热障涂层对涡轮动叶冷却效果影响的数值研究

为了获得涡轮叶片热障涂层隔热效果和温度分度分布规律,以带有内部冷却结构的某型燃机高压涡轮动叶为基础模型,通过气热耦合的方法对有/无热障涂层保护下的高压涡轮动叶的冷却效果进行了数值计算,并通过改变热障涂层的厚度研究了热障涂层对叶片换热的影响规律。研究发现:涂有热障涂层后,叶片温度下降明显,越靠近前缘温度降低幅度越大,压力侧与吸力侧相比温度降幅更大;厚度为0.05~0.2 mm的热障涂层可使叶片金属表面平均温度降低21~49℃;随着涂层厚度等增加,叶片金属内部的温度分布将更加均匀。

单晶涡轮叶片强度分析与结构优化设计

为提高某型燃气轮机的工作可靠性,对单晶涡轮叶片进行了强度分析与结构优化设计。采用第四强度理论,考虑了晶体取向、温度载荷、气动载荷和转速的影响,得到叶片的应力分布、典型截面的强度储备系数;根据诺顿蠕变方程计算关键节点的持久寿命;基于分析结果对叶片局部结构进行优化改进,将叶片质心向叶背侧偏移,调整进气前缘气膜孔的排列方式,并对新结构进行强度复算。结果表明:优化后的叶片静强度符合设计要求,消除了局部结构处的应力集中现象,叶身结构强度储备系数高于1.3,叶身两侧应力分布更加均匀,叶片在设计转速10%裕度范围内无共振现象发生。