一种透平叶片锯齿状扰流装置的制作方法

[0001]
本发明涉及一种燃气轮机透平叶片，具体涉及一种用于透平空心叶片内部冷却通道的扰流装置。


背景技术：

[0002]
扰流器强化换热是通过壁面的扰流器扰动已经充分发展的边界层，进而减小热边界层厚度增加对流换热系数。扰流肋片是强化换热器中最经典的一种扰流结构，肋片扰流器不仅增加了叶片冷却通道的有效换热面积，而且还引起了通道内部不同区域流体的强烈掺混，扰动边界层的发展从而提高换热效果。通道内安置肋片可以增强换热效率，但是同时随着肋片的插入冷气流动阻力也同时增大，发展新型的具有更好综合冷却和流动特性的扰流肋结构具有重要的理论研究意义和工程应用价值。


技术实现要素：

[0003]
本发明目的是提供了一种透平叶片锯齿状扰流装置，该装置增加了叶片冷却通道的有效换热面积，降低扰流器后的再附损失，提高冷却气体利用率。
[0004]
为达到此目的，本发明采用如下技术方案来实现的：
[0005]
一种透平叶片锯齿状扰流装置，该装置用于透平空心叶片内部冷却通道，包括内部冷却通道壁面，以及沿流向设置于内部冷却通道壁面上的扰流器，扰流器由第一扰流分部和第二扰流分部组成，第一扰流分部和第二扰流分部分别由若干个独立的第一扰流分部扰流单元和第二扰流分部扰流单元组成。
[0006]
本发明进一步的改进在于，透平空心叶片内部冷却通道内至少布置一组所述扰流器。
[0007]
本发明进一步的改进在于，所述扰流器的第一扰流分部和第二扰流分部沿扰流器设定位置的面a-a对称分布。
[0008]
本发明进一步的改进在于，沿流向的第一扰流分部与内部冷却通道壁面夹角α在30
°
～150
°
。
[0009]
本发明进一步的改进在于，沿流向的第二扰流分部与内部冷却通道壁面夹角α在30
°
～150
°
。
[0010]
本发明进一步的改进在于，所述扰流器横截面上，扰流器的第一扰流分部出流截面的高度位置设置为：0≤h/h＜1，h为扰流器沿壁面垂直方向的最小高度，h为扰流器沿壁面垂直方向的最大高度。
[0011]
本发明进一步的改进在于，所述扰流器的第一扰流分部扰流单元和第二扰流分部扰流单元流向交叉部分长度l2与非交叉部分l1比值为：0≤l2/l1≤1。
[0012]
本发明进一步的改进在于，所述扰流器的第一扰流分部扰流单元和第二扰流分部扰流单元的宽度w与间距p比为：0.2≤w/p＜1。
[0013]
本发明至少具有如下有益的技术效果：
[0014]
本发明提供的一种透平叶片锯齿状扰流装置，通过改变原有通道扰流肋结构，对冷却气流实现被动控制，降低透平叶片表面温度，提高了叶片使用寿命。
附图说明
[0015]
图1为透平叶片折转肋通道示意图；
[0016]
图2为本发明的一种透平叶片锯齿状扰流装置横截面参数示意图；
[0017]
图3为本发明的一种透平叶片锯齿状扰流装置扰流器结构形式顶视图；
[0018]
图4a为本发明的一种透平叶片锯齿状扰流装置扰流器结构形式，α为直角；
[0019]
图4b为本发明的一种透平叶片锯齿状扰流装置扰流器结构形式，α为钝角；
[0020]
图4c为本发明的一种透平叶片锯齿状扰流装置扰流器结构形式，α为锐角；
[0021]
图4d为本发明的一种透平叶片锯齿状扰流装置扰流器结构形式，α为直角，扰流器第一分部和第二分部的上部倒圆；
[0022]
图4e为本发明的一种透平叶片锯齿状扰流装置扰流器结构形式，α为直角，扰流器第一分部和第二分部的上部倒圆，扰流器第一分部和第二分部的扰流单元在流向相互交叉布置；
[0023]
图5为本发明的一种透平叶片锯齿状扰流装置扰流器结构形式，扰流器第一分部和第二分部的扰流单元在横向相互交叉布置；
[0024]
图6为透平空心叶片内部冷却通道常见的斜向肋、v形肋、w形肋扰流结构示意图。
具体实施方式
[0025]
下面结合附图对本发明做进一步的详细描述：
[0026]
图1为经典的透平叶片内部冷却折转肋通道示意图，本发明中提供一种透平叶片锯齿状扰流装置，用于透平空心叶片内部冷却通道，包括内部冷却通道的壁面1，以及设置于内部冷却通道壁面1上的扰流器2，扰流器由第一扰流分部3和第二扰流分部4组成，第一扰流分部3和第二扰流分部4分别由若干个独立的第一扰流分部扰流单元31和第二扰流分部扰流单元41组成，透平空心叶片内部冷却通道内至少布置一组所述扰流器2。
[0027]
第一扰流分部和第二扰流分部根据实际透平叶片的空间结构和形状至少布置一个扰流单元。
[0028]
所述扰流器2的第一扰流分部3和第二扰流分部4沿扰流器2设定位置的面a-a对称分布。
[0029]
所述沿流向的第一扰流分部3与内部冷却通道壁面1夹角α在30
°
～150
°
。
[0030]
所述扰流器2横截面上，扰流器2的第一扰流分部3出流截面5的高度位置设置为：0≤h/h＜1，h为扰流器沿壁面垂直方向的最小高度，h为扰流器沿壁面垂直方向的最大高度。
[0031]
所述扰流器2的第一扰流分部扰流单元31和第二扰流分部扰流单元41流向交叉部分长度l2与非交叉部分l1比值为：0≤l2/l1≤1。
[0032]
所述扰流器2的第一扰流分部扰流单元31和第二扰流分部扰流单元41的宽度与间距比为：0.2≤w/p＜1。
[0033]
所述透平叶片内部扰流装置与透平叶片通过精密铸造、增材制造等技术一体成型制造。第一扰流分部和第二扰流分部交界面向下“凹陷”。气流通过扰流装置时，由第一扰流
分部诱导产生漩涡结构，在两部分交界面形成新的漩涡结构，后通过第二扰流分部，这种扰流装置可减弱传统扰流肋片后的漩涡，提高壁面换热效率。
[0034]
附图2所给出的仅是所涉及内部结构的一种形式，在不偏离本发明意图的前提下，还可有其他的扰流器结构，图4a、4b、4c、4d、4e、5给出了适合本发明目的的多种扰流器结构。
[0035]
其中，图4a为本发明的一种扰流器结构形式，α为直角；图4b为本发明的一种扰流器结构形式，α为钝角；图4c为本发明的一种扰流器结构形式，α为锐角；图4d为本发明的一种扰流器结构形式，α为直角，扰流器第一分部和第二分部的上部倒圆；图4e为本发明的一种扰流器结构形式，α为直角，扰流器第一分部和第二分部的上部倒圆，扰流器第一分部和第二分部的扰流单元在流向相互交叉布置；图5为本发明的一种扰流器结构形式，扰流器第一分部和第二分部的扰流单元在横向相互交叉布置。
[0036]
在透平叶片上实施本发明时，可对扰流器与壁面的连接处进行倒圆，这对减少气体的流动阻力是有利的，具体可视实际叶片设计而定。所述锯齿状的扰流装置的前后两个扰流分部的独立扰流单元可在叶片内部冷却通道横向或纵向或两个方向同时由空间位置上的交叉，实施例中仅给出部分情况，本发明是提供了这样的一种思想，并不局限具体的位置。
[0037]
图6给出了透平空心叶片内部冷却通道常见的斜向肋、v形肋、w形肋，在实际实施时，可将本发明提出的一种透平叶片锯齿状扰流装置扰流器结构形式应用于透平空心叶片内部冷却通道，即内冷通道的斜向肋、v形肋、w形肋具有本发明的两分部的扰流器结构，本领域内的人员也能想到其他基础肋片具有本发明中提供的具有两个分部独立扰流单元的扰流器结构。
[0038]
透平叶片内冷通道单侧壁面沿流向至少布置一组本发明的一种透平叶片锯齿状扰流装置扰流器，在其他实施例中，通道两侧面都可布置本发明提出的扰流器。
[0039]
当介绍本发明的各实施例的元件时，冠词“一个”，“一种”，“该”和“所述”意图表示存在一个或多个该元件，用于“包括”，“包含”，和“具有”意图为包括性的，并且表示除了列出的元件之外，可存在另外的元件。
[0040]
本发明中所述的具体实施案例仅是本发明意图的几种案例而已，不能用来限定本发明的实施范围，依本发明所做的其他等效变化均落在本发明的保护范围之内。