[實用新型]一種用于改善渦輪冷卻效果的冷卻結構

有效

• 申請號: 201921606271.6
• 申請日: 2019-09-25
• 公開（公告）號: CN210599117U
• 公開（公告）日: 2020-05-22
• 發明（設計）人: 趙連會;趙錦杰;何磊
• 申請（專利權）人: 上海電氣燃氣輪機有限公司
• 主分類號: F01D5/18
• 分類號: F01D5/18
• 代理公司: 上海光華專利事務所(普通合伙) 31219
• 代理人: 侯凍

本實用新型涉及一種用于改善渦輪冷卻效果的冷卻結構，包括設置在渦輪葉片和渦輪端壁上的氣膜孔，在氣膜孔出口沿主流流向的上游設置有與該氣膜孔相對應的類鰭型凸起，所述類鰭型凸起迎著主流來流方向的一側為迎風面、背對著主流來流方向的一側為背壓面，所述迎風面和背壓面都為圓弧面，所述類鰭型凸起設置在渦輪葉片表面或渦輪端壁壁面上，所述類鰭型凸起的凸起高度H＝0.5D～2D，流向長度L＝1D～2D，展向寬度W＝1D～2D，且與相對應的氣膜孔出口之間的距離S＝0.5D～5D，其中D為與類鰭型凸起對應的氣膜孔的展向寬度。冷卻結構中的類鰭型凸起，結構簡單，方便加工，工藝要求及生產成本較低，能夠改善氣膜冷卻的總體效果。

技術領域

本實用新型涉及渦輪冷卻領域，具體涉及一種用于改善渦輪冷卻效果的冷卻結構。

背景技術

氣膜冷卻是廣泛應用在渦輪機(航空發動機和燃氣輪機等)葉片上的冷卻技術，即從壓氣機中部或者末級抽取高壓冷氣輸運到渦輪葉片內部冷卻通道7，參考圖1所示，冷氣通過強化對流換熱將葉片內部一部分熱量帶走，一部分冷氣從渦輪葉片2或者渦輪端壁1上的氣膜孔流出，冷氣由于流動的作用會粘附在渦輪葉片2表面附近，形成溫度較低的冷氣層，從而起到良好的高溫隔離作用并使葉片不被高溫燃氣燒蝕。

自20世紀90年代以來，人們對氣膜孔的研究方向開始由圓形孔轉向各類異形孔及各類改善流動的結構(例如加入弧形、方形擾流板等)，這些孔都是在一定程度上會減弱冷卻氣對于主流的穿透的能力并且改善冷氣出流的覆蓋效果。針對氣膜孔出口處上游擾流結構對流動渦結構的影響進行的分析研究，發現主流氣體由于擾流結構的作用會在氣膜孔出口附近形成二次流腎型渦，從而減少了冷氣的射流穿透，影響氣膜孔的冷卻效率。因此，提出了不同形狀的氣膜孔上游結構并詳細分析其流動特征。申請號為201721095167.6的中國發明專利公開了“一種改善冷卻效果的新結構”，由于在氣膜孔出口處增加了整流罩的結構，冷卻氣流經過后更加不容易穿透主流氣體，從而能夠提高氣膜冷卻效果。申請號為201510993385.0的中國發明專利公開了“一種提高組件外部冷卻效果的上游結構”，通過在端壁壁面上氣膜孔出口上游增加兩個長條形凸臺結構，改善氣膜孔冷氣出流的展向分布及其均勻性，可有效地提高氣膜冷卻效率。這些改進結構雖然能夠有效提高氣膜冷卻效率，但加工難度大成本高，在實際渦輪中不易采用。

實用新型內容

鑒于以上所述現有技術的缺點，本實用新型要解決的技術問題在于提供一種用于改善渦輪氣膜冷卻效果的冷卻結構，結構簡單，工藝要求及成本較低。

為實現上述目的，本實用新型提供一種用于改善渦輪冷卻效果的冷卻結構，包括設置在渦輪葉片和渦輪端壁上的氣膜孔，在氣膜孔出口沿主流流向的上游設置有與該氣膜孔相對應的類鰭型凸起，所述類鰭型凸起迎著主流來流方向的一側為迎風面、背對著主流來流方向的一側為背壓面，所述迎風面和背壓面都為圓弧面，所述類鰭型凸起設置在渦輪葉片表面或渦輪端壁壁面上，所述類鰭型凸起的凸起高度H＝0.5D～2D，流向長度L＝1D～2D，展向寬度W＝1D～2D，且與相對應的氣膜孔出口之間的距離S＝0.5D～5D，其中D為與類鰭型凸起對應的氣膜孔的展向寬度。

進一步地，所述類鰭型凸起的迎風面直徑R1＝2D～10D，背壓面直徑R2＝0.1R1～0.5R1。

進一步地，所述類鰭型凸起位于其對應的氣膜孔出口正上游。

進一步地，所述類鰭型凸為在展向寬度上對稱的對稱結構，且其對稱中心面平行于流向方向。

進一步地，所述氣膜孔為圓孔。

進一步地，設置在渦輪端壁上的氣膜孔為圓柱直孔，且與主流流向之間的傾角α為0～90°。

進一步地，設置在渦輪端壁上的類鰭型凸起與渦輪端壁為一體式的、且類鰭型凸起與渦輪端壁之間平順過度。

進一步地，設置在渦輪葉片上的類鰭型凸起與渦輪葉片為一體式的、且類鰭型凸起與渦輪葉片之間平順過度。