[發明專利]一種冷卻通道、冷卻通道組及應用其的渦輪葉片

有效

• 申請號: 201710144157.5
• 申請日: 2017-03-10
• 公開（公告）號: CN106761952B
• 公開（公告）日: 2018-08-10
• 發明（設計）人: 李鋼;朱俊強;張燕峰;盧新根;徐綱;尹娟;杜薇;殷曉霞
• 申請（專利權）人: 中國科學院工程熱物理研究所
• 主分類號: F01D5/18
• 分類號: F01D5/18
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司 11021
• 代理人: 方丁一

一種冷卻通道、冷卻通道組及應用其的渦輪葉片，該冷卻通道包括至少一級分叉結構，其中每一級分叉結構中包括至少一個基本分叉單元，所述基本分叉單元包括一根主管及至少一根支管，其中第i級分叉結構中的至少一根支管作為第i+1級分叉結構中的主管，其中i為正整數，且i≥1。

技術領域

本發明涉及換熱裝置技術領域，尤其涉及一種冷卻通道、冷卻通道組及應用其的渦輪葉片，其特別適用于燃氣輪機的渦輪葉片冷卻。

背景技術

為了提高燃氣輪機的效率，需提高燃燒室的工作溫度、壓力，進而造成很高的燃燒室排氣溫度，使渦輪葉片冷卻結構設計面臨嚴峻挑戰。常用的平行冷卻通道設計，存在冷卻效率不高、冷卻不均勻、對主流影響大、對結構強度和疲勞壽命影響大、容易堵塞等缺點。

因而，亟需根據渦輪葉片的熱負荷、氣動負荷、強度負荷特點，設計高效、耐用的冷卻結構。

發明內容

為了解決現有技術存在的上述問題，本發明提供了一種冷卻通道、冷卻通道組及應用其的渦輪葉片。

本發明一方面提供了一種冷卻通道，包括至少一級分叉結構，其中每一級分叉結構中包括至少一個基本分叉單元，所述基本分叉單元包括一根主管及至少一根支管，其中第i級分叉結構中的至少一根支管作為第i+1級分叉結構中的主管，其中i為正整數，且i≥1。

優選地，所述的冷卻通道為開式結構，所述冷卻通道的第一級分叉結構的主管包括冷卻通道入口，所述至少一級分叉結構的自由支管包括冷卻通道出口。

優選地，所述冷卻通道具有M級分叉結構，所述基本分叉單元包括一根主管及N根支管，其中第i級分叉結構中每一根支管作為第i+1級分叉結構中的主管，其中M，N，i均為正整數，且M，N≥1，M-1≥i≥1。

優選地，第M級分叉結構的支管均包括冷卻通道出口，所述冷卻通道應用于渦輪葉片，所述冷卻通道出口設置所述渦輪葉片表面上。

優選地，所述支管的冷卻通道出口處包括彎頭結構，使得冷卻媒介噴射方向與渦輪葉片表面平行指向渦輪葉片尾緣；和/或所述支管的冷卻通道出口處包括多孔噴嘴。

優選地，所述冷卻媒介包括冷卻空氣和/或蒸汽。

優選地，所述冷卻通道入口設置于渦輪葉片的供氣通道上，所述冷卻通道沿所述供氣通道軸向和/或周向設置。

優選地，所述的冷卻通道為閉式結構，還包括至少一級逆分叉結構，其中每一級逆分叉結構中包括至少一個基本逆分叉單元，所述基本逆分叉單元包括一根主管及至少一根支管，其中第j級逆分叉結構中的至少一根支管作為第j+1級逆分叉結構中的主管，其中i，j為正整數，且i，j≥1，最后一級分叉結構中的至少一根支管與最后一級逆分叉結構中的至少一根支管向連通。

優選地，所述冷卻通道包括：M級分叉結構，所述基本分叉單元包括一根主管及N根支管，其中第i級分叉結構中每一根支管作為第i+1級分叉結構中的主管，其中M，N，i均為正整數，且M，N≥1，M-1≥i≥1；以及P級逆分叉結構，所述基本逆分叉單元包括一根主管及Q根支管，其中第j級逆分叉結構中每一根支管作為第j+1級逆分叉結構中的主管，其中P，Q，j均為正整數，且P，Q≥1，P-1≥j≥1，其中，第M級分叉結構中的支管與第P級逆分叉結構的支管一一對應連通，第一級分叉結構中的主管包括冷卻通道入口，第一級逆分叉結構中的主管包括冷卻通道出口。

優選地，所述第M級分叉結構中的支管與第P級逆分叉結構的支管之間設置平直管相連通。

本發明另一方面提供一種渦輪葉片的冷卻通道組，包括至少閉式冷卻通道，所述至少一個閉式冷卻通道首尾依次連通串聯。

本發明再一方面提供了一種渦輪葉片，包括冷卻通道和/或冷卻通道組。

從上述技術方案可以看出，本發明一種渦輪葉片冷卻通道設計方法具有以下有益效果：