燃机涡轮首级导叶下端壁冷却系统.pdf

1、(10)申请公布号 CN 102996187 A (43)申请公布日 2013.03.27 C N 1 0 2 9 9 6 1 8 7 A *CN102996187A* (21)申请号 201210520597.3 (22)申请日 2012.12.06 F01D 25/12(2006.01) (71)申请人哈尔滨汽轮机厂有限责任公司 地址 150046 黑龙江省哈尔滨市香坊区三大 动力路345号 (72)发明人张秋鸿 张宏涛 冯永志 赵俊明 邹建伟 姜东坡 慕粉娟 陈奕嘉 席会杰 张春梅 周驰 (74)专利代理机构哈尔滨市松花江专利商标事 务所 23109 代理人张宏威 (54) 发明名称 燃

2、机涡轮首级导叶下端壁冷却系统 (57) 摘要 燃机涡轮首级导叶下端壁冷却系统，涉及一 种燃机涡轮首级导叶的冷却系统，解决燃机涡轮 首级导叶及下端壁金属表面的温度过高发生氧化 与蠕变损坏的问题。燃机涡轮首级导叶下端壁冷 却系统，冷却系统还包括分流屏；首级导叶下端 壁前缘侧上表面加工有与分流屏形状一致的冷却 槽，分流屏设置在冷却槽正下方覆盖冷却槽，且与 首级导叶下端壁固接；分流屏与冷却槽的底面上 均加工有与前套筒横截面形状一致的通孔，且分 流屏上的通孔与冷却槽底面上的通孔位置正对， 前套筒穿过分流屏上的通孔及冷却槽上的通孔设 置在导叶内，前套筒的上端与分流屏上的通孔固 接。本发明可广泛应用于对燃机

3、涡轮首级导叶下 端壁上进行冷却。 (51)Int.Cl. 权利要求书1页 说明书3页 附图2页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书 1 页 说明书 3 页 附图 2 页 1/1页 2 1.燃机涡轮首级导叶下端壁冷却系统，它包括首级导叶下端壁（1）、导叶（4）和前套筒 （3），所述导叶（4）固定在首级导叶上端壁（5）和首级导叶下端壁（1）之间，首级导叶下端壁 （1）上加工有棱（7），首级导叶下端壁（1）被棱（7）分为前缘侧与尾缘侧，其特征在于所述冷 却系统还包括分流屏（2）； 所述首级导叶下端壁（1）前缘侧下表面加工有与分流屏（2）形状一致的冷却槽（6），分

4、流屏（2）设置在冷却槽（6）正下方覆盖冷却槽（6），且与首级导叶下端壁（1）固接； 所述分流屏（2）与冷却槽（6）的底面上均加工有与前套筒横截面形状一致的通孔，且 分流屏（2）上的通孔与冷却槽（6）底面上的通孔位置正对，前套筒（3）穿过分流屏（2）上的 通孔及冷却槽（6）上的通孔设置在导叶（4）内，前套筒（3）的下端与分流屏（2）上的通孔固 接。 2.根据权利要求1所述的燃机涡轮首级导叶下端壁冷却系统，其特征在于所述分流屏 （2）上设有数个冲击孔（8），所述数个冲击孔（8）分布在导叶在分流屏（2）上的轴向投影区 域外部。 3.根据权利要求1或2所述的燃机涡轮首级导叶下端壁冷却系统，其特征在于所

5、述冷 却槽（6）底面上设有数个导叶前缘气膜孔（9），所述数个导叶前缘气膜孔（9）沿导叶（4）前 缘均匀分布，且数个导叶前缘气膜孔（9）的出气方向均位于导叶（4）与首级导叶下端壁（1） 连接处的前缘。 4.根据权利要求1所述的燃机涡轮首级导叶下端壁冷却系统，其特征在于所述冷却槽 （6）底面上设有数个冷却气膜孔（10）。 5.根据权利要求1、2或4所述的燃机涡轮首级导叶下端壁冷却系统，其特征在于所述 首级导叶下端壁（1）的内弧面到冷却槽（6）上表面之间设有数个内弧侧孔（11）。 6.根据权利要求1所述的燃机涡轮首级导叶下端壁冷却系统，其特征在于所述前套筒 通过孔（14）内表面与首级导叶下端壁（1）

6、背弧侧外表面之间设有数个背弧侧孔（12）。 7.根据权利要求1或6所述的燃机涡轮首级导叶下端壁冷却系统，其特征在于所述冷 却槽（6）上还加工有与后套筒形状一致的通孔；所述通孔内表面与首级导叶下端壁（1）背 弧侧外表面之间设有数个后背弧侧孔（13）。 8.根据权利要求1所述的燃机涡轮首级导叶下端壁冷却系统，其特征在于所述冷却系 统还包括盖板（15）； 所述首级导叶下端壁（1）尾缘侧下表面加工有与盖板（15）形状一致的尾缘冷却槽 （16），盖板（15）设置在尾缘冷却槽（16）正下方覆盖尾缘冷却槽（16），且与首级导叶下端壁 （1）固接。 9.根据权利要求8所述的燃机涡轮首级导叶下端壁冷却系统，其特

7、征在于所述尾缘 冷却槽（16）的内侧面与棱的前缘面之间设有数个第一尾缘冷却孔（17），尾缘冷却槽（16） 的内侧面和首级导叶下端壁（1）的下表面之间设有数个第二尾缘冷却孔（18），尾缘冷却槽 （16）尾缘侧壁上设有数个第三尾缘冷却孔（19）。 10.根据权利要求8所述的燃机涡轮首级导叶下端壁冷却系统，其特征在于所述冷却 系统还包括设有数个冲击板孔的尾缘冲击板（20）； 所述尾缘冲击板（20）与盖板（15）、尾缘冷却槽（16）底面之间设有空隙，尾缘冲击板 （20）上端与盖板（15）固接，下端与尾缘冷却槽（16）底面固接。 权 利 要 求 书CN 102996187 A 1/3页 3 燃机涡轮首级

8、导叶下端壁冷却系统 技术领域 0001 本发明涉及一种燃机涡轮首级导叶的冷却系统。 背景技术 0002 根据中国国内能源产业结构可知，中国天然气资源较少，而煤资源丰富。由煤提炼 的中低热值燃料丰富，因此提高适用于中低热值燃料的重型燃机性能尤为重要，目前的中 低热值重型燃气轮机涡轮导叶直接暴露在较高的热负荷环境中，尤其是叶片叶身及上下端 壁，长期高热负荷环境下容易导致叶片产生氧化且出现蠕变损坏。 发明内容 0003 本发明为了解决燃机涡轮首级导叶及下端壁金属表面的温度过高发生氧化与蠕 变损坏的问题，从而提供一种燃机涡轮首级导叶下端壁冷却系统。 0004 燃机涡轮首级导叶下端壁冷却系统，它包括首级

9、导叶下端壁、导叶和前套筒，所述 导叶固定在首级导叶上端壁和首级导叶下端壁之间，首级导叶下端壁上加工有棱，首级导 叶下端壁被棱分为前缘侧与尾缘侧，所述冷却系统还包括分流屏； 0005 所述首级导叶下端壁前缘侧下表面加工有与分流屏形状一致的冷却槽，分流屏设 置在冷却槽正下方覆盖冷却槽，且与首级导叶下端壁（1）固接； 0006 所述分流屏与冷却槽的底面上均加工有与前套筒横截面形状一致的通孔，且分流 屏上的通孔与冷却槽底面上的通孔位置正对，前套筒穿过分流屏上的通孔及冷却槽上的通 孔设置在导叶内，前套筒的上端与分流屏上的通孔固接。 0007 本发明采用燃机涡轮首级导叶下端壁冷却系统使冷气得到了综合利用，

10、使燃机涡 轮首级导叶及下端壁金属叶片的温度得到有效的降低，能够降低温度500-600k，有效避免 了产生高热负荷环境进而减少了导叶叶片产生氧化与蠕变损坏的问题。 附图说明 0008 图1是燃机涡轮首级导叶下端壁冷却系统的仰视图； 0009 图2是燃机涡轮首级导叶下端壁冷却系统的下端壁结构的仰视图； 0010 图3是图2的后视图； 0011 图4是图2的正视图。 具体实施方式 0012 具体实施方式一、结合图1-4说明本具体实施方式。燃机涡轮首级导叶下端壁冷 却系统，它包括首级导叶下端壁1、导叶4和前套筒3，所述导叶4固定在首级导叶上端壁5 和首级导叶下端壁1之间，首级导叶下端壁1上加工有棱7，

11、首级导叶下端壁1被棱分为前 缘侧与尾缘侧，所述冷却系统还包括分流屏2； 0013 所述首级导叶下端壁1前缘侧下表面加工有与分流屏2形状一致的冷却槽6，分流 说 明 书CN 102996187 A 2/3页 4 屏2设置在冷却槽6正下方覆盖冷却槽6，且与首级导叶下端壁1固接； 0014 所述分流屏2与冷却槽6的底面上均加工有与前套筒横截面形状一致的通孔，且 分流屏2上的通孔与冷却槽6底面上的通孔位置正对，前套筒3穿过分流屏2上的通孔及 冷却槽6上的通孔设置在导叶4内，前套筒3的下端与分流屏2上的通孔固接；后套筒与首 级导叶上端壁5固接。 0015 所述导叶4的进气侧为首级导叶下端壁1的前缘侧，导

12、叶4的出气侧为首级导叶 下端壁1的尾缘侧。 0016 具体实施方式二、本具体实施方式与具体实施方式一不同的是所述分流屏2上设 有数个冲击孔8，所述数个冲击孔8分布在导叶在分流屏2上的轴向投影区域外部。其它组 成和连接方式与具体实施方式一相同。 0017 所述冲击孔8沿分流屏2前缘至尾缘方向分布，分布成十三行；第一行至第六行行 间距相等，每行内孔间距相等；第七至第十三行行间距相等，每行内孔间距相等；所述冲击 孔8的个数为192-212个，孔径为1.2-1.5mm之间。 0018 具体实施方式三、本具体实施方式与具体实施方式一或具体实施方式二不同的是 所述冷却槽6底面上设有数个导叶前缘气膜孔9，所

13、述数个导叶前缘气膜孔9沿导叶4前缘 均匀分布，且数个导叶前缘气膜孔9的出气方向均位于导叶4与首级导叶下端壁1连接处 的前缘上。其它组成和连接方式与具体实施方式一相同。 0019 所述导叶前缘气膜孔9的个数为10-14个，孔径为1.2-1.5mm。 0020 具体实施方式四、本具体实施方式与具体实施方式一不同的是所述冷却槽6底面 上设有数个冷却气膜孔10。其它组成和连接方式与具体实施方式一相同。 0021 所述冷却气膜孔1从涡轮首级导叶下端壁1前缘至尾缘方向分布，分布成八行；第 一行和第二行的行间距为周向旋转0.365，且孔的角度相同；第三行和第四行孔间距为 周向旋转0.3，且孔的角度相同，第五

14、行孔的周向间距为0.52。 0022 具体实施方式五、本具体实施方式与具体实施方式一、具体实施方式二或具体实 施方式四不同的是所述首级导叶下端壁1的内弧面到冷却槽6下表面之间设有数个内弧侧 孔11。其它组成和连接方式与具体实施方式一相同。 0023 所述内弧侧孔11的个数为4-6个，孔径为1.5-2mm。 0024 具体实施方式六、本具体实施方式与具体实施方式一不同的是所述前套筒通过孔 14内表面与首级导叶下端壁1背弧侧外表面之间设有数个背弧侧孔12。其它组成和连接 方式与具体实施方式一相同。 0025 具体实施方式七、本具体实施方式与具体实施方式一或具体实施方式六不同的是 所述冷却槽6上还加

15、工有与后套筒形状一致的通孔；所述通孔内表面与首级导叶下端壁1 背弧侧外表面之间设有数个后背弧侧孔13。其它组成和连接方式与具体实施方式一相同。 0026 具体实施方式八、本具体实施方式与具体实施方式一不同的是所述冷却系统还包 括盖板14； 0027 所述首级导叶下端壁1尾缘侧上表面加工有与盖板15形状一致的尾缘冷却槽16， 盖板15设置在尾缘冷却槽16正下方覆盖尾缘冷却槽16，且与首级导叶下端壁1固接。其 它组成和连接方式与具体实施方式一相同。 0028 具体实施方式九、本具体实施方式与具体实施方式一和具体实施方式八不同的是 说 明 书CN 102996187 A 3/3页 5 所述尾缘冷却槽

16、16的内侧面与棱的前缘面之间设有数个第一尾缘冷却孔17，尾缘冷却槽 16的内侧面和首级导叶下端壁1的下表面之间设有数个第二尾缘冷却孔18，尾缘冷却槽16 尾缘侧壁上设有数个第三尾缘冷却孔19。其它组成和连接方式与具体实施方式一和具体实 施方式八相同。 0029 具体实施方式十、本具体实施方式与具体实施方式八不同的是所述冷却系统还包 括设有数个冲击板孔的尾缘冲击板20； 0030 所述尾缘冲击板20与盖板15、尾缘冷却槽16底面之间设有空隙，尾缘冲击板20 上端与盖板15固接，下端与尾缘冷却槽16底面固接。其它组成和连接方式与具体实施方 式八相同。 0031 本发明采用燃机涡轮首级导叶下端壁冷却系统，对首级导叶下端壁1进行冷却， 避免了传统设计中，针对燃机涡轮首级导叶上端壁冷却系统形式单一、首级导叶上端壁1 及导叶4叶身处容易发生烧蚀和结构损坏的问题。 说 明 书CN 102996187 A 1/2页 6 图1 图2 说 明 书 附 图CN 102996187 A 2/2页 7 图3 图4 说 明 书 附 图CN 102996187 A