本发明专利技术涉及燃气轮机静叶片的冷却系统，具体涉及一种燃气轮机涡轮静叶片复合冷却结构，包括静叶片，静叶片内部设置四个空心内腔；靠近静叶片前缘的空心内腔为第一内腔，靠近静叶片尾缘的空心内腔为第四内腔，第一内腔内设置第一插芯，第四内腔内设置第四插芯；第一插芯为薄壁环形结构，两端开口，第一插芯的横截面为开口式结构；第一插芯与静叶片的内壁之间留有径向间距，插芯表面设置若干气孔；静叶片的侧壁上设置多排气膜孔。本发明专利技术中的插芯采用成熟的冲压工艺加工制作，降低了制造难度和加工成本；同时提高了叶片整体温度均匀性型，降低热应力，降低静叶片尾缘处的失效概率，增加了叶片使用寿命。叶片使用寿命。叶片使用寿命。
【技术实现步骤摘要】
一种燃气轮机涡轮静叶片复合冷却结构
[0001]本专利技术涉及燃气轮机静叶片的冷却系统，具体涉及一种燃气轮机涡轮静叶片复合冷却结构。
技术介绍
[0002]由燃气轮机的简单循环方式可知，通过提高涡轮进口燃气初温，可以提高燃机比功率和性能。涡轮静叶片周围温度高、环境恶劣，F级燃气轮机燃气初温约1400℃，已远超过静叶片金属的承受极限。因此，先进的涡轮静叶片冷却结构设计对于燃气轮机安全运行而言至关重要。
[0003]目前，燃气轮机涡轮静叶片一般采用空心结构，其内部通入冷却气带走静叶片热量。较常见的冷却结构为静叶片空心内腔中嵌套2级或3级导流管结构，冷却空气先进入导流管腔室，经导流管侧壁小孔喷射于静叶片内腔壁面，形成冲击冷却，后经静叶片侧壁小孔流出，覆盖于静叶片外壁面，形成气膜冷却；静叶片尾缘采用扰流柱和肋条的劈缝射流冷却，其冷却气一般由尾缘腔室单独提供。
[0004]专利CN1318734C公开了一种静叶片的冷却结构和燃气轮机，其具有多个小孔的碰撞板距离内环底面一定间隔地设置以形成空腔，并且引导冷却空气从小孔进入该空腔中。在前缘侧沿宽度方向设置有前缘流道，并引入冷却空气。沿着内环两侧设置侧流道，引导冷却空气到达后缘侧。后缘附近沿宽度方向形成有集管，用以输送从侧流道来的冷却空气。在后缘侧沿着宽度方向以一定的间隔设置有多个后缘流道，每个后缘流道一端连接所述集管，另一端开口于后缘，从后缘喷射集管中的冷却空气。专利申请CN202010553109.3公开了一种实施型态的透平静叶片，包括：叶型，具有前缘及尾缘；内叶冠，配置在所述叶型的一端并支持所述叶型；外叶冠，配置在所述叶型的另一端并支持所述叶型，和所述内叶冠相对；第一冷却流路与第二冷却流路，形成于内部，沿高度方向延续；及第一流路弯曲部，连接所述第一冷却流路与所述第二冷却流路；所述第一流路弯曲部位于所述内叶冠或所述外叶冠内部。
[0005]现有技术中主要存在的问题为：
[0006]一是导流管结构设计复杂，制造难度高。因导流管外形一般与静叶片内腔形状一致，为不规则三维曲面，采用冲压成型，模具设计和制造都比较困难，导致加工成品率低、费用高。
[0007]二是静叶片尾缘热应力集中。静叶片尾缘冷却气来自压气机出口，相比于燃气温度非常低，进入尾缘腔室经过尾缘柱
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肋对流换热后从劈缝流出，该过程冷却气局部降低尾缘内壁面金属温度，整个叶片温度均匀性较差，导致静叶片尾缘热应力集中，使静叶片尾缘成为静叶片的失效集中点，降低了静叶片的使用寿命。
[0008]综上所述，亟需提供一种燃气轮机涡轮静叶片复合冷却结构，降低导流管的制造难度，并且降低静叶片尾缘热应力集中现象，提高静叶片使用寿命。
技术实现思路
[0009]为了解决上述问题，本专利技术提供一种燃气轮机涡轮静叶片复合冷却结构。
[0010]为达到上述目的，本专利技术的技术方案如下：
[0011]一种燃气轮机涡轮静叶片复合冷却结构，包括静叶片，所述静叶片为空心冷却叶片，所述静叶片内部设置四个空心内腔，所述空心内腔内设置插芯；靠近所述静叶片前缘的空心内腔为第一内腔，靠近所述静叶片尾缘的空心内腔为第四内腔，所述第一内腔内的插芯为第一插芯，所述第四内腔内的插芯为第四插芯；
[0012]所述第一插芯为薄壁环形结构，两端开口，所述第一插芯的横截面为开口式结构；所述第一插芯的上端与所述静叶片焊接，所述第一插芯的下端通过第一堵盖与所述静叶片连接；所述第一插芯与所述静叶片的内壁之间留有径向间距，形成夹腔结构，所述第一插芯表面设置若干气孔；所述静叶片的侧壁上设置多排气膜孔。
[0013]进一步地，所述第四插芯为薄壁线型结构，所述第四插芯的上端与所述静叶片焊接，所述第四插芯的下端与所述静叶片焊接，所述第四插芯上设置若干气孔。
[0014]进一步地，所述静叶片的尾缘处依次设置若干扰流柱和若干肋条，冷却空气依次经过扰流柱之间的空隙以及肋条之间的空隙，经所述静叶片尾缘的劈缝流出。
[0015]更进一步地，所述扰流柱的直径E的范围为：0.5mm≤E≤4mm。
[0016]更进一步地，所述肋条的宽度M的范围为：1mm≤M≤5mm，所述肋条的间隙K的范围为：1mm≤K≤5mm。
[0017]进一步地，所述燃气轮机涡轮静叶片复合冷却结构还包括第二内腔和第三内腔，所述第二内腔设置于第一内腔和第三内腔之间，第三内腔设置与第二内腔和第四内腔之间，第三内腔与第四内腔连通；所述第二内腔内相对设置两个第二插芯，所述第二插芯与所述静叶片的内壁之间留有径向间距，形成夹腔结构；所述第三内腔内设置第三插芯，所述第三插芯与所述静叶片的内壁之间留有径向间距，形成夹腔结构；第二插芯上设置若干气孔，第三插芯上设置若干气孔。
[0018]更进一步地，所述第一内腔与所述第二内腔之间具有第一隔板，第一隔板的中部设置凸起，所述第一插芯的横截面的开口的两端与所述第一隔板的凸起部位焊接，所述第二插芯的一端与所述第一隔板的凸起部位焊接；所述第二内腔与所述第三内腔之间具有第二隔板，第二隔板的中部设置凸起，第二插芯的另一端与所述第二隔板的凸起部分焊接。
[0019]更进一步地，所述第二插芯为薄壁结构，所述第二插芯的横截面为U型，所述第二插芯的上端与所述静叶片焊接，所述第二插芯的下端通过第二堵盖与所述静叶片连接。
[0020]更进一步地，所述第三插芯为薄壁环形结构，所述第三插芯的上端设置法兰，所述第三插芯通过法兰与所述静叶片焊接，所述第三插芯的下端封闭，第三插芯的下端为自由端。
[0021]更进一步地，所述第一内腔与所述第二内腔之间具有第一隔板，第一隔板的两端设置凹槽，所述第一插芯的横截面的开口的两端插入所述第一隔板的靠近第一内腔的凹槽内，所述第二插芯的一端插入所述第一隔板的靠近第二内腔的凹槽内；所述第二内腔与所述第三内腔之间具有第二隔板，第二隔板的两端设置凹槽，第二插芯的另一端插入所述第二隔板的靠近第二内腔的凹槽内。
[0022]更进一步地，所述第二插芯为薄壁结构，所述第二插芯的横截面为线型结构。
[0023]更进一步地，所述第三插芯为薄壁结构，所述第三插芯数量为两个，两个第三插芯的横截面为线型结构；第三内腔与第四内腔之间具有第三隔板，第三隔板的两端设置凹槽，第三插芯的一端插入第二隔板的靠近第三内腔的凹槽内，第三插芯的另一端插入第三隔板的靠近第三内腔的凹槽内；所述第三插芯的上端与所述静叶片焊接，所述第三插芯的下端封闭，第三插芯的下端为自由端。
[0024]冷却空气从第一内腔、第二内腔和第三内腔的顶部进入，进入第一内腔的冷却空气经过第一插芯上的气孔，从静叶片上的气膜孔流入主流燃气中；进入第二内腔的冷却空气经过第二插芯上的气孔，从静叶片上的气膜孔流入主流燃气中；进入第三内腔的冷却空气，一部分经过第三插芯上的气孔，从静叶片上的气膜孔流入主流燃气中，另一部分流入第四内腔，第四内腔中的冷却空气，一部分经过静叶片上的气膜孔流入主流燃气中，另一部分经过第四插芯上的气孔，依次经过扰流柱、本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种燃气轮机涡轮静叶片复合冷却结构，包括静叶片，所述静叶片为空心冷却叶片，所述静叶片内部设置四个空心内腔，所述空心内腔内设置插芯；靠近所述静叶片前缘的空心内腔为第一内腔，靠近所述静叶片尾缘的空心内腔为第四内腔，所述第一内腔内的插芯为第一插芯，所述第四内腔内的插芯为第四插芯；其特征在于，所述第一插芯为薄壁环形结构，两端开口，所述第一插芯的横截面为开口式结构；所述第一插芯的上端与所述静叶片焊接，所述第一插芯的下端通过第一堵盖与所述静叶片连接；所述第一插芯与所述静叶片的内壁之间留有径向间距，形成夹腔结构，所述第一插芯表面设置若干气孔；所述静叶片的侧壁上设置多排气膜孔；所述燃气轮机涡轮静叶片复合冷却结构还包括第二内腔、第三内腔，所述第二内腔设置于第一内腔和第三内腔之间，第三内腔设置与第二内腔和第四内腔之间，第三内腔与第四内腔连通；所述第二内腔内相对设置两个第二插芯，所述第二插芯与所述静叶片的内壁之间留有径向间距，形成夹腔结构；所述第三内腔内设置第三插芯，所述第三插芯与所述静叶片的内壁之间留有径向间距，形成夹腔结构；第二插芯上设置若干气孔，第三插芯上设置若干气孔；所述第四腔室上下均焊接密封堵盖，其冷却气来自于第三腔室。2.根据权利要求1所述的燃气轮机涡轮静叶片复合冷却结构，其特征在于，所述第四插芯为薄壁线型结构，所述第四插芯的上端与所述静叶片焊接，所述第四插芯的下端与所述静叶片焊接，所述第四插芯上设置若干气孔。3.根据权利要求1所述的燃气轮机涡轮静叶片复合冷却结构，其特征在于，所述静叶片的尾缘处依次设置若干扰流柱和若干肋条，冷却空气依次经过扰流柱之间的空隙以及肋条之间的空隙，经所述静叶片尾缘的劈缝流出。4.根据权利要求3所述的燃气轮机涡轮静叶片复合冷却结构，其特征在于，所述扰流柱的直径E的范围为：0.5mm≤E≤4mm；所述肋条的宽度M的范围为：1mm≤M≤5mm，所述肋条的间隙K的范围为：1mm≤K≤5mm。5.根据权利要求1所述的燃气轮机涡轮静叶片复...
【专利技术属性】
技术研发人员：初鹏，邵文洋，姚世传，吴宏超，谷庭伟，谢健，隋永枫，蓝吉兵，李冬青，薛临风，邵艳红，
申请(专利权)人：杭州汽轮动力集团有限公司，
类型：发明
国别省市：
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