一种串联式旋流冲击涡轮叶片冷却单元及涡轮叶片.pdf

(19)国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN115045721A(43)申请公布日2022.09.13(21)申请号202210983779.8(22)申请日2022.08.17(71)申请人中国航发四川燃气涡轮研究院地址610500四川省成都市新都区新都学府路999号(72)发明人黄维娜张灵俊陈阿龙陈磊(74)专利代理机构北京清大紫荆知识产权代理有限公司11718专利代理师张卓(51)Int.Cl.F01D5/18(2006.01)权利要求书3页说明书8页附图6页(54)发明名称一种串联式旋流冲击涡轮叶片冷却单元及涡轮叶片(57)摘要本发明公开了一种串联式旋流冲击涡轮叶片冷却单元及涡轮叶片，所述冷却单元包括按照冷却气流动方向顺次平滑连接的进口平直段、用于使冷却空气产生加速且流动方向发生偏转的收缩型预旋腔、用于产生旋流冲击换热的多组串联式旋流腔组件、扩张型过渡段和出口平直段，所述串联式旋流腔组件包括用于产生顺时针旋流冲击的正向旋流腔和用于产生逆时针旋流冲击的反向旋流腔。该串联式旋流冲击涡轮叶片冷却单元，设置了多组串联式旋流腔组件，每组串联式旋流组件均包括正向旋流腔和反向旋流腔，以使得冷却气流可以依次交替地产生正向高速旋流冲击和反向高速旋流冲击，从而使得内部通道的换热效果显著增强。CN115045721ACN115045721A权利要求书1/3页1.一种串联式旋流冲击涡轮叶片冷却单元，其特征在于，所述冷却单元包括按照冷却气流动方向顺次平滑连接的进口平直段、用于使冷却空气产生加速且流动方向发生偏转的收缩型预旋腔、用于产生旋流冲击换热的多组串联式旋流腔组件、扩张型过渡段和出口平直段，所述串联式旋流腔组件包括用于产生顺时针旋流冲击的正向旋流腔和用于产生逆时针旋流冲击的反向旋流腔。2.根据权利要求1所述的串联式旋流冲击涡轮叶片冷却单元，其特征在于，所述进口平直段的高度H为0.65‑1.8mm，所述进口平直段的长度L为1.55*H‑1.95*H。3.根据权利要求2所述的串联式旋流冲击涡轮叶片冷却单元，其特征在于，所述收缩型预旋腔的外侧横截面由水平直线段和圆弧段构成，收缩型预旋腔的外侧横截面的圆弧段的半径R1为1.02*H‑1.45*H；收缩型预旋腔的外侧横截面的水平直线段为所述进口平直段下端边的延长线的一部分，收缩型预旋腔的外侧横截面的水平直线段的水平长度L1为0.5*R1‑0.95*R1，收缩型预旋腔的外侧横截面的圆弧段与收缩型预旋腔的外侧横截面的水平直线段相切于所述收缩型预旋腔的外侧横截面的水平直线段靠近串联式旋流腔组件一侧的端点。4.根据权利要求3所述的串联式旋流冲击涡轮叶片冷却单元，其特征在于，所述收缩型预旋腔冷却气进气内侧横截面形状为圆弧段，收缩型预旋腔冷却气进气内侧横截面的圆弧段的半径R为0.65*R1‑0.95*R1，所述收缩型预旋腔冷却气进气内侧横截面的圆弧段与所述进口平直段上端边相切；所述收缩型预旋腔冷却气出口处背风侧横截面形状为圆弧段，且收缩型预旋腔冷却气出口处背风侧横截面的圆弧段的半径R1‑0为1.05*R1‑2.25*R1，所述收缩型预旋腔冷却气出口处背风侧横截面的圆弧段的圆心与所述收缩型预旋腔进气外侧横截面圆弧段的圆心重合。5.根据权利要求4所述的串联式旋流冲击涡轮叶片冷却单元，其特征在于，所述收缩型预旋腔的出口节流位置的宽度t1为0.25*H‑0.35*H。6.根据权利要求5所述的串联式旋流冲击涡轮叶片冷却单元，其特征在于，在靠近所述收缩型预旋腔的第一组串联式旋流腔组件中，所述正向旋流腔的中心点与所述收缩型预旋腔的外侧横截面的圆弧段圆心的水平距离L2为0.55*R1‑1.65*R1，竖直距离H1为0.45*R1‑1.75*R1；所述正向旋流腔的内侧横截面为圆弧段，正向旋流腔的内侧横截面圆弧段的半径R2为0.85*R1‑1.15*R1，正向旋流腔的内侧横截面圆弧段的圆心与正向旋流腔的中心点重合；所述正向旋流腔的外侧横截面为圆弧段，正向旋流腔的外侧横截面圆弧段的半径R2‑0为1.05*R2‑2.25*R2，正向旋流腔的外侧横截面圆弧段的圆心与正向旋流腔的中心点重合；所述正向旋流腔的出口节流位置处的宽度t2为0.80*t1‑1.05*t1。7.根据权利要求6所述的串联式旋流冲击涡轮叶片冷却单元，其特征在于，在靠近所述收缩型预旋腔的第一组串联式旋流腔组件中，所述反向旋流腔的中心点与所述收缩型预旋腔的外侧横截面的圆弧段的圆心在同一竖直位置，水平距离L3为1.20*R1‑1.95*R1；所述反向旋流腔的内侧横截面为圆弧段，反向旋流腔的内侧横截面圆弧段的半径R3为2CN115045721A权利要求书2/3页0.85*R1‑1.15*R1，反向旋流腔的内侧横截面圆弧段的圆心与所述反向旋流腔的中心点重合；所述