[实用新型]一种船用燃气轮机高压涡轮导叶冷却结构

说明书

一种船用燃气轮机高压涡轮导叶冷却结构，它涉及一种高压涡轮导向叶片，具体涉及一种船用燃气轮机高压涡轮导叶冷却结构。本实用新型为了解决现有船用燃气轮机的高压涡轮导叶片使用寿命较短的问题。本实用新型包括叶片上缘板、叶片叶型和叶片下缘板，叶片上缘板、叶片叶型、叶片下缘板依次连接成一体，叶片叶型外表面由吸力面和压力面组成，吸力面和压力面交界区域分别是叶片前缘和叶片尾缘，叶片内部设有前腔和后腔，叶片下缘板下表面设有前腔入口和后腔入口，前腔入口与前腔连通，后腔入口与后腔连通。本实用新型属于船用燃气轮机设备领域。

技术领域

本实用新型涉及一种高压涡轮导向叶片，具体涉及一种船用燃气轮机高压涡轮导叶冷却结构，属于船用燃气轮机设备领域。

背景技术

船用燃气轮机是复杂且精密的高科技产品，工作在高温、高压、高转速及高烟雾腐蚀的恶劣环境下。其研制涉及到热力学、流体力学、传热学、燃烧学、结构强度、机械设计、材料学、制造工艺学以及控制科学等多个学科领域，其叶片的设计过程经历了一维、二维、三维结构设计，是一项多学科综合的、复杂的系统工程。

从燃气轮机热力循环方面考虑，提高涡轮前燃气温度是提高发动机热机效率和功率的根本所在。随着燃气轮机性能要求的越来越高，涡轮进口燃气温度也越来越高。从涡轮进口燃气温度与叶片材料的发展分析，叶片材料耐受温度与涡轮进口的温度差距越来越大。显然为了达到大功率燃气轮机的技术指标，仅仅依靠材料的发展是不够的，合理引入冷却系统是解决问题的关键。高效的冷却技术可以延长受热部件的使用寿命、使用更经济的材料以降低成本，这些显著的优点使得冷却系统的设计在高性能燃气轮机研制中占有举足轻重的地位。

高压涡轮导向叶片直接暴露于燃烧室出口，由于受到燃气轮机快速启停、变工况以及燃烧室出口不均匀度等因素的影响，其工作条件最为复杂。随着涡轮进口温度的不断提高，一方面燃烧室出口最大径向和周向不均匀度也会相应增加，这将导致叶片热负荷提高、热应力增大。另一方面，对涡轮效率要求的不断提高，这就造成叶片尾缘区域厚度不断变薄，外换热系数大，是涡轮叶片最难冷却的区域之一。因此对涡轮导向叶片尾缘区域进行高效冷却结构设计是燃气轮机设计的关键问题之一。

实用新型内容

本实用新型为解决现有船用燃气轮机的高压涡轮导叶片使用寿命较短的问题，进而提出一种船用燃气轮机高压涡轮导叶冷却结构。

本实用新型为解决上述问题采取的技术方案是：本实用新型包括叶片上缘板、叶片叶型和叶片下缘板，叶片上缘板、叶片叶型、叶片下缘板依次连接成一体，叶片叶型外表面由吸力面和压力面组成，吸力面和压力面交界区域分别是叶片前缘和叶片尾缘，叶片内部设有前腔和后腔，叶片下缘板下表面设有前腔入口和后腔入口，前腔入口与前腔连通，后腔入口与后腔连通。

进一步的，后腔内插装有冲击套筒。

进一步的，冲击套筒朝向压力面的一侧开有一排冲击套筒压力面冲击孔；冲击套筒朝向吸力面的一侧开有一排冲击套筒吸力面冲击孔。

进一步的，叶片尾缘区域从叶根到叶顶设有多个扰流柱，扰流柱的一端与压力面连接，扰流柱的另一端与吸力面连接。

进一步的，扰流柱的横截面形状可以是圆形或者椭圆型，且单柱的尺寸可以不相等。

进一步的，相邻两个扰流柱之间的轴向距离和径向距离均不相等。

本实用新型的有益效果是：本实用新型的扰流柱一端与叶片尾缘压力面相连，一端与吸力面相连。一方面，扰流柱连接叶片的吸力面和压力面可以提高尾缘结构的强度。另一方面，每根扰流柱所产生的尾流可以增加自由流的湍流度，同时上游柱的尾流也可以影响下游柱的流动和传热性能，增强叶片尾缘区域的换热强度，由此降低叶片的温度。此种结构工艺性也比较好，是一种有效的叶片尾缘强化换热冷却结构。本实用新型在不增加总冷却空气流量的情况下，对叶身尾缘区域可以进行更加有效合理的冷却，强化叶片尾缘的换热，降低叶片的最高温度和平均温度，从而提高叶片的使用寿命。