[发明专利]一种带有凹陷的隔板和涡轮叶片内部冷却通道

说明书

本发明公开了一种用于分隔涡轮叶片内部冷却通道的隔板，该隔板包括隔板本体和设置在隔板本体上的多个凹陷。还公开了一种冷却通道以及包括上述隔板和冷却通道的涡轮叶片。本发明的隔板上设置的凹陷将产生近壁面二次流，增强了近壁面的湍流强度，提高了隔板壁面换热能力，因此提升了冷却通道的整体换热能力。

技术领域

本发明涉及燃气轮机或航空发动机高温部件的冷却技术领域，尤其涉及一种带有凹陷的隔板和涡轮叶片内部冷却通道。

背景技术

提高涡轮前燃气温度，是现代航空发动机和燃气轮机发展的一个主要趋势。因此迫切需要更加高效、更加先进的冷却技术以保证燃气轮机涡轮叶片可靠地工作。由于冷却空气需从压气机抽取获得，因此增强的冷却技术意味着可以减少冷却流体的使用量，有利于提高航空发动机和燃气轮机的整体效率。

现有的涡轮叶片通常具有中空结构，并具有多个内部冷却流道，这些内部冷却流道由涡轮叶片的压力侧壁面1和吸力侧壁面以及隔板3所限定(如图1)。冷却通道内压力侧和吸力侧壁面内侧设置有扰流肋，冷却流体在带有扰流肋的冷却流道内流动，以冷却涡轮叶片。

经对现有技术文献的检索发现，Daigo Fujimura等(U.S.Patent No.8556583B2)，Ching-pang Lee(U.S.Patent No.5797726)提出了涡轮叶片内部具有多通道的带肋冷却结构。叶片中弦区内部壁面上带肋片扰流器的U形冷却通道。Daigo Fujimura等(U.S.PatentNo.8556583B2)提出了在带有扰流肋的壁面上布置凹陷,以达到保持传热能力不变，但降低流阻的方法。但如专利(U.S.Patent No.8556583B2)所描述，凹陷涡和扰流肋布置在压力侧壁面和吸力侧壁面内壁表面上，尽管这能够提升传热性能，但是航空发动机涡轮叶片壁面通常很薄，在壁面上布置凹陷将使得壁面强度降低；并且由于凹陷内部还存在流动分离区，存在局部传热恶化，容易出现局部高温热斑。而只有发电用的燃气轮机涡轮叶片壁面较厚情况下，壁面上布置凹陷才是可行的。另外，由于涡轮叶片压力侧壁面和吸力侧壁面的内壁面上已布置有扰流肋片，因此在这些壁面上布置凹陷的表面区域很有限。这也将影响凹陷涡强化传热能力的发挥。

发明内容

有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明所要解决的技术问题是提供一种具有能够提高对流传热性能且保持低的流动阻力的冷却通道及具有该冷却通道的涡轮叶片。

为实现上述目的，本发明的第一方面提供了一种隔板，用于分隔涡轮叶片内部的冷却通道，隔板包括隔板本体和设置在隔板本体上的多个凹陷。

进一步地，多个凹陷在隔板本体上呈错列排列，但不限于此。相对于其它排列形式，多个凹陷在隔板本体上呈错列排列时可以得到更优的传热强化效果。

进一步地，凹陷的深度与直径比小于0.5。

进一步地，多个凹陷设置在隔板本体的两个侧壁面或其中一个侧壁面上。

进一步地，多个凹陷包括第一凹陷和第二凹陷，第一凹陷的深度为小于隔板本体的厚度或小于隔板本体的厚度的一半，第二凹陷的深度为等于隔板本体的厚度或等于隔板本体的厚度的一半。

进一步地，第二凹陷设置在隔板本体的端部，所述隔板的所述端部是指冷却通道转弯区附近的隔板部分，隔板两侧的凹陷可以贯通。

本发明的第二方面提供了一种设置于涡轮叶片内部的冷却通道，冷却通道由涡轮叶片的内侧壁和上述任一种隔板限定而成。

进一步地，隔板设置有多个，使得冷却通道具有多个。

进一步地，涡轮叶片的内侧壁上设置有一个或多个扰流肋，使得冷却通道由扰流肋、涡轮叶片的内侧壁、隔板本体和凹陷限定而成。

进一步地，所述涡轮叶片的内侧壁上设置有一个或多个肋-凹陷复合结构。