具有旋转冷却系统的叶片及燃气轮机技术方案

技术编号:22548690 阅读:16 留言:0更新日期:2019-11-13 16:58
本实用新型专利技术提供了一种具有旋转冷却系统的叶片及燃气轮机,所述叶片内设有旋转冷却系统;所述旋转冷却系统包括:冷却气体进口、第一冷却通道和冷却气体出口;其中,所述第一冷却通道为螺旋形通道,且其两端分别与所述冷却气体进口和冷却气体出口相连。本实用新型专利技术的旋转冷却系统的设计考虑了冷却气体在其中的流动状态,其结构能够形成稳定的旋转气流,提高冷气的雷诺数,从而提高冷却气流与叶片壁面间的对流换热系数,起到增强换热,降低叶片温度的效果;同时,所述冷却系统利用较少的冷却气体较小的冷却孔径起到大冷却孔径的效果,从而提高了冷却叶片耐热性及强度水平,提高了燃气轮机效率及运行的安全性和平稳性。

Blades and gas turbines with rotating cooling system

The utility model provides a blade with a rotary cooling system and a gas turbine, wherein the blade is provided with a rotary cooling system; the rotary cooling system includes: a cooling gas inlet, a first cooling channel and a cooling gas outlet; wherein, the first cooling channel is a spiral channel, and both ends of the first cooling channel are respectively connected with the cooling gas inlet and the cooling gas outlet. The design of the rotary cooling system of the utility model takes into account the flow state of the cooling gas in it, the structure of which can form a stable rotary air flow, improve the Reynolds number of the cooling gas, thus improving the convection heat transfer coefficient between the cooling air flow and the blade wall, playing the effect of enhancing heat transfer and reducing the blade temperature; at the same time, the cooling system uses less cooling gas and smaller cooling gas However, the hole diameter has the effect of large cooling hole diameter, thus improving the heat resistance and strength level of cooling blade, improving the efficiency of gas turbine, safety and stability of operation.

【技术实现步骤摘要】
具有旋转冷却系统的叶片及燃气轮机
本技术涉及动力机械设备制造领域,具体涉及一种具有旋转冷却冷却系统的叶片及燃气轮机。
技术介绍
叶片是燃气轮机与和航空发动机的重要部件,透平各级叶片被高温燃气包裹,工作温度高于叶片材料的安全工作范围,工作环境十分恶劣。现代燃气轮机和航空发动机大多采用叶片冷却技术使叶片的温度降到合理的工作范围内。随着技术的发展,人们对燃气轮机和航空发动机效率提出了更高的要求,不断提高燃气温度。其中冷却技术是打破温度限制,提高总体效率的关键技术之一。提高冷却效率就是用更少的冷气使叶片降低更多的温度,并且保证叶片温度场分布更为均匀,以避免局部热应力的过大,以提高叶片的强度和寿命。传统的叶片简单冷却技术是采用直孔冷却,通过冷气与叶片内壁的对流换热降低叶片温度。随着技术的发展,人们在直孔中加入扰流肋或将孔壁做成不光滑表面以增大换热系数。
技术实现思路
(一)要解决的技术问题有鉴于此,本技术的主要目的在于提供一种具有旋转冷却系统的叶片及燃气轮机,利用较少的冷却气体、较小的冷却孔径达到传统方法大冷却孔径的效果。(二)技术方案根据本技术的一方面,提供一种具有旋转冷却系统的叶片,所述叶片内设有旋转冷却系统;所述旋转冷却系统包括:冷却气体进口、第一冷却通道和冷却气体出口;其中,所述第一冷却通道为螺旋形通道,且其两端分别与所述冷却气体进口和冷却气体出口相连。在进一步的实施方案中,所述旋转冷却系统还包括:第二冷却通道,位于所述叶片的前缘和尾缘处;其中,所述第二冷却通道为直孔通道。在进一步的实施方案中,所述第一冷却通道的螺距t、螺旋线外缘直径D以及孔径d均根据所述叶片壁厚和冷却气体湍流度来确定。在进一步的实施方案中,所述第一冷却通道的截面形状为以下一种或多种:圆形、多边形、圆角与直边组合、样条曲线。在进一步的实施方案中,所述第二冷却通道的截面形状为以下一种或多种:圆形、多边形、圆角与直边组合、样条曲线。在进一步的实施方案中,所述的冷却气体进口位于所述叶片的叶根底部区域或叶片中间体区域。在进一步的实施方案中,所述冷却气体出口位于所述叶片的顶部。在进一步的实施方案中,所述旋转冷却系统还包括:分流腔,与各所述冷却气体进口相连。根据本技术的另一方面,提供一种燃气轮机,包括:如上所述的具有旋转冷却系统的叶片。(三)有益效果本技术的螺旋冷却通道的设计考虑了冷却气体在其中的流动状态,其结构能够形成稳定的旋转气流,提高冷气的雷诺数,从而提高冷却气流与壁面间的对流换热系数,起到加强换热、降低叶片温度的效果;同时此冷却通道,能够利用较少的冷却气体较小的冷却孔径起到传统大冷却孔径的效果,从而提高了冷却叶片的耐热性和强度水平,提高了燃气轮机效率和运行的安全性和平稳性。附图说明图1为本技术具有旋转冷却系统的叶片的立体结构示意图;图2为本技术具有旋转冷却系统的叶片的剖视示意图;图3为本技术螺旋线特征的示意图。具体实施方式为使本技术的目的、技术方案和优点更加清楚明白,以下结合具体实施例,并参照附图,对本技术作进一步的详细说明。在本技术的一个实施例中,提供一种具有旋转冷却系统的叶片,如图1和图2所示,所述叶片内设有旋转冷却系统;所述旋转冷却系统包括:冷却气体进口1、第一冷却通道2和冷却气体出口3;其中,所述第一冷却通道2为螺旋形通道,且其两端分别与所述冷却气体进口1和冷却气体出口3相连。本技术通过采用所述螺旋形冷却通道,以形成一种旋转气流,从而达到增强冷气与叶片壁面换热的目的;换热系数增大就可以提高冷气的冷却效率,从而使用较少的冷却气体达到更好的冷却效果。在本实施例中,所述的所述旋转冷却系统还包括:第二冷却通道4,位于所述叶片的前缘和尾缘处;其中,所述第二冷却通道为直孔通道。在靠近前缘和尾缘的部分,由于壁厚限制,无法使用螺旋冷却通道,则可使用直孔通道以增加冷却通道的数量,从而提升整个叶片的冷却效果。在本实施例中,如图3所述的所述第一冷却通道2的螺距t、螺旋线外缘直径D以及孔径d均根据所述叶片壁厚和冷却气体湍流度来确定。在本实施例中,所述第一冷却通道2和所述第二冷却通道4的截面形状可以为但不局限于以下一种或多种:圆形、多边形、圆角与直边组合、样条曲线。在本实施例中,所述的冷却气体进口1位于所述叶片的叶根底部区域或叶片中间体区域;所述冷却气体出口3位于所述叶片的顶部。在本实施例中,所述冷却气体进口1和冷却气体出口3的数量相等,与所述第一冷却通道2和所述第二冷却通道4的数量之和也相等,其数量可以是一个或多个。当所述旋转冷却系统包括多个冷却气体进口1时,所述的旋转冷却系统还可以包括:分流腔,与各所述冷却气体进口1相连,用于将冷却气体均匀地引流至各所述冷却气体进口1。在本技术的另一个实施例中,提供一种燃气轮机,包括:如上所述的具有旋转冷却系统的叶片。需要说明的是,说明书与权利要求中所使用的序数例如“第一”、“第二”、“第三”等的用词,以修饰相应的元件,其本身并不意含及代表该元件有任何的序数,也不代表某一元件与另一元件的顺序、或是制造方法上的顺序,该些序数的使用仅用来使具有某命名的一元件得以和另一具有相同命名的元件能作出清楚区分。以上所述的具体实施例,对本技术的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明,应理解的是,以上所述仅为本技术的具体实施例而已,并不用于限制本技术,凡在本技术的精神和原则之内,所做的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本技术的保护范围之内。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种具有旋转冷却系统的叶片,其特征在于,所述叶片内设有旋转冷却系统;所述旋转冷却系统包括:冷却气体进口(1)、第一冷却通道(2)和冷却气体出口(3);其中,所述第一冷却通道(2)为螺旋形通道,且其两端分别与所述冷却气体进口(1)和冷却气体出口(3)相连。

【技术特征摘要】
1.一种具有旋转冷却系统的叶片,其特征在于,所述叶片内设有旋转冷却系统;所述旋转冷却系统包括:冷却气体进口(1)、第一冷却通道(2)和冷却气体出口(3);其中,所述第一冷却通道(2)为螺旋形通道,且其两端分别与所述冷却气体进口(1)和冷却气体出口(3)相连。2.根据权利要求1所述的具有旋转冷却系统的叶片,其特征在于,所述旋转冷却系统还包括:第二冷却通道(4),位于所述叶片的前缘和尾缘处;其中,所述第二冷却通道为直孔通道。3.根据权利要求1所述的具有旋转冷却系统的叶片,其特征在于,所述第一冷却通道(2)的螺距t、螺旋线外缘直径D以及孔径d均根据所述叶片壁厚和冷却气体湍流度来确定。4.根据权利要求1所述的具有旋转冷却系统的叶片,其特征在于,所述第一冷却通道(2)的...

【专利技术属性】
技术研发人员:徐克鹏王文三陈春峰蒋旭旭
申请(专利权)人:北京全四维动力科技有限公司
类型:新型
国别省市:北京,11

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