一种利用旋转效应的燃气透平动叶增压冷却结构制造技术

本发明专利技术公开了一种利用旋转效应的燃气透平动叶增压冷却结构。所述结构具体由流向中间隔板，多级布置的Z形回转增压腔体、冲击

【技术实现步骤摘要】
一种利用旋转效应的燃气透平动叶增压冷却结构


[0001]本专利技术属于燃气轮机透平冷却
，特别涉及一种利用旋转效应的燃气透平动叶增压冷却结构。

技术介绍

[0002]燃气轮机由于其体积紧凑，重量轻，功率高，启动快速等优点被广泛应用于航空航天、船舶电力等诸多工业领域，在国民经济生活中发挥了重要作用，而透平叶片作为核心部件直接工作在极高温燃气中，进口温度甚至超过高温合金熔点，为了保障燃气透平的安全运行及工作寿命，提升整体性能表现，需要对燃气透平叶片进行有效冷却。
[0003]传统的叶片冷却结构通常依据静止条件下的气动过程进行设计及实验测试，但燃气透平工作时高速旋转的旋转效应对叶片内冷却气流的压力分布、流动现象、换热过程具有显著影响。为进一步提高透平叶片冷却结构的换热性能，减少旋转效应对气流组织、换热过程的不良影响，并利用旋转效应降低对冷却气量及压力的要求，需要提出更为高效的冷却结构。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于提供一种利用旋转效应的燃气透平动叶增压冷却结构，通过具有三角结构的Z形回转增压腔体提高叶片强度；同时实现压力面及吸力面供气腔体间的分隔，使供气腔内冷却气流径向运动时所受旋转科氏力始终指向冲击
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对流串联冷却层板，既提高冲击
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对流串联冷却层板的供气压力，又有效解决高转速条件下压力面与吸力面冷却气流间压力梯度过大的问题。通过冲击
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对流串联冷却层板中的径向导流隔板及其上间隔开设的导流射缝增强气流在径向腔体中的横向涡旋，提高换热系数。最终有效降低冷却结构的抽气压力及抽气量，减弱旋转效应对冷却过程潜在的不利影响，提高燃气透平的冷却性能。
[0005]本专利技术采用如下技术方案来实现的：
[0006]一种利用旋转效应的燃气透平动叶增压冷却结构，将燃气透平叶片沿流向顺次分为前缘冷却结构、增压冷却结构和尾缘冷却结构；
[0007]增压冷却结构包括流向中间隔板，多级布置的Z形回转增压腔体及冲击
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对流串联冷却层板，其中，Z形回转增压腔体、冲击
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对流串联冷却层板以及流向中间隔板均位于叶片内部；Z形回转增压腔体中，级间隔板与叶根平台间存在连通相邻两级Z形回转增压腔体的根部折返通道；冲击
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对流串联冷却层板分为压力面冲击
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对流串联冷却层板和吸力面冲击
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对流串联冷却层板，压力面冲击
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对流串联冷却层板中，级间隔板与叶根平台间存在连通两级冲击
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对流串联冷却层板的压力面级间层板通道，吸力面冲击
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对流串联冷却层板中，级间隔板则与叶顶壁面间存在连通两级冲击
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对流串联冷却层板的吸力面级间层板通道；
[0008]Z形回转增压腔体的壁面上开设有冲击冷却孔，通过冲击冷却孔为同级冲击
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对流
串联冷却层板供气；流向中间隔板的周向两端面分别位于叶片压力面与吸力面型面与轴向相切的位置处，并固定充当级间隔板。
[0009]本专利技术进一步的改进在于，冲击冷却孔的形状为圆形、椭圆形或星形。
[0010]本专利技术进一步的改进在于，叶片壁面上布置有气膜孔有益提供气膜冷却，并能够在叶片壁面的内壁面增加球窝或球凸冷却单元。
[0011]本专利技术进一步的改进在于，Z形回转增压腔体及冲击
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对流串联冷却层板组成的冷却级在叶身内部采用多级布置，级数N≥2，相邻级之间通过级间隔板进行分隔。
[0012]本专利技术进一步的改进在于，Z形回转增压腔体中包含中间隔板，用于将回转增压腔体分隔为压力面供气腔体及吸力面供气腔体，并且中间隔板与叶顶壁面间存在连通压力面供气腔体及吸力面供气腔体的顶部折返通道。
[0013]本专利技术进一步的改进在于，Z形回转增压腔体中的压力面供气腔体中均为离心气流，吸力面腔体中均为向心气流。
[0014]本专利技术进一步的改进在于，Z形回转增压腔体中的压力面供气腔体中离心气流到达叶顶后通过中间隔板与叶顶壁面间的顶部折返通道翻折180
°
进入吸力面供气腔体中为吸力面供气腔体供给向心气流；当吸力面供气腔体中的向心气流到达叶根后，通过根部折返通道翻折180
°
为下级Z形回转增压腔体的压力面供气腔供给离心气流，以此循环逐级供气。
[0015]本专利技术进一步的改进在于，冲击
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对流串联冷却层板中包括冲击冷却层板区域及对流冷却层板区域，其中冲击冷却层板区域的冲击靶面为叶片内壁面，对流冷却层板区域中则设置有径向导流隔板，分隔对流冷却层板区域为多个径向腔室，以引导气流在径向腔室中径向流动并提高换热面积；
[0016]自Z形回转增压腔体中供给的冷却气流通过Z形回转增压腔体壁面上的冲击冷却孔冲击叶片内壁面后在冲击
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对流串联冷却层板中汇集，集中冷却气流量，随后从叶顶或叶根端翻转180
°
进入对流冷却层板区域的多个径向腔室中进行对流冷却，层板中气流汇集流动的方向与其供气腔体内气流的径向流动方向相同，即在压力面的冲击
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对流串联冷却层板中，冷却气流按离心流向汇集，吸力面的冲击
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对流串联冷却层板中，冷却气流按向心流向汇集。
[0017]本专利技术进一步的改进在于，冲击
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对流串联冷却层板中布置有径向导流隔板，将冲击
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对流串联冷却层板中的对流冷却区域分隔为多个径向腔室，定义每个径向腔室的横向截面长宽比λ为其横向截面上叶片壁面长度与两侧径向导流隔板平均长度之比，并且所有径向腔室的横向截面长宽比λ均保持在0.8
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1.2之间。
[0018]本专利技术进一步的改进在于，冲击
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对流串联冷却层板中设置的径向导流隔板上间隔开设有导流射缝，其径向间隔长度为l1，优选地与导流射缝径向长度l2相等，l1＝l2，射缝导流所促进涡旋的旋向与径向腔室中冷却流体所受旋转科氏力形成横向涡旋的方向同向，增强径向腔室内横向涡旋的产生和发展，提高传热系数；
[0019]在径向导流隔板所间隔成的径向腔室中，且在导流射缝的间隔部分，于叶片内壁面上顺次布置有短肋柱、肋片或球窝球凸强化换热结构，强化扰流并进一步增强射流及旋转科氏力所促进的横向涡旋，提高换热强度。
[0020]本专利技术至少具有如下有益的技术效果：
[0021]流向中间隔板将叶片沿流向前后的内部冷却区域分隔开来，便于在两区域中分别组织径向腔室中的横向涡旋。
[0022]Z形回转增压腔体能够将压力面与吸力面的供气腔分隔开来，分隔的压力面供气腔中始终可以保持离心气流，吸力面供气腔中始终可以保持向心气流，供气腔内利用旋转科氏力形成始终指向冲击
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对流串联冷却层板的压力梯度来提高冷却层板的供气压力，进而降低对冷却气流抽气的压力需求，并且该增压效应随转速提高而增强。更有效解决本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种利用旋转效应的燃气透平动叶增压冷却结构，其特征在于，将燃气透平叶片沿流向顺次分为前缘冷却结构、增压冷却结构和尾缘冷却结构；增压冷却结构包括流向中间隔板，多级布置的Z形回转增压腔体及冲击
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对流串联冷却层板，其中，Z形回转增压腔体、冲击
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对流串联冷却层板以及流向中间隔板均位于叶片内部；Z形回转增压腔体中，级间隔板与叶根平台间存在连通相邻两级Z形回转增压腔体的根部折返通道；冲击
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对流串联冷却层板分为压力面冲击
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对流串联冷却层板和吸力面冲击
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对流串联冷却层板，压力面冲击
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对流串联冷却层板中，级间隔板与叶根平台间存在连通两级冲击
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对流串联冷却层板的压力面级间层板通道，吸力面冲击
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对流串联冷却层板中，级间隔板则与叶顶壁面间存在连通两级冲击
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对流串联冷却层板的吸力面级间层板通道；Z形回转增压腔体的壁面上开设有冲击冷却孔，通过冲击冷却孔为同级冲击
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对流串联冷却层板供气；流向中间隔板的周向两端面分别位于叶片压力面与吸力面型面与轴向相切的位置处，并固定充当级间隔板。2.根据权利要求1所述的一种利用旋转效应的燃气透平动叶增压冷却结构，其特征在于，冲击冷却孔的形状为圆形、椭圆形或星形。3.根据权利要求1所述的一种利用旋转效应的燃气透平动叶增压冷却结构，其特征在于，叶片壁面上布置有气膜孔有益提供气膜冷却，并能够在叶片壁面的内壁面增加球窝或球凸冷却单元。4.根据权利要求1所述的一种利用旋转效应的燃气透平动叶增压冷却结构，其特征在于，Z形回转增压腔体及冲击
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对流串联冷却层板组成的冷却级在叶身内部采用多级布置，级数N≥2，相邻级之间通过级间隔板进行分隔。5.根据权利要求1所述的一种利用旋转效应的燃气透平动叶增压冷却结构，其特征在于，Z形回转增压腔体中包含中间隔板，用于将回转增压腔体分隔为压力面供气腔体及吸力面供气腔体，并且中间隔板与叶顶壁面间存在连通压力面供气腔体及吸力面供气腔体的顶部折返通道。6.根据权利要求5所述的一种利用旋转效应的燃气透平动叶增压冷却结构，其特征在于，Z形回转增压腔体中的压力面供气腔体中均为离心气流，吸力面腔体中均为向心气流。7.根据权利要求5所述的一种利用旋转效应的燃气透平动叶增压冷却结构，其特征在于，Z形回转增压腔体中的压力面供气腔...

【专利技术属性】
技术研发人员：张荻，杨立克，杜秋晚，谢永慧，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：