透平静叶、透平和燃气轮机制造技术

本发明专利技术公开了一种透平静叶、透平和燃气轮机，所述透平静叶包括叶身和多个扰流柱，所述叶身具有在其弦向上相对的前缘和尾缘，所述尾缘具有出冷气通道以及与所述冷气通道连通的冷气进口和冷气出口，多个所述扰流柱间隔设于所述冷气通道内，所述叶身具有在其厚度方向上相对的第一端壁和第二端壁，所述扰流柱的两端分别与所述第一端壁和所述第二端壁相连，所述扰流柱在正交于所述扰流柱轴线的平面上投影的外周轮廓为两个相交圆。本发明专利技术实施例的透平静叶具有重量轻和换热性能好等优点。静叶具有重量轻和换热性能好等优点。静叶具有重量轻和换热性能好等优点。

【技术实现步骤摘要】
透平静叶、透平和燃气轮机


[0001]本专利技术涉及燃气轮机
，具体涉及一种透平静叶、透平和燃气轮机。

技术介绍

[0002]为了提升燃气轮机的效率，获得更大的推重比，燃气轮机涡轮的进口温度不断提升，而材料的耐温程度提升速率有限，因此，采用合适的冷却技术，对降低涡轮叶片的温度，成为提升燃气轮机性能的关键。透平静叶片的尾缘处一般通过设置扰流柱来强化对流换热，冷却气体绕扰流柱流动产生马蹄涡并且使边界层分离，扰流柱后的尾迹增加了冷却气体的湍流度，从而增强换热能力。同时扰流柱的存在还增大了对流换热面积，可以将叶片的热量从柱体表面传递出去。此外，由于透平静叶片尾缘区域厚度较薄，扰流柱的存在可以起到支撑作用，提高静叶片的结构强度，因而被广泛应用在透平静叶片的尾缘。
[0003]相关技术中，扰流柱大多为圆柱形或椭圆形，其中圆柱形扰流柱的强化换热效果虽然较好，但是会消耗更多的材料造成重量增加，椭圆形扰流柱重量较轻但是强化换热效果较差。

技术实现思路

[0004]本专利技术旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。
[0005]为此，本专利技术的实施例提出一种重量轻和换热性能好的透平静叶；
[0006]本专利技术的实施例提出一种重量轻和换热性能好的透平；
[0007]本专利技术的实施例提出一种重量轻和换热性能好的燃气轮机。
[0008]本专利技术实施例的透平静叶包括叶身和多个扰流柱，所述叶身具有在其弦向上相对的前缘和尾缘，所述尾缘具有出冷气通道以及与所述冷气通道连通的冷气进口和冷气出口；
[0009]多个所述扰流柱间隔设于所述冷气通道内，所述叶身具有在其厚度方向上相对的第一端壁和第二端壁，所述扰流柱的两端分别与所述第一端壁和所述第二端壁相连，所述扰流柱在正交于所述扰流柱轴线的平面上投影的外周轮廓为两个相交圆。
[0010]在一些实施例中，两个所述相交圆的直径相等。
[0011]在一些实施例中，两个所述相交圆的圆心之间的距离与所述相交圆直径的比值为2/3。
[0012]在一些实施例中，至少一部分所述扰流柱的轴线均垂直于所述第一端壁和所述第二端壁设置。
[0013]在一些实施例中，至少一部分所述扰流柱的两个所述相交圆的圆心之间的连线方向与所述冷气进口的进气方向呈一定夹角。
[0014]在一些实施例中，多个所述扰流柱分为多组，多组所述扰流柱沿所述叶身的弦向间隔布置，每组所述扰流柱包括多个所述扰流柱，每组所述扰流柱中的多个所述扰流柱沿所述叶身的高度方向间隔布置。
[0015]在一些实施例中，任意相邻两组所述扰流柱中的多个所述扰流柱沿所述叶身的高度方向依次交替布置。
[0016]在一些实施例中，任意相邻两组所述扰流柱之间的间距相等且均为L1，所述扰流柱在两个所述相交圆的圆心方向上的长度为L2，其中L1与L2的比值为1.5
‑
2.5；
[0017]和/或，所述相交圆的直径为D,其中L1与D的比值为3
‑
4。
[0018]和/或，每组所述扰流柱中的任意相邻两个所述扰流柱的间距相等且为L3，其中L3与D的比值为3
‑
4。
[0019]本专利技术实施例的透平包括上述任一实施例中所述透平静叶。
[0020]本专利技术实施例的燃气轮机包括上述任一实施例中所述的透平。
[0021]在初始条件相同的条件下，当本专利技术实施例的透平静叶的扰流柱横截面的长度与相关技术中圆形扰流柱的直径相同时，经过计算机仿真计算，并对计算结果进行对比分析，本专利技术实施例的透平静叶的扰流柱可以显著提升冷气在扰流柱附近的对流换热系数，综合换热能力与圆柱形扰流柱基本相当，但是重量可以降低35.8％。
[0022]在初始条件相同的条件下，当本专利技术实施例的透平静叶的扰流柱横截面的长度与相关技术中椭圆的长轴尺寸相同、且宽度与椭圆的短轴的长度相同时，通过计算机仿真计算，并对计算结果进行对比分析，本专利技术实施例的透平静叶的扰流柱相比于椭圆形扰流柱，综合换热性能提升27％。
[0023]由此，本专利技术实施例的透平静叶的扰流柱通过将正交于扰流柱轴线的平面上投影的外周轮廓设置为两个相交圆，不仅能够实现与圆形扰流柱相当的综合换热性能，而且还相对于圆形扰流柱的重量还能大大降低，可以兼顾相关技术中圆形扰流柱综合换热性能好和椭圆形扰流柱重量轻的优点。
[0024]因此，本专利技术实施例的透平静叶具有重量轻和换热性能好等优点。
附图说明
[0025]图1是本专利技术实施例的透平静叶尾缘的局部结构示意图。
[0026]图2是本专利技术实施例的透平静叶的扰流柱的排布图。
[0027]图3是本专利技术实施例的透平静叶的扰流柱的正视图。
[0028]图4是本专利技术实施例的透平静叶的扰流柱横截面的结构示意图。
[0029]附图标记：
[0030]叶身1；冷气通道101；冷气进口102；冷气出口103；第一端壁104；第二端壁105；
[0031]扰流柱2。
具体实施方式
[0032]下面详细描述本专利技术的实施例，所述实施例的示例在附图中示出。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本专利技术，而不能理解为对本专利技术的限制。
[0033]下面参照附图来详细描述本申请的技术方案。
[0034]如图1至图4所示，本专利技术实施例的透平静叶包括叶身1和多个扰流柱2。叶身1具有在其弦向上相对的前缘(图中未示出)和尾缘，尾缘具有出冷气通道101以及与冷气通道101连通的冷气进口102和冷气出口103。多个扰流柱2间隔设于冷气通道101内，叶身1具有在其
厚度方向上相对的第一端壁104和第二端壁105，扰流柱2的两端分别与第一端壁104和第二端壁105相连，扰流柱2在正交于扰流柱2轴线的平面上投影的外周轮廓为两个相交圆(如图4所示)。
[0035]例如，如图1至图4所示，冷气进口102和冷气出口103沿叶身1的弦向相对布置，多个扰流柱2沿叶身1的弦向和高度方向间隔布置。冷气通过冷气进口102进入冷气通道101内，并与叶身1和扰流柱2进行换热后通过冷气进口102流出。进入冷气通道101内的冷气，通过多个间隔布置的扰流柱2时，冷气绕扰流柱2流动并产生马蹄蜗并使边界层分离，扰流柱2后的尾迹增加了冷气的湍流度，从而增强了冷气与叶身1和扰流柱2的换热能力。
[0036]需要说明的是，在初始条件相同的条件下，采用本专利技术实施例的透平静叶的扰流柱2横截面的长度与相关技术中圆形扰流柱2的直径相同，采用本专利技术实施例的透平静叶的扰流柱2横截面的长度与相关技术中椭圆的长轴尺寸相同、且宽度与椭圆的短轴的长度相同，分别对圆形、椭圆形和本专利技术的扰流柱2的性能用综合换热系数进行评价，综合换热系数公式如下：
[0037][0038]其中，式中Nu为带有扰流柱时的壁面努塞尔数，Nu0为光滑通道努塞尔数，f为带有扰流柱时的通道流阻系数，f0为光滑通道的流阻系数，以上参数的计算方式均与相关从业本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种透平静叶，其特征在于，包括：叶身(1)，所述叶身(1)具有在其弦向上相对的前缘和尾缘，所述尾缘具有出冷气通道(101)以及与所述冷气通道(101)连通的冷气进口(102)和冷气出口(103)；和多个扰流柱(2)，多个所述扰流柱(2)间隔设于所述冷气通道(101)内，所述叶身(1)具有在其厚度方向上相对的第一端壁(104)和第二端壁(105)，所述扰流柱(2)的两端分别与所述第一端壁(104)和所述第二端壁(105)相连，所述扰流柱(2)在正交于所述扰流柱(2)轴线的平面上投影的外周轮廓为两个相交圆。2.根据权利要求1所述的透平静叶，其特征在于，两个所述相交圆的直径相等。3.根据权利要求2所述的透平静叶，其特征在于，两个所述相交圆的圆心之间的距离与所述相交圆直径的比值为2/3。4.根据权利要求1所述的透平静叶，其特征在于，至少一部分所述扰流柱(2)的轴线均垂直于所述第一端壁(104)和所述第二端壁(105)设置。5.根据权利要求1所述的透平静叶，其特征在于，至少一部分所述扰流柱(2)的两个所述相交圆的圆心之间的连线方向与所述冷气进口(102)的进气方向呈一定夹角。6.根据权...

【专利技术属性】
技术研发人员：祁超杰，杨卫华，解文博，钱程，刘雨昂，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：