一種叉排式雙層層板冷卻結(jié)構(gòu)的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型涉及一種叉排式雙層層板冷卻結(jié)構(gòu)，涉及燃?xì)廨啓C(jī)冷卻技術(shù)，用于燃?xì)馔钙饺~片冷卻，通過(guò)優(yōu)化主流和層板間的匹配關(guān)系，提出了一種新型的沖擊孔、擾流肋和氣膜孔叉排方式，一個(gè)冷卻單元有兩個(gè)氣膜孔、八個(gè)擾流肋和兩個(gè)沖擊孔構(gòu)成，氣膜孔、擾流柱和沖擊孔各自均呈叉排方式排列；沿流向和展向氣膜孔、擾流柱和沖擊孔均呈交替方式出現(xiàn)。本實(shí)用新型的雙層層板冷卻結(jié)構(gòu)，其新型叉排方式的優(yōu)點(diǎn)是：氣膜孔沿展向的間距是常規(guī)排列方式的顯著縮小了氣膜孔的橫向間距，增大了氣膜覆蓋面積，大大提高了葉片綜合冷卻效果。
【專利說(shuō)明】一種叉排式雙層層板冷卻結(jié)構(gòu)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及燃?xì)廨啓C(jī)【技術(shù)領(lǐng)域】，是一種新型的叉排式雙層層板冷卻結(jié)構(gòu)，用于燃?xì)馔钙饺~片冷卻，可以提高燃?xì)馔钙饺~片的冷卻效率。
【背景技術(shù)】
[0002]目前燃?xì)馔钙匠２捎脧?fù)雜多通道強(qiáng)迫對(duì)流加氣膜冷卻的復(fù)合冷卻方式，可使葉片金屬平均溫度降低500-700K，冷卻效率為0.5-0.6。未來(lái)燃?xì)廨啓C(jī)的透平進(jìn)口溫度將達(dá)到1973K，為了滿足未來(lái)燃?xì)廨啓C(jī)透平進(jìn)口溫度進(jìn)一步提高的要求，需采用冷卻技術(shù)使葉片能降溫700-900K，冷卻效率大于0.7。如圖1所示，幾種常見(jiàn)的葉片冷卻方式中，相對(duì)于傳統(tǒng)的氣膜冷卻方式、對(duì)流/氣膜冷卻方式，在相同的冷氣量下層板冷卻方式具有明顯提高的冷卻效率。如果繼續(xù)采用對(duì)流/氣膜復(fù)合冷卻方式，冷氣消耗量將會(huì)急劇增加，冷氣用量的增加將會(huì)降低燃?xì)廨啓C(jī)的性能，這與高效燃?xì)廨啓C(jī)的設(shè)計(jì)要求是相違背的，因此目前亟需發(fā)展冷卻效率更高、冷氣用量更少的新型透平冷卻技術(shù)。
[0003]層板冷卻就是近年來(lái)發(fā)展起來(lái)的一種新型冷卻方式。層板冷卻集沖擊、對(duì)流和氣膜冷卻于一體，具有冷氣消耗量小，冷卻效率高的特點(diǎn)，是一種很有發(fā)展?jié)摿Φ耐钙饺~片冷卻方式。透平葉片雙層層板冷卻結(jié)構(gòu)如圖2 (a)所示，其冷卻效果主要取決于層板中沖擊孔、擾流肋和氣膜孔的排列方式。常規(guī)的叉排式層板冷卻結(jié)構(gòu)因?yàn)榫哂辛己玫膬?nèi)部對(duì)流冷卻效果被廣泛認(rèn)可。圖1 (b)為目前常見(jiàn)的叉排方式，一個(gè)冷卻單元有一個(gè)氣膜孔1、四個(gè)擾流肋3和一個(gè)沖擊孔2構(gòu)成，當(dāng)冷氣從沖擊孔2進(jìn)入層板間再?gòu)臍饽た譏流出時(shí)，擾流肋3形成障礙并迫使氣流繞過(guò)，增強(qiáng)了對(duì)流冷卻效果。在常規(guī)叉排層板結(jié)構(gòu)中，由于氣膜孔的橫向間距較大，使得氣膜不能完全覆蓋外表面，限制了氣膜冷卻的作用空間，阻礙了叉排式層板結(jié)構(gòu)冷卻效果的進(jìn)一步提升。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0004]本實(shí)用新型的目的是提供一種新型叉排式層板冷卻結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)以常規(guī)叉排式層板為基礎(chǔ)，在保證叉排層板內(nèi)部對(duì)流冷卻性能基礎(chǔ)上，通過(guò)優(yōu)化層板與主流的匹配關(guān)系，提高冷氣出流時(shí)的氣膜覆蓋面積，進(jìn)一步提高叉排式層板結(jié)構(gòu)的冷卻效率。新型層板結(jié)構(gòu)的加工制造難度和常規(guī)層板結(jié)構(gòu)一致。為達(dá)到上述目的，本實(shí)用新型的技術(shù)解決方案是:
[0005]一種叉排式雙層層板冷卻結(jié)構(gòu)，用于燃?xì)鉁u輪葉片冷卻，包括帶氣膜孔的外側(cè)板、帶沖擊孔的內(nèi)側(cè)板和位于中間的擾流肋，其特征在于:所述冷卻結(jié)構(gòu)包括多個(gè)冷卻單元，每個(gè)冷卻單元包括2個(gè)沖擊孔、8個(gè)擾流柱和2個(gè)氣膜孔；所述氣膜孔、擾流柱和沖擊孔各自均呈叉排方式排列；沿流向和展向氣膜孔、擾流柱和沖擊孔均交替排列。
[0006]優(yōu)選地，所述氣膜孔和沖擊孔均為圓形，所述擾流柱為圓柱形或菱形。
[0007]優(yōu)選地，所述擾流柱的水利直徑是氣膜孔直徑的1.0-1.5倍。
[0008]優(yōu)選地，所述沖擊孔直徑是氣膜孔直徑的0.7-1.3倍。
[0009]本實(shí)用新型的叉排式雙層層板冷卻結(jié)構(gòu)，有別于目前已知的叉排式層板冷卻結(jié)構(gòu)，該孔型優(yōu)點(diǎn)如下:一是氣膜孔的橫向間距縮小為常規(guī)層板中的i/V^，使得氣膜覆蓋面
積更為寬廣；二是氣膜孔的流向間距增大為常規(guī)層板中的倍，使得氣膜的擴(kuò)張更為充分。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0010]圖1為各種冷卻方式的冷卻效率隨吹風(fēng)比的變化示意圖；
[0011]圖2 Ca)為渦輪層板冷卻葉片示意圖，圖2 (b)為常規(guī)層板冷卻單元及其排列方式示意圖；
[0012]圖3 Ca)為本實(shí)用新型的叉排式雙層層板冷卻結(jié)構(gòu)示意圖，圖3 (b)為本實(shí)用新型層板冷卻單元及其排列方式示意圖；
[0013]圖4為本實(shí)用新型的新型層板與常規(guī)層板結(jié)構(gòu)的對(duì)比示意圖，其中:(a)為常規(guī)層板結(jié)構(gòu)的冷卻單元示意圖，(b)為本實(shí)用新型的新型層板結(jié)構(gòu)的冷卻單元示意圖；
[0014]圖5為本實(shí)用新型的新型層板與常規(guī)層板結(jié)構(gòu)在吹風(fēng)比為1.0時(shí)的氣膜流線分布比較，其中:(a)為常規(guī)層板結(jié)構(gòu)的氣膜流線分布，(b)為本實(shí)用新型的新型層板結(jié)構(gòu)的氣膜流線分布；
[0015]圖6為本實(shí)用新型的新型層板與常規(guī)層板結(jié)構(gòu)的冷卻效率隨吹風(fēng)比的變化特性比較。
【具體實(shí)施方式】
[0016]為使本實(shí)用新型的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下參照附圖并舉實(shí)施例，對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。
[0017]本實(shí)用新型的叉排式雙層層板冷卻結(jié)構(gòu)如圖3所示，包括有帶氣膜孔I的外側(cè)板、帶沖擊孔2的內(nèi)側(cè)板和中間的擾流肋3，d為相鄰兩個(gè)氣膜孔I沿展向的間距，其中沖擊孔
2、氣膜孔I和擾流肋4處在同一直線上，并相互不重疊時(shí)稱為叉排排列。常規(guī)叉排結(jié)構(gòu)單元由一個(gè)沖擊孔、四個(gè)擾流肋和一個(gè)氣膜孔組成。本實(shí)用新型的新型叉排結(jié)構(gòu)單元由兩個(gè)沖擊孔2、八個(gè)擾流柱3和兩個(gè)氣膜孔I組成，氣膜孔1、擾流柱3和沖擊孔2各自均呈叉排方式排列；沿流向和展向氣膜孔1、擾流柱3和沖擊孔2均交替排列。
[0018]本實(shí)用新型的新型叉排式雙層層板冷卻結(jié)構(gòu)和常規(guī)層板冷卻結(jié)構(gòu)的不同，圖4示出了本實(shí)用新型的新型層板與常規(guī)層板結(jié)構(gòu)的對(duì)比示意圖，二者的差別主要體現(xiàn)在以下三個(gè)方面:
[0019]I)新型排列方式中，沖擊孔2和氣膜孔I沿流向成交替出現(xiàn)；
[0020]2)新型排列方式中，相鄰兩個(gè)氣膜孔I沿展向的間距d縮小為常規(guī)排列方式的
I / ^倍，氣膜孔沿流向的間距增加為常規(guī)排列方式的4?倍。
[0021]3)采用冷卻效率隨吹風(fēng)比的變化來(lái)描述層板冷卻能力，冷卻效率(η)和吹風(fēng)比(Bowing Ratio，BR)定義如下:
[0022]
【權(quán)利要求】
1.一種叉排式雙層層板冷卻結(jié)構(gòu)，用于燃?xì)鉁u輪葉片冷卻，包括帶氣膜孔的外側(cè)板、帶沖擊孔的內(nèi)側(cè)板和位于中間的擾流肋，其特征在于:所述冷卻結(jié)構(gòu)包括多個(gè)冷卻單元，每個(gè)冷卻單元包括2個(gè)沖擊孔、8個(gè)擾流柱和2個(gè)氣膜孔；所述氣膜孔、擾流柱和沖擊孔各自均呈叉排方式排列；沿流向和展向氣膜孔、擾流柱和沖擊孔均交替排列。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的層板冷卻結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述氣膜孔和沖擊孔均為圓形，所述擾流柱為圓柱形或菱形。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的層板冷卻結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述擾流柱的水利直徑是氣膜孔直徑的1.0-1.5倍。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3任一項(xiàng)所述的層板冷卻結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述沖擊孔直徑是氣膜孔直徑的0.7-1.3倍。
【文檔編號(hào)】F01D5/18GK203796330SQ201420162097
【公開(kāi)日】2014年8月27日 申請(qǐng)日期:2014年4月3日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月3日
【發(fā)明者】張曉東, 劉建軍 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院工程熱物理研究所