[發(fā)明專利]一種吸力側(cè)排氣的氣冷渦輪導(dǎo)葉造型方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202210595205.3
• 申請日: 2022-05-29
• 公開（公告）號: CN115098958B
• 公開（公告）日: 2023-03-24
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 牛夕瑩;孫鵬;林楓;李宗全;李國強;李翔宇;毛冬巖
• 申請（專利權(quán)）人: 中國船舶重工集團公司第七0三研究所
• 主分類號: G06F30/17
• 分類號: G06F30/17;G06F30/28;F01D9/02;F01D25/12;G06F111/10;G06F113/08;G06F119/08;G06F119/14
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發(fā)明的目的在于提供一種吸力側(cè)排氣的氣冷渦輪導(dǎo)葉造型方法，包括如下步驟：1、傳統(tǒng)渦輪氣動、冷卻設(shè)計及葉片造型；2、全三維數(shù)值計算分析；3、減小各截面尾緣半徑，調(diào)整尾緣附近葉片外型線；4、設(shè)計葉片吸力側(cè)短排氣尾緣；5、構(gòu)建吸力側(cè)排氣尾緣截面結(jié)構(gòu)；6、建立吸力面尾緣葉片三維葉型；7、建立排氣連接筋；8、全三維數(shù)值計算分析，得到渦輪導(dǎo)葉葉型損失、葉片溫度數(shù)據(jù)。本發(fā)明的吸力側(cè)排氣導(dǎo)葉造型方法能夠減小渦輪導(dǎo)葉尾緣厚度，從而降低渦輪導(dǎo)葉葉型損失，改善渦輪導(dǎo)葉氣動性能，提高渦輪及整機機組效率，減少能源消耗，從根本上解決傳統(tǒng)尾緣中間劈縫排氣方式導(dǎo)葉尾跡損失大，渦輪氣動效率難以滿足要求的難題。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及的是一種燃?xì)廨啓C渦輪設(shè)計方法，具體地說是渦輪導(dǎo)葉造型方法。

背景技術(shù)

燃?xì)廨啓C具有功率密度大、起動速度快、燃料靈活等優(yōu)點，廣泛應(yīng)用于工業(yè)及海上平臺發(fā)電、天然氣輸送、石油化工及冶金等領(lǐng)域，也可作為飛機、船舶及地面交通工具的主要動力裝置。

現(xiàn)代高性能燃?xì)廨啓C為了獲得更高的循環(huán)效率、更大的功率，燃?xì)獬鯗?渦輪進口溫度)不斷提高。隨著渦輪進口溫度的不斷提高，其運行溫度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過葉片材料的熔點溫度，如目前已投入運行的最先進的燃?xì)廨啓C渦輪進口燃?xì)鉁囟纫呀?jīng)達到1600℃，先進航空發(fā)動機的渦輪進口溫度更是超過1800℃。確保燃?xì)廨啓C渦輪葉片在如此高溫環(huán)境下能夠長時間安全可靠地運行主要有三方面的措施：一是不斷提高渦輪葉片材料的耐熱等級，二是采用先進的冷卻技術(shù)以降低葉片溫度，三是不斷提高渦輪葉片隔熱涂層的隔熱效果。近年來，渦輪進口溫度的提高主要歸功于渦輪冷卻設(shè)計水平的提高，其次是由于高性能耐熱合金與涂層材料的發(fā)展及生產(chǎn)制造工藝水平的進步。顯然，渦輪葉片冷卻對提高渦輪進口溫度，改善燃?xì)廨啓C性能起到至關(guān)重要的作用。

近年來，隨著設(shè)計技術(shù)的不斷進步以及計算流體力學(xué)的不斷發(fā)展，全三維優(yōu)化設(shè)計手段不斷在渦輪冷卻設(shè)計過程中得到應(yīng)用，渦輪冷卻設(shè)計體系、設(shè)計手段及方法不斷豐富與完善，先進的設(shè)計技術(shù)及冷卻結(jié)構(gòu)不斷推動著渦輪進口溫度的提升，渦輪葉片冷卻通道形狀也更為復(fù)雜。為滿足節(jié)能減排要求，現(xiàn)代燃?xì)廨啓C不斷追求性能的提升，要求渦輪冷卻及氣動性能不斷改善，渦輪葉片壽命及可靠性不斷提高。然而，基于傳統(tǒng)渦輪葉片尾緣排氣結(jié)構(gòu)的冷卻技術(shù)難以在降低葉片尾緣溫度的同時改善渦輪葉片氣動性能。

盡管國內(nèi)外學(xué)者及科研人員在渦輪葉片高效冷卻及氣動設(shè)計方面已開展了大量的研究，對改善渦輪葉片冷卻及氣動性能、揭示渦輪葉片葉身內(nèi)部冷卻流動機理有了一定的認(rèn)識，但是這些研究并沒有關(guān)注在改善渦輪葉片葉身冷卻的同時如何改善渦輪葉片葉型損失，也鮮有關(guān)于通過導(dǎo)葉尾緣吸力側(cè)排氣結(jié)構(gòu)形式降低渦輪葉片尾緣金屬溫度、改善渦輪導(dǎo)葉氣動性能方面的報道。科研人員希望有一種既可以解決渦輪導(dǎo)葉尾緣難以冷卻問題又可以有效改善渦輪導(dǎo)葉氣動性能的先進尾緣結(jié)構(gòu)形式造型方法。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供能解決傳統(tǒng)尾緣中間劈縫排氣方式導(dǎo)葉尾跡損失大，渦輪氣動效率難以滿足要求等難題的一種吸力側(cè)排氣的氣冷渦輪導(dǎo)葉造型方法。

本發(fā)明的目的是這樣實現(xiàn)的：

本發(fā)明一種吸力側(cè)排氣的氣冷渦輪導(dǎo)葉造型方法，其特征是：

(1)對采用常規(guī)設(shè)計方法得到的渦輪葉片進行帶冷卻通道的流熱耦合計算，得到渦輪導(dǎo)葉葉型損失、葉片金屬溫度數(shù)據(jù)，并將該數(shù)據(jù)結(jié)果作為改進為尾緣吸力側(cè)排氣設(shè)計計算結(jié)果的對比依據(jù)；

(2)保持渦輪導(dǎo)葉葉片外型前緣型線、葉背型線及葉盆中前部型線不變；

調(diào)整渦輪導(dǎo)葉葉片各截面尾緣半徑，減小渦輪導(dǎo)葉葉片各截面尾緣半徑至0.5mm—1mm，并調(diào)整各截面葉盆后部尾緣附近型線，得到調(diào)整后渦輪導(dǎo)葉葉片外型，將該尾緣定義為長排氣尾緣；

(3)保持渦輪導(dǎo)葉葉身中前部內(nèi)部冷卻通道及內(nèi)部冷卻結(jié)構(gòu)不變，調(diào)整導(dǎo)葉葉片尾緣即長排氣尾緣附近冷卻排氣結(jié)構(gòu)，由減小半徑后尾緣即長排氣尾緣處沿葉背型線在L長度位置設(shè)置短排氣尾緣；