具有分叉冷却管道和串列冷却管道的涡轮叶片制造技术

技术编号：40201166 阅读：24 留言：0更新日期：2024-01-27 00:06

本发明专利技术提供了一种具有分叉冷却管道和串列冷却管道的涡轮叶片，包括涡轮冷却叶片；所述涡轮冷却叶片包括外壁、内腔、内壁、展向排列多级分叉冷却管道、流向排列多级分叉冷却管道和串列冷却管道；所述内腔设置在外壁内；所述内壁设置在内腔内；所述展向排列多级分叉冷却管道、流向排列多级分叉冷却管道和串列冷却管道与内壁和外壁相连接；所述展向排列多级分叉冷却管道、流向排列多级分叉冷却管道和串列冷却管道设置在涡轮冷却叶片上。本发明专利技术通过采用展向排列多级分叉冷却管道，流向排列多级分叉冷却管道和串列冷却管道的结构，从而可以增加冷却流体与冷却管道的接触面积，能够使冷却流体与叶片进行更加充分的换热，提高冷却效率。

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【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及涡轮叶片的，具体地，涉及具有分叉冷却管道和串列冷却管道的涡轮叶片。

技术介绍

1、涡轮叶片(或称为翼型件)由于需要工作于高温度、高压力的环境中，若不借助冷却系统，其无法在该环境下长期工作。现有技术中存在具备冷却结构的涡轮叶片，在公告号为cn111335960b的专利文献中公开了一种诸如用于涡轮发动机的部件可包括翼型件，其中外壁限定了界定内部的外表面，并限定了压力侧和吸力侧，在前缘和后缘之间延伸以限定弦向方向，并在根部和尖端之间延伸以限定展向方向。该部件还可在内部包括至少一个冷却通路。这些涡轮叶片的冷却系统能够降低涡轮叶片在工作状态下的温度，从而可以延长涡轮叶片的寿命。但是涡轮叶片中心不是空腔结构，导致涡轮叶片结构重量增加；冷却通路的第一平面组沿第一平面延伸，第二平面组沿与第一平面不同的第二平面延伸，导致冷却管道的无法沿多个平面延伸从而灵活控制冷却范围。

2、因此，需要提出一种新的技术方案以改善上述技术问题。

技术实现思路

1、针对现有技术中的缺陷，本专利技术的目的是提供一种具有分叉冷却管道和串列冷却管道的涡轮叶片。

2、根据本专利技术提供的一种具有分叉冷却管道和串列冷却管道的涡轮叶片，包括涡轮冷却叶片；所述涡轮冷却叶片包括外壁、内腔、内壁、展向排列多级分叉冷却管道、流向排列多级分叉冷却管道及串列冷却管道；

3、所述内腔设置在外壁内；所述内壁设置在内腔内；所述展向排列多级分叉冷却管道与外壁相连接，所述展向排列多级分叉冷却管道、流向排列

4、优选地，所述外壁包括压力面、吸力面、前缘和尾缘；所述展向排列多级分叉冷却管道、流向排列多级分叉冷却管道和串列冷却管道能够同时布置于涡轮冷却叶片，或仅采用其中的一种或两种布置于涡轮冷却叶片；所述展向排列多级分叉冷却管道设置在前缘位置，所述展向排列多级分叉冷却管道包括冷却管道入口和冷却管道出口，所述展向排列多级分叉冷却管道还包括多个分叉结构；所述流向排列多级分叉冷却管道设置在压力面和吸力面位置，所述流向排列多级分叉冷却管道包括冷却管道入口和冷却管道出口，所述流向排列多级分叉冷却管道还包括多个分叉结构；所述串列冷却管道包括冷却管道入口和冷却管道出口，所述串列冷却管道还包括多个分叉结构。

5、优选地，所述内腔中充满冷却介质，冷却介质从内壁上的冷却管道入口流入展向排列多级分叉冷却管道、流向排列多级分叉冷却管道和串列冷却管道，并从外壁上的冷却管道出口中流出。

6、优选地，所述展向排列多级分叉冷却管道包括展向主冷却管道和展向多级冷却管道，所述展向多级冷却管道的级数取决于一条完整管道上的分叉的个数，从展向主冷却管道起，每经过一个分叉，展向多级冷却管道的级数增加一，所述展向多级冷却管道的级数不小于一；每级展向多级冷却管道都包括不少于两个管道；同一级的展向多级冷却管道能够拥有不同的直径，同一级展向多级冷却管道与上一级展向多级冷却管道之间的夹角能够不相等；相邻两级的展向多级冷却管道之间，下一级展向多级冷却管道的直径不大于上一级展向多级冷却管道的直径；所述展向主冷却管道和展向一级冷却管道的夹角处于60°至90°之间，除展向主冷却管道外，各级展向多级冷却管道与下一级展向多级冷却管道之间的夹角处于0°至70°之间；所述展向排列多级分叉冷却管道还包括不少于一个冷却管道入口和不少于两个冷却管道出口。

7、优选地，所述展向排列多级分叉冷却管道的冷却管道出口按照圆弧形分布在前缘附近；冷却介质从冷却管道出口流出后将形成冷却气膜，冷却介质将贴着外壁流动；所述展向排列多级分叉冷却管道的冷却管道出口与展向相邻的展向排列多级分叉冷却管道的冷却管道出口之间有适当的相对位置，以使得两者形成的冷却气膜不重叠；所述展向排列多级分叉冷却管道的每个冷却管道出口对应的冷却管道长度应大于前缘处的外壁与内壁距离的1.5倍。

8、优选地，所述流向排列多级分叉冷却管道包括流向主冷却管道和流向多级冷却管道，所述流向多级冷却管道的级数取决于一条完整管道上的分叉的个数，从流向主冷却管道起，每经过一个分叉，所述流向多级冷却管道的级数增加一，所述流向多级冷却管道的级数不小于一；每级流向多级冷却管道都包括不少于两个管道；同一级流向多级冷却管道能够拥有不同的直径，同一级流向多级冷却管道与上一级流向多级冷却管道之间的夹角能够不相等；相邻两级的流向多级冷却管道之间，下一级流向多级冷却管道的直径不大于上一级流向多级冷却管道的直径；相邻两级的流向多级冷却管道之间的夹角处于0°至70°之间；所述流向排列多级分叉冷却管道还包括不少于一个冷却管道入口和不少于两个冷却管道出口；所述流向排列多级分叉冷却管道的冷却管道出口按照圆弧形分布在外壁；冷却介质从冷却管道出口流出后将形成冷却气膜；所述流向排列多级分叉冷却管道的每个冷却管道出口对应的冷却管道长度应大于局部压力面或吸力面处的外壁与内壁距离的1.5倍。

9、优选地，所述串列冷却管道包括不少于两个周期性串列冷却管道，所述周期性串列冷却管道的形状包括但不限于六边形、三角形、四边形、八边形；所述周期性串列冷却管道在形状上具有相似性，不同的周期性串列冷却管道的直径能够不相同；所述串列冷却管道中允许冷却介质分叉和汇合，多个串列冷却管道能够相互连接；所述串列冷却管道能够沿外壁的轮廓进行设置，所述串列冷却管道能够被设置在与外壁等间距或变间距的曲面中；所述串列冷却管道能够被设置为不规则的形状，从而根据涡轮冷却叶片的热负荷分布有效地冷却叶片；所述串列冷却管道还包括不少于一个冷却管道入口和不少于两个冷却管道出口；冷却介质从冷却管道出口流出后将形成冷却气膜；所述串列冷却管道的每个冷却管道出口对应的冷却管道长度应大于出口直径的五倍。

10、优选地，所述展向排列多级分叉冷却管道与相邻的展向排列多级分叉冷却管道空间上不相交，但两者在外壁法向的投影有重叠，以形成良好的内部冷却效果；多个展向排列多级分叉冷却管道沿展向布置在叶片的前缘，在沿外壁内法向的方向上，相邻的展向排列多级分叉冷却管道的分叉位置和冷却管道出口形成的气膜不重合，相邻的展向排列多级分叉冷却管道的冷却管道出口形成的气膜不重合。

11、优选地，所述流向排列多级分叉冷却管道和串列冷却管道能够设置于涡轮冷却叶片的任意位置，包括压力面、吸力面、前缘和尾缘，在所述位置设置多个流向排列多级分叉冷却管道和串列冷却管道或者两者的组合；多个流向排列多级分叉冷却管道的组合方式包括阵列、交错和按照其他规律的组合；流向排列多级分叉冷却管道与相邻的流向排列多级分叉冷却管道空间上不相交，两者在外壁法向的投影不重叠或者有局部重叠，多个流向排列多级分叉冷却管道的组合覆盖叶片的外壁；所述冷却管道出口形成的气膜不重叠；在热负荷高的区域，多个流向排列多级分叉冷却管道和串列冷却管道的组合中管道的密度应大于在热负荷低的区域

12、优选地，所述串列冷却管道本文档来自技高网...

【技术保护点】

1.一种具有分叉冷却管道和串列冷却管道的涡轮叶片，其特征在于，包括涡轮冷却叶片(1)；所述涡轮冷却叶片(1)包括外壁(10)、内腔、内壁(11)、展向排列多级分叉冷却管道(12)、流向排列多级分叉冷却管道(13)及串列冷却管道(14)；

2.根据权利要求1所述的具有分叉冷却管道和串列冷却管道的涡轮叶片，其特征在于，所述外壁(10)包括压力面(101)、吸力面(102)、前缘(103)和尾缘(104)；所述展向排列多级分叉冷却管道(12)、流向排列多级分叉冷却管道(13)和串列冷却管道(14)能够同时布置于涡轮冷却叶片(1)，或仅采用其中的一种或两种布置于涡轮冷却叶片(1)；所述展向排列多级分叉冷却管道(12)设置在前缘(103)位置，所述展向排列多级分叉冷却管道(12)包括冷却管道入口(111)和冷却管道出口(105)，所述展向排列多级分叉冷却管道(12)还包括多个分叉结构；所述流向排列多级分叉冷却管道(13)设置在压力面(101)和吸力面(102)位置，所述流向排列多级分叉冷却管道(13)包括冷却管道入口(111)和冷却管道出口(105)，所述流向排列多级分叉冷却管

3.根据权利要求1所述的具有分叉冷却管道和串列冷却管道的涡轮叶片，其特征在于，所述内腔中充满冷却介质，冷却介质从内壁(11)上的冷却管道入口(111)流入展向排列多级分叉冷却管道(12)、流向排列多级分叉冷却管道(13)和串列冷却管道(14)，并从外壁(10)上的冷却管道出口(105)中流出。

4.根据权利要求1所述的具有分叉冷却管道和串列冷却管道的涡轮叶片，其特征在于，所述展向排列多级分叉冷却管道(12)包括展向主冷却管道(121)和展向多级冷却管道，所述展向多级冷却管道的级数取决于一条完整管道上的分叉的个数，从展向主冷却管道(121)起，每经过一个分叉，展向多级冷却管道的级数增加一，所述展向多级冷却管道的级数不小于一；每级展向多级冷却管道都包括不少于两个管道；同一级的展向多级冷却管道能够拥有不同的直径，同一级展向多级冷却管道与上一级展向多级冷却管道之间的夹角能够不相等；相邻两级的展向多级冷却管道之间，下一级展向多级冷却管道的直径不大于上一级展向多级冷却管道的直径；所述展向主冷却管道(121)和展向一级冷却管道的夹角处于60°至90°之间，除展向主冷却管道(121)外，各级展向多级冷却管道与下一级展向多级冷却管道之间的夹角处于0°至70°之间；所述展向排列多级分叉冷却管道(12)还包括不少于一个冷却管道入口(111)和不少于两个冷却管道出口(105)。

5.根据权利要求4所述的具有分叉冷却管道和串列冷却管道的涡轮叶片，其特征在于，所述展向排列多级分叉冷却管道(12)的冷却管道出口(105)按照圆弧形分布在前缘(103)附近；冷却介质从冷却管道出口(105)流出后将形成冷却气膜，冷却介质将贴着外壁(10)流动；所述展向排列多级分叉冷却管道(12)的冷却管道出口(105)与展向相邻的展向排列多级分叉冷却管道(12)的冷却管道出口(105)之间有适当的相对位置，以使得两者形成的冷却气膜不重叠；所述展向排列多级分叉冷却管道(12)的每个冷却管道出口(105)对应的冷却管道长度应大于前缘处的外壁与内壁距离的1.5倍。

6.根据权利要求1所述的具有分叉冷却管道和串列冷却管道的涡轮叶片，其特征在于，所述流向排列多级分叉冷却管道(13)包括流向主冷却管道(131)和流向多级冷却管道，所述流向多级冷却管道的级数取决于一条完整管道上的分叉的个数，从流向主冷却管道(131)起，每经过一个分叉，所述流向多级冷却管道的级数增加一，所述流向多级冷却管道的级数不小于一；每级流向多级冷却管道都包括不少于两个管道；同一级流向多级冷却管道能够拥有不同的直径，同一级流向多级冷却管道与上一级流向多级冷却管道之间的夹角能够不相等；相邻两级的流向多级冷却管道之间，下一级流向多级冷却管道的直径不大于上一级流向多级冷却管道的直径；相邻两级的流向多级冷却管道之间的夹角处于0°至70°之间；所述流向排列多级分叉冷却管道(13)还包括不少于一个冷却管道入口(111)和不少于两个冷却管道出口(105)；所述流向排列多级分叉冷却管道(13)的冷却管道出口(105)按照圆弧形分布在外壁(10)；冷却介质从冷却管道出口(105)流出后将形成冷却气膜；所述流向排列多级分叉冷却管道(13)的每个冷却管道出口(105)对应的冷却管道长度应大于局部压力面或吸力面处的外壁与内壁距离的1.5倍。

7.根据权利...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：迟重然，何庆富，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：

全部详细技术资料下载我是这个专利的主人