一種帶有葉片波浪狀凹陷尾緣半劈縫冷卻結(jié)構(gòu)的渦輪的制作方法
【專利摘要】本實用新型提供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，包括機匣、輪轂，在機匣和輪轂之間沿圓周方向均勻安裝有葉片，在葉片尾緣設有半劈縫冷卻結(jié)構(gòu)，其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沿葉片高度方向設有交錯式噴氣縫單元，在尾緣吸力邊設置沿葉片高度方向間隔排列的呈波浪狀的凹陷結(jié)構(gòu)。本實用新型設計的帶有葉片波浪狀凹陷尾緣半劈縫冷卻結(jié)構(gòu)的渦輪不僅增大了葉片尾緣部分與冷氣的換熱面積，從而進一步降低了葉片尾緣的溫度，并且均化了下游葉片進口氣流溫度分布，還改善了渦輪葉片氣動性能。
【專利說明】
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
技術領域
[0001]本實用新型涉及一種渦輪，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?！颈尘凹夹g】
[0002]隨著人們對燃氣輪機可靠性和高效性的追求，提高渦輪前燃氣溫度已成為提高燃氣輪機性能的重要技術途徑。然而，渦輪前溫度提高給燃氣輪機工作帶來一系列嚴重的問題，對燃氣輪機熱端部件的高溫機械強度、熱穩(wěn)定性技術指標和使用壽命提出了挑戰(zhàn)。葉片尾緣截面積較小，熱沉滯強，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葉片尾緣進行有效的冷卻對燃氣輪機安全穩(wěn)定的工作有著重要的意義。
[0003]渦輪葉片尾緣承受的熱負荷高，且內(nèi)冷通道空間受限，因此成為葉片冷卻結(jié)構(gòu)設計的難題。目前廣泛應用于葉片尾緣的冷卻結(jié)構(gòu)有擾流柱、肋壁強化、半劈縫氣膜冷卻等。 不過，這些結(jié)構(gòu)對葉片尾緣的冷卻效果還非常有限，對渦輪葉片的氣動性能、與下游葉片的熱匹配性也有明顯影響。截至目前，還未見有關葉片尾緣的高效、高冷卻效率設計的報道。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0004]本實用新型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口氣流溫度分布，還可改善渦輪葉片氣動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。
[0005]本實用新型的目的是這樣實現(xiàn)的:包括機匣、輪轂，在機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置有交錯式噴氣縫單元，尾緣吸力邊還設置沿葉片高度方向間隔排列的呈波浪狀的凹陷結(jié)構(gòu)。
[0006]本實用新型還包括這樣一些結(jié)構(gòu)特征:[〇〇〇7] 1.所述葉片尾緣吸力邊端部形狀為橢圓形。
[0008]2.所述尾緣交錯式噴氣縫單元的寬度小于葉片的厚度，其高度與寬度之比為3.5 ?4.5,且交錯式噴氣縫單元沿葉片高度方向設置有10?15個。
[0009]3.所述波浪狀凹陷結(jié)構(gòu)的波長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。
[0010]4.所述波浪狀凹陷結(jié)構(gòu)與葉片表面的交界處設置圓角。
[0011]與現(xiàn)有技術相比，本實用新型的有益效果是:本實用新型通過在半劈縫冷卻結(jié)構(gòu)中采用若干交錯式噴氣縫單元，增大了葉片尾緣部分與冷氣的換熱面積，從而進一步降低了葉片尾緣的溫度，并且通過在葉片尾緣吸力邊端部開設波浪狀凹陷結(jié)構(gòu)，重新組織了冷氣出流與主流的摻混，提高了下游葉片進口氣流流動以及溫度分布的均勻性，且由于恰當?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性能。此外，本實用新型結(jié)構(gòu)也比較簡單，易于工程實現(xiàn)。【附圖說明】
[0012]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；
[0013]圖2是圖1所示渦輪葉片的剖視圖；
[0014]圖3是尾緣半劈縫冷卻結(jié)構(gòu)的局部視圖；
[0015]圖4是波浪狀凹陷尾緣結(jié)構(gòu)的局部視圖。
[0016]圖中:L為波浪狀凹陷結(jié)構(gòu)的波長，W為波浪狀凹陷結(jié)構(gòu)的波幅。【具體實施方式】
[0017]下面結(jié)合附圖與【具體實施方式】對本實用新型作進一步詳細描述。
[0018]結(jié)合圖1?圖4,本實用新型由輪轂、葉片和機匣組成，在輪轂和機匣之間沿圓周方向均勻安裝有葉片，在葉片的尾緣設有半劈縫冷卻結(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有交錯式噴氣縫單元3,交錯式噴氣縫的橫剖圖見圖3所示，在尾緣吸力邊2設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。
[0019]制造本實用新型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)設計方法設計好帶有尾緣半劈縫結(jié)構(gòu)的渦輪葉片?？紤]到葉片尾緣厚度對摻混損失影響較大，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，對于給定的葉片尾緣區(qū)域冷卻和強度等要求，設計葉片波浪狀凹陷尾緣半劈縫冷卻結(jié)構(gòu)。
[0020]具體的設計步驟如下:
[0021](1)根據(jù)葉片尾緣壓力邊的厚度，并根據(jù)葉片工作條件對其強度的要求，確定好交錯式噴氣縫單元的寬度，并根據(jù)交錯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式噴氣縫單元的個數(shù)。
[0022](2)根據(jù)渦輪葉片尾緣的流動傳熱情況，確定葉片尾緣波浪狀凹陷結(jié)構(gòu)的波長和波幅等參數(shù)。
[0023]需注意的是，所述葉片尾緣波浪狀凹陷結(jié)構(gòu)的波長如果較大則對尾緣區(qū)域冷氣出流與主流的摻混的控制效果較弱，如果波長較小，凹陷結(jié)構(gòu)增多，也不利于改善冷氣出流與主流的摻混。對于波浪狀凹陷結(jié)構(gòu)的波幅，如果太大，對葉片尾緣自身的性能損傷較大，反之，如果太小的話，對尾緣區(qū)域冷氣出流與主流的摻混的控制效果也較弱。因此，所述波浪狀凹陷結(jié)構(gòu)的波長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。
[0024]考慮到加工以及葉片尾緣區(qū)域流動對光滑壁面的要求，所述波浪狀凹陷結(jié)構(gòu)與葉片尾緣表面的交界處采用圓角過渡。
[0025]值得注意的是，以上所有參數(shù)的最佳取值可借助于現(xiàn)有的計算流體動力學軟件數(shù)值模擬或者相關試驗獲得。
[0026]—種帶有葉片波浪狀凹陷尾緣半劈縫冷卻結(jié)構(gòu)的渦輪，包括機匣、輪轂，在機匣和輪轂之間沿圓周方向均勻安裝有葉片，其特征是:在葉片尾緣設有半劈縫冷卻結(jié)構(gòu)，其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沿葉片高度方向設有交錯式噴氣縫單元，在尾緣吸力邊設置沿葉片高度方向間隔排列的呈波浪狀的凹陷結(jié)構(gòu)。
[0027]本實用新型還可以包括:[〇〇28]1、所述葉片尾緣吸力邊端部形狀為橢圓形。
[0029]2、所述尾緣交錯式噴氣縫單元的寬度小于當?shù)厝~片的厚度，其高度與寬度之比為 3.5?4.5,且交錯式噴氣縫單元沿葉片高度方向設置有10?15個。
[0030]3、所述波浪狀凹陷結(jié)構(gòu)的波長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。
[0031]4、所述波浪狀凹陷結(jié)構(gòu)與葉片表面的交界處采用圓角過渡。
[0032]本實用新型的目的在于提供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，包括機匣、輪轂，在機匣和輪轂之間沿圓周方向均勻安裝有葉片，在葉片尾緣設有半劈縫冷卻結(jié)構(gòu)，其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沿葉片高度方向設有交錯式噴氣縫單元，在尾緣吸力邊設置沿葉片高度方向間隔排列的呈波浪狀的凹陷結(jié)構(gòu)。本實用新型設計的帶有葉片波浪狀凹陷尾緣半劈縫冷卻結(jié)構(gòu)的渦輪不僅增大了葉片尾緣部分與冷氣的換熱面積，從而進一步降低了葉片尾緣的溫度，并且均化了下游葉片進口氣流溫度分布，還改善了渦輪葉片氣動性能。
[0033]以上所述的具體描述，對發(fā)明的目的、技術方案和有益效果進行了進一步詳細說明，所應理解的是，以上所述僅為本實用新型的具體實施案例，用于解釋本實用新型，并不用于限定本實用新型的保護范圍，凡在本實用新型的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本實用新型的保護范圍之內(nèi)。
【主權項】
1.一種帶有葉片波浪狀凹陷尾緣半劈縫冷卻結(jié)構(gòu)的渦輪，包括機匣、輪轂，在機匣和輪 轂之間且沿圓周方向均勻安裝有葉片，其特征是:所述葉片尾緣設置有半劈縫冷卻結(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 沿葉片高度方向設置有交錯式噴氣縫單元，尾緣吸力邊還設置沿葉片高度方向間隔排列的 呈波浪狀的凹陷結(jié)構(gòu)。2.根據(jù)權利要求1所述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，其特 征是:所述葉片尾緣吸力邊端部形狀為橢圓形。3.根據(jù)權利要求1或2所述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，其 特征是:所述尾緣交錯式噴氣縫單元的寬度小于葉片的厚度，其高度與寬度之比為3.5? 4.5,且交錯式噴氣縫單元沿葉片高度方向設置有10?15個。4.根據(jù)權利要求1或2所述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，其 特征是:所述波浪狀凹陷結(jié)構(gòu)的波長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。5.根據(jù)權利要求3所述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，其特 征是:所述波浪狀凹陷結(jié)構(gòu)的波長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。6.根據(jù)權利要求1或2所述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，其 特征是:所述波浪狀凹陷結(jié)構(gòu)與葉片表面的交界處設置圓角。7.根據(jù)權利要求3所述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，其特 征是:所述波浪狀凹陷結(jié)構(gòu)與葉片表面的交界處設置圓角。8.根據(jù)權利要求4所述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，其特 征是:所述波浪狀凹陷結(jié)構(gòu)與葉片表面的交界處設置圓角。9.根據(jù)權利要求5所述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，其特 征是:所述波浪狀凹陷結(jié)構(gòu)與葉片表面的交界處設置圓角。
【文檔編號】F01D5/14GK205578037SQ201620163704
【公開日】2016年9月14日
【申請日】2016年3月3日
【發(fā)明人】高杰, 鄭群, 付維亮, 王付凱, 岳國強, 董平
【申請人】哈爾濱工程大學