專利名稱：一種高效冷卻的中低熱值燃機透平動葉的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種中低熱值重型燃氣輪機系統(tǒng)中的燃機透平動葉，具體涉及一種高效冷卻的中低熱值燃機透平動葉。
背景技術(shù)：
隨著目前重型燃氣輪機中的氣體燃燒溫度的升高，在燃氣子午流道內(nèi)的透平葉片直接暴漏在較高的熱負荷環(huán)境中，尤其在葉片葉身及頂部熱負荷顯著增加，導(dǎo)致葉片容易產(chǎn)生氧化且出現(xiàn)蠕變損壞。雖然目前透平材料和工藝已有長足的進展，但面臨日益增高的燃氣透平入口溫度，葉片的溫度和熱應(yīng)力水平逐漸增大的條件下，現(xiàn)有的透平葉片出現(xiàn)了冷卻效率低，葉片易被燒壞的問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為了解決現(xiàn)有的透平葉片存在冷卻效率低，葉片易被燒壞的問題。進而提供一種高效冷卻的中低熱值燃機透平動葉。本發(fā)明的技術(shù)方案是一種高效冷卻的中低熱值燃機透平動葉包括葉根、中間體和通流徑向下緣板，中間體為空心中間體，通流徑向下緣板上設(shè)有多個通流孔，葉根、中間體和通流徑向下緣板由下至上依次設(shè)置，所述中低熱值燃機透平動葉還包括葉片工作部分，葉片工作部分設(shè)置在通流徑向下緣板的上端，葉片工作部分包括第一冷卻回路部分、第二冷卻回路部分、中間肋和多個中間紊流激發(fā)器，第一冷卻回路部分和第二冷卻回路部分由左至右依次設(shè)置在通流徑向下緣板上，中間肋的上部開有傾斜向上的孔，中間肋設(shè)置在第一冷卻回路部分和第二冷卻回路部分之間，多個中間紊流激發(fā)器由上至下依次設(shè)置第一冷卻回路部分和第二冷卻回路部分內(nèi)，第一冷卻回路部分的葉片進氣側(cè)設(shè)有三排向上傾斜的前緣出氣氣膜孔，第二冷卻回路部分的葉片出氣側(cè)設(shè)有一排尾緣出氣氣膜孔，第一冷卻回路部分和第二冷卻回路部分的頂端設(shè)有多個與內(nèi)腔蛇形冷卻管道相連的頂部出氣氣膜孔，所述第一冷卻回路部分包括多根第一肋條和多個第一紊流激發(fā)器，多根第一肋條徑向傾斜設(shè)置在通流徑向下緣板上，并組成蛇形冷卻管道，且每相鄰兩根第一肋條之間留有間隙，每相鄰兩根第一肋條之間的葉片壓力側(cè)和吸力側(cè)由上至下依次設(shè)有多個第一紊流激發(fā)器，靠近外部的第一肋條上由上至下依次設(shè)有多個沖擊孔，與所述靠近外部的第一肋條相鄰的第一肋條上部設(shè)有多個分流孔；所述第二冷卻回路部分包括多根第二肋條和多個第二紊流激發(fā)器，多根第二肋條徑向傾斜設(shè)置在通流徑向下緣板上，并組成蛇形冷卻管道，且相鄰兩根第二肋條之間留有間隙，多個第二紊流激發(fā)器由上至下依次設(shè)置在兩根第二肋條之間的葉片壓力側(cè)和吸力側(cè)上，靠近中間肋處的第二個第二肋條上部設(shè)有多個壓力平衡孔，第二冷卻回路部分的出氣側(cè)側(cè)壁上設(shè)有集氣腔，集氣腔內(nèi)包含多個擾流件和多個突起釘。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下效果I.本發(fā)明在多根肋條組成的蛇形管道的直通道內(nèi)，矩形通道的葉片壓力側(cè)和吸力側(cè)分別設(shè)有紊流激發(fā)器，有效的增加了葉片內(nèi)流換熱效率，保證葉片表面有較好的溫度場和較小的熱應(yīng)力梯度。2.本發(fā)明的第一冷卻回路部分上設(shè)有整排沖擊孔，使冷卻流體流向葉片前緣，最終由前緣氣膜孔噴出。同時，還增加了分流孔和壓力平衡孔，提高了葉片蛇形管道末端的冷卻流體壓力，有效的降低了葉片末端處的溫度。3.本發(fā)明的突起釘，有效的增大了換熱面積。冷卻流體經(jīng)由“柱”狀擾流件，增大了湍流度，進而增大了換熱效率，降低葉片尾緣處的葉片溫度。4.本發(fā)明的在不增加整個透平系統(tǒng)的總體冷氣量的情況下，通過透平葉片內(nèi)冷結(jié)構(gòu)的調(diào)整，有效的降低了葉片金屬表面溫度和熱應(yīng)力，避免了葉片易被燒壞的問題。



圖I是本發(fā)明的整體外部結(jié)構(gòu)主視圖，圖2是圖I的軸側(cè)結(jié)構(gòu)示意圖，圖3是本發(fā)明葉片工作部分的剖視圖，圖4是圖I在A6-A6處的剖視圖。
具體實施例方式具體實施方式
一結(jié)合圖I-圖4說明本實施方式，本實施方式的一種高效冷卻的中低熱值燃機透平動葉包括葉根I、中間體2和通流徑向下緣板3，中間體2為空心中間體，通流徑向下緣板3上設(shè)有多個通流孔22，葉根I、中間體2和通流徑向下緣板3由下至上依次設(shè)置，所述中低熱值燃機透平動葉還包括葉片工作部分4，葉片工作部分4設(shè)置在通流徑向下緣板3的上端，葉片工作部分4包括第一冷卻回路部分23、第二冷卻回路部分24、中間肋6和多個中間紊流激發(fā)器11，第一冷卻回路部分23和第二冷卻回路部分24由左至右依次設(shè)置在通流徑向下緣板3上，中間肋6的上部開有傾斜向上的孔18，中間肋6設(shè)置在第一冷卻回路部分23和第二冷卻回路部分24之間，多個中間紊流激發(fā)器11由上至下依次設(shè)置第一冷卻回路部分23和第二冷卻回路部分24內(nèi)，第一冷卻回路部分23的葉片進氣側(cè)設(shè)有三排向上傾斜的前緣出氣氣膜孔19，第二冷卻回路部分24的葉片出氣側(cè)設(shè)有一排尾緣出氣氣膜孔20，第一冷卻回路部分23和第二冷卻回路部分24的頂端設(shè)有多個與內(nèi)腔蛇形冷卻管道相連的頂部出氣氣膜孔21，所述第一冷卻回路部分23包括多根第一肋條7和多個第一紊流激發(fā)器8，多根第一肋條7徑向傾斜設(shè)置在通流徑向下緣板3上，并組成蛇形冷卻管道，且每相鄰兩根第一肋條7之間留有間隙，每相鄰兩根第一肋條7之間的葉片壓力側(cè)和吸力側(cè)由上至下依次設(shè)有多個第一紊流激發(fā)器8，靠近外部的第一肋條7上由上至下依次設(shè)有多個沖擊孔9，與所述靠近外部的第一肋條7相鄰的第一肋條7上部設(shè)有多個分流孔10 ；所述第二冷卻回路部分24包括多根第二肋條12和多個第二紊流激發(fā)器13，多根第二肋條12徑向傾斜設(shè)置在通流徑向下緣板3上，并組成蛇形冷卻管道，且相鄰兩根第二肋條12之間留有間隙，多個第二紊流激發(fā)器13由上至下依次設(shè)置在兩根第二肋條12之間的葉片壓力側(cè)和吸力側(cè)上，靠近中間肋6處的第二個第二肋條12上部設(shè)有多個壓力平衡孔14，第二冷卻回路部分24的出氣側(cè)側(cè)壁上設(shè)有集氣腔15，集氣腔內(nèi)包含多個擾流件16和多個突起釘17。本發(fā)明在使用時是把一個空心的透平葉片，放入熱流道內(nèi)，葉片內(nèi)通入冷氣，冷氣經(jīng)過葉片內(nèi)部通道，從葉片表面噴出來，噴出來的冷氣貼附在葉片表面，形成一層氣膜，保護葉片不被高溫燃氣侵蝕，同時還提高了透平葉片的冷卻效率。
本實施方式的冷卻流體從葉根I的底部進入葉片工作部分4，部分流體流經(jīng)通流徑向下緣板3處時通過孔噴出部分流體，最終通過通流徑向下緣板3噴出形成，冷卻葉片緣板外表面。葉根I上設(shè)有四個進氣孔5，一方面通過進氣孔5進氣，另一方面通過前緣出氣氣膜孔19進氣，尾緣出氣氣膜孔20和頂部出氣氣膜孔21出氣，實現(xiàn)了對葉片進行多方位的冷卻，冷卻效率高。本實施方式的蛇形冷卻管道內(nèi)部具有紊流激發(fā)器裝置，使得冷卻流體自葉片內(nèi)壁上分離，將冷卻流體與近壁面流體混合，改善傳熱關(guān)系。本實施方式的第一冷卻回路部分23的通道內(nèi)蛇形管道中，多個沖擊孔9的數(shù)量為23個，該沖擊孔使第一冷卻回路部分蛇行通道和前緣出氣氣膜孔19連通，使通道內(nèi)壓力更傾向于均衡。一般情況下，透平葉片的葉身頂部無法增加復(fù)雜的冷卻結(jié)構(gòu)，且存在較大的熱負荷，且易發(fā)生氧化和蠕變損壞。本發(fā)明采取增加多個分流孔10和平衡壓力孔14的方法，僅 改變?nèi)~片內(nèi)部的冷卻通道結(jié)構(gòu)，在不增大葉片整體冷氣量的情況下，有效解決了葉片頂部過熱的情況。本實施方式中間肋6的上部開有傾斜向上的孔18，趨使冷卻流體沖擊上端蓋末端。本實施方式的多個壓力平衡孔14的目的是提高了葉片尾緣頂部區(qū)域冷卻通道的冷卻流體流量，消除葉片尾緣頂端的高溫區(qū)，增強葉片的可靠性。本實施方式的多個突起釘17，有效地增加了通道內(nèi)的換熱面積，使其內(nèi)表面換熱系數(shù)達到更高的要求。
具體實施方式
二 結(jié)合圖2和圖3說明本實施方式，本實施方式的每相鄰兩根第一肋條7之間的間隙和相鄰兩根第二肋條12之間的間隙均為由下至上漸縮的間隙。如此設(shè)置，冷卻效果好。其它組成和連接關(guān)系與具體實施方式
一相同。
具體實施方式
三結(jié)合圖2和圖3說明本實施方式，本實施方式的第一紊流激發(fā)器
8、中間紊流激發(fā)器11和第二紊流激發(fā)器13均為“人”字形肋片。如此設(shè)置，單獨蛇形管道可看做一帶有圓角的矩形通道管路，在靠近壓力側(cè)和吸力側(cè)的通道內(nèi)，設(shè)置“人”字形肋片，有效的提高了葉片壓力側(cè)和吸力側(cè)的表面換熱系數(shù)。其它組成和連接關(guān)系與具體實施方式
一或二相同。
具體實施方式
四結(jié)合圖2和圖3說明本實施方式，本實施方式的“人”字形肋片的夾角為110° -130°。如此設(shè)置，葉片壓力側(cè)和吸力側(cè)的表面換熱系數(shù)為最佳，=其它組成和連接關(guān)系與具體實施方式
二或三相同。
具體實施方式
五結(jié)合2和圖3說明本實施方式，本實施方式的每相鄰兩根第一肋條7之間的多個第一紊流激發(fā)器8上的肋片的夾角方向相反。如此設(shè)置，達到紊流激發(fā)的目的，紊流效果好。其它組成和連接關(guān)系與具體實施方式
四相同。
具體實施方式
六結(jié)合圖2和圖3說明本實施方式，本實施方式的中間紊流激發(fā)器11的肋片的夾角方向與第二紊流激發(fā)器13的肋片的夾角方向相反。如此設(shè)置，達到紊流激發(fā)的目的，紊流效果好。其它組成和連接關(guān)系與具體實施方式
四或五相同。
具體實施方式
七結(jié)合圖2和圖3說明本實施方式，本實施方式的多個分流孔10由下至上開始于兩個第一肋條7之間所形成的葉片內(nèi)冷通道的60%處，結(jié)束于所述葉片內(nèi)冷通道的85%處，分流面積為所述葉片內(nèi)冷通道面積的189Γ30%。如此設(shè)置，冷卻效果好。其它組成和連接關(guān)系與具體實施方式
六相同。
具體實施方式
八結(jié)合圖2和圖3說明本實施方式，本實施方式的沖擊孔9為等間距分布，間距距離為5cm，第一肋條7上部和下部的沖擊孔直徑是第一肋條7中部沖擊孔直徑的I. 2倍-I. 3倍。如此設(shè)置，根據(jù)不同的冷卻位置，選擇不同直徑的沖擊孔，有效的提高冷卻效率。其它組成和連接關(guān)系與具體實施方式
七相同。
具體實施方式
九結(jié)合圖2和圖3說明本實施方式，本實施方式的多個擾流件16以交叉的形式排布在第二冷卻回路部分24的側(cè)壁上，且擾流件16為“柱”狀擾流件。如此設(shè)置，冷卻流體經(jīng)由“柱”狀擾流件，其結(jié)構(gòu)為4排，以交叉形式排布。增大了湍流度，進而增大了換熱效率，降低葉片尾緣處的葉片溫度。其它組成和連接關(guān)系與具體實施方式
八相同。
具體實施方式
十結(jié)合圖2和圖3說明本實施方式，本實施方式的分流孔10和壓力平衡孔14的數(shù)量均為3個。如此設(shè)置，因為冷卻回路蛇形管道因為彎頭處流阻和流體的分流，在通道末端壓損較大，在第一肋條7或第二肋條12上半段的開孔平衡了該部分的壓損，使葉片頂部得到更多的冷氣量，降低葉部溫度。其它組成和連接關(guān)系與具體實施方式
九相同。
權(quán)利要求
1.一種高效冷卻的中低熱值燃機透平動葉，它包括葉根(I)、中間體(2)和通流徑向下緣板(3)，中間體(2)為空心中間體，通流徑向下緣板(3)上設(shè)有多個通流孔(22)，葉根(I)、中間體(2)和通流徑向下緣板(3)由下至上依次設(shè)置，其特征在于所述中低熱值燃機透平動葉還包括葉片工作部分(4)，葉片工作部分(4)設(shè)置在通流徑向下緣板(3)的上端，葉片工作部分(4)包括第一冷卻回路部分(23)、第二冷卻回路部分(24)、中間肋(6)和多個中間紊流激發(fā)器(11)，第一冷卻回路部分(23)和第二冷卻回路部分(24)由左至右依次設(shè)置在通流徑向下緣板(3)上，中間肋(6)的上部開有傾斜向上的孔(18)，中間肋(6)設(shè)置在第一冷卻回路部分(23)和第二冷卻回路部分(24)之間，多個中間紊流激發(fā)器(11)由上至下依次設(shè)置第一冷卻回路部分(23)和第二冷卻回路部分(24)內(nèi)，第一冷卻回路部分(23)的葉片進氣側(cè)設(shè)有三排向上傾斜的前緣出氣氣膜孔(19)，第二冷卻回路部分(24)的葉片出氣側(cè)設(shè)有一排尾緣出氣氣膜孔(20)，第一冷卻回路部分(23)和第二冷卻回路部分(24)的頂端設(shè)有多個與內(nèi)腔蛇形冷卻管道相連的頂部出氣氣膜孔(21)，所述第一冷卻回路部分(23)包括多根第一肋條(7)和多個第一紊流激發(fā)器(8)，多根第一肋條(7)徑向傾斜設(shè)置在通流徑向下緣板(3)上，并組成蛇形冷卻管道，且每相鄰兩根第一肋條(7)之間留有間隙，每相鄰兩根第一肋條(7)之間的葉片壓力側(cè)和吸力側(cè)由上至下依次設(shè)有多個第一紊流激發(fā)器(8)，靠近外部的第一肋條(7)上由上至下依次設(shè)有多個沖擊孔(9)，與所述靠近外部的第一肋條(7)相鄰的第一肋條(7)上部設(shè)有多個分流孔(10);所述第二冷卻回路部分(24)包括多根第二肋條(12)和多個第二紊流激發(fā)器(13)，多根第二肋條(12)徑向傾斜設(shè)置在通流徑向下緣板(3)上，并組成蛇形冷卻管道，且相鄰兩根第二肋條(12)之間留有間隙，多個第二紊流激發(fā)器(13)由上至下依次設(shè)置在兩根第二肋條(12)之間的葉片壓力側(cè)和吸力側(cè)上，靠近中間肋(6)處的第二個第二肋條(12)上部設(shè)有多個壓力平衡孔(14)，第二冷卻回路部分(24)的出氣側(cè)側(cè)壁上設(shè)有集氣腔(15)，集氣腔內(nèi)包含多個擾流件(16)和多個突起釘(17)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種高效冷卻的中低熱值燃機透平動葉，其特征在于所述每相鄰兩根第一肋條(7)之間的間隙和相鄰兩根第二肋條(12)之間的間隙均為由下至上漸縮的間隙。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種高效冷卻的中低熱值燃機透平動葉，其特征在于所述第一紊流激發(fā)器(8)、中間紊流激發(fā)器(11)和第二紊流激發(fā)器(13)均為“人”字形肋片。
4.根據(jù)權(quán)利要求1、2或3所述的一種高效冷卻的中低熱值燃機透平動葉，其特征在于所述“人”字形肋片的夾角為110° -130°。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種高效冷卻的中低熱值燃機透平動葉，其特征在于每相鄰兩根第一肋條(7)之間的多個第一紊流激發(fā)器(8)上的肋片的夾角方向相反。
6.根據(jù)權(quán)利要求I或5所述的一種高效冷卻的中低熱值燃機透平動葉，其特征在于中間紊流激發(fā)器(11)的肋片的夾角方向與第二紊流激發(fā)器(13)的肋片的夾角方向相反。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種高效冷卻的中低熱值燃機透平動葉，其特征在于多個分流孔(10)由下至上開始于兩個第一肋條(7)之間所形成的葉片內(nèi)冷通道的60%處，結(jié)束于所述葉片內(nèi)冷通道的85%處，分流面積為所述葉片內(nèi)冷通道面積的189Γ30%。
8.根據(jù)權(quán)利要求5或7所述的一種高效冷卻的中低熱值燃機透平動葉，其特征在于所述沖擊孔(9)為等間距分布，間距距離為5cm，第一肋條(7)上部和下部的沖擊孔直徑是第一肋條(7)中部沖擊孔直徑的I. 2倍-I. 3倍。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的一種高效冷卻的中低熱值燃機透平動葉，其特征在于多個擾流件(16)以交叉的形式排布在第二冷卻回路部分(24)的側(cè)壁上，且擾流件(16)為“柱”狀擾流件，多個突起釘(17)同樣以交叉的形式排布在第二冷卻回路部分(24)的側(cè)壁上，且突起釘(17)為球面型突起。
10.根據(jù)權(quán)利要求I或9所述的一種高效冷卻的中低熱值燃機透平動葉，其特征在于分流孔(10)和壓力平衡孔(14)的數(shù)量均為3個。
全文摘要
一種高效冷卻的中低熱值燃機透平動葉，它涉及一種中低熱值燃機透平動葉。本發(fā)明為了解決現(xiàn)有透平葉片存在冷卻效率低，葉片易被燒壞的問題。本發(fā)明的葉根、中間體和通流徑向下緣板由下至上依次設(shè)置，葉片工作部分設(shè)置在通流徑向下緣板的上端，葉片工作部分包括第一冷卻回路部分、第二冷卻回路部分、中間肋和多個中間紊流激發(fā)器，第一冷卻回路部分和第二冷卻回路部分由左至右依次設(shè)置在通流徑向下緣板上，中間肋的上部開有傾斜向上的孔，中間肋設(shè)置在第一冷卻回路部分和第二冷卻回路部分之間，多個中間紊流激發(fā)器由上至下依次設(shè)置在中間肋上。本發(fā)明用于中低熱值燃機系統(tǒng)。
文檔編號F01D5/18GK102943693SQ201210498739
公開日2013年2月27日 申請日期2012年11月29日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月29日
發(fā)明者呂智強, 張宏濤, 馮永志, 趙俊明, 席會杰, 姜東坡, 慕粉娟, 于寧, 鄒建偉, 張春梅, 周馳 申請人:哈爾濱汽輪機廠有限責任公司