带有竹节形微细管阵的涡轮动叶缘板冷却结构及燃气轮机的制作方法

本发明属于燃轮机设计，特别涉及一种带有竹节形微细管阵的动叶缘板冷却结构及燃气轮机。

背景技术：

1、随着燃气轮机性能指标的不断提高及其工作使用边界的不断拓宽，涡轮进口温度不断增加，对高负荷条件下长时间连续工作的涡轮叶片材料耐温等级和冷却结构设计提出了更高要求。

2、在现役发动机运行和新发动机研制过程中，涡轮叶片存在着较难冷却的区域，特别是尺寸空间相对狭小、流动相对复杂的端壁及叶顶等位置极易形成冷却“盲区”甚至“死区”，这些位置的金属温度均接近叶片合金的耐热极限，类似现象在国外研究人员开展燃气轮机设计与试验时也有报道。西门子等公司瞬态液晶测量和数值计算获得的涡轮动叶表面温度分布显示：在叶身、端壁和叶顶处出现明显的局部高温区。这些难以冷却的局部高温区域极易导致涡轮叶片发生局部烧蚀，给涡轮叶片冷却设计带来了极大的困难。加之随着发动机使用环境的拓宽、性能要求的提高，涡轮进口温度不断提高，进一步增大了涡轮叶片冷却结构的设计难度。

3、因此，在传统大尺度冷却结构难以满足冷却“盲区”、“死区”降温需求的情况下，创新和发展涡轮叶片的高效冷却结构，在不增加冷气用量的基础上进一步提升冷却效果，对于先进高性能燃气涡轮发动机研制具有重要的科学意义和实用价值。

技术实现思路

1、本发明实施例提供一种带有竹节形微细管阵的动叶缘板冷却结构及燃气轮机，能够解决燃气轮机高压涡轮动叶缘板受端区横向二次流影响、冷却空气较难覆盖，导致叶片缘板烧蚀的问题，避免涡轮叶片超温运行，引起涡轮叶片失效无法工作的问题。

2、本发明的一个实施例中，提供一种带有竹节形微细管阵的动叶缘板冷却结构，冷却空气通过竹节形微细管阵冷却结构对涡轮动叶缘板进行冷却，所述冷却结构，包括：布置在高压涡轮动叶缘板内部的竹节形微细管阵冷却管道，所述微细管阵冷却管道包括直接贯通部分和管道连接贯通部分。

3、所述管道连接贯通部分，包括：前缘段、空腔段和尾缘段，所述管道连接贯通部分的前缘段、空腔段、尾缘段依次连接成为贯通的冷却流路，与所述直接贯通部分构成整个高压涡轮动叶缘板竹节形微细管阵冷却结构；

4、所述微细管阵冷却管道设置竹节形鼓包的管排结构，布置在高压涡轮动叶缘板内部，在动叶缘板靠近动叶缘板通流表面的一侧，冷却管道的中心线与缘板的侧壁平行；

5、在所述微细管阵冷却管道的直接贯通部分、管道连接贯通部分的前缘段和尾缘段内分别布置有竹节形鼓包结构，以增大冷却管道的冷却换热面积和对流换热系数。

6、进一步地，所述结构，包括：

7、所述竹节形微细管阵冷却结构中，冷却圆管布置在缘板靠近动叶叶身的一侧，竹节形冷却管道布置在动叶缘板靠近叶栅通道的通流表面，对缘板进行冷却。

8、进一步地，所述竹节形微细管阵冷却管道的空腔段为空心圆管结构，通过管壁分别连接所述前缘段与尾缘段，将冷却空气从动叶缘板由前到后连通，避免冷却空气输送中断。

9、进一步地，所述竹节形微细管阵的冷却结构，竹节形冷却管之间的距离为1倍～2倍的竹节形圆管段直径，即竹节形管阵管排相互之间的最近距离为1倍～2倍竹节形微细管阵的圆管段直径。

10、进一步地，所述竹节形微细管阵冷却结构的冷却圆管段管径取值在0.1mm～1mm，竹节形管段直径取值为1.5倍～2倍的微细管阵的圆管段管径。

11、进一步地，所述竹节形微细管阵冷却结构通过涡轮动叶缘板后侧直接排出，用于冷却下游低压涡轮导叶缘板，并对高压涡轮动叶与下游低压涡轮导叶缘板之间的封严，避免燃气“入侵”高压涡轮轮盘盘腔。

12、进一步地，所述竹节形微细管阵冷却结构取消缘板气膜冷却，解决传统气膜冷却结构由于缘板附近受端区横向二次流影响及空间结构限制。

13、本发明的又一个实施例中，提供一种燃气轮机，所述燃气轮机包括如权利要求1至7任一项所述的一种带有竹节形微细管阵的动叶缘板冷却结构。

14、本发明所带来的有益效果如下：

15、从上述方案可以看出，本发明实施例提供一种带有竹节形微细管阵的动叶缘板冷却结构及燃气轮机，冷却空气通过竹节形微细管阵冷却结构对涡轮动叶缘板进行冷却，所述冷却结构，包括：布置在高压涡轮动叶缘板内部的竹节形微细管阵冷却管道，所述微细管阵冷却管道包括直接贯通部分和管道连接贯通部分。管道连接贯通部分的前缘段、空腔段、尾缘段依次连接成为贯通的冷却流路，与所述直接贯通部分构成整个高压涡轮动叶缘板竹节形微细管阵冷却结构。本发明技术方案，能够解决燃气轮机高压涡轮动叶缘板受端区横向二次流影响、冷却空气较难覆盖，导致叶片缘板烧蚀的问题，避免涡轮叶片超温运行，引起涡轮叶片失效无法工作的问题。

技术特征：

1.一种带有竹节形微细管阵的涡轮动叶缘板冷却结构，冷却空气通过竹节形微细管阵冷却结构对涡轮动叶缘板进行冷却，其特征在于，所述冷却结构，包括：布置在高压涡轮动叶缘板内部的竹节形微细管阵冷却管道，所述微细管阵冷却管道包括直接贯通部分和管道连接贯通部分；

2.根据权利要求1所述的一种带有竹节形微细管阵的动叶缘板冷却结构，其特征在于，所述结构，包括：

3.根据权利要求1所述的一种带有竹节形微细管阵的动叶缘板冷却结构，其特征在于，所述竹节形微细管阵冷却管道的空腔段为空心圆管结构，通过管壁分别连接所述前缘段与尾缘段，将冷却空气从动叶缘板由前到后连通，避免冷却空气输送中断。

4.根据权利要求1所述的一种带有竹节形微细管阵的动叶缘板冷却结构，其特征在于，所述竹节形微细管阵的冷却结构，竹节形冷却管之间的距离为1倍～2倍的竹节形圆管段直径，即竹节形管阵管排相互之间的最近距离为1倍～2倍竹节形微细管阵的圆管段直径。

5.根据权利要求1所述的一种带有竹节形微细管阵的动叶缘板冷却结构，其特征在于，所述竹节形微细管阵冷却结构的冷却圆管段管径取值在0.1mm～1mm，竹节形管段直径取值为1.5倍～2倍的微细管阵的圆管段管径。

6.根据权利要求1所述的一种带有竹节形微细管阵的动叶缘板冷却结构，其特征在于，所述竹节形微细管阵冷却结构通过涡轮动叶缘板后侧直接排出，用于冷却下游低压涡轮导叶缘板，并对高压涡轮动叶与下游低压涡轮导叶缘板之间的封严，避免燃气“入侵”高压涡轮轮盘盘腔。

7.根据权利要求1所述的一种带有竹节形微细管阵的动叶缘板冷却结构，其特征在于，所述竹节形微细管阵冷却结构取消缘板气膜冷却，解决传统气膜冷却结构由于缘板附近受端区横向二次流影响及空间结构限制。

8.一种燃气轮机，其特征在于，所述燃气轮机包括如权利要求1至7任一项所述的一种带有竹节形微细管阵的动叶缘板冷却结构。

技术总结本发明提供一种带有竹节形微细管阵的动叶缘板冷却结构及燃气轮机，冷却空气通过竹节形微细管阵冷却结构对涡轮动叶缘板进行冷却，所述冷却结构，包括：布置在高压涡轮动叶缘板内部的竹节形微细管阵冷却管道，所述微细管阵冷却管道包括直接贯通部分和管道连接贯通部分。管道连接贯通部分的前缘段、空腔段、尾缘段依次连接成为贯通的冷却流路，与所述直接贯通部分构成整个高压涡轮动叶缘板竹节形微细管阵冷却结构。本发明技术方案，能够解决燃气轮机高压涡轮动叶缘板受端区横向二次流影响、冷却空气较难覆盖，导致叶片缘板烧蚀的问题，避免涡轮叶片超温运行，引起涡轮叶片失效无法工作的问题。技术研发人员：牛夕莹,刘言明,候隆安,徐波,李翔宇,高春祥,刘庆鹤,宋惠华,陈鹏,傅琳,毛冬岩受保护的技术使用者：中国船舶集团有限公司第七〇三研究所技术研发日：技术公布日：2024/11/14