燃气涡轮发动机、叶片及其内部冷却结构制造技术

本发明专利技术提供一种燃气涡轮发动机、叶片及其内部冷却结构。该内部冷却结构包括：第一侧板，所述第一侧板上开设多个供流体进入的冲击孔；与所述第一侧板间隔设置的第二侧板，所述第二侧板用于止挡流体，并与流体换热；以及多个设置于所述第一侧板与所述第二侧板之间的柱肋，所述柱肋用于扰动流体；其中，所述柱肋的导热系数高于所述第二侧板的导热系数，所述第一侧板的导热系数高于所述第二侧板的导热系数。柱肋不断破坏流动的边界层，增强了附近壁面的扰动，强化换热，同时柱肋增加了换热面积；并且，柱肋与第一侧板的导热系数高于第二侧板的导热系数，降低了导热热阻，提高内部冷却结构的整体冷却性能。

Gas turbine engine, blade and its internal cooling structure

【技术实现步骤摘要】
燃气涡轮发动机、叶片及其内部冷却结构
本专利技术涉及发动机设备
，特别是涉及一种燃气涡轮发动机、叶片及其内部冷却结构。
技术介绍
现代燃气涡轮发动机的工作温度均已超过金属材料的可承受温度。而内部强化传热是燃气轮机主要的冷却形式之一，其通过强化冷却气体与热端部件金属内壁面的对流传热，使得冷却气体带走更多的热量，从而降低金属温度。在燃气涡轮发动机中，用于冷却的空气一般是从压气机相应级中抽出的压缩空气，冷却效率的高低直接关系到压缩空气量的大小。但是，目前基于传统强化换热机理增强换热已趋于极限，无法再提高燃气涡轮发动机的冷却效率，影响冷却效果，进而影响整机的运行效率和性能。
技术实现思路
基于此，有必要针对目前的燃气涡轮发动机传统强化换热趋于极限导致无法提高冷却效率的问题，提供一种能够提高整体冷却性能的燃气涡轮发动机、叶片及其内部冷却结构。上述目的通过下述技术方案实现：一种内部冷却结构，包括：第一侧板，所述第一侧板上开设多个供流体进入的冲击孔；与所述第一侧板间隔设置的第二侧板，所述第二侧板用于止挡流体，并与流体换热；以及多个设置于所述第一侧板与所述第二侧板之间的柱肋，所述柱肋用于扰动流体；其中，所述柱肋的导热系数高于所述第二侧板的导热系数，所述第一侧板的导热系数高于所述第二侧板的导热系数。在其中一个实施例中，所述柱肋的端部与所述第一侧板和/或所述第二侧板抵接。在其中一个实施例中，多个所述冲击孔呈阵列式布置；多个所述柱肋设置于所述冲击孔的周侧，并与所述冲击孔交错布置。在其中一个实施例中，所述柱肋的导热系数与所述第二侧板的导热系数的比值在1～8之间；所述第一侧板的导热系数与所述第二侧板的导热系数的比值的范围为1～8。在其中一个实施例中，所述第一侧板与所述柱肋的导热系数相同，或者，所述第一侧板的导热系数高于所述柱肋的导热系数。在其中一个实施例中，所述柱肋的截面内接圆直径与所述冲击孔的直径之比的范围为0.5～3。在其中一个实施例中，所述柱肋的高度与所述冲击孔的高度之比的范围为1～2。在其中一个实施例中，在同一排中，相邻的所述冲击孔之间的距离与所述冲击孔的直径之比的范围为4～6。在其中一个实施例中，相邻两排中相邻所述冲击孔之间的距离与所述冲击孔的直径之比的范围为4～6。在其中一个实施例中，所述柱肋的截面形状为圆形或多边形。一种叶片，包括具有供气腔的叶片主体以及如上述任一技术特征所述的内部冷却结构；所述内部冷却结构设置于所述叶片主体中，所述叶片主体包括第一主体与第二主体，所述第一主体与所述第一侧板为一体结构，所述第二主体与所述第二侧板为一体结构，所述冲击孔贯通所述第一主体；所述柱肋的导热系数高于所述第二主体的导热系数，所述第一主体的导热系数高于所述第二主体的导热系数。在其中一个实施例中，所述柱肋的导热系数与所述第二主体的导热系数的比值在1～8之间；所述第一主体的导热系数与所述第二侧板的导热主体的比值的范围为1～8。在其中一个实施例中，所述第一主体与所述柱肋的导热系数相同，或者，所述第一主体的导热系数高于所述柱肋的导热系数。在其中一个实施例中，所述第二主体具有多个气膜孔，多个所述气膜孔成列设置，所述气膜孔的长度与所述冲击孔的直径之比的范围为1～2。一种燃气涡轮发动机，包括如上述任一技术特征所述的叶片。采用上述技术方案后，本专利技术至少具有如下技术效果：本专利技术的燃气涡轮发动机、叶片及其内部冷却结构，流体从第一侧板的冲击孔进入内部冷却结构后与柱肋接触，柱肋不断破坏流动的边界层，增强了附近壁面的扰动，强化换热，同时柱肋增加了换热面积；并且，柱肋与第一侧板的导热系数高于第二侧板的导热系数，降低了导热热阻，提升换热效果，有效的解决目前传统强化换热趋于极限导致无法提高冷却效率的问题，实现流体的换热，提高内部冷却结构的整体冷却性能，进而提高叶片的换热效率，保证燃气涡轮发动机的冷却效果。附图说明图1为本专利技术一实施例的内部冷却结构的立体图；图2为图1所示的内部冷却结构的主视图；图3为图2所示的内部冷却结构在A-A处的剖视图；图4为图1所示的内部冷却结构中柱肋另一种形式的示意图；图5为图1所示的多材料的内部冷却结构与目前的单材料的内部冷却结构进行冷却效率实验的对比图；图6为图1所示的内部冷却结构设置于叶片中的立体图。其中：100-叶片；110-内部冷却结构；111-第一侧板；1111-冲击孔；112-第二侧板；113-柱肋；114-流通通道；120-第一主体；130-第二主体；140-供气腔。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下通过实施例，并结合附图，对本专利技术的燃气涡轮发动机、叶片及其内部冷却结构进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。本文中为部件所编序号本身，例如“第一”、“第二”等，仅用于区分所描述的对象，不具有任何顺序或技术含义。而本申请所说“连接”、“联接”，如无特别说明，均包括直接和间接连接(联接)。在本专利技术的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本专利技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本专利技术的限制。在本专利技术中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。参见图1，本专利技术提供了一种内部冷却结构110。该内部冷却结构110应用于燃气涡轮发动机的叶片100中，用于提高叶片100的换热效果。这里的燃气涡轮发动机包括发电用重型燃气轮机、航空发动机及舰船燃气轮机等，以提高燃气涡轮发动机的冷却效果。当然，在本专利技术的其他实施方式中，该内部冷却结构110还可应用于其他类型的需要散热的叶片100中。本专利技术的内部冷却结构110可以增加流体的换热面积，提升换热效果，实现流体的有效换热，以提高内部冷却结构110的整体冷却性能，进而提高叶片100的换热效率，保证燃气涡轮发动机的冷却效果。参见图1至图4，在一实施例中，内部冷却结构110包括第一侧板111、第二侧板112以及多个柱肋113。第一侧板111上开设多个供流体进入的冲击本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种内部冷却结构，其特征在于，包括：/n第一侧板，所述第一侧板上开设多个供流体进入的冲击孔；/n与所述第一侧板间隔设置的第二侧板，所述第二侧板用于止挡流体，并与流体换热；以及/n多个设置于所述第一侧板与所述第二侧板之间的柱肋，所述柱肋用于扰动流体；其中，所述柱肋的导热系数高于所述第二侧板的导热系数，所述第一侧板的导热系数高于所述第二侧板的导热系数。/n

【技术特征摘要】
1.一种内部冷却结构，其特征在于，包括：
第一侧板，所述第一侧板上开设多个供流体进入的冲击孔；
与所述第一侧板间隔设置的第二侧板，所述第二侧板用于止挡流体，并与流体换热；以及
多个设置于所述第一侧板与所述第二侧板之间的柱肋，所述柱肋用于扰动流体；其中，所述柱肋的导热系数高于所述第二侧板的导热系数，所述第一侧板的导热系数高于所述第二侧板的导热系数。


2.根据权利要求1所述的内部冷却结构，其特征在于，所述柱肋的端部与所述第一侧板和/或所述第二侧板抵接。


3.根据权利要求1所述的内部冷却结构，其特征在于，多个所述冲击孔呈阵列式布置；
多个所述柱肋设置于所述冲击孔的周侧，并与所述冲击孔交错布置。


4.根据权利要求1至3任一项所述的内部冷却结构，其特征在于，所述柱肋的导热系数与所述第二侧板的导热系数的比值在1～8之间；
所述第一侧板的导热系数与所述第二侧板的导热系数的比值的范围为1～8。


5.根据权利要求4所述的内部冷却结构，其特征在于，所述第一侧板与所述柱肋的导热系数相同，或者，所述第一侧板的导热系数高于所述柱肋的导热系数。


6.根据权利要求1至3任一项所述的内部冷却结构，其特征在于，所述柱肋的截面内接圆直径与所述冲击孔的直径之比的范围为0.5～3。


7.根据权利要求1至3任一项所述的内部冷却结构，其特征在于，所述柱肋的高度与所述冲击孔的高度之比的范围为1～2。


8.根据权利要求1至3任一项所述的内部冷却结构，其特征在于，在同...

【专利技术属性】
技术研发人员：蒋洪德，任静，李雪英，任敏，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：北京;11