一种高温涡轮动叶顶部对转涡的冷却结构.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CN106988790A(43)申请公布日2017.07.28(21)申请号201710428161.4(22)申请日2017.06.08(71)申请人哈尔滨工业大学地址150000黑龙江省哈尔滨市南岗区西大直街92号(72)发明人罗磊王松涛赵志奇杜巍(74)专利代理机构哈尔滨龙科专利代理有限公司23206代理人高媛(51)Int.Cl.F01D5/18(2006.01)权利要求书1页说明书5页附图9页(54)发明名称一种高温涡轮动叶顶部对转涡的冷却结构(57)摘要一种高温涡轮动叶顶部对转涡的内部冷却结构，属于涡轮传热领域。本发明的一种高温涡轮动叶顶部对转涡的内部冷却结构，其组成包括：涡轮榫头、涡轮叶身、涡轮叶片前缘、涡轮叶片顶盖、涡轮叶片尾缘、蛇形通道及对转涡发生器，涡轮榫头与涡轮叶身尾部连通为一体，涡轮叶身顶部通过涡轮叶片顶盖封闭，涡轮叶片顶盖上设有冷气孔，蛇形通道设置在涡轮叶身内部并位于涡轮叶片弦长中部，蛇形通道的出气通道与冷气孔相通；所述的对转涡发生器固定设置在涡轮叶片顶盖内表面上并与蛇形通道相对应。本发明用于高温涡轮动叶冷却，该结构通过形成对转旋涡、增强换热面积的方式强化换热，并且有效抑制流动阻力的增大等特点。CN106988790ACN106988790A权利要求书1/1页1.一种高温涡轮动叶顶部对转涡的内部冷却结构，其组成包括：涡轮榫头(1)、涡轮叶身(2)、涡轮叶片前缘(3)、涡轮叶片顶盖(4)、涡轮叶片尾缘(5)及蛇形通道(6)，所述的涡轮榫头(1)与涡轮叶身(2)尾部连通为一体，所述的涡轮叶身(2)顶部通过涡轮叶片顶盖(4)封闭，所述的涡轮叶片顶盖(4)上设有冷气孔，所述的蛇形通道(6)设置在涡轮叶身(2)内部并位于涡轮叶片弦长中部，蛇形通道(6)的出气通道与所述的冷气孔相通；其特征在于：所述的高温涡轮动叶顶部对转涡的内部冷却结构还包括对转涡发生器(7)；所述的对转涡发生器(7)固定设置在涡轮叶片顶盖(4)内表面上并与蛇形通道(6)相对应；冷气流动过程为：冷气从涡轮榫头(1)处流入涡轮叶身(2)，进入蛇形通道(6)之后，在180°急转弯处与对转涡发生器(7)扰动形成对转旋涡，之后继续在蛇形通道(6)内流动，最后从设置在涡轮叶片顶盖(4)上的冷气孔流出。2.根据权利要求1所述的一种高温涡轮动叶顶部对转涡的内部冷却结构，其特征在于：所述的蛇形通道(6)由多个并排设置并且依次沿叶高方向错位排布的隔板(8)构成，并形成一个三或五流程的蛇形冷却通道。3.根据权利要求1或2所述的一种高温涡轮动叶顶部对转涡的内部冷却结构，其特征在于：所述的对转涡发生器(7)包括多组对转涡发生器单体，每组所述的对转涡发生器单体均由一对三角形板构成，所述的多组对转涡发生器单体呈矩阵形式垂直固定设置在涡轮叶片顶盖(4)内表面上，每对所述的三角形板均呈八字形设置，每对三角形板的窄口端均朝向所述的冷却孔一侧设置，多对三角形板的斜面均朝下设置，多对三角形板的斜面的低端均朝向冷却孔一侧设置。4.根据权利要求3所述的一种高温涡轮动叶顶部对转涡的内部冷却结构，其特征在于：所述的对转涡发生器(7)的定义为：对转涡发生器(7)的高度为H、对转涡发生器(7)的厚度为D、对转涡发生器(7)的基线长度为L、每组对转涡发生器单体之间所成的夹角为α、每组对转涡发生器单体的窄口端间距定义为前端间距，所述的前端间距为Stop、每组对转涡发生器单体的宽口端间距定义为根部间距，所述的根部间距为Sb、两组对转涡发生器单体之间的弦向间距为Tx、两组对转涡发生器单体之间的径向间距为Ty、对转涡发生器(7)的高宽比H/L<1。2CN106988790A说明书1/5页一种高温涡轮动叶顶部对转涡的冷却结构技术领域[0001]本发明涉及一种高温涡轮动叶的冷却结构，具体涉及一种高温涡轮动叶顶部对转涡的内部冷却结构，属于涡轮传热领域。背景技术[0002]现代燃气轮机设计的进口运行温度较高，涡轮进口燃气温度已达2200K，远远超过叶片材料的许用温度，这将会使叶片表面出现较大的热负荷。为了保证燃气轮机的安全运行，除了提高叶片材料和绝热层的温度极限外，还需要对涡轮叶片进行冷却。现代高温燃气轮机叶片的冷却方式主要分为内部冷却和外部冷却。其中，涡轮动叶叶身一般采用往复流动的蛇形内部冷却通道以强化换热。为了充分了解蛇形通道内的流动换热情况，研究人员展开了一系列研究，主要包括：(1)几何结构，研究蛇形通道内的180°急转弯对通道内流动传热特性的影响，如弯头区域结构、冷却工质进出口通道形状及隔板位置对流动阻力和传热强度的影响。(2)肋片扰流，在先进的燃气轮机叶片中，将多个肋片浇铸在内部冷却流道的两个壁面上，使通过肋片的气体发生流动分离之