[發明專利]一種帶有Y型射流孔的透平葉片尾緣冷卻結構

有效

• 申請號: 201810387054.6
• 申請日: 2018-04-26
• 公開（公告）號: CN108729955B
• 公開（公告）日: 2020-03-17
• 發明（設計）人: 張荻;景祺;謝永慧
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: F01D5/18
• 分類號: F01D5/18
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 徐文權

本發明公開了一種帶有Y型射流孔的透平葉片尾緣冷卻結構，該尾緣整體為梯形結構，內部依次開設有冷卻工質供應腔、第一冷卻腔、第二冷卻腔和出口段；其中，冷卻工質供應腔和第一冷卻腔之間設置有第一隔板，第一冷卻腔和第二冷卻腔之間設置有第二隔板，第一隔板開設有若干均勻布置的第一Y型射流孔，第二隔板上開設有若干均勻布置的第二Y型射流孔；工作時，工質依次經冷卻工質供應腔和第一冷卻腔進入第二冷卻腔，換熱后的工質通過與第二冷卻腔相連接的出口段進行回收。本發明提供的一種帶有Y型射流孔的透平葉片尾緣冷卻結構，可以顯著提升尾緣冷卻效果，并減小壓力損失。

技術領域

本發明屬于燃氣輪機透平冷卻技術領域，特別涉及一種帶有Y型射流孔的透平葉片尾緣冷卻結構。

背景技術

隨著我國現代化工業的不斷推進，能源的高效利用成為日趨關鍵的問題。相比于其它能量轉換設備來說，燃氣輪機具有體積小、重量輕、啟動快等一系列優勢，在航空、船舶、電力等國民經濟支柱產業中扮演著重要角色。研究表明，透平進口溫度每提升55℃，燃機功率和效率可提高10％，因此不斷提高進氣溫度成為燃機發展的必然要求。目前航空燃氣輪機中碳氫化合物燃料的理論燃燒溫度可達2200℃，且有進一步提高的可能，因而開發高效的冷卻結構，對渦輪葉片進行有效地溫降保護，使其能夠長期安全運行是燃機整體結構設計和熱設計中所必須考慮的關鍵課題。

葉片尾緣處的外部流動較為復雜，受脫落渦、尾跡及流體脈動等因素的共同作用，其往往承受著很高的熱負荷；另一方面，較薄的尾緣結構使其內部冷卻通道較為狹窄，無法布置復雜的冷卻結構，這對內部冷卻結構的設計提出了更高的要求。因此，開發與尾緣相匹配的冷卻結構，在制造技術允許的范圍內，最大限度地提升換熱能力，并減小內部流動損失，對于緩解葉片尾緣處的熱承載，提高燃機系統的功率和效率乃至維護其安全穩定運行是極為重要的。

發明內容

為解決上述問題，本發明提供了一種帶有Y型射流孔的透平葉片尾緣冷卻結構，以進一步提升尾緣冷卻效果，并減小壓力損失。

本發明采用以下技術方案予以實現的：

一種帶有Y型射流孔的透平葉片尾緣冷卻結構，該尾緣整體為梯形結構，內部依次開設有冷卻工質供應腔、第一冷卻腔、第二冷卻腔和出口段；其中，

冷卻工質供應腔和第一冷卻腔之間設置有第一隔板，第一冷卻腔和第二冷卻腔之間設置有第二隔板，第一隔板開設有若干均勻布置的第一Y型射流孔，第二隔板上開設有若干均勻布置的第二Y型射流孔；工作時，工質依次經冷卻工質供應腔和第一冷卻腔進入第二冷卻腔，換熱后的工質通過與第二冷卻腔相連接的出口段進行回收。

本發明進一步的改進在于，第一冷卻腔和第二冷卻腔內設有若干均勻布置的圓柱翅片。

本發明進一步的改進在于，第一冷卻腔和第二冷卻腔垂直于流向的橫截面的寬高比W/H為3-8。

本發明進一步的改進在于，同一隔板上Y型射流孔的橫向間距與其孔徑的比值為1.5-3.5。

本發明進一步的改進在于，第一Y型射流孔和第二Y型射流孔的孔徑比D₁/D₂均為1.2-1.8，斜孔傾角均為30-60°。

本發明進一步的改進在于，第一Y型射流孔的單孔端與冷卻工質供應腔連通，雙孔端與第一冷卻腔連通，第二Y型射流孔的單孔端與第一冷卻腔連通，雙孔端與第二冷卻腔連通。

本發明進一步的改進在于，第一Y型射流孔和第二Y型射流孔內均安裝有螺旋狀紐帶，用以產生螺旋射流。

本發明進一步的改進在于，第一冷卻腔和第二冷卻腔的傳熱表面上均勻布置有若干列順/錯排的球凸結構，且球凸結構的深徑比δ/D_p為0.1-0.4。