一种用于涡轮叶片内部的冷却结构的制作方法

本发明涉及涡轮叶片冷却结构，特别涉及一种用于涡轮叶片内部的冷却结构。

背景技术：

1、燃气涡轮发动机为了提高热效率，其涡轮前燃气温度不断提高，目前已远高于现有高温合金材料的熔点温度。涡轮叶片作为直接承受高温燃气冲击的核心热端部件，其工作环境极其恶劣。为确保涡轮叶片在超高温环境下能够安全、可靠、持久地工作，必须采用高效、复杂的冷却技术对其进行保护，将叶片金属温度维持在材料允许的范围内。

2、传统的涡轮叶片冷却系统，包括内部冷却和外部冷却（气膜冷却）。压气机高压级抽取的冷却空气，流经叶片内部的蛇形通道，以强制对流的方式带走高温燃气传入叶片的热量；随后冷却空气从气膜孔流出，以气膜的形式覆盖在叶片表面，将叶片与高温燃气隔开，减少高温燃气传入叶片的热量。为了最大限度利用冷却空气的潜力，在内部冷却通道内，通常采用不同的强化换热结构，如射流冲击、带肋多流程通道、肋柱冷却等冷却结构。随着涡轮前入口温度的进一步提高，仅靠传统冷却结构的简单优化已经不能很好满足这一要求，必然要求新的叶片冷却结构或冷却方式与之相适应。

3、最常见的冲击冷却结构是单级冲击冷却。其具体结构如下：在叶片内腔的冷却通道中设置一个独立的冲击挡板，挡板上开有与叶片需要冷却的内壁面形状相匹配的冲击孔阵列。冷却空气从叶片根部的进气腔进入，通过该冲击挡板上的孔形成射流，直接冲击到目标壁面。冲击后的气流仍然具有较高的速度和冷却潜力，但通常直接排入主流道或与其他气流混合，其剩余冷量未被充分利用，造成了冷却工质的浪费。

技术实现思路

1、为了解决上述技术问题，本发明提供一种用于涡轮叶片内部的冷却结构。解决现有单级冲击结构中冷却空气一次利用后即被排走、剩余冷量未被充分挖掘的问题。

2、本发明提供一种用于涡轮叶片内部的冷却结构，位于上壁板和下壁板之间，上壁板对应涡轮叶片的压力面，下壁板对应涡轮叶片的吸力面，上壁板和下壁板之间固定有多个间隔设置的隔板，将内部冷却通道分隔为多个独立的冲击腔室，位于内部冷却通道出口端的隔板上开设有出流孔，其余的隔板上均具有两排倾斜的冲击孔，两排冲击孔以上壁板和下壁板之间的中轴线为轴对称设置，其中一排冲击孔朝向上壁板倾斜，另一排冲击孔朝向下壁板倾斜。

3、可选的，冲击孔与隔板的夹角a范围为30°~60°。

4、可选的，冲击腔室的截面形状为梯形，梯形的高h与梯形上下底边的平均值t的比值范围为0.8~1.2，靠近上壁板的一排冲击孔与上壁板之间的间距相同。

5、可选的，隔板的厚度b与冲击孔的直径d的比值范围为1~2。

6、可选的，两排冲击孔的间距范围为2d~5d,每排相邻的两个冲击孔间距范围为3d~5d。

7、可选的，每个冲击腔室所在位置的上壁板和下壁板上均布置了多个平行的扰流肋片。

8、可选的，扰流肋片的截面为矩形，扰流肋片的厚度c与冲击孔的直径d之比为0.5d。

9、可选的，相邻的两个扰流肋片之间的间距为扰流肋片厚度的3倍。

10、可选的，出流孔呈长圆形。

11、本发明实施例提供的技术方案与现有技术相比具有如下优点：

12、本发明实施例提供的一种用于涡轮叶片内部的冷却结构，冷却工质进入内部冷却通道内部，并从第一个隔板上的冲击孔流出，进入冲击腔室，由于冲击孔倾斜设置，因此冷却工质以一定的角度冲刷上壁板和下壁板，产生大尺度的旋流，达到冷却上壁板和下壁板的目的。完成换热后，冷却工质又从下一个隔板的冲击孔流出，进入下一级的冲击腔室，继续冷却下一级冲击腔室内的壁板和下壁板，这样多级的冲击换热，可以充分发挥冷却工质的冷却潜力。最后，冷却工质从出流孔排出内部冷却通道。通过多个隔板以及设置在隔板上的两排倾斜的冲击孔实现对单股冷却空气的多级、梯次、高效利用，从而在达到相同甚至更佳冷却效果的前提下，减少冷却空气的消耗量。

1.一种用于涡轮叶片内部的冷却结构，位于上壁板（1）和下壁板（2）之间，所述上壁板（1）对应涡轮叶片的压力面，所述下壁板（2）对应涡轮叶片的吸力面，其特征在于，

2.如权利要求1所述的用于涡轮叶片内部的冷却结构，其特征在于，所述冲击孔（5）与隔板（3）的夹角a范围为30°~60°。

3.如权利要求1所述的用于涡轮叶片内部的冷却结构，其特征在于，所述冲击腔室（4）的截面形状为梯形，梯形的高h与梯形上下底边的平均值t的比值范围为0.8~1.2，靠近上壁板（1）的一排冲击孔（5）与上壁板（1）之间的间距相同。

4.如权利要求1所述的用于涡轮叶片内部的冷却结构，其特征在于，所述隔板（3）的厚度b与冲击孔（5）的直径d的比值范围为1~2。

5.如权利要求4所述的用于涡轮叶片内部的冷却结构，其特征在于，两排所述冲击孔（5）的间距范围为2d~5d,每排相邻的两个冲击孔（5）间距范围为3d~5d。

6.如权利要求1所述的用于涡轮叶片内部的冷却结构，其特征在于，每个所述冲击腔室（4）所在位置的上壁板（1）和下壁板（2）上均布置了多个平行的扰流肋片（7）。

7.如权利要求6所述的用于涡轮叶片内部的冷却结构，其特征在于，所述扰流肋片（7）的截面为矩形，所述扰流肋片（7）的厚度c与冲击孔（5）的直径d之比为0.5d。

8.如权利要求6所述的用于涡轮叶片内部的冷却结构，其特征在于，相邻的两个所述扰流肋片（7）之间的间距为扰流肋片（7）厚度的3倍。

9.如权利要求1所述的用于涡轮叶片内部的冷却结构，其特征在于，所述出流孔（6）呈长圆形。