一种带有冷却结构的船用燃气轮机的高压涡轮导叶制造技术

一种带有冷却结构的船用燃气轮机的高压涡轮导叶，本发明专利技术涉及船用燃气轮机的高压涡轮导叶，本发明专利技术的目的是解决随着涡轮进口温度不断提高，高压涡轮导向叶片受到的热负荷和热应力逐渐增大，叶片使用温度已超出材料可忍受的极限等问题，它包括叶片上缘板、叶身和叶片下缘板；叶片上缘板设置在叶片叶型的顶端，叶片下缘板设置在叶片叶型的底端，叶身包括叶片中部板、叶片吸力面、叶片压力面、冲击套筒、腔体隔板、多个吸力面侧扰流肋、多个压力面侧扰流横向肋、多个压力面侧扰流竖向肋和多个尾缘扰流柱，本发明专利技术用于燃气轮机领域。

A High Pressure Turbine Guide Vane with Cooling Structure for Marine Gas Turbine

The invention relates to a high-pressure turbine guide vane of a marine gas turbine with a cooling structure, and relates to a high-pressure turbine guide vane of a marine gas turbine. The purpose of the invention is to solve the problems that the heat load and thermal stress on the guide vane of a high-pressure turbine gradually increase with the increase of the inlet temperature of the turbine, and the service temperature of the guide vane has exceeded the endurable limit of the material, etc., including the upper edge plate of the blade. The upper edge plate of the blade is located at the top of the blade profile, and the lower edge plate of the blade is located at the bottom of the blade profile. The blade body includes the middle plate of the blade, the suction surface of the blade, the pressure surface of the blade, the impact sleeve, the chamber baffle, the side spoiler ribs of the suction surface, the lateral spoiler ribs of the pressure surface, the vertical spoiler ribs of the side spoiler of the pressure surface and the tail spoiler columns. The invention is used in the field of gas turbine.

【技术实现步骤摘要】
一种带有冷却结构的船用燃气轮机的高压涡轮导叶
本专利技术涉及船用燃气轮机的高压涡轮导叶，具体涉及一种带有冷却结构的船用燃气轮机的高压涡轮导叶，属于能源动力领域。
技术介绍
船用燃气轮机是复杂且精密的高科技产品，工作在高温、高压、高转速及高烟雾腐蚀的恶劣环境下。其研制涉及到热力学、流体力学、传热学、燃烧学、结构强度、机械设计、材料学、制造工艺学以及控制科学等多个学科领域，其叶片的设计过程经历了一维、二维、三维结构设计，是一项多学科综合的、复杂的系统工程。从燃气轮机热力循环方面考虑，提高涡轮前燃气温度是提高发动机热机效率和功率的根本所在。随着燃气轮机性能要求的越来越高，涡轮进口燃气温度也越来越高。从涡轮进口燃气温度与叶片材料的发展分析，叶片材料耐受温度与涡轮进口的温度差距越来越大。显然为了达到大功率燃气轮机的技术指标，仅仅依靠材料的发展是不够的，合理引入冷却系统是解决问题的关键。高效的冷却技术可以延长受热部件的使用寿命、使用更经济的材料以降低成本，这些显著的优点使得冷却系统的设计在高性能燃气轮机研制中占有举足轻重的地位。高压涡轮导向叶片直接暴露于燃烧室出口，由于受到燃气轮机快速启停、变工况以及燃烧室出口不均匀度等因素的影响，其工作条件最为复杂。随着涡轮进口温度的不断提高，一方面燃烧室出口最大径向和周向不均匀度也会相应增加，这将导致叶片热负荷提高、热应力增大。另一方面，现代燃气轮机的涡轮进口温度超过叶片材料的许用温度300K以上，已远超材料可忍受的极限。因此对涡轮导向叶片进行高效冷却结构设计是燃气轮机设计的关键问题之一。
技术实现思路
本专利技术的目的是解决随着涡轮进口温度不断提高，高压涡轮导向叶片受到的热负荷和热应力逐渐增大，叶片使用温度已超出材料可忍受的极限等问题，进而提供一种带有冷却结构的船用燃气轮机的高压涡轮导叶。本专利技术为解决上述问题而采用的技术方案是：它包括叶片上缘板、叶身和叶片下缘板；叶片上缘板设置在叶片叶型的顶端，叶片下缘板设置在叶片叶型的底端，叶身包括叶片中部板、叶片吸力面、叶片压力面、冲击套筒、腔体隔板、多个吸力面侧扰流肋、多个压力面侧扰流横向肋、多个压力面侧扰流竖向肋和多个尾缘扰流柱；叶片吸力面的一个端面和叶片压力面的一个端面形成叶片前缘，叶片吸力面的另一个端面和叶片压力面的另一个端面之间通过多个尾缘扰流柱固定连接形成叶片尾缘，叶片中部板设置在叶片吸力面和叶片压力面之间并将其分为前腔和后腔，叶片下缘板处设有前腔入口和后腔入口，前腔由腔体隔板分为主腔和辅腔，腔体隔板上由上至下加工有两排前腔冲击孔，叶片前缘由上至下加工有一排气膜孔和多排气膜孔，冲击套筒安装在上缘板和叶片下缘板之间的后腔内，冲击套筒的侧壁上由上至下加工有多排吸力面冲击孔和多排压力面冲击孔，所述冲击套筒和叶片吸力面之间设有多个吸力面侧扰流肋，且多个吸力面侧扰流肋位于叶片吸力面的内壁上，冲击套筒和叶片压力面板之间设有多个压力面侧扰流横向肋和多个压力面侧扰流竖向肋，多个压力面侧扰流横向肋和多个压力面侧扰流竖向肋位于在叶片压力面的内壁上，且多个压力面侧扰流横向肋和多个压力面侧扰流竖向肋交错设置。本专利技术的有益效果：此处效果和上述解决技术问题处应对应说明，效果部分也可以尽量多补充一些1、本申请在叶片前缘处开有很多气膜孔，冷却空气可以很好地覆盖在叶片前缘表面，有效阻隔燃气对固体壁面的加热。2、本申请在叶片后腔布置一个冲击套筒，且在冲击套筒上压力面和吸力面侧沿叶高方向至少各存在一排小孔；通过改变孔的大小、形状、间距和数量，可以改变冲击到叶身内壁的位置以及冷气的流量分配，从而达到预想的冷却效果。3、本申请在冲击套筒与吸力面板之间设置多个吸力面侧扰流肋，冲击套筒与叶片压力面板之间设置多个压力面侧扰流横向肋和多个压力面侧扰流竖向肋，通过改变肋板的数量、角度、截面形状，可以改变叶身内壁的换热面积和换热系数，强化叶片内部与冷却气流的换热。4、本申请在不增加总冷却空气流量的情况下，对叶身中部区域进行更加有效合理的冷却，以降低叶片叶身区域的温度，以及由温差产生的热应力。附图说明图1是本申请高压涡轮导叶的整体结构主视图。图2是图1中A-A向视图。图3是图1中E向视图。图4是图1中C-C向视图。图5是图1中D-D向视图。图6是冲击套筒13结构图。具体实施方式具体实施方式一：结合图1-图6说明本实施方式，本实施方式所述一种带有冷却结构的船用燃气轮机的高压涡轮导叶，它包括叶片上缘板1、叶身2和叶片下缘板3；叶片上缘板1设置在叶片叶型2的顶端，叶片下缘板3设置在叶片叶型2的底端，叶身2包括叶片中部板9、叶片吸力面11、叶片压力面12、冲击套筒13、腔体隔板、多个吸力面侧扰流肋19、多个压力面侧扰流横向肋20a、多个压力面侧扰流竖向肋20b和多个尾缘扰流柱21；叶片吸力面11的一个端面和叶片压力面12的一个端面形成叶片前缘8，叶片吸力面11的另一个端面和叶片压力面12的另一个端面之间通过多个尾缘扰流柱21固定连接形成叶片尾缘10，叶片中部板9设置在叶片吸力面11和叶片压力面12之间并将其分为前腔6和后腔7，叶片下缘板3处设有前腔入口4和后腔入口5，前腔6由腔体隔板分为主腔和辅腔，腔体隔板上由上至下加工有两排前腔冲击孔14，叶片前缘8由上至下加工有一排气膜孔15和多排气膜孔16，冲击套筒13安装在上缘板1和叶片下缘板3之间的后腔7内，冲击套筒13的侧壁上由上至下加工有多排吸力面冲击孔17和多排压力面冲击孔18，所述冲击套筒13和叶片吸力面11之间设有多个吸力面侧扰流肋19，且多个吸力面侧扰流肋19位于叶片吸力面11的内壁上，冲击套筒13和叶片压力面板12之间设有多个压力面侧扰流横向肋20a和多个压力面侧扰流竖向肋20b，多个压力面侧扰流横向肋20a和多个压力面侧扰流竖向肋20b位于在叶片压力面12的内壁上，且多个压力面侧扰流横向肋20a和多个压力面侧扰流竖向肋20b交错设置。本实施方式中通过改变肋板的数量、角度、截面形状，可以改变叶身内壁的换热面积和换热系数，强化叶片内部与冷却气流的换热。具体实施方式二：结合图1说明本实施方式，本实施方式所述一种带有冷却结构的船用燃气轮机的高压涡轮导叶，多个尾缘扰流柱21包括多个圆柱体，多个圆柱体由上至下依次交错设置位于叶片吸力面11的一个端面和叶片压力面12的一个端面之间，每个圆柱体的一端与叶片吸力面11的内侧壁固定连接，每个圆柱体的另一端与叶片吸力面11的内侧壁固定连接。其它方法与具体实施方式一相同。具体实施方式三：结合图4和图5说明本实施方式，本实施方式所述一种带有冷却结构的船用燃气轮机的高压涡轮导叶，多个吸力面侧扰流肋19等间距均布设置，多个压力面侧扰流横向肋20a等间距均布设置，多个压力面侧扰流竖向肋20b等间距均布设置。其它方法与具体实施方式一相同。具体实施方式四：结合图1说明本实施方式，本实施方式所述一种带有冷却结构的船用燃气轮机的高压涡轮导叶，叶片吸力面11上靠近多个尾缘扰流柱21处由上至下加工有一排吸力面排气孔，叶片压力面板12上靠近多个尾缘扰流柱21处由上至下加工有一排压力面排气孔。其它方法与具体实施方式一相同。工作原理本申请的前腔6采用气膜冷却结构冷却叶片前缘区域，一股冷却空气从冷却通道入口4进入叶片前腔，此股冷本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种带有冷却结构的船用燃气轮机的高压涡轮导叶,其特征在于：它包括叶片上缘板(1)、叶身(2)和叶片下缘板(3)；叶片上缘板(1)设置在叶片叶型(2)的顶端，叶片下缘板(3)设置在叶片叶型(2)的底端，叶身(2)包括叶片中部板(9)、叶片吸力面(11)、叶片压力面(12)、冲击套筒(13)、腔体隔板、多个吸力面侧扰流肋(19)、多个压力面侧扰流横向肋(20a)、多个压力面侧扰流竖向肋(20b)和多个尾缘扰流柱(21)；叶片吸力面(11)的一个端面和叶片压力面(12)的一个端面形成叶片前缘(8)，叶片吸力面(11)的另一个端面和叶片压力面(12)的另一个端面之间通过多个尾缘扰流柱(21)固定连接形成叶片尾缘(10)，叶片中部板(9)设置在叶片吸力面(11)和叶片压力面(12)之间并将其分为前腔(6)和后腔(7)，叶片下缘板(3)处设有前腔入口(4)和后腔入口(5)，前腔(6)由腔体隔板分为主腔和辅腔，腔体隔板上由上至下加工有两排前腔冲击孔(14)，叶片前缘(8)由上至下加工有一排气膜孔(15)和多排气膜孔(16)，冲击套筒(13)安装在上缘板(1)和叶片下缘板(3)之间的后腔(7)内，冲击套筒(13)的侧壁上由上至下加工有多排吸力面冲击孔(17)和多排压力面冲击孔(18)，所述冲击套筒(13)和叶片吸力面(11)之间设有多个吸力面侧扰流肋(19)，且多个吸力面侧扰流肋(19)位于叶片吸力面(11)的内壁上，冲击套筒(13)和叶片压力面板(12)之间设有多个压力面侧扰流横向肋(20a)和多个压力面侧扰流竖向肋(20b)，多个压力面侧扰流横向肋(20a)和多个压力面侧扰流竖向肋(20b)位于在叶片压力面(12)的内壁上，且多个压力面侧扰流横向肋(20a)和多个压力面侧扰流竖向肋(20b)交错设置。...

【技术特征摘要】
1.一种带有冷却结构的船用燃气轮机的高压涡轮导叶,其特征在于：它包括叶片上缘板(1)、叶身(2)和叶片下缘板(3)；叶片上缘板(1)设置在叶片叶型(2)的顶端，叶片下缘板(3)设置在叶片叶型(2)的底端，叶身(2)包括叶片中部板(9)、叶片吸力面(11)、叶片压力面(12)、冲击套筒(13)、腔体隔板、多个吸力面侧扰流肋(19)、多个压力面侧扰流横向肋(20a)、多个压力面侧扰流竖向肋(20b)和多个尾缘扰流柱(21)；叶片吸力面(11)的一个端面和叶片压力面(12)的一个端面形成叶片前缘(8)，叶片吸力面(11)的另一个端面和叶片压力面(12)的另一个端面之间通过多个尾缘扰流柱(21)固定连接形成叶片尾缘(10)，叶片中部板(9)设置在叶片吸力面(11)和叶片压力面(12)之间并将其分为前腔(6)和后腔(7)，叶片下缘板(3)处设有前腔入口(4)和后腔入口(5)，前腔(6)由腔体隔板分为主腔和辅腔，腔体隔板上由上至下加工有两排前腔冲击孔(14)，叶片前缘(8)由上至下加工有一排气膜孔(15)和多排气膜孔(16)，冲击套筒(13)安装在上缘板(1)和叶片下缘板(3)之间的后腔(7)内，冲击套筒(13)的侧壁上由上至下加工有多排吸力面冲击孔(17)和多排压力面冲击孔(18)，所述冲击套筒(13)和叶片吸力面(11)之间设有多个吸力面侧扰...

【专利技术属性】
技术研发人员：霍玉鑫，牛夕莹，姜爽，王靖超，刘宇，林洪飞，张立超，侯隆安，徐波，朱凯迪，梁晨，
申请(专利权)人：哈尔滨广瀚动力技术发展有限公司，
类型：发明
国别省市：黑龙江,23