透平静叶前缘和压力面气膜冷却实验研究

摘要

燃气轮机透平进口温度与燃机的循环效率和整体性能密切相关,现代燃气轮机的运行温度远高于合金的可承受温度,因为包括气膜冷却在内的复杂冷去技术被广泛应用于燃烧室、透平等高温部件.气膜冷却是从处于高温环境的表面上的一个或多个离散孔中引入二次气流(冷却工质或射流),以保护射流区域和下游区域的表面.本文实验研究了某F级重型燃机的第一级透平静叶前缘和压力面的气膜冷却特性,同时实验测量了与气膜冷却密切相关的叶片表面压力分布及气膜孔射流系数.结果表明:(1)气膜孔射流系数随气膜孔进出口总静压比增大先快速上升然后逐渐趋于平缓,由于几何上流阻更大,前缘气膜孔的射流系数整体低于压力面气膜孔;(2)前缘气膜孔采用交错布置,气膜冷却效率分布相对均匀,同时部分未被完全掺混的冷气在下游压力面产生气膜覆盖,随着吹风比增大,前缘冷却喷射在压力面的气膜覆盖范围增大且强度增强,由于受到叶栅通道涡的影响,气膜覆盖区域往下游向中间聚拢,形成气膜三角区;(3)压力面逐排供气意在探讨该排孔的基本冷却性能及吹风比和密度比对其影响,由于采用成型孔布置,在实验范围内基本没有发生冷气吹离,因而表征冷气射流量的吹风比占主导因素,各排孔的气膜冷却效率随着吹风比增大而增大;(4)相比于逐排供气,多排孔连供更接近于燃机的真实运行环境,表征了各排孔相互干涉条件下的整体气膜冷却效率分布,冷气在下游逐渐形成累积,PS3 之后表现得尤为明显,同时气膜冷却效率的累积特性基本符合“Shettle Superposition”规律,此外在通道涡作用下,气膜冷却亦呈现出在各排孔之后向中间聚拢的现象.