[發(fā)明專利]一種帶有葉片波浪狀凹陷尾緣半劈縫冷卻結(jié)構(gòu)的渦輪

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201610121266.0
• 申請(qǐng)日: 2016-03-03
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN105569740A
• 公開(kāi)（公告）日: 2016-05-11
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 高杰;鄭群;付維亮;王付凱;岳國(guó)強(qiáng);董平
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 哈爾濱工程大學(xué)
• 主分類號(hào): F01D5/14
• 分類號(hào): F01D5/14;F01D5/18
• 代理公司: 暫無(wú)信息
• 代理人: 暫無(wú)信息

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種渦輪，尤其涉及一種帶有葉片波浪狀凹陷尾緣半劈縫冷卻結(jié)構(gòu)的渦輪。

背景技術(shù)

隨著人們對(duì)燃?xì)廨啓C(jī)可靠性和高效性的追求，提高渦輪前燃?xì)鉁囟纫殉蔀樘岣呷細(xì)廨啓C(jī) 性能的重要技術(shù)途徑。然而，渦輪前溫度提高給燃?xì)廨啓C(jī)工作帶來(lái)一系列嚴(yán)重的問(wèn)題，對(duì)燃 氣輪機(jī)熱端部件的高溫機(jī)械強(qiáng)度、熱穩(wěn)定性技術(shù)指標(biāo)和使用壽命提出了挑戰(zhàn)。葉片尾緣截面 積較小，熱沉滯強(qiáng)，平均溫度最高，最容易出現(xiàn)葉片斷裂事故。因此，尋找高效可靠的方法 對(duì)葉片尾緣進(jìn)行有效的冷卻對(duì)燃?xì)廨啓C(jī)安全穩(wěn)定的工作有著重要的意義。

渦輪葉片尾緣承受的熱負(fù)荷高，且內(nèi)冷通道空間受限，因此成為葉片冷卻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的難 題。目前廣泛應(yīng)用于葉片尾緣的冷卻結(jié)構(gòu)有擾流柱、肋壁強(qiáng)化、半劈縫氣膜冷卻等。不過(guò)， 這些結(jié)構(gòu)對(duì)葉片尾緣的冷卻效果還非常有限，對(duì)渦輪葉片的氣動(dòng)性能、與下游葉片的熱匹配 性也有明顯影響。截至目前，還未見(jiàn)有關(guān)葉片尾緣的高效、高冷卻效率設(shè)計(jì)的報(bào)道。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供既能降低葉片尾緣溫度，又能均化下游葉片進(jìn)口氣流溫度分布， 還可改善渦輪葉片氣動(dòng)性能的一種帶有葉片波浪狀凹陷尾緣半劈縫冷卻結(jié)構(gòu)的渦輪。

本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的：包括機(jī)匣、輪轂，在機(jī)匣和輪轂之間且沿圓周方向均勻安 裝有葉片，所述葉片尾緣設(shè)置有半劈縫冷卻結(jié)構(gòu)，所述半劈縫冷卻結(jié)構(gòu)包括尾緣壓力邊和尾 緣吸力邊，在尾緣壓力邊和尾緣吸力邊的連接處并沿葉片高度方向設(shè)置有交錯(cuò)式噴氣縫單元， 尾緣吸力邊還設(shè)置沿葉片高度方向間隔排列的呈波浪狀的凹陷結(jié)構(gòu)。

本發(fā)明還包括這樣一些結(jié)構(gòu)特征：

1.所述葉片尾緣吸力邊端部形狀為橢圓形。

2.所述尾緣交錯(cuò)式噴氣縫單元的寬度小于當(dāng)?shù)厝~片的厚度，其高度與寬度之比為 3.5～4.5，且交錯(cuò)式噴氣縫單元沿葉片高度方向設(shè)置有10～15個(gè)。

3.所述波浪狀凹陷結(jié)構(gòu)的波長(zhǎng)為葉片尾緣吸力邊厚度的6～10倍，且波浪狀凹陷結(jié)構(gòu)的 波幅為葉片尾緣吸力邊厚度的0.6～1.4倍。

4.所述波浪狀凹陷結(jié)構(gòu)與葉片表面的交界處設(shè)置圓角。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明通過(guò)在半劈縫冷卻結(jié)構(gòu)中采用若干交錯(cuò) 式噴氣縫單元，增大了葉片尾緣部分與冷氣的換熱面積，從而進(jìn)一步降低了葉片尾緣的溫度， 并且通過(guò)在葉片尾緣吸力邊端部開(kāi)設(shè)波浪狀凹陷結(jié)構(gòu)，重新組織了冷氣出流與主流的摻混， 提高了下游葉片進(jìn)口氣流流動(dòng)以及溫度分布的均勻性，且由于恰當(dāng)?shù)睦錃獬隽髋c主流的摻混 組織了葉片喉部下游區(qū)域的激波波系，降低了激波損失，從而改善了渦輪葉片氣動(dòng)性能。此 外，本發(fā)明結(jié)構(gòu)也比較簡(jiǎn)單，易于工程實(shí)現(xiàn)。

附圖說(shuō)明

圖1是帶有葉片波浪狀凹陷尾緣半劈縫冷卻結(jié)構(gòu)的渦輪的子午視圖；

圖2是圖1所示渦輪葉片的剖視圖；

圖3是尾緣半劈縫冷卻結(jié)構(gòu)的局部視圖；

圖4是波浪狀凹陷尾緣結(jié)構(gòu)的局部視圖。

圖中：L為波浪狀凹陷結(jié)構(gòu)的波長(zhǎng)，W為波浪狀凹陷結(jié)構(gòu)的波幅。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖與具體實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述。

結(jié)合圖1～圖4，本發(fā)明由輪轂、葉片和機(jī)匣組成，在輪轂和機(jī)匣之間沿圓周方向均勻安 裝有葉片，在葉片的尾緣設(shè)有半劈縫冷卻結(jié)構(gòu)，其包括尾緣壓力邊1和尾緣吸力邊2，在尾 緣壓力邊1和尾緣吸力邊2的連接處沿葉片高度方向設(shè)有交錯(cuò)式噴氣縫單元3，交錯(cuò)式噴氣 縫的橫剖圖見(jiàn)圖3所示，在尾緣吸力邊2設(shè)置沿葉片高度方向間隔排列的呈波浪狀的凹陷結(jié) 構(gòu)4。

制造本發(fā)明的帶有葉片波浪狀凹陷尾緣半劈縫冷卻結(jié)構(gòu)的渦輪，首先采用傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法 設(shè)計(jì)好帶有尾緣半劈縫結(jié)構(gòu)的渦輪葉片。考慮到葉片尾緣厚度對(duì)摻混損失影響較大，因而為 了減少葉片尾緣區(qū)域的摻混損失，所述葉片尾緣吸力邊端部形狀可為橢圓形。然后，對(duì)于給 定的葉片尾緣區(qū)域冷卻和強(qiáng)度等要求，設(shè)計(jì)葉片波浪狀凹陷尾緣半劈縫冷卻結(jié)構(gòu)。

具體的設(shè)計(jì)步驟如下：

(1)根據(jù)葉片尾緣壓力邊的厚度，并根據(jù)葉片工作條件對(duì)其強(qiáng)度的要求，確定好交錯(cuò)式 噴氣縫單元的寬度，并根據(jù)交錯(cuò)式噴氣縫單元的高度與寬度之比為3.5～4.5確定其高度，隨后 根據(jù)葉片的高度確定交錯(cuò)式噴氣縫單元的個(gè)數(shù)。

(2)根據(jù)渦輪葉片尾緣的流動(dòng)傳熱情況，確定葉片尾緣波浪狀凹陷結(jié)構(gòu)的波長(zhǎng)和波幅等 參數(shù)。