机涡轮动叶尾迹损失、降低涡轮动叶尾缘温度领域。

Description

一种吸力侧排气的气冷涡轮动叶尾缘结构
技术领域
本发明涉及的是一种吸力侧排气的气冷涡轮动叶尾缘结构，更具体地说，本发明涉及的是一种通过涡轮动叶尾缘吸力侧将冷却空气排出，可有效降低涡轮动叶尾迹损失、降低涡轮动叶尾缘金属温度的尾缘结构。
背景技术
燃气轮机具有功率密度大、起动速度快、燃料灵活等优点，广泛应用于工业及海上平台发电、天然气输送、石油化工及冶金等领域，也可作为飞机、船舶及地面交通工具的主要动力装置。
现代高性能燃气轮机为了获得更高的循环效率、更大的功率，燃气初温(涡轮进口温度)不断提高。随着涡轮进口温度的不断提高，其运行温度远远超过叶片材料的熔点温度，如目前已投入运行的最先进的燃气轮机涡轮进口燃气温度已经达到1600℃，先进航空发动机的涡轮进口温度更是超过1800℃。确保燃气轮机涡轮叶片在如此高温环境下能够长时间安全可靠地运行主要有三方面的措施：一是不断提高涡轮叶片材料的耐热等级，二是采用先进的冷却技术以降低叶片温度，三是不断提高涡轮叶片隔热涂层的隔热效果。近年来，涡轮进口温度的提高主要归功于涡轮冷却设计水平的提高，其次是由于高性能耐热合金与涂层材料的发展及生产制造工艺水平的进步。显然，涡轮叶片冷却对提高涡轮进口温度，改善燃气轮机性能起到至关重要的作用。
近年来，随着设计技术的不断进步以及计算流体力学的不断发展，全三维优化设计手段不断在涡轮冷却设计过程中得到应用，涡轮冷却设计体系、设计手段及方法不断丰富与完善，先进的设计技术及冷却结构不断推动着涡轮进口温度的提升，涡轮叶片冷却通道形状也更为复杂。为满足节能减排要求，现代燃气轮机不断追求性能的提升，要求涡轮冷却及气动性能不断改善，涡轮叶片寿命及可靠性不断提高。然而，基于传统涡轮叶片尾缘排气结构的冷却技术难以在降低叶片尾缘温度的同时改善涡轮叶片气动性能。
尽管国内外学者及科研人员在涡轮叶片高效冷却及气动设计方面已开展了大量的研究，对改善涡轮叶片冷却及气动性能、揭示涡轮叶片叶身内部冷却流动机理有了一定的认识，但是这些研究并没有关注在改善涡轮叶片叶身冷却的同时如何改善涡轮叶片叶型损失，也鲜有关于通过动叶尾缘吸力侧排气结构形式降低涡轮叶片尾缘金属温度、改善涡轮动叶气动性能方面的报道。科研人员希望有一种既可以解决涡轮动叶尾缘难以冷却问题又可以有效改善涡轮动叶气动性能的先进尾缘结构形式。
发明内容
本发明的目的是为了提供可有效减小涡轮动叶尾缘厚度，降低涡轮动叶尾迹损失，改善涡轮叶片气动性能，而且还可降低冷却空气排气压力，增加排气速度，改善尾缘冷却效果，降低尾缘温度，提高叶片寿命的尾缘排气结构。从而解决传统尾缘中间劈缝排气方式动叶尾迹损失大，传统压力侧排气方式动叶尾缘温度普遍偏高、寿命难以满足要求的难题。
本发明的目的是这样实现的：包括长排气尾缘、短排气尾缘、排气连接筋、排气格栅，所述长排气尾缘与短排气尾缘之间形成单侧敞开的冷却空气排气通道，单侧敞开的冷却空气排气通道被沿叶片高度方向均匀分布的排气连接筋分割为一个个排气格栅，进而形成最终的涡轮动叶尾缘冷却空气排气通道，涡轮动叶内部冷却空气从尾缘一个个排气格栅冷却动叶尾缘后排入叶栅通道；所述一种吸力侧排气的气冷涡轮动叶尾缘结构排气格栅5布置在涡轮动叶叶片叶背侧。
进一步地，所述长排气尾缘、短排气尾缘、排气连接筋依次连接成一体。
进一步地，所述长排气尾缘是顺着动叶叶片吸力面型线顺延得到。
进一步地，所述长排气尾缘较短排气尾缘在叶背侧伸出长度在5mm以内。
进一步地，所述长排气尾缘和短排气尾缘之间的夹角(A)在8度以内。
进一步地，所述长排气尾缘的尾缘半径为0.4mm。
进一步地，所述短排气尾缘的尾缘半径为0.3mm。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：相比传统涡轮动叶尾缘中间劈缝排气结构形式，本发明的吸力侧排气能够减小涡轮动叶尾缘厚度，从而降低涡轮动叶叶型损失，改善涡轮动叶气动性能，提高涡轮及整机机组效率，减少能源消耗，从而解决传统尾缘中间劈缝排气方式动叶尾迹损失大，涡轮气动效率难以满足要求的难题。
采用本发明的涡轮动叶，在动叶尾缘相同冷却空气流量的前提下，较中间劈缝尾缘排气结构，在动叶尾缘温度不变的情况下，减小尾迹损失50％。
附图说明
图1为本发明的涡轮动叶尾缘排气结构示意图；
图2为本发明的涡轮动叶尾缘排气结构截面示意图；
图3为带有本发明涡轮动叶尾缘排气结构的涡轮叶栅通道示意图；
图4为本发明的涡轮动叶尾缘排气结构尺寸及角度示意图；
图5为传统涡轮动叶尾缘中间劈缝排气结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细描述。
具体实施方式一：结合图1至图3说明本实施方式，本实施方式的一种吸力侧排气的气冷涡轮动叶尾缘结构，它包括长排气尾缘1、短排气尾缘2和排气连接筋3，所述长排气尾缘1与短排气尾缘2之间形成单侧敞开的冷却空气排气通道4，单侧敞开的冷却空气排气通道4被沿叶片高度方向均匀分布的排气连接筋3分割为一个个排气格栅5，进而形成最终的涡轮动叶尾缘冷却空气排气通道6，涡轮动叶内部冷却空气从尾缘一个个排气格栅5排出，冷却动叶短排气尾缘2、排气连接筋3和长排气尾缘1后排入叶栅通道。
具体实施方式二：结合图1说明本实施方式，本实施方式的所述长排气尾缘1、短排气尾缘2、排气连接筋3依次连接成一体。如此设置，相比常规涡轮动叶尾缘结构，可以加强动叶长排气尾缘1和短排气尾缘2之间的连接，形成一体结构，改善涡轮动叶尾缘受力状态，从而增强涡轮动叶强度，提高涡轮动叶的可靠性及寿命。
其它组成和连接关系与具体实施方式一相同。
具体实施方式三：结合图2至图5说明本实施方式，本实施方式的所述长排气尾缘1是顺着动叶叶片吸力面型线7顺延得到。如此设置，可以实现更光顺的过渡，避免出现类似台阶突然过渡的结构，一方面，可以减少由于台阶出现导致流动不畅、叶型流动损失增加，另一方面，有利于改善尾缘附件的波系结构，减少激波损失，从而全面降低叶型及流动损失。
其它组成和连接关系与具体实施方式一或二相同。
具体实施方式四：结合图2至图5说明本实施方式，本实施方式的所述长排气尾缘1较短排气尾缘2在叶背侧伸出长度在5mm以内。如此设置，相比传统涡轮动叶尾缘中间劈缝排气结构形式，本发明的吸力侧排气能够减小涡轮动叶尾缘厚度，从而降低涡轮动叶叶型损失，改善涡轮动叶气动性能，提高涡轮及整机机组效率，减少能源消耗。
其它组成和连接关系与具体实施方式一、二或三相同。
具体实施方式五：结合图2至图4说明本实施方式，本实施方式的所述长排气尾缘1和短排气尾缘2之间的夹角(A)在8度以内。如此设置，可以使短排气尾缘2与长排气尾缘1之间平顺过渡，避免由于角度过大导致短排气尾缘2后出现台阶引起较大的尾迹损失，有利于减小长排气尾缘1的厚度，相比传统涡轮动叶尾缘中间劈缝排气结构形式，涡轮动叶叶型损失降低，涡轮动叶气动性能得到改善。
其它组成和连接关系与具体实施方式一、二、三或四相同。
具体实施方式六：结合图2和图3说明本实施方式，本实施方式的所述长排气尾缘1的尾缘半径为0.4mm。如此设置，相比传统涡轮动叶尾缘中间劈缝排气结构叶型，叶片尾缘半径减小，尾缘厚度与弦长之比减少超过200％，叶片尾迹宽度变窄，一方面，降低了叶型流动损失，改善了涡轮气动效率；另一方面，尾迹变窄，尾缘压力波动较小，减弱了尾迹流动引起的激振力，改善了叶片的受力状态。
其它组成和连接关系与具体实施方式一、二、三、四或五相同。
具体实施方式七：结合图2和图3说明本实施方式，本实施方式的所述短排气尾缘2的尾缘半径为0.3mm。如此设置，一方面，降低了短排气尾缘2附近叶型尾迹损失，另一方面，有利于短排气尾缘2与长排气尾缘1平顺过渡并缩短伸出长度、减小夹角(A)，从而改善涡轮动叶气动性能。
其它组成和连接关系与具体实施方式一、二、三、四、五或六相同。
通过图1-图4说明其工作原理：
长排气尾缘1、短排气尾缘2和排气连接筋3，所述长排气尾缘1与短排气尾缘2之间形成单侧敞开的冷却空气排气通道4，单侧敞开的冷却空气排气通道4被沿叶片高度方向均匀分布的排气连接筋3分割为一个个排气格栅5，进而形成最终的涡轮动叶尾缘冷却空气排气通道6，涡轮动叶内部冷却空气从尾缘一个个排气格栅5排出，冷却动叶短排气尾缘2、排气连接筋3和长排气尾缘1后排入叶栅通道。采用吸力侧排气的气冷涡轮动叶尾缘结构后，一方面，通过排气连接筋3加强动叶长排气尾缘1和短排气尾缘2之间的连接，形成一体结构，改善涡轮动叶尾缘受力状态，从而增强涡轮动叶强度，提高涡轮动叶的可靠性及寿命；另一方面，相比传统涡轮动叶尾缘中间劈缝排气结构形式，吸力侧排气能够减小涡轮动叶尾缘厚度，从而降低涡轮动叶叶型损失，改善涡轮动叶气动性能，提高涡轮及整机机组效率，减少能源消耗，从根本上解决传统涡轮动叶尾缘中间劈缝排气结构气动效率难以满足要求的难题。
综上，本发明是一种吸力侧排气的气冷涡轮动叶尾缘结构，本发明涉及的是一种通过涡轮动叶尾缘吸力侧将冷却空气排出的尾缘结构。本发明的目的是为了提供可有效减小涡轮动叶尾缘厚度，降低涡轮动叶尾迹损失，改善涡轮动叶气动性能，而且还可降低冷却空气排气压力，增加排气速度，改善尾缘冷却效果，降低尾缘温度，提高涡轮动叶寿命的尾缘排气结构。从而解决传统尾缘中间劈缝排气方式动叶尾迹损失大，涡轮气动效率难以满足要求的难题。本发明用于改善燃气轮机涡轮动叶尾迹损失、降低涡轮动叶尾缘温度领域。

Claims (3)

1.一种吸力侧排气的气冷涡轮动叶尾缘结构，其特征在于：包括长排气尾缘、短排气尾缘和排气连接筋，所述长排气尾缘与短排气尾缘之间形成单侧敞开的冷却空气排气通道，单侧敞开的冷却空气排气通道被沿叶片高度方向均匀分布的排气连接筋分割为一个个排气格栅，排气格栅布置在涡轮动叶叶片叶背侧，进而形成最终的涡轮动叶尾缘冷却空气排气通道，涡轮动叶内部冷却空气从尾缘一个个排气格栅排出，经冷却动叶短排气尾缘、排气连接筋和长排气尾缘后排入叶栅通道；所述长排气尾缘较短排气尾缘在叶盆侧伸出长度在5mm以内；所述长排气尾缘和短排气尾缘之间的夹角在8度以内；所述长排气尾缘的尾缘半径为0.4mm；所述短排气尾缘的尾缘半径为0.3mm。
2.根据权利要求1所述一种吸力侧排气的气冷涡轮动叶尾缘结构，其特征在于：所述长排气尾缘与短排气尾缘通过排气连接筋连接成一体。
3.根据权利要求2所述一种吸力侧排气的气冷涡轮动叶尾缘结构，其特征在于：所述长排气尾缘是顺着动叶叶片压力面型线顺延得到。
CN202210595212.3A 2022-05-29 2022-05-29 一种吸力侧排气的气冷涡轮动叶尾缘结构 Active CN115126547B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202210595212.3A CN115126547B (zh) 2022-05-29 2022-05-29 一种吸力侧排气的气冷涡轮动叶尾缘结构

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202210595212.3A CN115126547B (zh) 2022-05-29 2022-05-29 一种吸力侧排气的气冷涡轮动叶尾缘结构

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN115126547A CN115126547A (zh) 2022-09-30
CN115126547B true CN115126547B (zh) 2023-05-12

Family

ID=83377567

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202210595212.3A Active CN115126547B (zh) 2022-05-29 2022-05-29 一种吸力侧排气的气冷涡轮动叶尾缘结构

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN115126547B (zh)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115059518B (zh) * 2022-05-29 2023-05-30 中国船舶重工集团公司第七0三研究所 一种吸力侧排气的气冷涡轮导叶尾缘结构

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112177683A (zh) * 2020-09-29 2021-01-05 大连理工大学 一种念珠式涡轮叶片尾缘劈缝冷却结构

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8079813B2 (en) * 2009-01-19 2011-12-20 Siemens Energy, Inc. Turbine blade with multiple trailing edge cooling slots
DE102013224998A1 (de) * 2013-12-05 2015-06-11 Rolls-Royce Deutschland Ltd & Co Kg Turbinenrotorschaufel einer Gasturbine und Verfahren zur Kühlung einer Schaufelspitze einer Turbinenrotorschaufel einer Gasturbine
CN105569740A (zh) * 2016-03-03 2016-05-11 哈尔滨工程大学 一种带有叶片波浪状凹陷尾缘半劈缝冷却结构的涡轮
CN105673089B (zh) * 2016-03-31 2018-06-29 中国船舶重工集团公司第七�三研究所 一种燃气轮机涡轮无冠气膜冷却转子叶片
CN107035421A (zh) * 2017-06-01 2017-08-11 西北工业大学 一种带有阵列针肋的涡轮叶片尾缘扰流半劈缝冷却结构
CN111305906A (zh) * 2020-03-31 2020-06-19 哈尔滨工程大学 一种适用于高温涡轮叶片的带间断直肋半劈缝冷却结构
CN112682107B (zh) * 2020-12-20 2023-07-21 中国航发四川燃气涡轮研究院 带有穿孔肋的涡轮叶片尾缘冷却结构及方法和燃气轮机

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112177683A (zh) * 2020-09-29 2021-01-05 大连理工大学 一种念珠式涡轮叶片尾缘劈缝冷却结构

Also Published As

Publication number Publication date
CN115126547A (zh) 2022-09-30

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN101915130A (zh) 可变几何涡轮增压器喷嘴环三维叶片及其设计方法
CN115126547B (zh) 一种吸力侧排气的气冷涡轮动叶尾缘结构
CN103422912A (zh) 一种包括叶顶带有孔窝的动叶片的涡轮
CN109578085B (zh) 一种通过导叶倾斜减弱涡轮动叶非定常作用力的方法
CN102434223B (zh) 大流量空冷汽轮机低压级组末级叶片
CN115059518B (zh) 一种吸力侧排气的气冷涡轮导叶尾缘结构
CN112177680B (zh) 一种带有减阻凹坑阵列的高压涡轮叶片结构
CN112282859A (zh) 一种内冷通道横截面为分形结构的涡轮叶片
CN115059516A (zh) 一种燃气轮机动力涡轮柳条形导叶
CN115203833B (zh) 一种吸力侧排气的气冷涡轮动叶造型方法
CN114961875A (zh) 一种压力侧排气的气冷涡轮动叶尾缘结构
CN115075891A (zh) 一种压力侧排气的气冷涡轮导叶尾缘结构
CN115329528A (zh) 一种基于贝塞尔曲线的动力涡轮柳条叶型成型方法
CN114165477B (zh) 一种轴向超音通流风扇串列构型及串列构型优化方法
CN115130234B (zh) 一种压力侧排气的气冷涡轮导叶造型方法
CN113446261B (zh) 一种超声速吸附式压气机串列静子叶片
CN115169022B (zh) 一种压力侧排气的气冷涡轮动叶造型方法
CN115098958B (zh) 一种吸力侧排气的气冷涡轮导叶造型方法
CN209855956U (zh) 一种风电叶片及风电机组
CN103557034B (zh) 一种应用于重型中低热值燃机的涡轮第二级导叶片
CN201786744U (zh) 一种发动机冷却风扇的风叶
CN115098959B (zh) 一种燃气轮机高压涡轮导叶设计方法
CN113513368B (zh) 一种带有子母动叶片结构的可直接倒车涡轮
CN116220826A (zh) 一种低反转鼓风损失倒车涡轮动叶叶型
CN113586164B (zh) 一种适用于中等推力航空发动机高负荷高压涡轮转子叶片

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant