一种应用于透平叶片中弦区域的冷却通道

本发明涉及透平机械领域，尤其涉及一种应用于透平叶片中弦区域的冷却通道。

背景技术：

1、在高温工况下，透平机械中的叶片容易受到热应力影响，从而引起叶片材料热疲劳、变形等问题。为了降低这些问题对透平机械性能和寿命的影响，常使用冷却通道进行主动叶片冷却。然而，传统的冷却通道存在流动不均匀、冷却效果差等问题，严重影响了透平机械的工作效率和可靠性。

2、透平叶片在旋转状态下，由于旋转科式力的作用，传统叶片冷却通道前缘面和后缘面存在传热不均匀，过于依赖扰流结构来提升局部换热强度的问题，同时绕流结构的存在增大了灰尘积攒的速率，同时缩短了叶片冷却通道的使用寿命。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供了一种应用于透平叶片中弦区域的冷却通道，旨在解决传统通道存在的问题。

2、本发明采用如下技术方案来实现的：

3、一种应用于透平叶片中弦区域的冷却通道，该冷却通道由若干个径向较短的竖直通道的s型通道组成，前一个s型通道出口连接下一个s型通道的进口，第一个s型通道的进口位于叶根处，最后一个s型通道出口位于叶顶处，冷却气体从第一个s型通道的进口进入，从最后一个s型通道出口排出。

4、本发明进一步的改进在于，该冷却通道在每个s型通道均具有2个180°转弯通道，冷却工质在弯道迅速转向，通过冲击和旋流冷却能够强化附近区域的换热强度。

5、本发明进一步的改进在于，该冷却通道在两个较短的竖直通道区域均匀布置有肋片，其中较短的竖直通道区域指的是占叶片冷却区域的40％。

6、本发明进一步的改进在于，所述肋片沿所述透平叶片的宽度方向倾斜延伸或水平延伸。

7、本发明进一步的改进在于，为了适应透平结构的变化，该冷却通道还能够选用左侧流入，或者选用右侧流入，同时对侧流出。

8、本发明进一步的改进在于，冷却通道中s型通道数量至少有三个。

9、本发明进一步的改进在于，为了降低叶片内外温差，减小热应力，在冷却通道中布置若干气膜孔。

10、本发明进一步的改进在于，气膜孔布置的数量与外界主流气体温度相关。

11、本发明至少具有如下有益的技术效果：

12、本发明新型透平冷却通道通过多个180°弯的设置，在转弯区域工质流动的扰动较大，换热能力极强。

13、本发明新型通道的竖直通道相对较短，最长段仅为叶片冷却区域高度的40％，因此通道受旋转科式力的影响相对较小，通道旋转前缘面和后缘面的传热更为平均，如果需要布置肋片，可以仅布置在较短的竖直通道区域，减少叶片制造难度。

14、综上所述，本发明的新型透平冷却通道能够在提高透平叶片冷却效果的同时，保证透平机械的性能和寿命。

技术特征：

1.一种应用于透平叶片中弦区域的冷却通道，其特征在于，该冷却通道由若干个径向较短的竖直通道的s型通道组成，前一个s型通道出口连接下一个s型通道的进口，第一个s型通道的进口位于叶根处，最后一个s型通道出口位于叶顶处，冷却气体从第一个s型通道的进口进入，从最后一个s型通道出口排出。

2.根据权利要求1所述的一种应用于透平叶片中弦区域的冷却通道，其特征在于，该冷却通道在每个s型通道均具有2个180°转弯通道，冷却工质在弯道迅速转向，通过冲击和旋流冷却能够强化附近区域的换热强度。

3.根据权利要求1所述的一种应用于透平叶片中弦区域的冷却通道，其特征在于，该冷却通道在两个较短的竖直通道区域均匀布置有肋片，其中较短的竖直通道区域指的是占叶片冷却区域的40％。

4.根据权利要求3所述的一种应用于透平叶片中弦区域的冷却通道，其特征在于，所述肋片沿所述透平叶片的宽度方向倾斜延伸或水平延伸。

5.根据权利要求1所述的一种应用于透平叶片中弦区域的冷却通道，其特征在于，为了适应透平结构的变化，该冷却通道还能够选用左侧流入，或者选用右侧流入，同时对侧流出。

6.根据权利要求1所述的一种应用于透平叶片中弦区域的冷却通道，其特征在于，冷却通道中s型通道数量至少有三个。

7.根据权利要求1所述的一种应用于透平叶片中弦区域的冷却通道，其特征在于，为了降低叶片内外温差，减小热应力，在冷却通道中布置若干气膜孔。

8.根据权利要求1所述的一种应用于透平叶片中弦区域的冷却通道，其特征在于，气膜孔布置的数量与外界主流气体温度相关。

技术总结
本发明公开了一种具有多个弯道的透平冷却通道，所述叶片具有弦向6个转弯通道，以及径向5个较短和2个较长的冷却通道。冷却气体从通道下部进入，经过多个转弯从叶片上部出口排出。存在这种形式冷却通道的叶片在叶片处于旋转工况下能够更好地削弱旋转科式力对叶片传热的影响，同时不再依赖肋等绕流结构提高局部换热强度，实现前缘面和后缘面的传热强度的平衡。叶片的制造难度更低，冷却效果更均匀，使用寿命更长。

技术研发人员：谢永慧,刘起隆,施东波,张荻
受保护的技术使用者：西安交通大学
技术研发日：
技术公布日：2024/2/1