[發明專利]用于燃氣輪機靜葉內部冷卻的通道結構及燃氣輪機靜葉

有效

• 申請號: 202110528139.3
• 申請日: 2021-05-14
• 公開（公告）號: CN113266436B
• 公開（公告）日: 2022-10-25
• 發明（設計）人: 高鐵瑜;鹿家麒;馬晨曦;龔建英;李軍
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: F01D25/12
• 分類號: F01D25/12;F01D9/02
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 崔方方

本發明屬于燃氣輪機領域，公開了一種用于燃氣輪機靜葉內部冷卻的通道結構及燃氣輪機靜葉，包括若干直通道及若干彎曲通道；若干直通道并行排列，相鄰兩直通道通過彎曲通道連接；定義直通道內位于主流方向上側的壁面為吸力面；位于主流方向下側的壁面為壓力面；吸力面和壓力面上均設置若干斜置肋；直通道內與斜置肋的下游端連接的壁面上設置若干橫置肋，斜置肋的下游端為斜置肋在主流方向上的投影中位于下游的一端；橫置肋的一端連接吸力面上的斜置肋，另一端連接壓力面上的斜置肋。能夠有效改善肋片下游低雷諾數區域的傳熱，使得溫度分布更加均勻，消除燃氣輪機靜葉的局部熱斑，改善熱應力，使燃氣輪機靜葉的穩定性得到了提高，延長使用壽命。

技術領域

本發明屬于燃氣輪機領域，涉及一種用于燃氣輪機靜葉內部冷卻的通道結構及燃氣輪機靜葉。

背景技術

燃氣輪機是一種循環效率高、結構緊湊、體積小、重量輕且能產生較大輸出功率的動力裝備，廣泛運用于航空動力、艦船推進、陸用發電等重要的工業領域，在國防建設與民用領域中具有重要地位。

經研究表明，提高燃氣輪機進口溫度是提高燃氣輪機循環效率和輸出功率的有效辦法。當燃氣進口溫度每提升100℃，可以增加20～25％的循環比功，減少6～7％的燃料消耗。目前，隨著燃氣輪機技術的不斷發展，透平進口溫度不斷提高，對于陸用重型燃氣輪機而言，透平進口溫度已經從B/E/F級的1200-1400℃發展到G/H/J級的1600℃，相應的單循環效率從32％～34％提高至42％，聯合循環效率則從48％～52％提高至61％。為了獲得更高的熱功轉換效率和輸出功率，透平進口溫度為1700℃更先進的重型燃氣輪機也在研發當中。

但是，隨著燃氣輪機透平進口溫度的提高，其已經遠遠超過了渦輪葉片金屬材料的許用溫度，在高溫燃氣的侵蝕作用下，會產生較大的熱應力，不僅會降低金屬葉片的各項機械性能，而且會很容易造成葉片燒毀，從而嚴重影響燃氣輪機運行的經濟性和安全性。因此，燃氣輪機葉片冷卻技術至關重要。

發明內容

本發明的目的在于克服上述現有技術中，隨著燃氣輪機透平進口溫度的提高，燃氣輪機葉片熱應力增大，帶來降低葉片性能甚至損毀葉片的缺點，提供一種用于燃氣輪機靜葉內部冷卻的通道結構及燃氣輪機靜葉。

為達到上述目的，本發明采用以下技術方案予以實現：

本發明一方面，一種用于燃氣輪機靜葉內部冷卻的通道結構，包括若干直通道及若干彎曲通道；

若干直通道并行排列，相鄰兩直通道通過彎曲通道連接；

定義直通道內位于主流方向上側的壁面為吸力面；位于主流方向下側的壁面為壓力面；吸力面和壓力面上均設置若干斜置肋；

直通道內與斜置肋的下游端連接的壁面上設置若干橫置肋，斜置肋的下游端為斜置肋在主流方向上的投影中位于下游的一端；橫置肋的一端連接吸力面上的斜置肋，另一端連接壓力面上的斜置肋。

本發明用于燃氣輪機靜葉內部冷卻的通道結構進一步的改進在于：

所述斜置肋與主流方向的夾角為30°～150°。

所述直通道的寬高比為0.25～2。

所述斜置肋和橫置肋的高度為1～3mm。

所述吸力面和壓力面上的若干斜置肋均勻分布，且相鄰斜置肋之間的間距為10～20mm。

所述吸力面和壓力面為曲面，分別與燃氣輪機靜葉的兩外壁面的彎曲一致。

所述吸力面和壓力面上均設置沿主流方向的貫穿肋，貫穿肋依次穿過吸力面或壓力面上的若干斜置肋。

所述斜置肋和橫置肋上均沿主流方向設置若干橫貫的微齒。

所述直通道的數量為3個。