[发明专利]一种冷却叶尖的机匣槽缝结构

说明书

本发明涉及燃气轮机冷却技术领域，具体涉及一种冷却叶尖的机匣槽缝结构，包括：倾斜通道设置于透平机匣上，与叶尖间隙入口连通；倾斜通道入口位于透平机匣上靠近上游部分，出口位于透平机匣上靠近下游部分，形成轴向倾斜角；倾斜通道将冷却气流导入叶尖间隙；台阶设置于倾斜通道出口，且台阶由透平机匣上靠近上游内侧壁高出透平机匣上靠近下游内侧壁形成；本申请通过台阶保护机匣槽缝结构中的冷却气流免受高温主流燃气卷吸作用影响，屏蔽高温主流燃气对冷却气流的直接冲击；倾斜通道使冷却气流保持较高轴向速度进入叶尖区域，减弱冷却气流与叶栅通道内高温主流燃气之间的掺混；增强冷却气流对叶尖壁面的覆盖效果，提高透平动叶叶尖的冷却效率。

技术领域

本发明涉及燃气轮机冷却技术领域，具体涉及一种冷却叶尖的机匣槽缝结构。

背景技术

燃气轮机具有结构紧凑、功率高、启动快和环保低碳等特点，可以实现快速启停，以满足电网调峰的需要。近年来，为进一步提高燃气轮机的输出功率和热效率，透平进口的温度参数逐渐上升，某H级燃气轮机的透平进口温度已达到近1500℃，已经超过透平第一级静叶和动叶叶片材料的承受极限。为防止叶片失效，一方面需要研发可以耐受更高温度的高温合金材料；另一方面则需要对叶片的结构进行设计，由燃气轮机的压气机出口位置引入高压冷却气体，经通道进入叶片、端壁和机匣内部，高压冷却气体从透平各部件上的冷却槽缝和冷却孔流入叶栅通道内，在叶片表面形成一层冷气膜，将叶片与高温燃气相隔绝，以保护叶片材料免受高温燃气冲击的影响。

如图2所示，来自燃烧室出口1的高温主流燃气19进入透平第一级叶栅通道，为了防止透平机匣4、静叶上游端壁10和动叶上游端壁12壁面材料的烧蚀，在燃烧室出口1的下游依次设有第一机匣冷却孔2、第二机匣冷却孔3、机匣冷却槽缝9(位于透平静叶7和透平机匣4之间)和动叶上游轮缘密封11，并引入高压冷却气流；在透平机匣4和端壁壁面附近形成冷气膜，免受高温燃气的影响。在燃气轮机透平运行的过程中，为避免透平动叶8和透平机匣4之间的摩擦，透平动叶8和透平机匣4之间存在径向间隙，称之为动叶叶尖间隙，即叶尖间隙6。

如图1和图2所示，在叶尖间隙6的两侧分别为压力侧15和吸力侧16；在压力侧15和吸力侧16之间压力梯度的作用下，叶栅通道内的高温主流燃气19在叶尖间隙6内形成叶尖间隙泄漏流14。为减少叶尖间隙泄漏流14的泄漏量、降低叶片做功损失，在叶尖处设有凹槽18。所述凹槽18的结构设计类似于迷宫密封齿，以改变叶尖间隙泄漏流14的流动形态。虽然，在凹槽18内形成刮削涡13和压力侧角涡17，阻隔叶尖间隙泄漏流14的进一步加速；但是，由于凹槽18内刮削涡13和压力侧角涡17的旋转方向相反，组成一对反向涡对，卷吸压力侧15的高温燃气冲击到叶尖壁面，不利于叶尖壁面的对流换热。在具体的冷却结构实施中，在动叶叶尖前缘上游机匣位置设有现有的机匣槽缝结构24，上述现有的机匣槽缝结构24可以利用来自压气机高压段的冷却气流对叶尖间隙6进行冷却。但是，现有的机匣槽缝结构24与主流通道相垂直，冷却气流容易被高温主流燃气19卷吸进叶栅通道内部，使其无法在动叶叶尖壁面附近形成有效的冷气膜，从而也无法对壁面材料提供冷却保护。

发明内容

因此，本发明要解决的技术问题在于克服现有的机匣槽缝结构无法在动叶叶尖壁面附近形成有效冷气膜，从而也无法对壁面材料提供冷却保护的缺陷。

为了克服上述缺陷，本发明提供一种冷却叶尖的机匣槽缝结构，包括：

倾斜通道，设置于透平机匣上，所述倾斜通道与叶尖间隙的入口连通；所述倾斜通道的入口处位于透平机匣上靠近上游的部分，所述倾斜通道的出口处位于透平机匣上靠近下游的部分，从而形成轴向倾斜角；所述倾斜通道适于将冷却气流导入至叶尖间隙中；

台阶，设置于所述倾斜通道的出口处，且所述台阶由透平机匣上靠近上游的内侧壁高出透平机匣上靠近下游的内侧壁形成。

可选地，所述倾斜通道的轴向倾斜角的数值适于使得高温主流燃气的轴向速度和冷却气流的轴向速度相等。