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
技術領域：
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：
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設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設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和吸力側由上至下依次設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)器由上至下依次設置在兩根第二肋條之間的葉片壓力側和吸力側上，靠近中間肋處的第二個第二肋條上部設有多個壓力平衡孔，第二冷卻回路部分的出氣側側壁上設有集氣腔，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和吸力側分別設有紊流激發(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力梯度。2.本發(fā)明的第一冷卻回路部分上設有整排沖擊孔，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)冷結構的調(diào)整，有效的降低了葉片金屬表面溫度和熱應力，避免了葉片易被燒壞的問題。



圖I是本發(fā)明的整體外部結構主視圖，圖2是圖I的軸側結構示意圖，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的葉片進氣側設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的葉片出氣側設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之間的葉片壓力側和吸力側由上至下依次設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由上至下依次設置在兩根第二肋條12之間的葉片壓力側和吸力側上，靠近中間肋6處的第二個第二肋條12上部設有多個壓力平衡孔14，第二冷卻回路部分24的出氣側側壁上設有集氣腔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雜的冷卻結構，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)部的冷卻通道結構，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。如此設置，冷卻效果好。其它組成和連接關系與具體實施方式
一相同。
具體實施方式
三結合圖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，在靠近壓力側和吸力側的通道內(nèi)，設置“人”字形肋片，有效的提高了葉片壓力側和吸力側的表面換熱系數(shù)。其它組成和連接關系與具體實施方式
一或二相同。
具體實施方式
四結合圖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°。如此設置，葉片壓力側和吸力側的表面換熱系數(shù)為最佳，=其它組成和連接關系與具體實施方式
二或三相同。
具體實施方式
五結合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。如此設置，達到紊流激發(fā)的目的，紊流效果好。其它組成和連接關系與具體實施方式
四相同。
具體實施方式
六結合圖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。如此設置，達到紊流激發(fā)的目的，紊流效果好。其它組成和連接關系與具體實施方式
四或五相同。
具體實施方式
七結合圖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%。如此設置，冷卻效果好。其它組成和連接關系與具體實施方式
六相同。
具體實施方式
八結合圖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。其它組成和連接關系與具體實施方式
七相同。
具體實施方式
九結合圖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的側壁上，且擾流件16為“柱”狀擾流件。如此設置，冷卻流體經(jīng)由“柱”狀擾流件，其結構為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。其它組成和連接關系與具體實施方式
八相同。
具體實施方式
十結合圖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。其它組成和連接關系與具體實施方式
九相同。
權利要求
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)的葉片進氣側設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)的葉片出氣側設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)之間的葉片壓力側和吸力側由上至下依次設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)由上至下依次設置在兩根第二肋條(12)之間的葉片壓力側和吸力側上，靠近中間肋(6)處的第二個第二肋條(12)上部設有多個壓力平衡孔(14)，第二冷卻回路部分(24)的出氣側側壁上設有集氣腔(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)的側壁上，且突起釘(17)為球面型突起。
10.根據(jù)權利要求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置，葉片工作部分設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