CN113153443A - 一种用于涡轮叶片内部冷却的哑铃状扰流柱结构 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于涡轮叶片内部冷却的哑铃状扰流柱结构，扰流柱整体结构呈哑铃状，包括沿着扰流柱中截面对称设置的上端体和下端体，上端体和下端体均为横截面为纺锤形的柱状体，其侧面均为竖直面；上端体和下端体的四个角均为圆角，并且上端体和下端体在长对角线上的弧度较大的圆角正对冷气进口，上端体和下端体在长对角线上的弧度较小的圆角正对冷气出口；本发明能够有效减小流动损失，在流向上开设了两个关于中截面对称的与对称面夹角为6°的斜槽，一方面可以破坏扰流柱后的尾迹，另一方面可以对上下端面进行冲击，破坏壁面边界层，强化换热，还有部分扰流柱上开设圆孔，也可以起到减小流阻的作用。

Description

一种用于涡轮叶片内部冷却的哑铃状扰流柱结构
技术领域
本发明涉及航空发动机与地面燃气涡轮叶片内部冷却技术领域，特别是涉及一种用于涡轮叶片内部冷却的哑铃状扰流柱结构。
背景技术
为了提高燃气轮机的工作效率，获得更大的推重比，涡轮叶片前的温度越来越高，而叶片材料的熔点远低于涡轮叶片的工作温度，这时必须采用相应的措施对叶片进行保护，防止叶片被烧蚀。
涡轮叶片的冷却方式包括内部冷却和外部冷却，在叶片尾缘处，内冷通道的空间比较狭小，并且在该处壁厚比较薄，因此可以通过在叶片尾缘处布置扰流柱的方式来增加换热面积，强化换热，还可以起到支撑作用，提升叶片强度。
目前运用的扰流柱大多为圆柱形，但是圆柱形扰流柱流动损失较大，本发明提出了一种用于叶片内冷通道的新型扰流柱结构。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种用于涡轮叶片内部冷却的哑铃状扰流柱结构，用以解决圆柱形扰流柱的缺陷，在减小流动损失的同时，兼顾扰流柱的换热能力。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案：
一种用于涡轮叶片内部冷却的哑铃状扰流柱结构，包括：上端壁、下端壁，以及多个扰流柱，所述上端壁以及所述下端壁构成冷气通道，所述冷气通道包括：冷气进口和冷气出口，所述扰流柱设置在所述上端壁以及所述下端壁之间；
所述扰流柱整体结构呈哑铃状，包括沿着所述扰流柱中截面对称设置的上端体和下端体，所述上端体和所述下端体均为横截面为纺锤形的柱状体，其侧面均为竖直面；所述上端体和所述下端体的四个角均为圆角，并且所述上端体和所述下端体在长对角线上的弧度较大的圆角正对所述冷气进口，所述上端体和所述下端体在长对角线上的弧度较小的圆角正对所述冷气出口；
在上端体与下端体之间连接有连接部，连接部的横截面积小于上端体以及下端体的横截面积，并且同样为纺锤形；连接部的上端以及下端为过渡段，所述连接部的中间部分为竖直段，用以连接所述过渡段；
所述过渡段的横截面积自所述上端体的底面以及所述下端体的顶面向着所述扰流柱中截面不断减小，一直减小到等于所述竖直段的横截面积；
所述过渡段的侧面呈光滑过渡状，所述竖直段的形状为柱状体，其侧面均为竖直面。
进一步的，所述扰流柱包括：第一扰流柱和第二扰流柱，所述第一扰流柱和所述第二扰流柱交替排列。
进一步的，所述第一扰流柱的上端体以及下端体中均设有斜槽，所述斜槽关于所述第一扰流柱的中截面对称，所述斜槽的斜槽进风口设于所述上端体以及所述下端体正对所述冷气进口的圆角侧壁上，所述斜槽的斜槽出风口一部分设于所述上端体以及所述下端体正对所述冷气出口的圆角侧壁上，另外一部分设于所述上端体的顶面以及所述下端体的底面。
进一步的，所述斜槽与来流方向构成锐角，角度为6°。
进一步的，所述第二扰流柱的上端体以及下端体中均设有圆柱形的通孔，所述通孔关于所述第二扰流柱的中截面对称，所述通孔的通孔进风口设于所述上端体以及所述下端体正对所述冷气进口的圆角侧壁上，所述通孔的通孔出风口设于所述上端体以及所述下端体正对所述冷气出口的圆角侧壁上。
进一步的，所述上端体的高度、所述下端体的高度、所述过渡段的高度以及所述竖直段的高度相等。
进一步的，所述上端体、所述下端体以及所述竖直段的横截面的长轴与短轴之比为15： 8。
本发明的有益效果是：
现有技术中的圆柱形扰流柱，其流动损失较大，本发明提供的哑铃状扰流柱结构，其整体呈现为哑铃型结构，中间面积小，减小了迎风面积，减小流动阻力，扰流柱的截面为纺锤形，是一种典型的流线型结构，可以有效减小流动损失，在流向上开设了两个关于中截面对称的与对称面夹角为6°的斜槽，一方面可以破坏扰流柱后的尾迹，另一方面可以对上下壁面进行冲击，破坏壁面边界层，强化换热，还有部分扰流柱上开设圆孔，也可以起到减小流阻的作用。
附图说明
图1为实施例1中一种用于涡轮叶片内部冷却的哑铃状扰流柱结构的结构示意图。
图2为实施例1中纺锤形横截面的示意图。
图3为实施例1中第一扰流柱的结构示意图。
图4为实施例1中第一扰流柱的剖面图。
图5为实施例1中第二扰流柱的结构示意图。
图6为实施例1中第二扰流柱的剖面图。
其中：1-上端壁、2-下端壁、31-冷气进口、32-冷气出口、41-上端体、42-下端体、43- 连接部、431-过渡段、432-竖直段、5-第一扰流柱、51-斜槽、511-斜槽进风口、512-斜槽出风口、6-第二扰流柱、61-通孔、611-通孔进风口、612-通孔出风口。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
参见图1-图6，本实施提供的一种用于涡轮叶片内部冷却的哑铃状扰流柱结构，包括：上端壁1、下端壁2，以及多个扰流柱，上端壁1以及下端壁2构成冷气通道，冷气通道包括冷气进口31以及冷气出口32，扰流柱设置在上端壁1以及下端壁2之间。
扰流柱整体结构呈哑铃状，包括沿着扰流柱中截面对称设置的上端体41和下端体42，上端体41和下端体42均为横截面为纺锤形的柱状体，其侧面均为竖直面；上端体41和下端体42的四个角均为圆角，具体的说，即是对四个顶点做倒圆角的处理，减小流阻；并且上端体41和下端体42在长对角线上的弧度较大的圆角正对冷气通道的冷气进口31，上端体41和下端体42在长对角线上的弧度较小的圆角正对冷气通道的冷气出口32。
在上端体41与下端体42之间连接有连接部43，连接部43的横截面积小于上端体41以及下端体42的横截面积，并且同样为纺锤形；具体的说，连接部43的上端以及下端为过渡段431，所述连接部43的中间部分为竖直段432，用以连接所述过渡段43。
具体的说，在本实施例中，过渡段431的横截面积自上端体41的底面以及下端体42的顶面向着扰流柱中截面不断减小，一直减小到等于竖直段432的横截面积，竖直段432的横截面积稍小于上端体41以及下端体42的横截面积；过渡段431的侧面呈光滑过渡状，竖直段432的形状为柱状体，其侧面均为竖直面。
具体的说，在本实施例中，上端体41的高度、下端体42的高度、过渡段431的高度以及竖直段432的高度相等；并且，上端体41、下端体42以及竖直段432的横截面的长轴与短轴之比为15：8。
具体的说，在本实施例中，扰流柱具体包括两种结构的扰流柱，具体为：第一扰流柱5 和第二扰流柱6，并且第一扰流柱5和第二扰流柱6在上端壁1以及下端壁2之间进行交替排列。
更具体的说，在本实施例中，第一扰流柱5的上端体41以及下端体42中均设有斜槽51，斜槽51关于第一扰流柱5的中截面对称，斜槽51的斜槽进风口511设于上端体41以及下端体41正对冷气通道的冷气进口31的圆角侧壁上，斜槽51的斜槽出风口512一部分设于上端体41以及下端体42正对冷气通道的冷气出口32的圆角侧壁上，另外一部分设于上端体41的顶面以及下端体42的底面；斜槽51与来流方向构成锐角，角度为6°。
在本实施例中，在第一扰流柱5上开设了两个关于中截面对称的斜槽51，并且斜槽51 与来流方向的夹角为6°，使得一部分冷却流体会流入斜槽51的斜槽进风口511，并且从斜槽51的斜槽出风口512流出，对上端壁1以及下端壁2产生冲击作用，破坏端壁处的边界层，增强流体与壁面的换热。
更具体的说，在本实施例中，第二扰流柱6的上端体41以及下端体42中均设有圆柱形的通孔61，通孔61关于第二扰流柱6的中截面对称，通孔61的通孔进风口611设于上端体41以及下端体42正对冷气通道的冷气进口31的圆角侧壁上，通孔61的通孔出风口612设于上端体41以及下端体42正对冷气通道的冷气出口32的圆角侧壁上。
在本实施例中，通过对第二扰流柱6开设了两个关于中截面对称的通孔61，使得一部分冷却气体流入孔内，减小流阻，另一方面，可以增大换热面积。
本发明未详述之处，均为本领域技术人员的公知技术。
以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。

Claims (7)

1.一种用于涡轮叶片内部冷却的哑铃状扰流柱结构，包括：上端壁、下端壁，以及多个扰流柱，所述上端壁以及所述下端壁构成冷气通道，所述冷气通道包括：冷气进口和冷气出口，所述扰流柱设置在所述上端壁以及所述下端壁之间；其特征在于：
所述扰流柱整体结构呈哑铃状，包括沿着所述扰流柱中截面对称设置的上端体和下端体，所述上端体和所述下端体均为横截面为纺锤形的柱状体，其侧面均为竖直面；所述上端体和所述下端体的四个角均为圆角，并且所述上端体和所述下端体在长对角线上的弧度较大的圆角正对所述冷气进口，所述上端体和所述下端体在长对角线上的弧度较小的圆角正对所述冷气出口；
在上端体与下端体之间连接有连接部，连接部的横截面积小于上端体以及下端体的横截面积，并且同样为纺锤形；连接部的上端以及下端为过渡段，所述连接部的中间部分为竖直段，用以连接所述过渡段；
所述过渡段的横截面积自所述上端体的底面以及所述下端体的顶面向着所述扰流柱中截面不断减小，一直减小到等于所述竖直段的横截面积；
所述过渡段的侧面呈光滑过渡状，所述竖直段的形状为柱状体，其侧面均为竖直面。
2.根据权利要求1所述的一种用于涡轮叶片内部冷却的哑铃状扰流柱结构，其特征在于，所述扰流柱包括：第一扰流柱和第二扰流柱，所述第一扰流柱和所述第二扰流柱交替排列。
3.根据权利要求2所述的一种用于涡轮叶片内部冷却的哑铃状扰流柱结构，其特征在于，所述第一扰流柱的上端体以及下端体中均设有斜槽，所述斜槽关于所述第一扰流柱的中截面对称，所述斜槽的斜槽进风口设于所述上端体以及所述下端体正对所述冷气进口的圆角侧壁上，所述斜槽的斜槽出风口一部分设于所述上端体以及所述下端体正对所述冷气出口的圆角侧壁上，另外一部分设于所述上端体的顶面以及所述下端体的底面。
4.根据权利要求3所述的一种用于涡轮叶片内部冷却的哑铃状扰流柱结构，其特征在于，所述斜槽与来流方向构成锐角，角度为6°。
5.根据权利要求2所述的一种用于涡轮叶片内部冷却的哑铃状扰流柱结构，其特征在于，所述第二扰流柱的上端体以及下端体中均设有圆柱形的通孔，所述通孔关于所述第二扰流柱的中截面对称，所述通孔的通孔进风口设于所述上端体以及所述下端体正对所述冷气进口的圆角侧壁上，所述通孔的通孔出风口设于所述上端体以及所述下端体正对所述冷气出口的圆角侧壁上。
6.根据权利要求1-5中任一权利要求所述的一种用于涡轮叶片内部冷却的哑铃状扰流柱结构，其特征在于，所述上端体的高度、所述下端体的高度、所述过渡段的高度以及所述竖直段的高度相等。
7.根据权利要求1-5任一权利要求所述的一种用于涡轮叶片内部冷却的哑铃状扰流柱结构，其特征在于，所述上端体、所述下端体以及所述竖直段的横截面的长轴与短轴之比为15：8。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115875084A (zh) * 2023-03-02 2023-03-31 中国航发四川燃气涡轮研究院 应用于涡轮叶片压力面的层板冷却结构

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103303461A (zh) * 2013-06-28 2013-09-18 江西洪都航空工业集团有限责任公司 一种飞机天线整流罩
CN105042640A (zh) * 2015-08-11 2015-11-11 南京航空航天大学 航空发动机燃烧室火焰筒的冷却结构
CN108223022A (zh) * 2018-01-04 2018-06-29 沈阳航空航天大学 一种阵列射流冷却中的扰流结构
CN109944645A (zh) * 2019-03-25 2019-06-28 南京航空航天大学 一种用于涡轮叶片强化换热的扰流柱结构
CN110761845A (zh) * 2019-11-18 2020-02-07 南京航空航天大学 一种用于涡轮叶片尾缘的新型扰流柱结构

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103303461A (zh) * 2013-06-28 2013-09-18 江西洪都航空工业集团有限责任公司 一种飞机天线整流罩
CN105042640A (zh) * 2015-08-11 2015-11-11 南京航空航天大学 航空发动机燃烧室火焰筒的冷却结构
CN108223022A (zh) * 2018-01-04 2018-06-29 沈阳航空航天大学 一种阵列射流冷却中的扰流结构
CN109944645A (zh) * 2019-03-25 2019-06-28 南京航空航天大学 一种用于涡轮叶片强化换热的扰流柱结构
CN110761845A (zh) * 2019-11-18 2020-02-07 南京航空航天大学 一种用于涡轮叶片尾缘的新型扰流柱结构

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115875084A (zh) * 2023-03-02 2023-03-31 中国航发四川燃气涡轮研究院 应用于涡轮叶片压力面的层板冷却结构
CN115875084B (zh) * 2023-03-02 2023-06-30 中国航发四川燃气涡轮研究院 应用于涡轮叶片压力面的层板冷却结构

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