一種采用回轉(zhuǎn)直列孔通道封閉式冷卻結(jié)構(gòu)的渦輪導(dǎo)向葉片的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明屬于燃?xì)廨啓C(jī)設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域,具體涉及一種采用回轉(zhuǎn)直列孔通道封閉式冷卻結(jié)構(gòu)的渦輪導(dǎo)向葉片，包括葉型壓力面、葉型吸力面、上緣板及下緣板，上緣板外側(cè)的頂部設(shè)有上回轉(zhuǎn)腔和排氣導(dǎo)管，下緣板外側(cè)底部設(shè)有下回轉(zhuǎn)腔和進(jìn)氣導(dǎo)管；葉型壓力面及葉型吸力面上設(shè)有第一組直列孔、第二組直列孔及第三組直列孔；第一組直列孔包括前緣直列孔、第一壓力面直列孔及第一吸力面直列孔；第二組直列孔包括第二壓力面直列孔和第二吸力面直列孔；第三組直列孔包括第三壓力面直列孔、第三吸力面直列孔、葉片內(nèi)腔后部直列孔及尾緣通道；上緣板設(shè)有通氣孔。本發(fā)明的結(jié)構(gòu)簡單，設(shè)計(jì)合理，冷氣利用率高，高效節(jié)能，安全環(huán)保。
【專利說明】
一種采用回轉(zhuǎn)直列孔通道封閉式冷卻結(jié)構(gòu)的渦輪導(dǎo)向葉片[0001 ]
技術(shù)領(lǐng)域
:本發(fā)明屬于燃?xì)廨啓C(jī)設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種采用回轉(zhuǎn)直列孔通道封閉式冷卻結(jié)構(gòu)的渦輪導(dǎo)向葉片。
[0002]【背景技術(shù)】:燃?xì)廨啓C(jī)是將高溫、高壓燃燒氣體的熱能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的裝置，渦輪導(dǎo)向葉片作為燃?xì)廨啓C(jī)中最先接觸高溫燃?xì)獾牟考?，工作在高熱?fù)荷環(huán)境中，需要對其進(jìn)行有效地冷卻。隨著燃?xì)廨啓C(jī)技術(shù)不斷發(fā)展，渦輪進(jìn)口溫度提高速度越來越快，由于新研制材料的難度越來越大、傳統(tǒng)冷卻工質(zhì)-空氣的載熱性質(zhì)較差，采用蒸汽冷卻技術(shù)能夠較好地彌補(bǔ)空氣冷卻的缺點(diǎn)。一方面水蒸汽大熱容、高導(dǎo)熱率的物理性質(zhì)更適用于冷卻，另一方面，蒸汽冷卻技術(shù)的應(yīng)用可以減少冷卻空氣用量，有利于提高燃?xì)廨啓C(jī)熱效率、降低N0X等污染物排放。
[0003]
【發(fā)明內(nèi)容】
:本發(fā)明彌補(bǔ)和改善了上述現(xiàn)有技術(shù)的不足之處，提供了一種結(jié)構(gòu)簡單、設(shè)計(jì)合理、冷氣利用率高、高效節(jié)能、安全環(huán)保的一種采用回轉(zhuǎn)直列孔通道封閉式冷卻結(jié)構(gòu)的渦輪導(dǎo)向葉片，可以大規(guī)模地推廣和使用。
[0004]本發(fā)明采用的技術(shù)方案為:一種采用回轉(zhuǎn)直列孔通道封閉式冷卻結(jié)構(gòu)的渦輪導(dǎo)向葉片，包括葉型壓力面、葉型吸力面、葉型壓力面與葉型吸力面交界的葉型前緣和葉型尾緣、上緣板及下緣板，上緣板外側(cè)的頂部設(shè)有上回轉(zhuǎn)腔和排氣導(dǎo)管，下緣板外側(cè)底部設(shè)有下回轉(zhuǎn)腔和進(jìn)氣導(dǎo)管;所述的葉型壓力面及葉型吸力面上設(shè)有第一組直列孔、第二組直列孔及第三組直列孔;第一組直列孔包括前緣直列孔、第一壓力面直列孔及第一吸力面直列孔， 其中前緣直列孔的數(shù)量為1個(gè)，第一壓力面直列孔及第一吸力面直列孔的數(shù)量均大于1個(gè)； 第二組直列孔包括第二壓力面直列孔和第二吸力面直列孔，且第二壓力面直列孔和第二吸力面直列孔的數(shù)量均大于1個(gè);第三組直列孔包括第三壓力面直列孔、第三吸力面直列孔、 葉片內(nèi)腔后部直列孔及尾緣通道，其中第三壓力面直列孔、第三吸力面直列孔及葉片內(nèi)腔后部直列孔的數(shù)量均大于1個(gè);所述的上緣板設(shè)有通氣孔。
[0005]所述的進(jìn)氣導(dǎo)管的數(shù)量及位置分布與第一組直列孔一致;所述的排氣導(dǎo)管的數(shù)量及位置分布與第三組直列孔一致。
[0006]所述的上回轉(zhuǎn)腔和下回轉(zhuǎn)腔的外形尺寸及輪廓與對應(yīng)的葉型壓力面及葉型吸力面部位的外形尺寸及輪廓一致。
[0007]所述的進(jìn)氣導(dǎo)管的內(nèi)孔口邊緣設(shè)有45度直倒角。
[0008]所述的尾緣通道為楔形設(shè)計(jì)。
[0009]本發(fā)明的有益效果:結(jié)構(gòu)簡單，設(shè)計(jì)合理，冷氣利用率高，高效節(jié)能，安全環(huán)保，易于大規(guī)模地推廣和使用。針對蒸汽冷卻設(shè)計(jì)的閉式冷卻結(jié)構(gòu)渦輪導(dǎo)向葉片，為了降低葉片工作溫度，在葉片壁內(nèi)部設(shè)計(jì)大量圓形并具有一定扭曲規(guī)律的冷卻直列孔，這使得葉片結(jié)構(gòu)簡單，易于加工制造，而且通過頂部回轉(zhuǎn)腔和底部回轉(zhuǎn)腔將所有直列孔分為三組，因此結(jié)構(gòu)冷氣流向固定、冷氣利用率高并且流動(dòng)損失小，形成了單一進(jìn)口、單一出口并且燃?xì)馀c冷氣通道隔離的閉式冷卻結(jié)構(gòu)葉片，提高了冷氣利用率;上回轉(zhuǎn)腔與下回轉(zhuǎn)腔同樣具有一定的扭曲規(guī)律，上回轉(zhuǎn)腔兩側(cè)壁面為沿壓力面與吸力面葉型向上緣板外側(cè)的延伸，下回轉(zhuǎn)腔兩側(cè)壁面為沿壓力面與吸力面葉型向下緣板外側(cè)的延伸，這樣可以更好地順應(yīng)冷氣流動(dòng)設(shè)計(jì)合理，高效節(jié)能，安全環(huán)保。
[0010]【附圖說明】:圖1是本發(fā)明的三維結(jié)構(gòu)示意圖。
[0011]圖2是圖1的后視旋轉(zhuǎn)后的三維結(jié)構(gòu)示意圖。
[0012]圖3是圖1的A向結(jié)構(gòu)示意圖。
[0013]圖4是圖1的B-B剖視結(jié)構(gòu)示意圖。
[0014]圖5是本發(fā)明的冷卻蒸汽流動(dòng)示意圖。
[0015]【具體實(shí)施方式】:參照各圖，一種采用回轉(zhuǎn)直列孔通道封閉式冷卻結(jié)構(gòu)的渦輪導(dǎo)向葉片，包括葉型壓力面1、葉型吸力面2、葉型壓力面1與葉型吸力面2交界的葉型前緣3和葉型尾緣4、上緣板5及下緣板6,上緣板5外側(cè)的頂部設(shè)有上回轉(zhuǎn)腔7和排氣導(dǎo)管10,下緣板6外側(cè)底部設(shè)有下回轉(zhuǎn)腔8和進(jìn)氣導(dǎo)管9;所述的葉型壓力面1及葉型吸力面2上設(shè)有第一組直列孔11、第二組直列孔12及第三組直列孔13;第一組直列孔11包括前緣直列孔14、第一壓力面直列孔15及第一吸力面直列孔16,其中前緣直列孔14的數(shù)量為1個(gè)，第一壓力面直列孔15及第一吸力面直列孔16的數(shù)量均大于1個(gè);第二組直列孔12包括第二壓力面直列孔17和第二吸力面直列孔18， 且第二壓力面直列孔17和第二吸力面直列孔18的數(shù)量均大于1個(gè);第三組直列孔13包括第三壓力面直列孔19、第三吸力面直列孔20、葉片內(nèi)腔后部直列孔21及尾緣通道22,其中第三壓力面直列孔19、第三吸力面直列孔20及葉片內(nèi)腔后部直列孔21的數(shù)量均大于1個(gè);所述的上緣板5設(shè)有通氣孔23;所述的進(jìn)氣導(dǎo)管9的數(shù)量及位置分布與第一組直列孔11 一致;所述的排氣導(dǎo)管10的數(shù)量及位置分布與第三組直列孔13—致;所述的上回轉(zhuǎn)腔7和下回轉(zhuǎn)腔8的外形尺寸及輪廓與對應(yīng)的葉型壓力面1及葉型吸力面2部位的外形尺寸及輪廓一致;所述的進(jìn)氣導(dǎo)管9的內(nèi)孔口邊緣設(shè)有45度直倒角;所述的尾緣通道22為楔形設(shè)計(jì)。
[0016]氣流由進(jìn)氣導(dǎo)管9進(jìn)入葉身后經(jīng)由第一組直列孔11，在對葉片前部進(jìn)行對流冷卻后，流入頂部的上回轉(zhuǎn)腔7,形成氣體回轉(zhuǎn)流25,流入第二組直列孔12,對葉片中部進(jìn)行對流冷卻后，經(jīng)過底部的下回轉(zhuǎn)腔8,形成氣體回轉(zhuǎn)流26,流入第三組直列孔，對葉片后部和尾部進(jìn)行對流冷卻后，由葉片頂部排氣導(dǎo)管10排出，每組孔內(nèi)氣體流向固定，最終由葉片頂部排氣導(dǎo)管10流出，由此確定了整個(gè)冷卻用蒸汽的流路，形成了單一進(jìn)口、單一出口并且燃?xì)馀c冷氣通道相隔離的閉式冷卻結(jié)構(gòu)葉片，提高了冷氣利用率，葉片內(nèi)壁面會形成一處封閉腔室，為了避免出現(xiàn)死腔，在葉片上緣板處開有通氣孔23;直列孔具有一定的扭曲規(guī)律，是橫截面為圓形的冷卻專用通道，貫通葉片葉身、上緣板5與下緣板6,孔延伸方向與葉片外部燃?xì)饬鲃?dòng)方向近乎垂直;上回轉(zhuǎn)腔7和下回轉(zhuǎn)腔8同樣具有一定的扭曲規(guī)律，上回轉(zhuǎn)腔7兩側(cè)壁面為沿壓力面與吸力面葉型向上緣板外側(cè)的延伸，下回轉(zhuǎn)腔8兩側(cè)壁面為沿壓力面與吸力面葉型向下緣板外側(cè)的延伸，這樣可以更好地順應(yīng)冷氣流動(dòng)。
[0017]上緣板5用于安裝并固定在燃?xì)廨啓C(jī)渦輪機(jī)匣上，直列孔位于葉片外壁面和內(nèi)壁面之間，其中前緣處和葉型內(nèi)壁末端孔徑相對較大，尾緣處設(shè)有一處楔形冷卻通道。另外， 位于葉型內(nèi)壁和上下緣板內(nèi)壁處存在一處空腔，為了避免形成死腔，空腔頂部上緣板側(cè)至少設(shè)置一處通氣孔。葉型的壁面中至少布置一個(gè)直列孔，直列孔是在葉型壁面中貫通葉片的下緣板5、葉身和葉片的上緣板6的圓孔型通道，用于通流冷卻用蒸汽，根據(jù)葉型壁厚度， 進(jìn)行直列冷卻孔數(shù)量、分布的設(shè)計(jì);直列孔中至少一個(gè)具有沿徑向的扭曲規(guī)律，扭曲規(guī)律來自葉型外部設(shè)計(jì)，位于葉片前緣的直列孔孔徑大于葉片壓力面和吸力面上的直列孔孔徑， 同樣，位于葉片尾緣位置、葉片內(nèi)腔后部的直列孔，至少有一個(gè)孔徑大于葉片壓力面和吸力面上的直列孔孔徑。所述尾緣楔形冷卻通道，作為末端冷卻蒸汽的流動(dòng)區(qū)域，位于葉片的尾緣位置，貫穿葉片上下緣板與葉身，具有沿徑向的扭曲規(guī)律，扭曲規(guī)律來自葉型外部設(shè)計(jì)。 上回轉(zhuǎn)腔7及下回轉(zhuǎn)腔8適合葉型設(shè)計(jì)，兩側(cè)型面為葉型壓力面1和葉型吸力面2向上、下緣板的延伸部分，結(jié)合頂蓋和側(cè)邊蓋板，合圍成上回轉(zhuǎn)腔7和下回轉(zhuǎn)腔8。從冷氣流動(dòng)方向上來看，上回轉(zhuǎn)腔7用于將第一組進(jìn)氣直列孔的氣流方向進(jìn)行回轉(zhuǎn)，回轉(zhuǎn)后的氣流經(jīng)過第二組直列孔流入下回轉(zhuǎn)腔8,下回轉(zhuǎn)腔8將氣流方向再次回轉(zhuǎn)后，經(jīng)過第三組直列孔由上緣板5頂部排出葉身，每組直列孔中至少包含一個(gè)位于葉型壓力面的直列孔和一個(gè)位于葉型吸力面的直列孔。葉片下緣板6底部包含至少一個(gè)進(jìn)氣導(dǎo)管9,所有進(jìn)氣導(dǎo)管9頂部處于一個(gè)半徑高度位置;葉片上緣板5頂部包含至少一個(gè)排氣導(dǎo)管10,所有排氣導(dǎo)管10頂部處于一個(gè)半徑高度位置。
[0018]渦輪導(dǎo)向葉片用來實(shí)現(xiàn)燃?xì)廨啓C(jī)高溫渦輪葉片的蒸汽冷卻，冷卻用蒸汽通過葉片底部進(jìn)氣導(dǎo)管9進(jìn)入葉型壁面內(nèi)部的直列孔，采用對流的冷卻方式對葉身壁面進(jìn)行冷卻，通過上回轉(zhuǎn)腔7和下回轉(zhuǎn)腔8將大量冷卻直列孔分為三組，每組孔內(nèi)氣體流向固定，最終由葉片頂部排氣導(dǎo)管10流出，由此確定了整個(gè)冷卻用蒸汽的流路，形成了單一進(jìn)口、單一出口并且燃?xì)馀c冷氣通道相隔離的閉式冷卻結(jié)構(gòu)葉片，提高了冷氣利用率。本發(fā)明的結(jié)構(gòu)簡單，設(shè)計(jì)合理，冷氣利用率高，高效節(jié)能，安全環(huán)保，易于大規(guī)模地推廣和使用。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種采用回轉(zhuǎn)直列孔通道封閉式冷卻結(jié)構(gòu)的渦輪導(dǎo)向葉片，包括葉型壓力面(1)、葉 型吸力面(2)、葉型壓力面(1)與葉型吸力面(2)交界的葉型前緣(3)和葉型尾緣(4)、上緣板 (5)及下緣板(6)，其特征在于:上緣板(5)外側(cè)的頂部設(shè)有上回轉(zhuǎn)腔(7)和排氣導(dǎo)管(10)，下 緣板(6)外側(cè)底部設(shè)有下回轉(zhuǎn)腔(8)和進(jìn)氣導(dǎo)管(9);所述的葉型壓力面(1)及葉型吸力面 (2)上設(shè)有第一組直列孔(11 )、第二組直列孔(12)及第三組直列孔(13);第一組直列孔(11) 包括前緣直列孔(14)、第一壓力面直列孔(15)及第一吸力面直列孔(16)，其中前緣直列孔 (14)的數(shù)量為1個(gè)，第一壓力面直列孔(15)及第一吸力面直列孔(16)的數(shù)量均大于1個(gè);第 二組直列孔(12)包括第二壓力面直列孔(17)和第二吸力面直列孔(18)，且第二壓力面直列 孔(17)和第二吸力面直列孔(18)的數(shù)量均大于1個(gè);第三組直列孔(13)包括第三壓力面直 列孔(19)、第三吸力面直列孔(20)、葉片內(nèi)腔后部直列孔(21)及尾緣通道(22)，其中第三壓 力面直列孔(19)、第三吸力面直列孔(20)及葉片內(nèi)腔后部直列孔(21)的數(shù)量均大于1個(gè);所 述的上緣板(5)設(shè)有通氣孔(23)。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種采用回轉(zhuǎn)直列孔通道封閉式冷卻結(jié)構(gòu)的渦輪導(dǎo)向葉片， 其特征在于:所述的進(jìn)氣導(dǎo)管(9)的數(shù)量及位置分布與第一組直列孔(11) 一致;所述的排氣 導(dǎo)管(10)的數(shù)量及位置分布與第三組直列孔(13)—致。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種采用回轉(zhuǎn)直列孔通道封閉式冷卻結(jié)構(gòu)的渦輪導(dǎo)向葉片， 其特征在于:所述的上回轉(zhuǎn)腔(7)和下回轉(zhuǎn)腔(8)的外形尺寸及輪廓與對應(yīng)的葉型壓力面 (1)及葉型吸力面(2)部位的外形尺寸及輪廓一致。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種采用回轉(zhuǎn)直列孔通道封閉式冷卻結(jié)構(gòu)的渦輪導(dǎo)向葉片， 其特征在于:所述的進(jìn)氣導(dǎo)管(9)的內(nèi)孔口邊緣設(shè)有45度直倒角。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種采用回轉(zhuǎn)直列孔通道封閉式冷卻結(jié)構(gòu)的渦輪導(dǎo)向葉片， 其特征在于:所述的尾緣通道(22)為楔形設(shè)計(jì)。
【文檔編號】F01D25/12GK106014496SQ201610510695
【公開日】2016年10月12日
【申請日】2016年7月4日
【發(fā)明人】何建元, 王志強(qiáng), 張立超, 徐波, 王林, 宋少雷, 舒春英, 趙旭東, 牛夕瑩, 霍玉鑫
【申請人】中國船舶重工集團(tuán)公司第七 三研究所