重型燃气轮机透平一级动叶冷却结构优化与评估

【目的】重型燃气轮机核心部件国产化对行业技术创新、产业升级,甚至国家安全都有重要意义,而透平一级动叶作为重型燃气轮机典型的热端零部件,其性能直接决定了燃气轮机的效率和可靠性。为此,对某重型燃机透平一级动叶进行了结构优化。【方法】通过增加叶身部分竹节孔竹节的数量,对叶片冷却孔结构进行了优化,同时使用热障涂层来改进叶身涂层。通过流体计算与有限元计算的方法,对叶片服役工况下优化前后叶片的温度、应力分布和气动效率进行了对比分析。【结果】通过对叶片湍流结构的优化,增强了叶片内部换热效率;在冷气进口压力相同的条件下,优化后的叶片表面温度降低了50℃以上;由于未改变叶片的气动外形,优化后的叶片对于涡轮气动效率影响较小。相比于优化前的叶片,优化后的叶片在服役过程中的最大等效应力和等效总应变都得到了显著降低。【结论】通过冷却孔的优化和防护涂层的升级,可以显著提升叶片在高温环境中的可靠性。研究结果为燃气轮机的国产化提供了理论依据。