降低透平动叶带凹槽叶尖换热系数的机匣台阶造型结构制造技术

本发明专利技术公开了一种降低透平动叶带凹槽叶尖换热系数的机匣台阶造型结构，机匣台阶造型结构包括机匣，机匣的内壁包括由台阶面过渡连接的第一段机匣内壁和第二段机匣内壁；第二段机匣内壁的直径大于第一段机匣内壁的直径；在高温燃气流动方向上，第一段机匣内壁适于位于动叶的上游；在第二段机匣内壁的径向方向上，第二段机匣内壁与动叶叶尖之间具有叶尖间隙；在第二段机匣内壁的轴向方向上，台阶面适于与叶尖前缘之间具有轴向间隙。这样一来，高温燃气将在轴向间隙处形成台阶涡，延缓高温燃气继续进入叶尖间隙的趋势，可以减小叶尖前缘的压力侧和吸力侧之间的压力梯度，使叶尖间隙泄漏流对叶尖壁面的冲击强度减弱，降低叶尖壁面的平均换热系数。平均换热系数。平均换热系数。

【技术实现步骤摘要】
降低透平动叶带凹槽叶尖换热系数的机匣台阶造型结构


[0001]本专利技术涉及燃气轮机透平
，具体涉及一种降低透平动叶带凹槽叶尖换热系数的机匣台阶造型结构。

技术介绍

[0002]为解决可再生新能源发电带来的波动和不确定性，燃气轮机成为了电力调峰的重要手段。为进一步提高燃气轮机功率和热效率，实现高质量发电和调峰要求，燃气轮机燃烧室内的燃烧温度不断提升，下游透平第一级静叶和动叶表面承受严重的热负荷考验。
[0003]现有技术中，在从动叶叶根到动叶叶尖的径向方向上，动叶叶尖与机匣之间存在径向间隙，以免动叶与机匣内壁发生摩擦，此径向间隙称之为叶尖间隙。由于动叶叶尖在压力侧和吸力侧之间存在压力梯度，部分高温燃气在该压力梯度的作用下从动叶叶尖的压力侧叶栅通道进入叶尖间隙后，从动叶叶尖的吸力侧直接流出，这部分从叶尖间隙直接流出而不对动叶做功的高温燃气称为叶尖间隙泄漏流。为了减小叶尖间隙泄漏流的流量，自动叶叶尖的顶壁向内凹陷形成有凹槽，凹槽两侧的侧壁分别为压力侧肩壁和吸力侧肩壁。压力侧肩壁和吸力侧肩壁类似密封齿作用，在叶尖间隙处形成了一个迷宫密封类型的结构，从而可以减小叶尖间隙泄漏流的流量。
[0004]然而，受动叶叶尖两侧压力梯度的作用和叶尖凹槽几何形态的影响，叶尖间隙泄漏流在叶尖凹槽内形成了旋转方向相反的压力侧角涡和刮削涡，旋转方向相反的压力侧角涡和刮削涡形成一个反向涡对，反向涡对驱动压力侧的高温燃气呈近S流动形态流经叶尖间隙，拉薄了叶尖壁面的流动边界层，在叶尖壁面产生了剧烈的对流换热，进而在叶尖壁面形成高换热系数区，长时间服役的过程中，动叶叶尖上对应高换热系数区的部分易烧蚀，导致透平总体性能下降，甚至导致更为严重的运行故障。
[0005]鉴于上述不足，有必要设计一种降低透平动叶带凹槽叶尖换热系数的机匣台阶造型结构。

技术实现思路

[0006]因此，本专利技术要解决的技术问题在于受动叶叶尖两侧压力梯度的作用和叶尖凹槽几何形态的影响，在叶尖壁面形成高换热系数区，长时间服役的过程中，动叶叶尖上对应高换热系数区的部分易烧蚀，从而提供一种降低透平动叶带凹槽叶尖换热系数的机匣台阶造型结构。
[0007]为解决上述技术问题，本专利技术的技术方案如下：
[0008]一种降低透平动叶带凹槽叶尖换热系数的机匣台阶造型结构，所述机匣台阶造型结构包括机匣，所述机匣的内壁包括由台阶面过渡连接的第一段机匣内壁和第二段机匣内壁；所述第二段机匣内壁的直径大于所述第一段机匣内壁的直径；在高温燃气流动方向上，所述第一段机匣内壁适于与静叶的位置对应并位于动叶的上游；在所述第二段机匣内壁的径向方向上，所述第二段机匣内壁与动叶叶尖之间具有叶尖间隙；在所述第二段机匣内壁
的轴向方向上，所述台阶面适于与叶尖前缘之间具有轴向间隙。
[0009]进一步地，所述第一段机匣内壁和所述第二段机匣内壁同轴设置。
[0010]进一步地，所述叶尖间隙的尺寸适于与动叶叶高的尺寸的比值为0.0085至0.011。
[0011]进一步地，所述叶尖间隙的尺寸适于与所述动叶叶高的尺寸的比值为0.01。
[0012]进一步地，在所述第二段机匣内壁的径向方向上的台阶面宽度的尺寸适于与所述动叶叶高的尺寸的比值为0.0085至0.011。
[0013]进一步地，所述台阶面宽度的尺寸适于与所述动叶叶高的尺寸的比值为0.01。
[0014]进一步地，所述台阶面宽度的尺寸与所述叶尖间隙的尺寸相同。
[0015]进一步地，所述台阶面垂直于所述第二段机匣内壁的轴向方向，所述轴向间隙的尺寸适于与动叶叶高的尺寸的比值为0.0085至0.011。
[0016]进一步地，所述轴向间隙的尺寸适于与所述动叶叶高的尺寸的比值为0.01。
[0017]进一步地，所述动叶叶尖的顶壁向内凹陷形成有凹槽，所述凹槽的开口朝向所述第二段机匣内壁。
[0018]本专利技术技术方案，具有如下优点：
[0019]1.本专利技术提供的降低透平动叶带凹槽叶尖换热系数的机匣台阶造型结构，台阶面过渡连接第一段机匣内壁和第二段机匣内壁；第二段机匣内壁的直径大于第一段机匣内壁的直径；在高温燃气流动方向上，第一段机匣内壁适于与静叶位置对应并位于动叶的上游；在第二段机匣内壁的径向方向上，第二段机匣内壁与动叶叶尖之间具有叶尖间隙；在第二段机匣内壁的轴向方向上，台阶面适于与叶尖前缘之间具有轴向间隙，这样一来，高温燃气将在轴向间隙处形成台阶涡，该台阶涡类似于密封齿设计，占据了轴向间隙的通流面积，延缓了高温燃气继续进入叶尖间隙的趋势，因此可以减小叶尖前缘的压力侧和吸力侧之间的压力梯度，压力梯度的减小，可使旋转方向相反的压力侧角涡和刮削涡形成的反向涡对对流经叶尖间隙处的叶尖间隙泄漏流的卷吸力减弱、叶尖间隙泄漏流对叶尖壁面的冲击强度减弱、对叶尖壁面的流动边界层的拉薄效果减弱、对流换热强度减弱，进而可降低叶尖壁面的平均换热系数，最终可以提升动叶的使用寿命，保障燃气轮机在高参数运行下的安全性，有利于机组的安全运行。
[0020]2.本专利技术提供的降低透平动叶带凹槽叶尖换热系数的机匣台阶造型结构，台阶面宽度的尺寸适于与动叶叶高的尺寸的比值为0.01，且台阶面宽度的尺寸与叶尖间隙的尺寸相同，这样一来，可使台阶涡的强度最大，因此降低叶尖壁面的平均换热系数的效果更好。
附图说明
[0021]为了更清楚地说明本专利技术具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本专利技术的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0022]图1为传统燃气轮机透平第一级静叶和动叶子午面剖视图；
[0023]图2为包括本专利技术的机匣台阶造型结构的燃气轮机透平第一级静叶和动叶子午面剖视图；
[0024]图3为包括本专利技术涉及的燃气轮机透平第一级静叶和动叶的三维示意图；
[0025]图4为本专利技术的机匣台阶造型结构的三维局部放大图；
[0026]图5为本专利技术的机匣台阶造型结构的纵截面示意图；
[0027]图6为本专利技术的机匣台阶造型结构的横截面示意图；
[0028]图7为本专利技术的机匣台阶造型结构与叶尖前缘之间的轴向间隙处形成台阶涡的示意图；
[0029]图8为受本专利技术的机匣台阶造型结构引起的台阶涡影响后在叶尖凹槽内形成的压力侧角涡和刮削涡的示意图。
[0030]附图标记说明：
[0031]1、燃烧室出口；2、静叶；3、动叶；4、机匣；41、第一段机匣内壁；42、第二段机匣内壁；43、台阶面；51、静叶下端壁；52、动叶下端壁；61、燃烧室壁面气膜孔；62、静叶上游机匣槽缝；63、端壁槽缝；64、轮缘槽缝；7、动叶叶尖；71、凹槽；72、叶尖前缘；73、叶尖尾缘；74、压力侧；75、吸力侧；W、台阶面宽度；D、轴向间隙；G、叶尖间隙；H、动叶叶高；81、台阶涡；82、压力侧本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种降低透平动叶带凹槽叶尖换热系数的机匣台阶造型结构，其特征在于，所述机匣台阶造型结构包括机匣(4)，所述机匣(4)的内壁包括由台阶面(43)过渡连接的第一段机匣内壁(41)和第二段机匣内壁(42)；所述第二段机匣内壁(42)的直径大于所述第一段机匣内壁(41)的直径；在高温燃气流动方向上，所述第一段机匣内壁(41)适于与静叶(2)的位置对应并位于动叶(3)的上游；在所述第二段机匣内壁(42)的径向方向上，所述第二段机匣内壁(42)与动叶叶尖(7)之间具有叶尖间隙(G)；在所述第二段机匣内壁(42)的轴向方向上，所述台阶面(43)适于与叶尖前缘(72)之间具有轴向间隙(D)。2.根据权利要求1所述的降低透平动叶带凹槽叶尖换热系数的机匣台阶造型结构，其特征在于，所述第一段机匣内壁(41)和所述第二段机匣内壁(42)同轴设置。3.根据权利要求1所述的降低透平动叶带凹槽叶尖换热系数的机匣台阶造型结构，其特征在于，所述叶尖间隙(G)的尺寸适于与动叶叶高(H)的尺寸的比值为0.0085至0.011。4.根据权利要求3所述的降低透平动叶带凹槽叶尖换热系数的机匣台阶造型结构，其特征在于，所述叶尖间隙(G)的尺寸适于与所述动叶叶高(H)的尺寸的比值为0.01。5.根据权利要求3所述的降低透平...

【专利技术属性】
技术研发人员：姜世杰，肖俊峰，胡孟起，夏林，连小龙，王一丰，田新平，卫星光，
申请(专利权)人：西安热工研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：