CN112746870A - 一种间断的波浪肋冷却结构 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种间断的波浪肋冷却结构，包括设置于叶片内的U型冷却通道，所述U型冷却通道由多个直通道部分和回转通道部分交替连接组成，最靠近叶片尾缘的一个直通道部分中设置有尾缘扰流直肋，其它直通道部分中均设置有间断波浪肋，间断波浪肋沿冷气流向布置，回转通道部分中设置有半圆形导流片。本发明在叶片U型冷却通道内设置间断波浪肋，能够引发更多的二次流流动及漩涡的产生，使冷却效果更为显著和均匀，有效增强冷却通道换热性能，可加工性好。

Description

一种间断的波浪肋冷却结构
技术领域
本发明属于燃气轮机涡轮叶片冷却技术领域，具体涉及一种间断的波浪肋冷却结构。
背景技术
对于航空发动机，在尺寸不变的前提下，涡轮进口温度每提高56℃，推力可提升大约8-13％，循环效率可提高2-4％，因此在燃气轮机的设计中不断追求更高的涡轮进口温度参数。而涡轮机组正常运行时，为保证涡轮叶片安全可靠地工作，即使发动机的涡轮部件采用耐高温合金材料制造并喷涂隔热涂层，也并不足以承受高温燃气对叶片的侵蚀，因此需要运用各种冷却技术对涡轮叶片即端壁降温。
其中应用于涡轮叶片内部冷却的扰流肋冷却是一种高效且易加工制作的被动冷却方式，广泛应用于航空发动机涡轮叶片之中，这种被动冷却方式可以和涡轮叶片内部冷却通道相结合，大大提高涡轮叶片的冷却效率。
通过对现有技术文献检索发现，中国专利申请号201910344045.3，专利名称：一种用于燃气轮机涡轮叶片的间断肋内部冷却结构，该专利在叶片内部U型叉壁布满横向间断肋，这种横向间断肋的断口对气流产生的扰流强，使气体流动产生分离的程度变大，从而破坏边界层程度变大，大大强化了换热。但这种横向间断肋流动阻力极大，冷气在冷却通道内压损过大，性能改进片面。
发明内容
本发明的目的是提供一种间断的波浪肋冷却结构，进一步增强涡轮叶片内部冷却通道冷却效果。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种间断的波浪肋冷却结构，包括设置于叶片内的U型冷却通道，所述U型冷却通道由多个直通道部分和回转通道部分交替连接组成，最靠近叶片尾缘的一个直通道部分中设置有尾缘扰流直肋，其它直通道部分中均设置有间断波浪肋，间断波浪肋沿冷气流向布置，回转通道部分中设置有半圆形导流片。
进一步的，所述间断波浪肋设置在U型冷却通道的上、下表面。
进一步的，所述U型冷却通道由设置在叶片内的若干个隔板分割为多个直通道部分和回转通道部分，隔板底部或顶部设置有开口，隔板的两侧为直通道部分，隔板底部或顶部的开口处为回转通道部分，相邻的隔板交错布置。
进一步的，所述回转通道部分中的半圆形导流片的凹面朝向隔板。
进一步的，所述尾缘扰流直肋一侧的隔板中开设有多个气孔，冷气从气孔流向尾缘扰流直肋。
进一步的，所述直通道部分包括窄通道和宽通道，窄通道中仅布置一组间断波浪肋，宽通道中布置多组间断波浪肋。
进一步的，所述间断波浪肋由多个波浪型肋单元组成，相邻的两个波浪型肋单元呈反向布置，且中间存在间隔，间隔宽度s与波浪型肋单元的肋高之比为1至2，波浪型肋单元的肋厚e与肋高之比为0.5。
进一步的，所述波浪型肋单元在两端和转折处有圆弧倒角，倒角半径r为1至2mm，相邻两个斜边之间的夹角α为60°至120°，波浪型肋单元的肋长与肋高之比为6至8。
与现有技术对比，本发明具有以下有益效果：
本发明提出的一种间断的波浪肋冷却结构，通过在叶片内部U型冷却通道上、下表面布置间断波浪肋冷却结构来增强换热效果。冷气从U型通道进口流入，沿布置在直通道部分的间断波浪肋流动至回转通道部分，在回转通道部分布置半圆形导流片，冷气通过数段直通道和回转通道至U型冷却通道出口，部分冷气从冷却通道侧壁面上的气孔进入叶片尾缘部分。
流向波浪肋具有很好的导流作用，相比于普通的直肋、斜肋，流阻损失较小。而且间断肋一方面在一定程度上避免了波浪肋在转折处冷却效果下降的问题，使肋片冷却效果更加均匀，另一方面有助于增强旋涡和二次流强度，从而增强湍流运动和掺混，进而提升换热性能。
附图说明
图1为实施例中一种间断的波浪肋冷却结构在涡轮叶片内冷却通道的剖面示意图
图2为实施例中涡轮冷却叶片的剖视结构图
图3为实施例中涡轮冷却叶片俯视图
图4为实施例中间断波浪肋单元结构示意图
图5为实施例中间断波浪肋及带肋壁面的三维模型图
附图标记中，1-U型冷却通道、2-间断波浪肋、3-半圆形导流片、4-冷却通道侧壁引气孔、5-尾缘扰流直肋、6-隔板、W-波浪肋单元肋长、α-相邻斜边夹角、r-圆弧导角半径、e-肋厚、s-间隔宽度。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做更进一步的解释。
如图1至2所示，本发明的一种间断的波浪肋冷却结构，包括设置于叶片内的U型冷却通道1，U型冷却通道1由多个直通道部分和回转通道部分交替连接组成，最靠近叶片尾缘的一个直通道部分中设置有尾缘扰流直肋5，其它直通道部分中均设置有间断波浪肋2，间断波浪肋2沿冷气流向布置，回转通道部分中设置有半圆形导流片3。U型冷却通道1由设置在叶片内的若干个隔板6分割为多个直通道部分和回转通道部分，隔板6底部或顶部设置有开口，隔板6的两侧为直通道部分，隔板6底部或顶部的开口处为回转通道部分，相邻的隔板6交错布置，即隔板6底部或顶部的开口呈上下交错。回转通道部分中的半圆形导流片3的凹面朝向隔板。尾缘扰流直肋5一侧的隔板6中开设有多个气孔4，冷气从气孔4流向尾缘扰流直肋。
冷气流向如图2所示，冷气从U型冷却通道1进口流入，沿布置在直通道部分的间断波浪肋2流动至回转通道部分，在回转通道部分布置半圆形导流片3，冷气通过数段直通道部分和回转通道部分至U型冷却通道1出口，部分冷气从冷却通道隔板5上的气孔4进入叶片尾缘部分。
如图3所示，间断波浪肋设置在U型冷却通道的上、下表面。
如图2至3所示，直通道部分包括窄通道和宽通道，窄通道中仅布置一组间断波浪肋2，宽通道中布置多组间断波浪肋2。其中，一组间断波浪肋2包括对向设置在U型冷却通道的上、下表面的两列间断波浪肋。
如图2和4所示，间断波浪肋2由多个波浪型肋单元组成，相邻的两个波浪型肋单元呈反向布置，且中间存在间隔，间隔宽度s与波浪型肋单元的肋高之比为1至2，波浪型肋单元的肋厚e与肋高之比为0.5。波浪型肋单元在两端和转折处有圆弧倒角，倒角半径r为1至2mm，相邻两个斜边之间的夹角α为60°至120°，波浪型肋单元的肋长与肋高之比为6至8。
如图5所示，在本发明的一个实施例中，取间断波浪肋的肋高与肋厚之比为2，夹角α为90°，倒角半径r为1mm，建立间断波浪肋的带肋通道的三维模型。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种间断的波浪肋冷却结构，其特征在于：包括设置于叶片内的U型冷却通道，所述U型冷却通道由多个直通道部分和回转通道部分交替连接组成，最靠近叶片尾缘的一个直通道部分中设置有尾缘扰流直肋，其它直通道部分中均设置有间断波浪肋，间断波浪肋沿冷气流向布置，回转通道部分中设置有半圆形导流片。
2.根据权利要求1所述的间断的波浪肋冷却结构，其特征在于：所述间断波浪肋设置在U型冷却通道的上、下表面。
3.根据权利要求1所述的间断的波浪肋冷却结构，其特征在于：所述U型冷却通道由设置在叶片内的若干个隔板分割为多个直通道部分和回转通道部分，隔板底部或顶部设置有开口，隔板的两侧为直通道部分，隔板底部或顶部的开口处为回转通道部分，相邻的隔板交错布置。
4.根据权利要求3所述的间断的波浪肋冷却结构，其特征在于：所述回转通道部分中的半圆形导流片的凹面朝向隔板。
5.根据权利要求3所述的间断的波浪肋冷却结构，其特征在于：所述尾缘扰流直肋一侧的隔板中开设有多个气孔，冷气从气孔流向尾缘扰流直肋。
6.根据权利要求1或3所述的间断的波浪肋冷却结构，其特征在于：所述直通道部分包括窄通道和宽通道，窄通道中仅布置一组间断波浪肋，宽通道中布置多组间断波浪肋。
7.根据权利要求1所述的间断的波浪肋冷却结构，其特征在于：所述间断波浪肋由多个波浪型肋单元组成，相邻的两个波浪型肋单元呈反向布置，且中间存在间隔，间隔宽度s与波浪型肋单元的肋高之比为1至2，波浪型肋单元的肋厚e与肋高之比为0.5。
8.根据权利要求7所述的间断的波浪肋冷却结构，其特征在于：所述波浪型肋单元在两端和转折处有圆弧倒角，倒角半径r为1至2mm，相邻两个斜边之间的夹角α为60°至120°，波浪型肋单元的肋长与肋高之比为6至8。
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