CN211474191U - 一种燃气轮机叶片前缘中的加强型冷却结构 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种燃气轮机叶片前缘中的加强型冷却结构，包括：设置在燃气轮机叶片内的冷却腔室、冷却介质输入腔室，两者均沿着燃气轮机叶片的延长方向设置，且冷却腔室、冷却介质输入腔室之间设置有至少一个连通孔；冷却腔室内在设置有连通孔的一侧上，设置有沿冷却腔室长度方向延伸的第一凸起部，冷却腔室内与第一凸起部相对的一侧上设置有第二凸起部，冷却腔室形成双螺旋腔室；冷却腔室内侧壁上设有肋片组件，肋片组件包括至少一组肋片单元，每组肋片单元包括两条肋片，两条所述肋片对称设置在第二凸起部的两侧。本实用新型通过增加二次流和增强湍流程度以增强流体的扰动和混合，大大提高整体的传热率，增强冷却效果。

Description

一种燃气轮机叶片前缘中的加强型冷却结构

技术领域

本实用新型涉及燃气轮机叶片，具体涉及一种燃气轮机叶片前缘中的加强型冷却结构。

背景技术

要提高燃气轮机经济运行的效率，一方面需要不断提高涡轮进口温度，另一个方面需要降低用于保护热部件的冷却空气的消耗量，特别是涡轮叶片的冷却空气消耗量。近年来，为了增强涡轮叶片内部冷却的对流换热，已经开发了许多技术，例如湍流器，扰流柱，波纹板，冲击冷却和螺旋室。这些技术的机理都是增加二次流和增强湍流程度以增强流动的混合。在这些冷却技术中，射流冲击对于增加局部传热的潜力巨大。这种最新技术已经被广泛应用在高热负荷燃气轮机叶片前缘的冷却中。

面对不断增加的涡轮入口温度，发展能够提供更高传热率的新冷却技术变得十分必要。近期有一种新型的内部冷却螺旋结构，命名为双螺旋室(DSC)，参阅图1。单螺旋室是一种内部冷却通道，气流在其中大范围围绕腔室轴回旋，可以大大提高传热率。DSC是通过组合两个单螺旋室进行冷却。这种冷却结构的局部和全局平均传热率比单螺旋室的要高出很多。参阅图3-4，在DSC中主要的物理现象和传热率提高的原因有以下几点：(1)腔室内两股涡流的热交换会在腔室的重叠处得到增强；(2)两股涡流的交叉效应会产生三维“∞”形旋流，以改善流体的混合；(3)两股涡流以最大速度在两个腔室的中间重复汇合，带来冲击作用，产生很高的局部传热系数。虽然上述的冷却结构能够提高整体传热率，但仍然存在缺陷。在双螺旋腔室的流体冲击点处，局部传热率高，温度低，而在流体漩涡和冲击点之间区域，边界层重新发展，传热效果不如冲击点，温度较高，冷却不均匀，冷却效果有待提高。

实用新型内容

本实用新型为了解决背景技术中所提出的技术问题，提供了一种燃气轮机叶片前缘中的加强型冷却结构。

本实用新型的技术方案为：

一种燃气轮机叶片前缘中的加强型冷却结构，其特征在于，包括：

设置在燃气轮机叶片内的冷却腔室、冷却介质输入腔室，所述冷却腔室、冷却介质输入腔室沿着所述燃气轮机叶片的延长方向设置，且所述冷却腔室、冷却介质输入腔室之间设置有至少一个连通孔；

所述冷却腔室内在设置有所述连通孔的一侧上，设置有沿所述冷却腔室长度方向延伸的第一凸起部，所述冷却腔室内与所述第一凸起部相对的一侧上设置有第二凸起部，所述冷却腔室形成双螺旋腔室；

所述冷却腔室内侧壁上设有肋片组件，所述肋片组件包括至少一组肋片单元，每组所述肋片单元包括两条肋片，两条所述肋片对称设置在所述第二凸起部的两侧。

进一步优选的，所述肋片的高度小于等于所述第一凸起部和所述第二凸起部之间间距的十分之一。

进一步优选的，所述肋片沿所述燃气轮机叶片的延长方向延伸设置于所述双螺旋腔室内。

进一步优选的，所述肋片为等间距间断的短肋片。

进一步优选的，所述肋片组件包括一组所述肋片单元。

进一步优选的，所述肋片组件包括两组肋片单元。

进一步优选的，所述双螺旋腔室的同一侧壁上的两组所述短肋片之间错位设置。

进一步优选的，所述冷却腔室、冷却介质输入腔室之间设置设置多个所述连通孔，且多个所述连通孔等间距设置。

本实用新型提供了一种，使其与现有技术相比具有以下的优点和积极效果：

本实用新型通过在双螺旋腔室内设置肋片，其具有以下效果：(1)肋片能够增加二次流和增强湍流程度以增强流体的扰动和混合，在提高整体传热率的同时也能够均匀流动方向和旋转方向的冷却效果；(2)肋片置于双螺旋腔室的侧壁，能够破坏原双螺旋室侧壁上的层流底层(即紧靠壁面处的一薄层流体作层流流动，称其为层流底层)和流体边界层的发展，提高了局部传热率；(3)肋片扩展了换热表面，增加了冷流和热部件之间的换热面积，从而增加了换热量，冷却效果更强。

附图说明

结合附图，通过下文的述详细说明，可更清楚地理解本实用新型的上述及其他特征和优点，其中：

图1为现有技术燃气轮机叶片前缘中的双螺旋腔室内的流体流向示意图；

图2为本实用新型中燃气轮机叶片结构示意图；

图3为本实用新型实施例1中燃气轮机叶片前缘部分截面图；

图4为本实用新型实施例1中燃气轮机叶片前缘部分俯视截面图；

图5为本实用新型实施例1中燃气轮机叶片前缘的双螺旋腔室截面图；

图6为图5中A-A截面图；

图7为本实用新型实施例1中的双螺旋腔室内的流体流向示意图；

图8为本实用新型实施例2中燃气轮机叶片前缘的双螺旋腔室截面图；

图9为图8中B-B截面图；

图10为本实用新型实施例2中的双螺旋腔室内的流体流向示意图。

符号说明：

1-燃气轮机叶片；2-叶片前缘；3-叶片后缘；4-双螺旋腔室；5-冷却介质输入腔室；6-连通孔；7-第一凸起部；8-肋片；9-短肋片；10-第二凸起部。

具体实施方式

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对照附图说明本实用新型的具体实施方式。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图，并获得其他的实施方式。

为使图面简洁，各图中只示意性地表示出了与本实用新型相关的部分，它们并不代表其作为产品的实际结构。另外，以使图面简洁便于理解，在有些图中具有相同结构或功能的部件，仅示意性地绘示了其中的一个，或仅标出了其中的一个。在本文中，“一个”不仅表示“仅此一个”，也可以表示“多于一个”的情形。

实施例1

参照图2-7，本实施例提供了一种燃气轮机叶片前缘中的加强型冷却结构，包括：

设置在燃气轮机叶片1内的冷却腔室、冷却介质输入腔室5，冷却腔室、冷却介质输入腔室5沿着燃气轮机叶片1的延长方向设置，且冷却腔室、冷却介质输入腔室5之间设置有至少一个连通孔6；

冷却腔室内在设置有连通孔6的一侧上，设置有沿冷却腔室长度方向延伸的第一凸起部7，冷却腔室内与第一凸起部7相对的一侧上设置有第二凸起部10，冷却腔室形成双螺旋腔室4；

冷却腔室内侧壁上设有肋片组件，肋片组件包括至少一组肋片单元，每组肋片单元包括两条肋片8，两条肋片8对称设置在第二凸起部10的两侧。

在本实施例中，优选的将肋片单元设置在靠近第二凸起部10的两侧，第二凸起部10附近存在设置肋片位置的最优点，在最优点处冷却效果最佳，具体的位置需要根据实际测量确定肋片8的最优位置；当然在其他的实施例中，肋片8除了不能设置在凸起7处外，可以设置在双螺旋腔室4的两侧壁上的任何一处，设置的位置不同，冷却效果不同。可根据实际需求选择肋片8的设置点，此处不做限制。

具体的，在本实用新型中采用的冷却介质为空气，空气从燃气轮机叶片1的叶根处进入冷却介质输入腔室5，冷却介质输入腔室5中的空气经过连通孔6形成射流进入至双螺旋腔室4中，在第二凸起部7处形成冲击点，气流向双螺旋腔室4的侧壁扩散，遇到肋片8的阻碍扰流，双螺旋腔室4侧壁上的流体边界层和层流底层的重新发展，增加二次流和增强湍流程度增强了流体的扰动和混合。

本实用新型通过将肋片8对称设置在双螺旋腔室4内的两侧壁上，设置的肋片8增加了双螺旋腔室内的换热表面积，增加了冷流和热部件之间的换热面积，从而增加了换热量；同时肋片8能够破坏原双螺旋室侧壁上的流体边界层和层流底层的发展，提高了局部传热率；进一步的，肋片8能够增加流体的扰动和混合，在提高整体传热率的同时也能够均匀流体流动方向和旋转方向的冷却效果。

在本实施例当中，参照图4-10，肋片8的高度小于等于第一凸起部7和第二凸起部10之间间距的十分之一。

在本实施例当中，参照图2、3，肋片沿燃气轮机叶片1的延长方向延伸设置于双螺旋腔室内4。

在本实施例当中，参照图4-7，优选的肋片组件包括一组肋片单元，两肋片8分别对称设置在双螺旋腔室4的两侧壁上，当然在其他的实施例中，肋片单元设置的数量不限制，例如可以是设置两组肋片单元，当肋片单元的组数过多时冷却效果反而会有所降低，故不宜设置过多的肋片单元。

在本实施例中，参阅图3，优选的在冷却腔室、冷却介质输入腔室5之间设置多个连通孔6，且多个连通孔6等间距设置。设置多个连通孔6，使得冷却介质从多处连通孔6进入双螺旋腔室中，在第二凸起部处形成多个冲击点，增加对流换热。

实施例2

参阅图8-10，本实施例提供了一种燃气轮机叶片前缘中的加强型冷却结构，包括：

设置在燃气轮机叶片1内的冷却腔室、冷却介质输入腔室5，冷却腔室、冷却介质输入腔室5沿着燃气轮机叶片1的延长方向设置，且冷却腔室、冷却介质输入腔室5之间设置有至少一个连通孔6；

冷却腔室内在设置有连通孔6的一侧上，设置有沿冷却腔室长度方向延伸的第一凸起部7，冷却腔室内与第一凸起部7相对的一侧上设置有第二凸起部10，冷却腔室形成双螺旋腔室4；

冷却腔室内侧壁上设有肋片组件，肋片组件包括至少一组肋片单元，每组肋片单元包括两条肋片8，两条肋片8对称设置在第二凸起部10的两侧。

本实施例中的燃气轮机叶片1和双螺旋腔室4和冷却介质输入腔室5，连通孔6，第一凸起部、第二凸起部的结构及相互之间的位置关系和连接关系如实施例1中所述，这里不再复赘，而本实施与实施例1的区别在于：

在本实施例当中，参照图8-10，优选的肋片8为等间距间断的短肋片9。肋片8间断形成为短肋片9，冷却介质流经肋片时，由于肋片间断，双螺旋腔室4侧壁上的流体边界层和层流底层的重新发展，提高了局部传热率。当然在其他的实施例中，肋片8的具体结构不局限于以上所述，例如可以是不间断的肋片，例如也可以不是等间距间断的肋片。

在本实施例当中，参照图8-10，肋片组件包括两组肋片单元。进一步优选的，双螺旋腔室4的同一侧壁上的两组短肋片9之间错位设置，错位设置的短肋片对流经双螺旋腔室4内的流体阻碍效果更明显，从而增加了破坏边界层发展的次数，增加了流体的扰动，进一步提高传热效率。

参阅图7、图10，本实施相比于实施例1，短肋片增加了破坏边界层发展的次数，增加了流体的扰动，局部传热率更好，在流体的流动方向上冷却更加均匀。

上面结合附图对本发明的实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式。即使对本发明作出各种变化，倘若这些变化属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则仍落入在本发明的保护范围之中。

Claims (8)

1.一种燃气轮机叶片前缘中的加强型冷却结构，其特征在于，包括：

设置在燃气轮机叶片内的冷却腔室、冷却介质输入腔室，所述冷却腔室、冷却介质输入腔室沿着所述燃气轮机叶片的延长方向设置，且所述冷却腔室、冷却介质输入腔室之间设置有至少一个连通孔；

所述冷却腔室内在设置有所述连通孔的一侧上，设置有沿所述冷却腔室长度方向延伸的第一凸起部，所述冷却腔室内与所述第一凸起部相对的一侧上设置有第二凸起部，所述冷却腔室形成双螺旋腔室；

所述冷却腔室内侧壁上设有肋片组件，所述肋片组件包括至少一组肋片单元，每组所述肋片单元包括两条肋片，两条所述肋片对称设置在所述第二凸起部的两侧。

2.根据权利要求1所述的燃气轮机叶片前缘中的加强型冷却结构，其特征在于，所述肋片的高度小于等于所述第一凸起部和所述第二凸起部之间间距的十分之一。

3.根据权利要求1所述的燃气轮机叶片前缘中的加强型冷却结构，其特征在于，所述肋片沿所述燃气轮机叶片的延长方向延伸设置于所述双螺旋腔室内。

4.根据权利要求3所述的燃气轮机叶片前缘中的加强型冷却结构，其特征在于，所述肋片为等间距间断的短肋片。

5.根据权利要求3或4所述的燃气轮机叶片前缘中的加强型冷却结构，其特征在于，所述肋片组件包括一组所述肋片单元。

6.根据权利要求4所述的燃气轮机叶片前缘中的加强型冷却结构，其特征在于，所述肋片组件包括两组肋片单元。

7.根据权利要求6所述的燃气轮机叶片前缘中的加强型冷却结构，其特征在于，所述双螺旋腔室的同一侧壁上的两组所述短肋片之间错位设置。

8.根据权利要求1所述的燃气轮机叶片前缘中的加强型冷却结构，其特征在于，所述冷却腔室、冷却介质输入腔室之间设置多个所述连通孔，且多个所述连通孔等间距设置。

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