一种带有旋流的涡轮叶片多通道冷却结构和装置.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN108979734A(43)申请公布日2018.12.11(21)申请号201810791418.7(22)申请日2018.07.18(71)申请人上海交通大学地址200240上海市闵行区东川路800号(72)发明人饶宇夏添(74)专利代理机构上海旭诚知识产权代理有限公司31220代理人郑立(51)Int.Cl.F01D5/18(2006.01)权利要求书1页说明书4页附图3页(54)发明名称一种带有旋流的涡轮叶片多通道冷却结构和装置(57)摘要本发明公开了一种带有旋流的涡轮叶片多通道冷却结构和装置，包括涡轮叶片内部的第一冷却通道、第二冷却通道和第三冷却通道，所述第一冷却通道与所述第二冷却通道通过第一隔板隔开，所述第二冷却通道与所述第三冷却通道通过第二隔板隔开，所述第一冷却通道与所述第二冷却通道通过第一隔板切向槽/横向槽相连，所述第二冷却通道与第三冷却通道通过第二隔板切向槽/横向槽相连。所述第二冷却通道和第三冷却通道通过切向槽/横向槽形成旋流通道，增大了涡轮叶片冷却传热系数，改善了冷却通道的传热不均匀性，极大地提高了涡轮叶片的冷却效果。CN108979734ACN108979734A权利要求书1/1页1.一种带有旋流的涡轮叶片多通道冷却结构和装置，其特征在于，包括涡轮叶片内部的第一冷却通道、第二冷却通道和第三冷却通道，所述第一冷却通道与所述第二冷却通道通过第一隔板隔开，所述第二冷却通道与所述第三冷却通道通过第二隔板隔开；在所述第一冷却通道顶部，所述第一隔板横向开有单个或多个第一隔板切向槽/横向槽，所述第一隔板切向槽/横向槽连接所述第一冷却通道和所述第二冷却通道，气流从所述第一通道流经所述第一隔板切向槽/横向槽进入所述第二冷却通道，并在所述第二冷却通道内形成旋流。2.如权利要求1所述的带有旋流的涡轮叶片多通道冷却结构和装置，其特征在于，在所述第二冷却通道底部，所述第二隔板横向开有单个或多个第二隔板切向槽/横向槽，所述第二隔板切向槽/横向槽连接所述第二冷却通道和所述第三冷却通道，气流从所述第二冷却通道流经所述第二隔板切向槽/横向槽进入所述第三冷却通道，并在所述第三冷却通道内形成旋流。3.如权利要求1所述的带有旋流的涡轮叶片多通道冷却结构和装置，其特征在于，所述第一隔板切向槽/横向槽靠近旋转涡轮叶片吸力面壁面一侧，所述第一隔板切向槽与所述第二冷却通道吸力面侧壁面相切，所述第一隔板横向槽与所述第二冷却通道吸力面侧壁面成一定角度。4.如权利要求4所述的带有旋流的涡轮叶片多通道冷却结构和装置，其特征在于，所述第二隔板切向槽/横向槽靠近旋转涡轮叶片压力面壁面一侧，所述第二隔板切向槽与所述第三冷却通道压力面侧壁面相切，所述第二隔板横向槽与所述第三冷却通道压力面侧壁面成一定角度。5.如权利要求1所述的带有旋流的涡轮叶片多通道冷却结构和装置，其特征在于，所述第二冷却通道采用圆锥形、或圆柱形、或椭圆形、或角区带有倒圆的矩形截面通道。6.如权利要求1所述的带有旋流的涡轮叶片多通道冷却结构和装置，其特征在于，所述第三冷却通道采用圆锥形、或圆柱形、或椭圆形、或角区带有倒圆的矩形截面通道。7.如权利要求1所述的带有旋流的涡轮叶片多通道冷却结构和装置，其特征在于，所述第一冷却通道采用扰流肋通道，所述扰流肋布置在所述第一冷却通道的压力面和吸力面的内部壁面上。2CN108979734A说明书1/4页一种带有旋流的涡轮叶片多通道冷却结构和装置技术领域[0001]本发明涉及涡轮叶片冷却领域，尤其涉及一种带有旋流的涡轮叶片多通道冷却结构和装置。背景技术[0002]现有的航空发动机和燃气轮机涡轮叶片采用带有折弯的多通道内部冷却结构。这样的涡轮叶片内部冷却通道通常由涡轮叶片压力面和吸力面的内壁面以及隔板组成三通道冷却结构，扰流肋结构通常布置在冷却通道的压力面和吸力面的内壁面上。扰流肋在冷却通道内扰动边界层流动，增强了壁面传热性能，从而为涡轮叶片内部提供增强的冷却。增强冷却通道的传热性能有利于减少涡轮叶片冷却空气的用量，这对于提高航空发动机和燃气轮机的热效率是有利的。另一方面，为满足涡轮叶片疲劳强度和寿命的要求，需要涡轮叶片内部冷却提供尽可能均匀的传热性能。[0003]现有的涡轮叶片多通道扰流肋冷却缺点：1)由于多通道内部冷却存在多个流道折弯，造成第二冷却通道和第三冷却通道在隔板附近出现大面积的流动分离，并在第二冷却通道和第三冷却通道的压力面和吸力面的内壁面上形成大面积的低换热区，这对于涡轮叶片内部冷却十分不利；2)另一方面，由于涡轮叶片旋转，在科氏力和浮升力的作用下，内部冷却通道的迎风面壁面上传热显著降低，而背风面壁面上传热增强，造成涡轮叶片内部冷却很不均匀，这不利于涡轮叶片冷却对传热均匀性的要