[發明專利]一種渦輪葉片端壁冷卻結構

在審

• 申請號: 202111342671.2
• 申請日: 2021-11-12
• 公開（公告）號: CN114109516A
• 公開（公告）日: 2022-03-01
• 發明（設計）人: 王燾;盧元麗;李懋源
• 申請（專利權）人: 中國航發沈陽發動機研究所
• 主分類號: F01D5/18
• 分類號: F01D5/18
• 代理公司: 北京航信高科知識產權代理事務所(普通合伙) 11526
• 代理人: 劉傳準

本申請屬于高壓渦輪導向葉片領域，特別涉及一種渦輪葉片端壁冷卻結構。包括：由上至下依次設置的沖擊孔層、擾流柱層以及氣膜孔層。沖擊孔層開設有沖擊孔，沖擊孔沿橫向開設有多排，每兩排為一組，相鄰兩組之間具有預定距離；擾流柱層設置有隔肋以及擾流柱，隔肋沿橫向設置多個，且每個隔肋分別對應于相鄰兩組沖擊孔之間的位置，擾流柱沿橫向設置多排，每兩排為一組，相鄰兩組之間通過隔肋分隔開，隔肋與擾流柱之間具有與沖擊孔對應的沖擊腔，相鄰兩個擾流柱之間具有擾流空間；氣膜孔層開設有氣膜孔，氣膜孔沿橫向開設有多排，且氣膜孔與擾流空間相對應。本申請能夠提升冷氣利用率，提高傳熱效率，變無序流動為定向流動，提高換熱效率。

技術領域

本申請屬于高壓渦輪導向葉片領域，特別涉及一種渦輪葉片端壁冷卻結構。

背景技術

燃氣輪機高壓級透平通常采用高負荷設計，葉柵的展弦比相對較低，其端壁面積占整個葉柵通道面積的大部分，因此隨著透平進口燃氣溫度的提高，高壓級透平端壁部位的換熱與冷卻問題日益凸顯。由于葉柵端壁效應的存在，端壁區域是葉片通道內氣動結構最為復雜的區域，大范圍的復雜二次流動，不但影響透平葉柵的氣動性能，而且還直接影響端壁上的熱負荷分布，從而進一步對端壁的冷卻方案設計與實施帶來很大困難。端壁冷卻設計一直以來是燃氣渦輪冷卻設計中的難點技術，結構設計較為復雜，有效冷卻手段較少。

當前絕大部分高壓渦輪導向葉片采用的是復合冷卻結構，其主要冷卻方式是沖擊對流+氣膜冷卻。沖擊冷卻是主要的內冷方式，通過在端壁上焊接多孔的沖擊導管，形成沖擊冷卻結構，冷氣通過沖擊孔形成對端壁的沖擊冷卻；氣膜冷卻是主要的外冷方式，完成沖擊冷卻后的冷氣通過端壁上的氣膜孔流出，形成對端壁外壁面的氣膜冷卻，大多數端壁采用的是圓形氣膜孔。然而當前端壁復合冷卻結構存在以下不足：

a)受冷氣用量和加工能力限制，綜合冷卻能力已基本達到極限；

b)冷氣利用率較低，冷氣用量偏高，冷氣沖擊壁面后直接從氣膜孔排除，冷氣在葉片內部停留時間短，溫增有限；

c)單層壁結構，壁厚偏厚，導熱熱阻大，不利于葉片冷卻；

d)沖擊腔為大空腔結構，冷氣完成沖擊后的流動雜亂無章，不利于換熱效率的提高。

因此，希望有一種技術方案來克服或至少減輕現有技術的至少一個上述缺陷。

發明內容

本申請的目的是提供了一種渦輪葉片端壁冷卻結構，以解決現有技術存在的至少一個問題。

本申請的技術方案是：

一種渦輪葉片端壁冷卻結構，包括：由上至下依次設置的沖擊孔層、擾流柱層以及氣膜孔層，其中，

所述沖擊孔層開設有沖擊孔，所述沖擊孔沿橫向開設有多排，每兩排為一組，相鄰兩組之間具有預定距離；

所述擾流柱層設置有隔肋以及擾流柱，所述隔肋沿橫向設置多個，且每個所述隔肋分別對應于相鄰兩組沖擊孔之間的位置，所述擾流柱沿橫向設置多排，每兩排為一組，相鄰兩組之間通過所述隔肋分隔開，所述隔肋與所述擾流柱之間具有與所述沖擊孔對應的沖擊腔，相鄰兩個所述擾流柱之間具有擾流空間；

所述氣膜孔層開設有氣膜孔，所述氣膜孔沿橫向開設有多排，且所述氣膜孔與所述擾流空間相對應。

在本申請的至少一個實施例中，所述沖擊孔層、所述擾流柱層以及所述氣膜孔層通過整體鑄造成型。

在本申請的至少一個實施例中，所述擾流柱為方形。

在本申請的至少一個實施例中，所述氣膜孔為斜孔。

在本申請的至少一個實施例中，所述氣膜孔的傾斜角度為45度。

發明至少存在以下有益技術效果：