本發明專利技術公開了一種具有側向抽氣槽及球窩的透平葉片尾緣冷卻結構，該透平葉片具有葉片內部冷卻腔和冷卻流體流進管，且葉片內部冷卻腔熱表面交錯設置有若干葉片內部冷卻腔隔板，與葉片內部冷卻腔熱表面組成了透平葉片內部U型冷卻通道；葉片尾緣附近的葉片內部冷卻腔熱表面上均勻布置有葉片尾緣附近內部冷卻球窩結構，若干側向抽氣槽布置在尾緣附近冷卻通道側面，在葉片尾緣劈縫處葉背面處均勻布置有葉片尾緣冷卻球窩結構，若干側向抽氣槽用于將內部冷卻通道與外部冷卻通道相連通，形成內部冷卻與外部冷卻一體式的冷卻結構。本發明專利技術解決了在較窄的葉片尾緣內部冷卻通道中布置傳熱結構難的問題，改善了傳熱結構帶來傳熱阻力增加過大的問題。
【技術實現步驟摘要】
：本專利技術涉及一種透平葉片內部冷卻結構，特別涉及一種具有側向抽氣槽及球窩的透平葉片尾緣冷卻結構。
技術介紹
：燃氣輪機/航空發動機作為工業界“皇冠上的明珠”，其透平葉片部件在運行時受到極大的熱負荷，為了保證其安全運行，需要設計并構建大量的冷卻結構以保證透平葉片的溫度位于合理的范圍內，與此同時還不能帶來明顯的阻力損失，以免不利于葉片的冷卻效率。因此，開發高效的低阻力強化傳熱結構就成為了亟需解決的研究工作。透平葉片中的冷卻結構常分為內部冷卻及外部冷卻兩類，其中內部冷卻主要包括沖擊冷卻、擾流強化傳熱等，布置內部冷卻通道是透平葉片中最常見的冷卻方式，通過內部冷卻通道中冷卻氣體與壁面的傳熱帶走從葉片外部傳導的熱流量起到冷卻葉片壁面的效果，在葉片內部冷卻通道中的U型、蛇形冷卻通道及擾流強化傳熱結構是最為典型的增強傳熱特征；而外部冷卻主要包括氣膜冷卻等，通過在葉片表面形成氣膜隔絕高溫燃氣以起到保護葉片的作用，透平葉片的前緣、中弦區域、尾緣劈縫處都常采用氣膜冷卻作為保護葉片表面的方式。在實際高溫透平葉片中，常常耦合各種冷卻方式，以達到最佳的冷卻效果。高溫透平葉片的尾緣區域是葉片冷卻結構設計時的關鍵部位，在高溫氣體的接觸下，較薄的葉片尾緣區域往往需要多種冷卻方式共同作用以保證其安全性。在高溫透平葉片的尾緣設計中，往往在尾緣壓力面側布置“劈縫”結構，且連通尾緣附近內部冷卻通道抽氣槽。研究表明，透平尾緣雖然采用了不同的冷卻形式，但仍存在流動流阻大，沿程溫升高，透平尾緣部分溫度依然相對較高的問題；根據葉片型線的形狀，葉片尾緣部分的內部冷卻通道往往較窄(較大寬高比AR)，在該區域布置肋片存在一定的困難，且在此狹窄通道中布置肋片往往帶來較為明顯的阻力損失，對葉片冷卻效率不利?；谠撛?，在透平葉片尾緣區域常采用針狀翅片、渦結構發生器等結構作為冷卻結構；透平尾緣中有些冷卻結構雖然能達到比較好的冷卻效果，但是結構復雜。因此，開發透平葉片尾緣結構簡單的高效的低阻力強化傳熱結構，是目前進一步降低葉片工作溫度的主要研究方向之一。
技術實現思路
：本專利技術的目的是針對上述現有技術的不足，提供了一種適用于渦輪葉片尾緣冷卻的具有側向抽氣槽及球窩的透平葉片尾緣冷卻結構。這種具有側向抽氣槽及球窩的透平葉片尾緣冷卻結構在流場中不產生凸起，布置在較薄的尾緣冷卻通道中阻力損失較低，且也能起到較好的傳熱效果。為達到上述目的，本專利技術采用如下技術方案來實現的：一種具有側向抽氣槽及球窩的透平葉片尾緣冷卻結構，該透平葉片具有葉片內部冷卻腔以及設置在透平葉片端面上與葉片內部冷卻腔相連通的冷卻流體流進管，且葉片內部冷卻腔內的葉片內部冷卻腔熱表面交錯設置有若干葉片內部冷卻腔隔板，葉片內部冷卻腔熱表面與若干葉片內部冷卻腔隔板組成了透平葉片內部U型冷卻通道；葉片尾緣附近的葉片內部冷卻腔熱表面上均勻布置有葉片尾緣附近內部冷卻球窩結構，若干側向抽氣槽布置在尾緣附近冷卻通道側面，在葉盆唇部附近的葉片尾緣劈縫處葉背面處均勻布置有葉片尾緣冷卻球窩結構，若干側向抽氣 槽用于將布置有葉片尾緣附近內部冷卻球窩結構的內部冷卻通道與布置有葉片尾緣冷卻球窩結構的外部冷卻通道相連通，形成這種帶有側向抽氣槽及球窩的透平葉片尾緣內部冷卻與外部冷卻一體式的冷卻結構。本專利技術進一步的改進在于，葉片尾緣附近內部冷卻球窩結構為錯排布置或者順排布置。本專利技術進一步的改進在于，葉片尾緣附近內部冷卻球窩結構布置的流向間距Ps/D在0.5至2之間，展向間距Pd/D在0.5至2之間，球窩的相對深度δ/D為0.05至0.5之間。本專利技術進一步的改進在于，側向抽氣槽為矩形通道或梯形通道。本專利技術進一步的改進在于，側向抽氣槽的長度在8mm至16mm之間，高度在1.5mm至3.5mm之間，流向間距在15mm至30mm之間。本專利技術進一步的改進在于，冷卻射流劈縫高度t/H在0.5至1.5之間，劈縫傾斜角α在5°至15°之間。本專利技術進一步的改進在于，冷卻氣體從劈縫附近的射流槽噴出，氣膜吹氣比M在0.2至1.5之間。本專利技術進一步的改進在于，葉片尾緣冷卻球窩結構為錯排布置或者順排布置，布置的流向間距為10～20mm，展向間距為7～17mm，流向包含5～9排球窩、展向包括2～4排球窩，球窩的相對深度δ/D為0.05至0.5之間。與現有技術相比，本專利技術具有如下有益效果：1、本專利技術設計合理，結構簡單，解決了在較窄的葉片尾緣內部冷卻通道中布置傳熱結構難的問題；2、這種具有側向抽氣槽及球窩的透平葉片尾緣冷卻結構在流場中不產生凸起，布置在較薄的尾緣冷卻通道中阻力損失較低，且也能起到較好的傳熱效果；3、在布置這種具有側向抽氣槽及球窩的透平葉片尾緣冷卻結構下，流場相互干涉，流體流經球窩結構會出現復雜的流動分離、再附、甚至提前轉捩等現象，通過在冷卻通道中布置球窩結構通常能產生顯著的強化傳熱效果，且錯排布置下球窩覆蓋了內部熱表面更多的區域，因此在通道的中心區域具有更高的傳熱系數；4、在葉片尾緣冷卻通道中錯排布置的球窩內部，分離渦與主通道內的旋渦合并，冷卻射流吸附在球窩的表面形成了質量較好的氣膜層，直至離開最后一個球窩才被逐漸打破并迅速與高溫主流混合，使得氣膜冷卻效率得到一定程度的提升，增強了尾緣葉背面側固體處的冷卻效果；5、在葉片尾緣附近內部冷卻通道及與高溫主流接觸的葉背外表面均布置簡單的球窩傳熱結構，并利用側向抽氣槽連通內部與外部冷卻通道，不僅具有良好的傳熱特性，且具有較好的加工一體性，更具可實施性。附圖說明：圖1為本專利技術實施例透平葉片尾緣附近內部冷卻通道和外部冷卻通道組合剖視圖；圖2為葉片尾緣附近內部冷卻通道的局部球窩布置示意圖；圖3為葉片尾緣附近局部抽氣槽布置示意圖；圖4為葉片尾緣外部冷卻通道的局部球窩布置示意圖；其中：1、冷卻流體流進管，2、葉片內部冷卻腔，3、葉片內部冷卻腔熱表面，4、葉片內部冷卻腔隔板，5、葉片尾緣附近內部冷卻球窩結構，6、側向抽氣槽，7、葉片尾緣劈縫處葉背面，8、葉盆唇部，9、葉片尾緣冷卻球窩結構。具體實施方式：下面結合附圖對本專利技術的實施例作詳細說明，本實施例以本專利技術技術方案為前提，給出了詳細的實施方式和具體的操作過程，但本專利技術的保護范圍不限于下述的實施例。如圖1至圖4所示，本專利技術提供的具有側向抽氣槽及球窩的透平葉片尾緣冷卻結構，包括冷卻流體流進管1、葉片內部冷卻腔2、葉片內部冷卻腔熱表面3、葉片內部冷卻腔隔板4、葉片尾緣附近內部冷卻球窩結構5、側向抽氣槽6、葉片尾緣劈縫處葉背面7、葉盆唇部8和葉片尾緣冷卻球窩結構9，其中，冷卻流體流進管1連通葉片內部冷卻腔2，葉片內部冷卻腔熱表面3與多個葉片內部冷卻腔隔板4組成了葉片內部U型冷卻通道，葉片尾緣附近的葉片內部冷卻腔熱表面3上均勻布置了葉片尾緣附近內部冷卻球窩結構5，側向抽氣槽6布置在尾緣附近冷卻通道側面，在葉盆唇部8附近的葉片尾緣劈縫處葉背面7處均勻布置了葉片尾緣冷卻球窩結構9，葉片尾緣附近內部冷卻球窩結構5為錯排布置(具體地也可為順排布置)，布置的流向間距Ps/D在0.5至2之間，展向間距Pd/D在0.5至2之間，球窩的相對深度δ/D(球窩深度/球窩直徑)為0.05至0.5之間，側向抽氣槽6均勻布置在尾緣冷卻通道側面，作為尾緣劈縫處氣膜的冷卻射流入口，其長本文檔來自技高網...
【技術保護點】
一種具有側向抽氣槽及球窩的透平葉片尾緣冷卻結構，其特征在于，該透平葉片具有葉片內部冷卻腔(2)以及設置在透平葉片端面上與葉片內部冷卻腔(2)相連通的冷卻流體流進管(1)，且葉片內部冷卻腔(2)內的葉片內部冷卻腔熱表面(3)交錯設置有若干葉片內部冷卻腔隔板(4)，葉片內部冷卻腔熱表面(3)與若干葉片內部冷卻腔隔板(4)組成了透平葉片內部U型冷卻通道；葉片尾緣附近的葉片內部冷卻腔熱表面(3)上均勻布置有葉片尾緣附近內部冷卻球窩結構(5)，若干側向抽氣槽(6)布置在尾緣附近冷卻通道側面，在葉盆唇部(8)附近的葉片尾緣劈縫處葉背面(7)處均勻布置有葉片尾緣冷卻球窩結構(9)，若干側向抽氣槽(6)用于將布置有葉片尾緣附近內部冷卻球窩結構(5)的內部冷卻通道與布置有葉片尾緣冷卻球窩結構(9)的外部冷卻通道相連通。
【技術特征摘要】
1.一種具有側向抽氣槽及球窩的透平葉片尾緣冷卻結構，其特征在于，該透平葉片具有葉片內部冷卻腔(2)以及設置在透平葉片端面上與葉片內部冷卻腔(2)相連通的冷卻流體流進管(1)，且葉片內部冷卻腔(2)內的葉片內部冷卻腔熱表面(3)交錯設置有若干葉片內部冷卻腔隔板(4)，葉片內部冷卻腔熱表面(3)與若干葉片內部冷卻腔隔板(4)組成了透平葉片內部U型冷卻通道；葉片尾緣附近的葉片內部冷卻腔熱表面(3)上均勻布置有葉片尾緣附近內部冷卻球窩結構(5)，若干側向抽氣槽(6)布置在尾緣附近冷卻通道側面，在葉盆唇部(8)附近的葉片尾緣劈縫處葉背面(7)處均勻布置有葉片尾緣冷卻球窩結構(9)，若干側向抽氣槽(6)用于將布置有葉片尾緣附近內部冷卻球窩結構(5)的內部冷卻通道與布置有葉片尾緣冷卻球窩結構(9)的外部冷卻通道相連通。2.根據權利要求1所述的一種具有側向抽氣槽及球窩的透平葉片尾緣冷卻結構，其特征在于，葉片尾緣附近內部冷卻球窩結構(5)為錯排布置或者順排布置。3.根據權利要求2所述的一種具有側向抽氣槽及球窩的透平葉片尾緣冷卻結構，其特征在于，葉片尾緣附近內部冷卻球窩結構(5)布置的流向間距Ps/D在0....
【專利技術屬性】
技術研發人員：謝永慧，施東波，張荻，
申請(專利權)人：西安交通大學，
類型：發明
國別省市：陜西;61
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