[發(fā)明專(zhuān)利]一種透平動(dòng)葉內(nèi)部冷卻結(jié)構(gòu)

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201911258432.1
• 申請(qǐng)日: 2019-12-10
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN111042871A
• 公開(kāi)（公告）日: 2020-04-21
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張荻;景祺;謝永慧
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 西安交通大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): F01D5/18
• 分類(lèi)號(hào): F01D5/18
• 代理公司: 西安通大專(zhuān)利代理有限責(zé)任公司 61200
• 代理人: 閔岳峰

本發(fā)明公開(kāi)了一種透平動(dòng)葉內(nèi)部冷卻結(jié)構(gòu)，包括U型通道和梯形通道；U型通道包括一體化成型的U型通道進(jìn)口段，U型通道出口段，以及U型通道頂部轉(zhuǎn)彎區(qū)，U型通道進(jìn)口段和U型通道出口段之間還通過(guò)若干連接橋連通，U型通道出口段和梯形通道之間通過(guò)若干射流孔連通；U型通道底面布置有若干橢圓球窩，梯形通道中布置有若干翅片；工作時(shí)，冷卻工質(zhì)首先進(jìn)入U(xiǎn)型通道進(jìn)口段，與通道表面進(jìn)行換熱，然后通過(guò)U型通道頂部轉(zhuǎn)彎區(qū)和連接橋流入U(xiǎn)型通道出口段，冷卻工質(zhì)在與U型通道壁面完成換熱后通過(guò)射流孔噴射進(jìn)入梯形通道，在與梯形通道壁面進(jìn)行換熱后側(cè)向排出。本發(fā)明通過(guò)多結(jié)構(gòu)的耦合實(shí)現(xiàn)了高傳熱、低阻力、高適應(yīng)性等優(yōu)勢(shì)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于透平冷卻技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種透平動(dòng)葉內(nèi)部冷卻結(jié)構(gòu)。

背景技術(shù)

航空發(fā)動(dòng)機(jī)和重型燃?xì)廨啓C(jī)的發(fā)展水平是一個(gè)國(guó)家工業(yè)實(shí)力的重要體現(xiàn)，其設(shè)計(jì)制造過(guò)程涉及到大量關(guān)鍵技術(shù)，具有顯著的多學(xué)科交叉融合特征，是一項(xiàng)龐大的系統(tǒng)工程，因此各世界大國(guó)都將“兩機(jī)”的發(fā)展上升到國(guó)家戰(zhàn)略的高度來(lái)推行。

提高燃燒室燃?xì)鉁囟仁翘嵘娇瞻l(fā)動(dòng)機(jī)和重型燃?xì)廨啓C(jī)功率和效率的重要方式，因此燃?xì)廨啓C(jī)是伴隨著透平前燃?xì)鉁囟鹊纳仙粩喟l(fā)展的。燃機(jī)運(yùn)行時(shí)，透平葉片直接與高溫燃?xì)饨佑|，葉片前緣受到燃?xì)獾臎_擊作用，壓力面和吸力面在流動(dòng)分離、再附等復(fù)雜流態(tài)下表現(xiàn)出特殊的熱負(fù)荷分布特征，葉頂和端壁等區(qū)域還受到二次流的影響，因此葉片工作條件極為惡劣，同時(shí)由于葉片材料的發(fā)展嚴(yán)重滯后于燃?xì)鉁囟鹊奶嵘壳跋冗M(jìn)燃機(jī)的燃?xì)鉁囟纫呀?jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)葉片材料的熔點(diǎn)，因此發(fā)展高效的葉片冷卻技術(shù)對(duì)于保證透平乃至整個(gè)燃機(jī)的安全穩(wěn)定運(yùn)行至關(guān)重要。

在進(jìn)行透平葉片冷卻時(shí)，通常從壓氣機(jī)中抽取“冷氣”，經(jīng)空氣系統(tǒng)輸送至透平葉片內(nèi)部進(jìn)行流動(dòng)換熱，然后從葉片表面的氣膜孔及尾緣劈縫排入主流燃?xì)猓虼送钙饺~片的冷卻是以工質(zhì)做功能力的損失為代價(jià)的，以最少的冷卻空氣實(shí)現(xiàn)最高的冷卻效率是透平冷卻設(shè)計(jì)的重要目標(biāo)，這就要求相關(guān)研究人員和設(shè)計(jì)者在透平葉片內(nèi)部冷卻設(shè)計(jì)中不斷提高冷卻結(jié)構(gòu)的傳熱性能。同時(shí)，由于透平葉片具有特殊的形狀，內(nèi)部冷卻結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)必須與葉片外形相匹配，且動(dòng)葉旋轉(zhuǎn)效應(yīng)會(huì)顯著影響內(nèi)部傳熱性能，這給透平動(dòng)葉內(nèi)部冷卻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)帶來(lái)了巨大的挑戰(zhàn)。

針對(duì)透平葉片內(nèi)部冷卻，目前相關(guān)研究人員和設(shè)計(jì)者已經(jīng)提出了大量的冷卻結(jié)構(gòu)，但大多數(shù)冷卻結(jié)構(gòu)均是基于獨(dú)立的冷卻單元來(lái)設(shè)計(jì)的，未考慮不同冷卻單元間的相互作用以及與旋轉(zhuǎn)等關(guān)鍵因素的匹配性能，此外，為了適應(yīng)新一代燃機(jī)的發(fā)展，還需要進(jìn)一步提高內(nèi)部冷卻通道的強(qiáng)化傳熱能力。基于上述現(xiàn)狀，迫切需要發(fā)展具有更高冷卻性能和更優(yōu)適應(yīng)性的透平動(dòng)葉內(nèi)部冷卻結(jié)構(gòu)。

發(fā)明內(nèi)容

為解決上述問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種透平動(dòng)葉內(nèi)部冷卻結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)充分考慮了動(dòng)葉旋轉(zhuǎn)效應(yīng)，采用V型布置的橢圓球窩陣列，通過(guò)二次流結(jié)構(gòu)的耦合顯著增強(qiáng)了旋轉(zhuǎn)傳熱能力，同時(shí)在U型通道中引入圓弧連接橋結(jié)構(gòu)以降低阻力損失，還通過(guò)沖擊孔將冷卻工質(zhì)射入尾緣梯形通道中進(jìn)一步強(qiáng)化傳熱性能，通過(guò)多結(jié)構(gòu)的耦合實(shí)現(xiàn)了高傳熱、低阻力、高適應(yīng)性等優(yōu)勢(shì)。

本發(fā)明采用如下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)的：

一種透平動(dòng)葉內(nèi)部冷卻結(jié)構(gòu)，包括U型通道和梯形通道；其中，U型通道包括一體化成型的U型通道進(jìn)口段，U型通道出口段，以及連通U型通道進(jìn)口段和U型通道出口段的U型通道頂部轉(zhuǎn)彎區(qū)，U型通道進(jìn)口段和U型通道出口段之間還通過(guò)若干連接橋連通，U型通道出口段和梯形通道之間通過(guò)若干射流孔連通；U型通道底面布置有若干橢圓球窩，梯形通道中布置有若干翅片；

工作時(shí)，冷卻工質(zhì)首先進(jìn)入U(xiǎn)型通道進(jìn)口段，與通道表面進(jìn)行換熱，然后通過(guò)U型通道頂部轉(zhuǎn)彎區(qū)和連接橋流入U(xiǎn)型通道出口段，冷卻工質(zhì)在與U型通道壁面完成換熱后通過(guò)射流孔噴射進(jìn)入梯形通道，在與梯形通道壁面進(jìn)行換熱后側(cè)向排出。

本發(fā)明進(jìn)一步的改進(jìn)在于，橢圓球窩以V型布置方式均勻布置在U型通道進(jìn)口段和U型通道出口段的底面。

本發(fā)明進(jìn)一步的改進(jìn)在于，橢圓球窩的長(zhǎng)軸與通道壁面的夾角在10～80°范圍內(nèi)。