[发明专利]一种涡轮叶片端壁冷却结构

说明书

本申请属于高压涡轮导向叶片领域，特别涉及一种涡轮叶片端壁冷却结构。包括：由上至下依次设置的冲击孔层、扰流柱层以及气膜孔层。冲击孔层开设有冲击孔，冲击孔沿横向开设有多排，每两排为一组，相邻两组之间具有预定距离；扰流柱层设置有隔肋以及扰流柱，隔肋沿横向设置多个，且每个隔肋分别对应于相邻两组冲击孔之间的位置，扰流柱沿横向设置多排，每两排为一组，相邻两组之间通过隔肋分隔开，隔肋与扰流柱之间具有与冲击孔对应的冲击腔，相邻两个扰流柱之间具有扰流空间；气膜孔层开设有气膜孔，气膜孔沿横向开设有多排，且气膜孔与扰流空间相对应。本申请能够提升冷气利用率，提高传热效率，变无序流动为定向流动，提高换热效率。

技术领域

本申请属于高压涡轮导向叶片领域，特别涉及一种涡轮叶片端壁冷却结构。

背景技术

燃气轮机高压级透平通常采用高负荷设计，叶栅的展弦比相对较低，其端壁面积占整个叶栅通道面积的大部分，因此随着透平进口燃气温度的提高，高压级透平端壁部位的换热与冷却问题日益凸显。由于叶栅端壁效应的存在，端壁区域是叶片通道内气动结构最为复杂的区域，大范围的复杂二次流动，不但影响透平叶栅的气动性能，而且还直接影响端壁上的热负荷分布，从而进一步对端壁的冷却方案设计与实施带来很大困难。端壁冷却设计一直以来是燃气涡轮冷却设计中的难点技术，结构设计较为复杂，有效冷却手段较少。

当前绝大部分高压涡轮导向叶片采用的是复合冷却结构，其主要冷却方式是冲击对流+气膜冷却。冲击冷却是主要的内冷方式，通过在端壁上焊接多孔的冲击导管，形成冲击冷却结构，冷气通过冲击孔形成对端壁的冲击冷却；气膜冷却是主要的外冷方式，完成冲击冷却后的冷气通过端壁上的气膜孔流出，形成对端壁外壁面的气膜冷却，大多数端壁采用的是圆形气膜孔。然而当前端壁复合冷却结构存在以下不足：

a)受冷气用量和加工能力限制，综合冷却能力已基本达到极限；

b)冷气利用率较低，冷气用量偏高，冷气冲击壁面后直接从气膜孔排除，冷气在叶片内部停留时间短，温增有限；

c)单层壁结构，壁厚偏厚，导热热阻大，不利于叶片冷却；

d)冲击腔为大空腔结构，冷气完成冲击后的流动杂乱无章，不利于换热效率的提高。

因此，希望有一种技术方案来克服或至少减轻现有技术的至少一个上述缺陷。

发明内容

本申请的目的是提供了一种涡轮叶片端壁冷却结构，以解决现有技术存在的至少一个问题。

本申请的技术方案是：

一种涡轮叶片端壁冷却结构，包括：由上至下依次设置的冲击孔层、扰流柱层以及气膜孔层，其中，

所述冲击孔层开设有冲击孔，所述冲击孔沿横向开设有多排，每两排为一组，相邻两组之间具有预定距离；

所述扰流柱层设置有隔肋以及扰流柱，所述隔肋沿横向设置多个，且每个所述隔肋分别对应于相邻两组冲击孔之间的位置，所述扰流柱沿横向设置多排，每两排为一组，相邻两组之间通过所述隔肋分隔开，所述隔肋与所述扰流柱之间具有与所述冲击孔对应的冲击腔，相邻两个所述扰流柱之间具有扰流空间；

所述气膜孔层开设有气膜孔，所述气膜孔沿横向开设有多排，且所述气膜孔与所述扰流空间相对应。

在本申请的至少一个实施例中，所述冲击孔层、所述扰流柱层以及所述气膜孔层通过整体铸造成型。

在本申请的至少一个实施例中，所述扰流柱为方形。

在本申请的至少一个实施例中，所述气膜孔为斜孔。

在本申请的至少一个实施例中，所述气膜孔的倾斜角度为45度。

发明至少存在以下有益技术效果：