[发明专利]一种用于涡轮叶片内部冷却的哑铃状扰流柱结构

说明书

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。

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。