[發(fā)明專利]一種渦輪葉片及其雙層壁

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202011269143.4
• 申請日: 2020-11-13
• 公開（公告）號: CN112211676A
• 公開（公告）日: 2021-01-12
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 李雪英;任靜
• 申請（專利權(quán)）人: 清華大學(xué)
• 主分類號: F01D5/18
• 分類號: F01D5/18
• 代理公司: 北京安信方達(dá)知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11262
• 代理人: 龍威壯;龍洪

一種渦輪葉片及其雙層壁，該雙層壁包括：設(shè)置有多個沖擊孔的內(nèi)層固壁、外層固壁以及微結(jié)構(gòu)單元；其中，所述外層固壁與所述內(nèi)層固壁之間具有一個間隙，所述微結(jié)構(gòu)單元設(shè)置在所述外層固壁朝向所述內(nèi)層固壁的表面上以使得所述外層固壁朝向所述內(nèi)層固壁的一面凹凸不平。這種雙層壁的換熱效率高，重量較輕。

技術(shù)領(lǐng)域

本文涉及一種航空發(fā)動機和燃?xì)廨啓C的冷卻技術(shù)，尤指一種渦輪葉片及其雙層壁。

背景技術(shù)

提高航空發(fā)動機和燃?xì)廨啓C透平進(jìn)口溫度是實現(xiàn)更高循環(huán)效率、超低污染排放的重要途徑。當(dāng)代先進(jìn)航空發(fā)動機高溫部件運行溫度已經(jīng)達(dá)到2000K以上，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過金屬耐受溫度極限。更高的溫度和有限的冷氣量對高溫部件的冷卻帶來了極大的挑戰(zhàn)，需要采用更高效的冷卻技術(shù)以突破傳統(tǒng)冷卻技術(shù)的極限。

雙層壁是一種極具潛力的冷卻結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)以內(nèi)外兩層壁面及其夾層為主要換熱結(jié)構(gòu)，通常冷卻氣體通過沖擊孔穿過內(nèi)壁面，在夾層中進(jìn)行熱交換后，從外壁面氣膜孔或側(cè)面流出。為了進(jìn)一步提高雙層壁的冷卻效率，夾層中會布置相當(dāng)數(shù)量的柱肋結(jié)構(gòu)來強化換熱。

這類雙層壁結(jié)構(gòu)存在三方面的問題：其一，柱肋結(jié)構(gòu)會帶來顯著的流阻增加；其二，柱肋結(jié)構(gòu)會使得冷卻結(jié)構(gòu)增重，不利于發(fā)動機推重比的提升；其三，柱肋結(jié)構(gòu)可以增加換熱面積，但遠(yuǎn)離熱端的表面換熱效率相對較低。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的一個技術(shù)問題為如何增加雙層壁的換熱效率。

為解決上述技術(shù)問題，本申請?zhí)峁┝艘环N雙層壁，其包括：設(shè)置有多個沖擊孔的內(nèi)層固壁、外層固壁以及微結(jié)構(gòu)單元；

其中，所述外層固壁與所述內(nèi)層固壁之間具有一個間隙，所述微結(jié)構(gòu)單元設(shè)置在所述外層固壁朝向所述內(nèi)層固壁的表面上以使得所述外層固壁朝向所述內(nèi)層固壁的一面凹凸不平。

冷卻劑通過沖擊孔進(jìn)入到外層固壁和內(nèi)層固壁之間的間隙中。冷卻劑通過沖擊孔后形成一注射流而射到外層固壁朝向內(nèi)層固壁的表面上進(jìn)行換熱。最后冷卻劑沿著間隙從雙層壁的端部流出。

外層固壁朝向內(nèi)層固壁的表面設(shè)置有微結(jié)構(gòu)單元而使得這該表面凹凸不平，微結(jié)構(gòu)單元可以對冷卻劑進(jìn)行擾流，增強了該表面的湍流輸送能力，同時，微結(jié)構(gòu)單元還增加了與冷卻劑的換熱面積，因此提升了換熱效率。同時，由于微結(jié)構(gòu)單元的尺寸小，對冷卻劑大尺度流動的擾動較小，能有效降低控制冷卻劑的流動阻力。另外，采用微結(jié)構(gòu)單元來代替現(xiàn)有技術(shù)中大部分柱肋結(jié)構(gòu)來提升換熱，從而顯著減少柱肋結(jié)構(gòu)的數(shù)量，以減輕渦輪葉片的總重量、增加發(fā)動機推重比。

本申請的其它特征和優(yōu)點將在隨后的說明書中闡述，并且，部分地從說明書中變得顯而易見，或者通過實施本申請而了解。本申請的其他優(yōu)點可通過在說明書以及附圖中所描述的方案來實現(xiàn)和獲得。

附圖說明

附圖用來提供對本申請技術(shù)方案的理解，并且構(gòu)成說明書的一部分，與本申請的實施例一起用于解釋本申請的技術(shù)方案，并不構(gòu)成對本申請技術(shù)方案的限制。

圖1為本申請實施例中一種渦輪葉片的橫截面的示意圖；

圖2為本申請實施例中一種雙層壁的立體示意圖；

圖3為本申請實施例中一種雙層壁的主視示意圖；

圖4為圖3中A-A面的剖視示意圖；

圖5為本申請實施例中一種雙層壁的主視示意圖；

圖6為圖5中B-B面的剖視示意圖；

圖7為本申請實施例中一種雙層壁的主視示意圖；

圖8為圖7中C-C面的剖視示意圖；

圖9為本申請實施例中一種雙層壁的主視示意圖；

圖10為圖9中D-D面的剖視示意圖。