[发明专利]一种多部位联合调节的燃机叶片中弦冷却结构及控制方法

说明书

本发明公开了一种多部位联合调节的燃机叶片中弦冷却结构及控制方法，该结构包括叶片本体和叶片盖板，叶片本体内设有多流程冷却通道，叶片本体顶部设有顶部出流孔A和顶部出流孔B，在通道隔板布置有连接桥A至连接桥F，在转弯区域布置有导叶A和导叶B，在第一列至第三列通道表面和叶片盖板对应内表面布置有扰流结构。控制方法包括：1)冷气流量快速粗调和通道阻力快速匹配；2)通道间配气快速粗调；3)通道间流动精准细调；4)转弯区域流动和冷却精准细调；5)压力面和吸力面冷却快速粗调；6)叶片高温区局部精准细调。本发明适用于具有不同热负荷、叶片型线和内冷通道的燃机叶片，还能快速适应变工况下的冷却需求和流动传热特性变化。

技术领域

本发明属于燃气轮机叶片冷却技术领域，特别涉及一种多部位联合调节的燃机叶片中弦冷却结构及控制方法。

背景技术

目前燃气轮机领域的竞争越来越激烈。根据热力循环分析，燃气轮机功率和效率的提高，必然伴随着其透平叶片进口温度的提高。目前透平进口温度早已超过材料的耐温极限，且两者的差距逐年拉大。寻求高效合理的燃机叶片冷却方式，对保证燃气轮机的安全稳定运行具有重要意义。

燃机叶片中弦区域具有较大的换热面积，其内部通常布置有带转弯角的U型通道或多流程的蛇形通道，同时为增强通道的换热能力，其内部通常布置有肋、球窝/球凸等扰流结构，而为降低通道的压力损失，通常在燃机叶片转弯区域布置有导叶结构或在通道侧壁布置有连接桥。然而目前燃机叶片中弦区域的冷却结构研究及应用还存在诸多问题。首先，对冷却结构的研究大多存在于等截面通道，而受燃机叶片型线的影响，真实燃机叶片内部冷却通道往往呈现变截面特征，导致通道的冷却性能与理想设计状态存在偏差；其次，在实际运行时，燃气轮机并非一直运行在额定工况，其负荷的变化导致其内部冷却工质流量的变化，流动状态的改变带来了叶片内部冷却通道性能的降低；最后，在进行燃机叶片内部冷却结构试验时，变更结构参数需更换整个叶片，成本较高，且燃气轮机内部冷却结构加工困难，带有多种冷却结构的中弦冷却通道一体式加工较为复杂，存在较大的加工误差，使得通道的冷却效果未达预期。因此为保证燃机叶片中弦通道的冷却性能，亟需开发一套适用于多通道、多工况的燃机叶片冷却结构测试及应用方法。

发明内容

针对上述现有技术的不足，本发明提供了一种多部位联合调节的燃机叶片中弦冷却结构及控制方法，通过在燃机叶片中弦冷却通道内部各个结构表面布置耐高温低热阻柔性电敏层和电极片，通过改变电极片电压实现多部位冷却结构的快速联合调节，加工难度和试验成本低，广泛适用于具有不同热负荷、叶片型线和内部冷却通道的燃机透平叶片，还能快速适应叶片变工况下的冷却需求和流动传热特性变化。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案来实现的：

一种多部位联合调节的燃机叶片中弦冷却结构，包括叶片本体和叶片盖板；

叶片本体顶部布置有顶部出流孔A和顶部出流孔B，叶片本体内部设置有空腔结构，该空腔结构由通道隔板阻隔为冷却工质通道，冷却工质通道为多流程通道，当为三流程蛇形冷却通道，运行时冷却工质从叶片本体底部流入，经过第一列通道后达到第一转弯区域，部分冷却工质从顶部出流孔A流出，其余工质分别经过第二列通道、第二转弯区域和第三列通道后从顶部出流孔B流出；在第一列通道和第二列通道之间的通道隔板布置有连接桥A、连接桥B和连接桥C，在第二列通道和第三列通道之间的通道隔板布置有连接桥D、连接桥E和连接桥F；在第一转弯区域布置有导叶A，在第二转弯区域布置有导叶B；在第一列通道、第二列通道和第三列通道表面，以及叶片盖板对应三列通道的内表面布置有扰流结构，且扰流结构为肋、球窝和球凸通道表面强化换热结构。

本发明进一步的改进在于，叶片本体和叶片盖板连接处布置有多级阶梯结构。

本发明进一步的改进在于，叶片本体表面布置有多个螺纹孔，叶片盖板表面布置有多个通孔，组装时将沉头螺钉穿过叶片盖板上的通孔并拧入叶片本体表面螺纹孔，以实现叶片本体与叶片盖板相连。