CN117432476A - 具有分叉冷却管道和串列冷却管道的涡轮叶片 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种具有分叉冷却管道和串列冷却管道的涡轮叶片，包括涡轮冷却叶片；所述涡轮冷却叶片包括外壁、内腔、内壁、展向排列多级分叉冷却管道、流向排列多级分叉冷却管道和串列冷却管道；所述内腔设置在外壁内；所述内壁设置在内腔内；所述展向排列多级分叉冷却管道、流向排列多级分叉冷却管道和串列冷却管道与内壁和外壁相连接；所述展向排列多级分叉冷却管道、流向排列多级分叉冷却管道和串列冷却管道设置在涡轮冷却叶片上。本发明通过采用展向排列多级分叉冷却管道，流向排列多级分叉冷却管道和串列冷却管道的结构，从而可以增加冷却流体与冷却管道的接触面积，能够使冷却流体与叶片进行更加充分的换热，提高冷却效率。

Description

具有分叉冷却管道和串列冷却管道的涡轮叶片

技术领域

本发明涉及涡轮叶片的技术领域，具体地，涉及具有分叉冷却管道和串列冷却管道的涡轮叶片。

背景技术

涡轮叶片(或称为翼型件)由于需要工作于高温度、高压力的环境中，若不借助冷却系统，其无法在该环境下长期工作。现有技术中存在具备冷却结构的涡轮叶片，在公告号为CN111335960B的专利文献中公开了一种诸如用于涡轮发动机的部件可包括翼型件，其中外壁限定了界定内部的外表面，并限定了压力侧和吸力侧，在前缘和后缘之间延伸以限定弦向方向，并在根部和尖端之间延伸以限定展向方向。该部件还可在内部包括至少一个冷却通路。这些涡轮叶片的冷却系统能够降低涡轮叶片在工作状态下的温度，从而可以延长涡轮叶片的寿命。但是涡轮叶片中心不是空腔结构，导致涡轮叶片结构重量增加；冷却通路的第一平面组沿第一平面延伸，第二平面组沿与第一平面不同的第二平面延伸，导致冷却管道的无法沿多个平面延伸从而灵活控制冷却范围。

因此，需要提出一种新的技术方案以改善上述技术问题。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种具有分叉冷却管道和串列冷却管道的涡轮叶片。

根据本发明提供的一种具有分叉冷却管道和串列冷却管道的涡轮叶片，包括涡轮冷却叶片；所述涡轮冷却叶片包括外壁、内腔、内壁、展向排列多级分叉冷却管道、流向排列多级分叉冷却管道及串列冷却管道；

所述内腔设置在外壁内；所述内壁设置在内腔内；所述展向排列多级分叉冷却管道与外壁相连接，所述展向排列多级分叉冷却管道、流向排列多级分叉冷却管道和串列冷却管道与内壁和外壁相连接；所述展向排列多级分叉冷却管道、流向排列多级分叉冷却管道和串列冷却管道设置在涡轮冷却叶片上。

优选地，所述外壁包括压力面、吸力面、前缘和尾缘；所述展向排列多级分叉冷却管道、流向排列多级分叉冷却管道和串列冷却管道能够同时布置于涡轮冷却叶片，或仅采用其中的一种或两种布置于涡轮冷却叶片；所述展向排列多级分叉冷却管道设置在前缘位置，所述展向排列多级分叉冷却管道包括冷却管道入口和冷却管道出口，所述展向排列多级分叉冷却管道还包括多个分叉结构；所述流向排列多级分叉冷却管道设置在压力面和吸力面位置，所述流向排列多级分叉冷却管道包括冷却管道入口和冷却管道出口，所述流向排列多级分叉冷却管道还包括多个分叉结构；所述串列冷却管道包括冷却管道入口和冷却管道出口，所述串列冷却管道还包括多个分叉结构。

优选地，所述内腔中充满冷却介质，冷却介质从内壁上的冷却管道入口流入展向排列多级分叉冷却管道、流向排列多级分叉冷却管道和串列冷却管道，并从外壁上的冷却管道出口中流出。

优选地，所述展向排列多级分叉冷却管道包括展向主冷却管道和展向多级冷却管道，所述展向多级冷却管道的级数取决于一条完整管道上的分叉的个数，从展向主冷却管道起，每经过一个分叉，展向多级冷却管道的级数增加一，所述展向多级冷却管道的级数不小于一；每级展向多级冷却管道都包括不少于两个管道；同一级的展向多级冷却管道能够拥有不同的直径，同一级展向多级冷却管道与上一级展向多级冷却管道之间的夹角能够不相等；相邻两级的展向多级冷却管道之间，下一级展向多级冷却管道的直径不大于上一级展向多级冷却管道的直径；所述展向主冷却管道和展向一级冷却管道的夹角处于60°至90°之间，除展向主冷却管道外，各级展向多级冷却管道与下一级展向多级冷却管道之间的夹角处于0°至70°之间；所述展向排列多级分叉冷却管道还包括不少于一个冷却管道入口和不少于两个冷却管道出口。

优选地，所述展向排列多级分叉冷却管道的冷却管道出口按照圆弧形分布在前缘附近；冷却介质从冷却管道出口流出后将形成冷却气膜，冷却介质将贴着外壁流动；所述展向排列多级分叉冷却管道的冷却管道出口与展向相邻的展向排列多级分叉冷却管道的冷却管道出口之间有适当的相对位置，以使得两者形成的冷却气膜不重叠；所述展向排列多级分叉冷却管道的每个冷却管道出口对应的冷却管道长度应大于前缘处的外壁与内壁距离的1.5倍。

优选地，所述流向排列多级分叉冷却管道包括流向主冷却管道和流向多级冷却管道，所述流向多级冷却管道的级数取决于一条完整管道上的分叉的个数，从流向主冷却管道起，每经过一个分叉，所述流向多级冷却管道的级数增加一，所述流向多级冷却管道的级数不小于一；每级流向多级冷却管道都包括不少于两个管道；同一级流向多级冷却管道能够拥有不同的直径，同一级流向多级冷却管道与上一级流向多级冷却管道之间的夹角能够不相等；相邻两级的流向多级冷却管道之间，下一级流向多级冷却管道的直径不大于上一级流向多级冷却管道的直径；相邻两级的流向多级冷却管道之间的夹角处于0°至70°之间；所述流向排列多级分叉冷却管道还包括不少于一个冷却管道入口和不少于两个冷却管道出口；所述流向排列多级分叉冷却管道的冷却管道出口按照圆弧形分布在外壁；冷却介质从冷却管道出口流出后将形成冷却气膜；所述流向排列多级分叉冷却管道的每个冷却管道出口对应的冷却管道长度应大于局部压力面或吸力面处的外壁与内壁距离的1.5倍。

优选地，所述串列冷却管道包括不少于两个周期性串列冷却管道，所述周期性串列冷却管道的形状包括但不限于六边形、三角形、四边形、八边形；所述周期性串列冷却管道在形状上具有相似性，不同的周期性串列冷却管道的直径能够不相同；所述串列冷却管道中允许冷却介质分叉和汇合，多个串列冷却管道能够相互连接；所述串列冷却管道能够沿外壁的轮廓进行设置，所述串列冷却管道能够被设置在与外壁等间距或变间距的曲面中；所述串列冷却管道能够被设置为不规则的形状，从而根据涡轮冷却叶片的热负荷分布有效地冷却叶片；所述串列冷却管道还包括不少于一个冷却管道入口和不少于两个冷却管道出口；冷却介质从冷却管道出口流出后将形成冷却气膜；所述串列冷却管道的每个冷却管道出口对应的冷却管道长度应大于出口直径的五倍。

优选地，所述展向排列多级分叉冷却管道与相邻的展向排列多级分叉冷却管道空间上不相交，但两者在外壁法向的投影有重叠，以形成良好的内部冷却效果；多个展向排列多级分叉冷却管道沿展向布置在叶片的前缘，在沿外壁内法向的方向上，相邻的展向排列多级分叉冷却管道的分叉位置和冷却管道出口形成的气膜不重合，相邻的展向排列多级分叉冷却管道的冷却管道出口形成的气膜不重合。

优选地，所述流向排列多级分叉冷却管道和串列冷却管道能够设置于涡轮冷却叶片的任意位置，包括压力面、吸力面、前缘和尾缘，在所述位置设置多个流向排列多级分叉冷却管道和串列冷却管道或者两者的组合；多个流向排列多级分叉冷却管道的组合方式包括阵列、交错和按照其他规律的组合；流向排列多级分叉冷却管道与相邻的流向排列多级分叉冷却管道空间上不相交，两者在外壁法向的投影不重叠或者有局部重叠，多个流向排列多级分叉冷却管道的组合覆盖叶片的外壁；所述冷却管道出口形成的气膜不重叠；在热负荷高的区域，多个流向排列多级分叉冷却管道和串列冷却管道的组合中管道的密度应大于在热负荷低的区域

优选地，所述串列冷却管道设置在压力面靠近尾缘的位置和吸力面靠近尾缘的位置，在这些位置，所述串列冷却管道中的周期性串列冷却管道能够比展向排列多级分叉冷却管道和流向排列多级分叉冷却管道及其组合覆盖更大的面积。

与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

1、本发明通过采用展向排列多级分叉冷却管道、流向排列多级分叉冷却管道和串列冷却管道的结构，从而可以增加冷却介质与冷却管道的接触面积，能够使冷却流体与叶片进行更加充分的换热，提高冷却效率；

2、本发明通过采用可调整的冷却管道的直径和夹角,例如展向排列多级分叉冷却管道与第一展向一级冷却管道、第二展向一级冷却管道之间的角度，从而可以使展向排列多级分叉冷却管道、流向排列多级分叉冷却管道和串列冷却管道覆盖不规则的区域，这样能够灵活调整冷却管道的设置，提高叶片在不均匀热负荷下的冷却效率；

3、本发明通过采用可调整的展向排列多级分叉冷却管道、流向排列多级分叉冷却管道和串列冷却管道的设置位置，例如可以设置在压力面、吸力面、前缘和尾缘，从而可以灵活设置冷却管道，在热负荷高的区域允许以更高的密度设置冷却管道，这样能够使外壁的温度更加均匀。

4、本发明通过采用冷却管道出口结构，从而可以使冷却介质从冷却管道流出后在外壁上形成冷却气膜，阻止高温主流与外壁直接接触，这样可以提高对涡轮冷却叶片的热防护效果。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为本发明的涡轮冷却叶片的结构示意图；

图2为本发明的展向排列多级分叉冷却管道的结构示意图；

图3为本发明的流向排列多级分叉冷却管道的结构示意图；

图4为本发明的串列冷却管道的结构示意图。

其中：

涡轮冷却叶片1 冷却管道入口111

外壁10 展向主冷却管道121

内壁11 第一展向一级冷却管道122

展向排列多级分叉冷却管道12 第二展向一级冷却管道123

流向排列多级分叉冷却管道13 展向二级冷却管道124

串列冷却管道14 展向三级冷却管道125

压力面101 流向主冷却管道131

吸力面102 第一流向一级冷却管道132

前缘103 第二流向一级冷却管道133

尾缘104 流向二级冷却管道134

冷却管道出口105 流向三级冷却管道135

周期性串列冷却管道141

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。

实施例1：

根据本发明提供的一种具有分叉冷却管道和串列冷却管道的涡轮叶片，包括涡轮冷却叶片1；所述涡轮冷却叶片1包括外壁10、内腔、内壁11、展向排列多级分叉冷却管道12、流向排列多级分叉冷却管道13及串列冷却管道14；所述内腔设置在外壁10内；所述内壁11设置在内腔内；所述展向排列多级分叉冷却管道12与外壁10相连接，所述展向排列多级分叉冷却管道12、流向排列多级分叉冷却管道13和串列冷却管道14与内壁11和外壁10相连接；所述展向排列多级分叉冷却管道12、流向排列多级分叉冷却管道13和串列冷却管道14设置在涡轮冷却叶片1上。

外壁10包括压力面101、吸力面102、前缘103和尾缘104；所述展向排列多级分叉冷却管道12、流向排列多级分叉冷却管道13和串列冷却管道14能够同时布置于涡轮冷却叶片1，或仅采用其中的一种或两种布置于涡轮冷却叶片1；所述展向排列多级分叉冷却管道12设置在前缘103位置，所述展向排列多级分叉冷却管道12包括冷却管道入口111和冷却管道出口105，所述展向排列多级分叉冷却管道12还包括多个分叉结构；所述流向排列多级分叉冷却管道13设置在压力面101和吸力面102位置，所述流向排列多级分叉冷却管道13包括冷却管道入口111和冷却管道出口105，所述流向排列多级分叉冷却管道13还包括多个分叉结构；所述串列冷却管道14包括冷却管道入口111和冷却管道出口105，所述串列冷却管道14还包括多个分叉结构。

内腔中充满冷却介质，冷却介质从内壁11上的冷却管道入口111流入展向排列多级分叉冷却管道12、流向排列多级分叉冷却管道13和串列冷却管道14，并从外壁10上的冷却管道出口105中流出。

展向排列多级分叉冷却管道12包括展向主冷却管道121和展向多级冷却管道，所述展向多级冷却管道的级数取决于一条完整管道上的分叉的个数，从展向主冷却管道121起，每经过一个分叉，展向多级冷却管道的级数增加一，所述展向多级冷却管道的级数不小于一；每级展向多级冷却管道都包括不少于两个管道；同一级的展向多级冷却管道能够拥有不同的直径，同一级展向多级冷却管道与上一级展向多级冷却管道之间的夹角能够不相等；相邻两级的展向多级冷却管道之间，下一级展向多级冷却管道的直径不大于上一级展向多级冷却管道的直径；所述展向主冷却管道121和展向一级冷却管道的夹角处于60°至90°之间，除展向主冷却管道121外，各级展向多级冷却管道与下一级展向多级冷却管道之间的夹角处于0°至70°之间；所述展向排列多级分叉冷却管道12还包括不少于一个冷却管道入口111和不少于两个冷却管道出口105。

展向排列多级分叉冷却管道12的冷却管道出口105按照圆弧形分布在前缘103附近；冷却介质从冷却管道出口105流出后将形成冷却气膜，冷却介质将贴着外壁10流动；所述展向排列多级分叉冷却管道12的冷却管道出口105与展向相邻的展向排列多级分叉冷却管道12的冷却管道出口105之间有适当的相对位置，以使得两者形成的冷却气膜不重叠；所述展向排列多级分叉冷却管道12的每个冷却管道出口105对应的冷却管道长度应大于前缘处的外壁与内壁距离的1.5倍。

流向排列多级分叉冷却管道13包括流向主冷却管道131和流向多级冷却管道，所述流向多级冷却管道的级数取决于一条完整管道上的分叉的个数，从流向主冷却管道131起，每经过一个分叉，所述流向多级冷却管道的级数增加一，所述流向多级冷却管道的级数不小于一；每级流向多级冷却管道都包括不少于两个管道；同一级流向多级冷却管道能够拥有不同的直径，同一级流向多级冷却管道与上一级流向多级冷却管道之间的夹角能够不相等；相邻两级的流向多级冷却管道之间，下一级流向多级冷却管道的直径不大于上一级流向多级冷却管道的直径；相邻两级的流向多级冷却管道之间的夹角处于0°至70°之间；所述流向排列多级分叉冷却管道13还包括不少于一个冷却管道入口111和不少于两个冷却管道出口105；所述流向排列多级分叉冷却管道13的冷却管道出口105按照圆弧形分布在外壁10；冷却介质从冷却管道出口105流出后将形成冷却气膜；所述流向排列多级分叉冷却管道13的每个冷却管道出口105对应的冷却管道长度应大于局部压力面或吸力面处的外壁与内壁距离的1.5倍。

串列冷却管道14包括不少于两个周期性串列冷却管道141，所述周期性串列冷却管道141的形状包括但不限于六边形、三角形、四边形、八边形；所述周期性串列冷却管道141在形状上具有相似性，不同的周期性串列冷却管道141的直径能够不相同；所述串列冷却管道14中允许冷却介质分叉和汇合，多个串列冷却管道能够14相互连接；所述串列冷却管道能够14沿外壁的轮廓进行设置，所述串列冷却管道14能够被设置在与外壁等间距或变间距的曲面中；所述串列冷却管道14能够被设置为不规则的形状，从而根据涡轮冷却叶片1的热负荷分布有效地冷却叶片；所述串列冷却管道14还包括不少于一个冷却管道入口111和不少于两个冷却管道出口105；冷却介质从冷却管道出口105流出后将形成冷却气膜；所述串列冷却管道14的每个冷却管道出口105对应的冷却管道长度应大于出口直径的五倍。

展向排列多级分叉冷却管道12与相邻的展向排列多级分叉冷却管道12空间上不相交，但两者在外壁10法向的投影有重叠，以形成良好的内部冷却效果；多个展向排列多级分叉冷却管道12沿展向布置在叶片的前缘，在沿外壁10内法向的方向上，相邻的展向排列多级分叉冷却管道12的分叉位置和冷却管道出口105形成的气膜不重合，相邻的展向排列多级分叉冷却管道12的冷却管道出口105形成的气膜不重合。

流向排列多级分叉冷却管道13和串列冷却管道14能够设置于涡轮冷却叶片1的任意位置，包括压力面101、吸力面102、前缘103和尾缘104，在所述位置设置多个流向排列多级分叉冷却管道13和串列冷却管道14或者两者的组合；多个流向排列多级分叉冷却管道13的组合方式包括阵列、交错和按照其他规律的组合；流向排列多级分叉冷却管道13与相邻的流向排列多级分叉冷却管道13空间上不相交，两者在外壁法向的投影不重叠或者有局部重叠，多个流向排列多级分叉冷却管道13的组合覆盖叶片的外壁10；所述冷却管道出口105形成的气膜不重叠；在热负荷高的区域，多个流向排列多级分叉冷却管道13和串列冷却管道14的组合中管道的密度应大于在热负荷低的区域

串列冷却管道14设置在压力面101靠近尾缘104的位置和吸力面102靠近尾缘104的位置，在这些位置，所述串列冷却管道14中的周期性串列冷却管道141能够比展向排列多级分叉冷却管道12和流向排列多级分叉冷却管道13及其组合覆盖更大的面积。

实施例2：

在涡轮叶片内部设置展向排列多级分叉冷却管道12、流向排列多级分叉冷却管道13和串列冷却管道14，使冷却介质从叶片内部流经冷却管道，并从叶片表面的冷却管道出口105流出；冷却介质流出冷却管道出口105后形成冷却气膜，阻止高温主流与外壁10直接接触。

本发明公开涉及一种涡轮冷却叶片1，涡轮冷却叶片1包含外壁10,外壁包括压力面101,吸力面102，前缘103和尾缘104；涡轮冷却叶片1还包括内腔(未标出)，内腔被外壁10包围，内腔具有内壁11；涡轮冷却叶片1还包括不少于一个展向排列多级分叉冷却管道12，流向排列多级分叉冷却管道13和串列冷却管道14。展向排列多级分叉冷却管道12设置在前缘103位置，并且包含冷却管道入口111和冷却管道出口105，展向排列多级分叉冷却管道12还包含多个分叉结构，冷却介质在展向排列多级分叉冷却管道12中形成多次一分为二的流动状态。流向排列多级分叉冷却管道13设置在压力面101和吸力面102位置，并且包含冷却管道入口111和冷却管道出口105，流向排列多级分叉冷却管道13还包含多个分叉结构，冷却介质在流向排列多级分叉冷却管道13中形成多次一分为二的流动状态。串列冷却管道14包含冷却管道入口111和冷却管道出口105，串列冷却管道14还包含多个分叉结构，冷却介质在串列冷却管道14中可以在不同分叉结构处形成多次一分为二、二合为一的流动状态。

涡轮冷却叶片1的内腔中充满冷却介质，冷却介质从内壁11上的冷却管道入口111流入展向排列多级分叉冷却管道12，流向排列多级分叉冷却管道13和串列冷却管道14，并从外壁10上的冷却管道出口105中流出。

展向排列多级分叉冷却管道12包含展向主冷却管道121和展向多级冷却管道，展向多级冷却管道的级数取决于一条完整管道上的分叉的个数,从展向主冷却管道121(可以被视为展向零级冷却管道)起，每经过一个分叉，展向多级冷却管道的级数增加1，展向多级冷却管道的级数不小于1。每级展向多级冷却管道都包含不少于2个管道，例如第一展向一级冷却管道122和第二展向一级冷却管道123。同一级的展向多级冷却管道可以拥有不同的直径，同一级展向多级冷却管道与上一级展向多级冷却管道之间的夹角可以不相等。相邻两级的展向多级冷却管道之间，下一级展向多级冷却管道的直径不大于上一级展向多级冷却管道的直径。展向主冷却管道121和展向一级冷却管道的夹角取流动方向矢量的夹角处于60°至90°之间，除展向主冷却管道121外，各级展向多级冷却管道与下一级展向多级冷却管道之间的夹角处于0°至70°之间。展向排列多级分叉冷却管道12还包含不少于1个冷却管道入口111和不少于2个冷却管道出口105，优选地，展向排列多级分叉冷却管道12的冷却管道出口105按照圆弧形分布在前缘10附近。可以预期地，冷却介质从冷却管道出口105流出后将形成冷却气膜，换句话说，冷却介质在从冷却管道出口105流出后将贴着外壁10流动，避免外壁10直接接触高温主流。展向排列多级分叉冷却管道12的每个冷却管道出口105对应的冷却管道长度应大于前缘103处的外壁10与内壁11距离的1.5倍。

流向排列多级分叉冷却管道13包含流向主冷却管道131和流向多级冷却管道，流向多级冷却管道的级数取决于一条完整管道上的分叉的个数,从流向主冷却管道131(可以被视为流向零级冷却管道)起，每经过一个分叉，流向多级冷却管道的级数增加1，流向多级冷却管道的级数不小于1。每级流向多级冷却管道都包含不少于2个管道，例如第一流向一级冷却通道132和第二流向一级冷却通道133。同一级流向多级冷却管道可以拥有不同的直径，同一级流向多级冷却管道与上一级流向多级冷却管道之间的夹角可以不相等。相邻两级的流向多级冷却管道之间，下一级流向多级冷却管道的直径不大于上一级流向多级冷却管道的直径。相邻两级的流向多级冷却管道之间的夹角取流动方向矢量的夹角处于0°至70°之间。流向排列多级分叉冷却管道13还包含不少于1个冷却管道入口111和不少于2个冷却管道出口105，优选地，流向排列多级分叉冷却管道13的冷却管道出口105按照圆弧形分布在外壁10。可以预期地，冷却介质从冷却管道出口105流出后将形成冷却气膜。流向排列多级分叉冷却管道13的每个冷却管道出口105对应的冷却管道长度应大于局部压力面101或吸力面102处的外壁10与内壁11距离的1.5倍。

串列冷却管道14包含不少于2个周期性串列管道141，周期性串列管道141的形状包括但不限于六边形、八边形、环形等。周期性串列管道141在形状上具有相似性，不同的管道的直径可以不相同。串列冷却管道14中允许冷却流体分叉和汇合，多个串列冷却管道14可以相互连接。优选地，串列冷却管道14可以沿外壁10的轮廓进行设置，换句话说，串列冷却管道14可以被设置在与外壁10等间距或变间距的曲面中。优选地，串列冷却管道14可以被设置为不规则的形状，从而根据涡轮冷却叶片1的热负荷分布有效地冷却叶片。串列冷却管道14还包含不少于1个冷却管道入口111和不少于2个冷却管道出口105。可以预期地，冷却介质从冷却管道出口105流出后将形成冷却气膜。串列冷却管道14的每个冷却管道出口105对应的冷却管道长度应大于出口直径的五倍。

展向多级分叉冷却管道12与相邻的展向多级分叉冷却管道12空间上不相交，但两者在外壁10法向的投影有重叠，以形成良好的内部冷却效果；多个展向排列多级分叉冷却管道12沿展向布置在叶片的前缘103，在沿外壁10内法向的方向上，相邻的展向排列多级分叉冷却管道12的分叉位置和冷却管道出口105形成的气膜应避免重合，相邻的展向排列多级分叉冷却管道12的冷却管道出口105形成的气膜应避免重合，这样能够增强前缘103冷却的均匀性。

流向排列多级分叉冷却管道13和串列冷却管道14可设置于涡轮冷却叶片1的任意位置，包括压力面101,吸力面102，前缘103和尾缘104，在所述位置可以设置多个流向排列多级分叉冷却管道13或串列冷却管道14以及两者的组合。多个流向排列多级分叉冷却管道13的组合方式包括阵列、交错和按照其他规律的组合，流向多级分叉冷却管道13与相邻的流向多级分叉冷却管道13空间上不相交，两者在外壁11法向的投影不重叠或者有局部重叠，多个流向排列多级分叉冷却管道13的组合应尽可能完整覆盖叶片的外壁10，流向多级分叉冷却管道13的冷却管道出口105形成的气膜应避免重叠，这样可以提高冷却效果的均匀性；在热负荷高的区域，多个流向排列多级分叉冷却管道13和串列冷却管道的组合14中管道的密度应大于在热负荷低的区域，也可以采用更大的冷却管道直径来强化冷却效果。

串列冷却管道14设置在压力面101靠近尾缘104的位置和吸力面102靠近尾缘104的位置，所述串列冷却管道14中的周期性串列管道141能够比展向排列多级分叉冷却管道12和流向排列多级分叉冷却管道13及其组合覆盖更大的面积，从而充分冷却这些位置。在上述位置可以设置多个不连通的串列冷却管道14，多个串列冷却管道14在外壁11法向的投影不重叠或者有局部重叠，多个串列冷却管道14的冷却管道出口105形成的气膜可以重叠。

本领域技术人员可以将本实施例理解为实施例1的更为具体的说明。

在本申请的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。

Claims (10)

1.一种具有分叉冷却管道和串列冷却管道的涡轮叶片，其特征在于，包括涡轮冷却叶片(1)；所述涡轮冷却叶片(1)包括外壁(10)、内腔、内壁(11)、展向排列多级分叉冷却管道(12)、流向排列多级分叉冷却管道(13)及串列冷却管道(14)；

所述内腔设置在外壁(10)内；所述内壁(11)设置在内腔内；所述展向排列多级分叉冷却管道(12)与外壁(10)相连接，所述展向排列多级分叉冷却管道(12)、流向排列多级分叉冷却管道(13)和串列冷却管道(14)与内壁(11)和外壁(10)相连接；所述展向排列多级分叉冷却管道(12)、流向排列多级分叉冷却管道(13)和串列冷却管道(14)设置在涡轮冷却叶片(1)上。

2.根据权利要求1所述的具有分叉冷却管道和串列冷却管道的涡轮叶片，其特征在于，所述外壁(10)包括压力面(101)、吸力面(102)、前缘(103)和尾缘(104)；所述展向排列多级分叉冷却管道(12)、流向排列多级分叉冷却管道(13)和串列冷却管道(14)能够同时布置于涡轮冷却叶片(1)，或仅采用其中的一种或两种布置于涡轮冷却叶片(1)；所述展向排列多级分叉冷却管道(12)设置在前缘(103)位置，所述展向排列多级分叉冷却管道(12)包括冷却管道入口(111)和冷却管道出口(105)，所述展向排列多级分叉冷却管道(12)还包括多个分叉结构；所述流向排列多级分叉冷却管道(13)设置在压力面(101)和吸力面(102)位置，所述流向排列多级分叉冷却管道(13)包括冷却管道入口(111)和冷却管道出口(105)，所述流向排列多级分叉冷却管道(13)还包括多个分叉结构；所述串列冷却管道(14)包括冷却管道入口(111)和冷却管道出口(105)，所述串列冷却管道(14)还包括多个分叉结构。

3.根据权利要求1所述的具有分叉冷却管道和串列冷却管道的涡轮叶片，其特征在于，所述内腔中充满冷却介质，冷却介质从内壁(11)上的冷却管道入口(111)流入展向排列多级分叉冷却管道(12)、流向排列多级分叉冷却管道(13)和串列冷却管道(14)，并从外壁(10)上的冷却管道出口(105)中流出。

4.根据权利要求1所述的具有分叉冷却管道和串列冷却管道的涡轮叶片，其特征在于，所述展向排列多级分叉冷却管道(12)包括展向主冷却管道(121)和展向多级冷却管道，所述展向多级冷却管道的级数取决于一条完整管道上的分叉的个数，从展向主冷却管道(121)起，每经过一个分叉，展向多级冷却管道的级数增加一，所述展向多级冷却管道的级数不小于一；每级展向多级冷却管道都包括不少于两个管道；同一级的展向多级冷却管道能够拥有不同的直径，同一级展向多级冷却管道与上一级展向多级冷却管道之间的夹角能够不相等；相邻两级的展向多级冷却管道之间，下一级展向多级冷却管道的直径不大于上一级展向多级冷却管道的直径；所述展向主冷却管道(121)和展向一级冷却管道的夹角处于60°至90°之间，除展向主冷却管道(121)外，各级展向多级冷却管道与下一级展向多级冷却管道之间的夹角处于0°至70°之间；所述展向排列多级分叉冷却管道(12)还包括不少于一个冷却管道入口(111)和不少于两个冷却管道出口(105)。

5.根据权利要求4所述的具有分叉冷却管道和串列冷却管道的涡轮叶片，其特征在于，所述展向排列多级分叉冷却管道(12)的冷却管道出口(105)按照圆弧形分布在前缘(103)附近；冷却介质从冷却管道出口(105)流出后将形成冷却气膜，冷却介质将贴着外壁(10)流动；所述展向排列多级分叉冷却管道(12)的冷却管道出口(105)与展向相邻的展向排列多级分叉冷却管道(12)的冷却管道出口(105)之间有适当的相对位置，以使得两者形成的冷却气膜不重叠；所述展向排列多级分叉冷却管道(12)的每个冷却管道出口(105)对应的冷却管道长度应大于前缘处的外壁与内壁距离的1.5倍。

6.根据权利要求1所述的具有分叉冷却管道和串列冷却管道的涡轮叶片，其特征在于，所述流向排列多级分叉冷却管道(13)包括流向主冷却管道(131)和流向多级冷却管道，所述流向多级冷却管道的级数取决于一条完整管道上的分叉的个数，从流向主冷却管道(131)起，每经过一个分叉，所述流向多级冷却管道的级数增加一，所述流向多级冷却管道的级数不小于一；每级流向多级冷却管道都包括不少于两个管道；同一级流向多级冷却管道能够拥有不同的直径，同一级流向多级冷却管道与上一级流向多级冷却管道之间的夹角能够不相等；相邻两级的流向多级冷却管道之间，下一级流向多级冷却管道的直径不大于上一级流向多级冷却管道的直径；相邻两级的流向多级冷却管道之间的夹角处于0°至70°之间；所述流向排列多级分叉冷却管道(13)还包括不少于一个冷却管道入口(111)和不少于两个冷却管道出口(105)；所述流向排列多级分叉冷却管道(13)的冷却管道出口(105)按照圆弧形分布在外壁(10)；冷却介质从冷却管道出口(105)流出后将形成冷却气膜；所述流向排列多级分叉冷却管道(13)的每个冷却管道出口(105)对应的冷却管道长度应大于局部压力面或吸力面处的外壁与内壁距离的1.5倍。

7.根据权利要求1所述的具有分叉冷却管道和串列冷却管道的涡轮叶片，其特征在于，所述串列冷却管道(14)包括不少于两个周期性串列冷却管道(141)，所述周期性串列冷却管道(141)的形状包括但不限于六边形、三角形、四边形、八边形；所述周期性串列冷却管道(141)在形状上具有相似性，不同的周期性串列冷却管道(141)的直径能够不相同；所述串列冷却管道(14)中允许冷却介质分叉和汇合，多个串列冷却管道能够(14)相互连接；所述串列冷却管道能够(14)沿外壁的轮廓进行设置，所述串列冷却管道(14)能够被设置在与外壁等间距或变间距的曲面中；所述串列冷却管道(14)能够被设置为不规则的形状，从而根据涡轮冷却叶片(1)的热负荷分布有效地冷却叶片；所述串列冷却管道(14)还包括不少于一个冷却管道入口(111)和不少于两个冷却管道出口(105)；冷却介质从冷却管道出口(105)流出后将形成冷却气膜；所述串列冷却管道(14)的每个冷却管道出口(105)对应的冷却管道长度应大于出口直径的五倍。

8.根据权利要求1所述的具有分叉冷却管道和串列冷却管道的涡轮叶片，其特征在于，所述展向排列多级分叉冷却管道(12)与相邻的展向排列多级分叉冷却管道(12)空间上不相交，但两者在外壁(10)法向的投影有重叠，以形成良好的内部冷却效果；多个展向排列多级分叉冷却管道(12)沿展向布置在叶片的前缘，在沿外壁(10)内法向的方向上，相邻的展向排列多级分叉冷却管道(12)的分叉位置和冷却管道出口(105)形成的气膜不重合，相邻的展向排列多级分叉冷却管道(12)的冷却管道出口(105)形成的气膜不重合。

9.根据权利要求1所述的具有分叉冷却管道和串列冷却管道的涡轮叶片，其特征在于，所述流向排列多级分叉冷却管道(13)和串列冷却管道(14)能够设置于涡轮冷却叶片(1)的任意位置，包括压力面(101)、吸力面(102)、前缘(103)和尾缘(104)，在所述位置设置多个流向排列多级分叉冷却管道(13)和串列冷却管道(14)或者两者的组合；多个流向排列多级分叉冷却管道(13)的组合方式包括阵列、交错和按照其他规律的组合；流向排列多级分叉冷却管道(13)与相邻的流向排列多级分叉冷却管道(13)空间上不相交，两者在外壁法向的投影不重叠或者有局部重叠，多个流向排列多级分叉冷却管道(13)的组合覆盖叶片的外壁(10)；所述冷却管道出口(105)形成的气膜不重叠；在热负荷高的区域，多个流向排列多级分叉冷却管道(13)和串列冷却管道(14)的组合中管道的密度应大于在热负荷低的区域。

10.根据权利要求1所述的具有分叉冷却管道和串列冷却管道的涡轮叶片，其特征在于，所述串列冷却管道(14)设置在压力面(101)靠近尾缘(104)的位置和吸力面(102)靠近尾缘(104)的位置，在这些位置，所述串列冷却管道(14)中的周期性串列冷却管道(141)能够比展向排列多级分叉冷却管道(12)和流向排列多级分叉冷却管道(13)及其组合覆盖更大的面积。