一种具有提高端壁冷却效率的异型槽缝冷却结构.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN108644018A(43)申请公布日2018.10.12(21)申请号201810373908.5(22)申请日2018.04.24(71)申请人西安交通大学地址710049陕西省西安市碑林区咸宁西路28号(72)发明人李军杜昆李志刚(74)专利代理机构西安通大专利代理有限责任公司61200代理人徐文权(51)Int.Cl.F02C7/12(2006.01)权利要求书1页说明书5页附图3页(54)发明名称一种具有提高端壁冷却效率的异型槽缝冷却结构(57)摘要本发明公开了一种具有提高静叶通道端壁冷却效率的槽缝冷却结构，该槽缝冷却结构槽缝出口的槽缝冷却结构上游边界和槽缝冷却结构下游边界为相位相反、周期和振幅相同的余弦函数形状，且槽缝冷却结构上游边界和槽缝冷却结构下游边界余弦函数的周期与静叶栅节距相等。实际燃气涡轮工作时，本发明槽缝冷却结构的出口面积沿节距方向按一定规律连续变化，因此从压气机引入的冷却射流进入射流槽时被重新分配以克服由于外部流场压力变化引起的冷却射流在槽缝出口处的分布不均匀。采用该发明的槽缝冷却结构使冷却射流在槽缝出口处分布更加均匀，扩大了冷却射流在下游端壁的覆盖面积，因此槽缝冷却射流能够紧贴端壁对下游静叶通道端壁进行充分的冷却保护。CN108644018ACN108644018A权利要求书1/1页1.一种具有提高静叶通道端壁冷却效率的槽缝冷却结构，其特征在于，该槽缝冷却结构(8)槽缝出口的槽缝冷却结构上游边界(13)和槽缝冷却结构下游边界(15)为相位相反、周期和振幅相同的余弦函数形状，且槽缝冷却结构上游边界(13)和槽缝冷却结构下游边界(15)余弦函数的周期与静叶栅节距(16)相等。2.根据权利要求1所述的一种具有提高静叶通道端壁冷却效率的槽缝冷却结构，其特征在于，槽缝冷却结构上游边界(13)和槽缝冷却结构下游边界(15)的余弦函数关于槽缝中心线(14)对称，即上下游边界的余弦函数相差半个周期。3.根据权利要求1所述的一种具有提高静叶通道端壁冷却效率的槽缝冷却结构，其特征在于，槽缝冷却结构上游边界(13)和槽缝冷却结构下游边界(15)呈沿静叶栅节距(16)方向的余弦函数形状，且余弦函数的最佳初始相位角由具体流动和几何条件决定。4.根据权利要求3所述的一种具有提高静叶通道端壁冷却效率的槽缝冷却结构，其特征在于，最佳初始相位角由最靠近坐标原点的下游边界顶点到y轴距离|x3|(19)决定，且有φ1＝φ2+π。5.根据权利要求4所述的一种具有提高静叶通道端壁冷却效率的槽缝冷却结构，其特征在于，槽缝冷却结构上游边界(13)的控制函数为：槽缝冷却结构下游边界(15)的控制函数为：其中，w0为槽缝设计宽度；A为槽缝下游边界余弦函数振幅(21)；y0为槽缝中心线到x轴距离(20)；P为静叶栅节距(16)。6.根据权利要求5所述的一种具有提高静叶通道端壁冷却效率的槽缝冷却结构，其特征在于，槽缝下游边界余弦函数振幅(21)的取值为：2CN108644018A说明书1/5页一种具有提高端壁冷却效率的异型槽缝冷却结构技术领域[0001]本发明涉及一种端壁槽缝冷却结构，特别涉及燃气涡轮燃烧室和涡轮之间的具有提高端壁冷却效率的异型槽缝冷却结构。背景技术[0002]随着能源结构的调整，燃气涡轮作为能源转化和利用的主要装置因具有较高的热功转换效率而被广泛应用于民用发电，航空工业，化学工业和机械动力领域。社会经济的快速发展导致能源需求的剧增和环境问题的日益突出，作为主要的发电设备燃气涡轮的功率和热效率都随之不断提高，而提高燃气温度是增大燃气涡轮功率和效率最直接有效的方法，然而这给燃气涡轮的燃烧室和涡轮设计均提出了更严格的要求。目前在燃气涡轮研发和设计中不仅通过提高进口燃气温度以提高燃气涡轮热功转换效率，而且改进燃烧室的设计使燃气温度分布均匀以降低燃烧中心区域的燃气温度从而减少NOx的排放。新的设计和改进均使涡轮入口处的第一级静叶端壁附近的燃气温度显著增大，在高温高湍动能的端壁次流作用下第一级静叶端壁的热负荷显著增大，从而对静叶端壁的使用寿命和整个燃气涡轮的运行安全产生严重威胁。[0003]近几十年来为了降低燃气涡轮热端部件的温度以确保热端部件的安全运行和延长其使用寿命，多种冷却技术都被广泛应用于燃气涡轮热端部件中。在燃气涡轮系统中，第一级静叶端壁作为燃气涡轮中承受最大热负荷的部件需要完善的冷却系统才能保证其安全运行。实际燃气涡轮中采用气膜冷却孔和通道端壁的缝隙冷却射流对静叶通道端壁进行冷却保护，此外由于燃气涡轮的燃烧室和涡轮各自独立加工然后组合安装，因此在燃烧室出口和涡轮进口处形成一个槽缝冷却结构。在实际应用中，从压气机高压段引入冷气至该槽缝，既对下游静叶通道端壁进行