一种具有降低动叶叶尖换热的机匣结构和透平组件的制作方法

本发明涉及燃气轮机，具体地，涉及一种具有降低动叶叶尖换热的机匣结构和透平组件。

背景技术：

1、燃气轮机因其自身体积小、响应快、功率大、效率高的特点，广泛应用于发电、船舶、航空、工业动力等领域。为进一步提高燃气轮机功率和热效率，燃气轮机燃烧室内燃烧温度不断提升，给下游透平第一级静叶和动叶表面造成了严重的热负荷，严重影响了燃气轮机透平运行的安全性。

2、为避免静止部件和旋转部件之间的摩擦，透平机匣和动叶之间存在有径向的缝隙，称之为叶尖间隙。在叶片压力侧和吸力侧之间压力梯度的驱动下，高温燃气从叶尖间隙内加速流动，拉薄了叶尖壁面的流动边界层，产生了剧烈的对流换热，造成了相当严重的热负荷。同时在高温高压环境下，由于叶尖间隙过小，叶尖间隙内的流动结构受离心力、科氏力和动静叶干涉的影响，呈现出三维、复杂和不稳定的特征，透平间隙泄漏流流速增加，叶尖表面换热特征难以预测，透平效率降低。

3、针对上述问题，相关技术中提出了在透平动叶的叶尖处设计叶尖凹槽的方案，这种结构在控制间隙泄漏流动和换热性能方面优于平叶尖结构，但是带叶尖凹槽叶尖间隙的复杂涡系结构会导致叶尖出现局部高换热系数区域，进而影响叶尖的气热性能。

技术实现思路

1、本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。

2、为此，本发明的实施例提出一种具有降低动叶叶尖换热的机匣结构，该具有降低动叶叶尖换热的机匣结构的机壳在叶尖处构建凹部，利用凹部与叶尖顶部形成第一间隙流道，与叶尖前部形成第二间隙流道，由此，主高温气流经第二间隙流道流入第一间隙流道时会形成台阶涡，台阶涡降低了叶尖前缘区域压力侧和吸力侧之间的压力梯度，有效地减弱压力侧角涡和刮削涡的强度，进而降低叶尖热负荷，提高透平效率，保证动叶安全有效地运行工作。

3、本发明的实施例还提出一种透平组件。

4、本发明实施例的具有降低动叶叶尖换热的机匣结构包括：机壳，所述机壳具有燃烧室；透平叶片组件，所述透平叶片组件设于所述燃烧室内，所述透平叶片组件包括多个在所述燃烧室的轴向上间隔布置的静叶组件和动叶组件，所述静叶组件包括静叶底座和连接在所述静叶底座与所述机壳的内壁之间的静叶，所述动叶组件包括动叶底座和连接在所述动叶底座上并朝向所述机壳的内壁延伸的动叶，所述动叶的顶部具有叶尖凹槽，且所述机壳的内壁与所述动叶相对的位置处向外凹陷构成凹部，所述凹部的底壁与所述动叶的顶部间隔构成第一间隙流道，所述凹部朝向所述燃烧室进气侧的侧壁与所述动叶的顶部朝向所述燃烧室进气侧的侧面间隔构成第二间隙流道。

5、本发明实施例的具有降低动叶叶尖换热的机匣结构，机壳内壁具有相对动叶叶尖向外凹陷的凹部，动叶的顶部具有叶尖凹槽，凹部的底面与动叶叶尖间隔构成第一流道间隙，凹部朝向燃烧室进气侧的侧壁与动叶的顶部朝向燃烧室进气侧的侧面间隔构成第二间隙流道，则主流高温燃气流经第二间隙流道流入第一间隙流道时会形成台阶涡，台阶涡降低了叶尖前缘区域压力侧和吸力侧之间的压力梯度，有效地减弱压力侧角涡和刮削涡的强度，进而降低叶尖热负荷，提高透平效率，保证动叶安全有效地运行工作。

6、在一些实施例中，所述动叶高度为h，所述第一间隙流道的高度尺寸为s，则满足0.008≤s/h≤0.012。

7、在一些实施例中，所述第二间隙流道的宽度尺寸为l，则满足0.008≤l/h≤0.012。

8、在一些实施例中，所述机壳的进气侧的壁面上设有气膜孔。

9、在一些实施例中，所述气膜孔为朝向所述静叶组件倾斜的斜孔。

10、在一些实施例中，所述机壳的进气侧的壁面上设有第一冷却槽缝。

11、在一些实施例中，所述静叶底座上设有第二冷却槽缝。

12、在一些实施例中，所述静叶底座和所述动叶底座之间间隔形成第三冷却槽缝。

13、在一些实施例中，所述凹部在所述机壳的径向上的尺寸与所述第一间隙的高度尺寸相等。

14、本发明实施例的透平组件包括上述实施例所述的具有降低动叶叶尖换热的机匣结构。

15、本发明实施例的透平组件，通过采用上述具有降低动叶叶尖换热的机匣结构，机壳内壁具有相对动叶叶尖向外凹陷的凹部，动叶的顶部具有叶尖凹槽，凹部的底面与动叶叶尖间隔构成第一流道间隙，凹部朝向燃烧室进气侧的侧壁与动叶的顶部朝向燃烧室进气侧的侧面间隔构成第二间隙流道，则主流高温燃气流经第二间隙流道流入第一间隙流道时会形成台阶涡，台阶涡降低了叶尖前缘区域压力侧和吸力侧之间的压力梯度，有效地减弱压力侧角涡和刮削涡的强度，进而降低叶尖热负荷，保证动叶安全有效地运行工作，提高透平组件的透平效率。

技术特征：

1.一种具有降低动叶叶尖换热的机匣结构，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的具有降低动叶叶尖换热的机匣结构，其特征在于，所述动叶高度为h，所述第一间隙流道的高度尺寸为s，则满足0.008≤s/h≤0.012。

3.根据权利要求1所述的具有降低动叶叶尖换热的机匣结构，其特征在于，所述第二间隙流道的宽度尺寸为l，则满足0.008≤l/h≤0.012。

4.根据权利要求1所述的具有降低动叶叶尖换热的机匣结构，其特征在于，所述机壳的进气侧的壁面上设有气膜孔。

5.根据权利要求4所述的具有降低动叶叶尖换热的机匣结构，其特征在于，所述气膜孔为朝向所述静叶组件倾斜的斜孔。

6.根据权利要求1所述的具有降低动叶叶尖换热的机匣结构，其特征在于，所述机壳的进气侧的壁面上设有第一冷却槽缝。

7.根据权利要求1所述的具有降低动叶叶尖换热的机匣结构，其特征在于，所述静叶底座上设有第二冷却槽缝。

8.根据权利要求1所述的具有降低动叶叶尖换热的机匣结构，其特征在于，所述静叶底座和所述动叶底座之间间隔形成第三冷却槽缝。

9.根据权利要求1所述的具有降低动叶叶尖换热的机匣结构，其特征在于，所述凹部在所述机壳的径向上的尺寸与所述第一间隙的高度尺寸相等。

10.一种透平组件，其特征在于，包括根据权利要求1-9中任一项所述的具有降低动叶叶尖换热的机匣结构。

技术总结本发明公开了一种具有降低动叶叶尖换热的机匣结构和透平组件，所述具有降低动叶叶尖换热的机匣结构包括机壳和透平叶片组件，透平叶片组件设于燃烧室内，透平叶片组件包括多个在燃烧室的轴向上间隔布置的静叶组件和动叶组件，静叶组件包括静叶底座和连接在静叶底座与机壳的内壁之间的静叶，动叶组件包括动叶底座和连接在动叶底座上并朝向机壳的内壁延伸的动叶，动叶的顶部具有叶尖凹槽，且机壳的内壁向外凹陷构成凹部，凹部的底壁与动叶的顶部间隔构成第一间隙流道，凹部朝向燃烧室进气侧的侧壁与动叶的顶部朝向燃烧室进气侧的侧面间隔构成第二间隙流道。本发明的透平组件降低了叶尖热负荷，提高了透平效率，可保证动叶安全有效地运行工作。技术研发人员：姜世杰,肖俊峰,胡孟起,夏林,连小龙,王一丰,田新平,卫星光,鲁博辉,何欣欣,邵帅受保护的技术使用者：西安热工研究院有限公司技术研发日：技术公布日：2024/6/18