涡轮叶片内部带有栅格扰流的冲击冷却结构.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局*CN103075202A*(12)发明专利申请(10)申请公布号(10)申请公布号CNCN103075202103075202A(43)申请公布日2013.05.01(21)申请号201310015161.3(22)申请日2013.01.15(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)发明人马超臧述升王建飞葛冰(74)专利代理机构上海汉声知识产权代理有限公司31236代理人郭国中(51)Int.Cl.F01D5/18(2006.01)权权利要求书1页利要求书1页说明书3页说明书3页附图3页附图3页(54)发明名称涡轮叶片内部带有栅格扰流的冲击冷却结构(57)摘要一种叶轮机械设计领域的涡轮叶片内部带有栅格扰流的冲击冷却结构，包括冲击板、内部冷却腔、冷却通道、冲击靶板、冲击孔和栅格肋片，内部冷却腔由冲击板围成，冷却通道由冲击板与冲击靶板之间的空间形成，冲击孔布置在冲击板上，冲击孔在冲击板上顺排或插排布置，栅格肋片布置在冲击靶板内壁面上。本发明在冲击靶板内壁面设置栅格肋片，一方面可以提高冲击靶板的散热面积，另一方面对于冲击冷却的气流在靶板内壁面向四周扩散时起到扰流的作用，进一步提高换热性能，同时栅格肋片还可以使冲击靶板进一步加固。本发明设计合理，结构简单，适用于燃气轮机涡轮叶片内部冷却系统。CN103075202ACN103752ACN103075202A权利要求书1/1页1.一种涡轮叶片内部带有栅格扰流的冲击冷却结构，包括冲击板(1)、内部冷却腔(2)、冷却通道(3)和冲击靶板(4)，内部冷却腔(2)由冲击板(1)围成，冲击板(1)与冲击靶板(2)截面形状相似，冷却通道(3)由冲击板(1)与冲击靶板(4)之间的空间形成，其特征在于还包括冲击孔（5）和栅格肋片(6)，冲击孔(5)布置在冲击板(1)上，冲击孔(5)在冲击板(1)上顺排或插排布置，栅格肋片(6)布置在冲击靶板内壁面(7)上。2.根据权利要求1所述的涡轮叶片内部带有栅格扰流的冲击冷却结构，其特征在于所述栅格肋片(6)的栅格排列形状为矩形、菱形、梯形或者六边形。3.根据权利要求2所述的涡轮叶片内部带有栅格扰流的冲击冷却结构，其特征在于所述冲击孔(5)的数目与所述栅格肋片(6)的栅格数目相等或者是其整数倍。4.根据权利要求3所述的涡轮叶片内部带有栅格扰流的冲击冷却结构，其特征在于所述冲击孔(5)的中心正对所述栅格肋片(6)的栅格中心。5.根据权利要求4所述的涡轮叶片内部带有栅格扰流的冲击冷却结构，其特征在于所述冲击孔(5)的直径在0.5mm至2mm之间，冲击孔(5)之间的间距与冲击孔（5）的直径比在2至10之间，所述冲击靶板内壁面(7)到冲击板外壁面(8)的距离与冲击孔直径的比在2至10之间。6.根据权利要求5所述的涡轮叶片内部带有栅格扰流的冲击冷却结构，其特征在于所述栅格肋片(6)的肋片截面形状为矩形、三角形、梯形或者半圆形，所述栅格肋片(6)的肋片横截面高与冲击孔直径比在0.2至1.5之间。2CN103075202A说明书1/3页涡轮叶片内部带有栅格扰流的冲击冷却结构技术领域[0001]本发明涉及的是一种燃气轮机涡轮叶片内部冷却结构，特别是一种涡轮叶片内部带有栅格扰流的冲击冷却结构。背景技术[0002]随着现代燃气轮机技术的发展，提升燃气轮机整体性能的一个重要手段是不断提高涡轮进口温度，这也就对于涡轮叶片的耐热性提出了更高的要求。目前提升涡轮进口温度的方法主要有两个方面：1、研究新型的耐热叶片材料和涂层材料；2、设计更加合理有效的叶片冷却结构；相对于第二种方法来说第一种方法研究周期长、研发成本高，因此急需设计出更加高效、更加先进的涡轮冷却结构，使涡轮叶片表面温度降低、温度梯度合理，从而使涡轮叶片在更高的温度下具有足够的使用寿命。与此同时，使用更加有效的冷却结构增强了冷却效果也就意味着可以节省更多的冷却介质，从而也从另一个方面提升了整个燃气轮机系统的工作效率。现有的涡轮叶片冷却技术主要分为：外部冷却和内部冷却方式，其中外部冷却主要指气膜冷却，内部冷却方式主要包括：冲击冷却、肋片扰流冷却、针肋冷却以及由前面几种冷却方式组合而成的复合冷却。在现代燃气轮机冷却叶片采用内部冷却设计时，一般对于叶片头部采取冲击冷却或者采用带肋片扰流的冲击冷却，在叶片中部采取肋片扰流冷却或者采用带肋片扰流的冲击冷却，在叶片尾部采取针肋冷却。对于带肋片扰流的冷却方式，所使用的肋片一般为直肋、V型肋、W型肋等顺排肋片，肋片整体平行排列，这种肋片可以很好地起到干扰冷却气流层流底层的作用，从而提高换热效率。[0003]经过对现有技术文献的检索发现，中国专利号申请号201210063251.5，专利名称：涡轮叶片前缘沉槽肋内冷结构及其方法，该