【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及透平動葉冷卻，尤其涉及一種透平動葉內部冷卻結構。
技術介紹
1、透平作為一種重要的能量轉換設備，在電力、航空航天、石油化工等眾多領域廣泛應用。其工作過程中，透平動葉直接與高溫高壓的流體介質(如燃氣、蒸汽)接觸，承受著極高的熱負荷和機械應力。例如在燃氣輪機中，燃氣溫度可高達1000℃以上，而透平動葉通常采用金屬材料制造，其耐高溫性能有限。
2、傳統的透平動葉冷卻技術存在諸多不足。早期簡單的冷卻通道設計，冷卻介質在通道內流動較為平緩，主要依靠自然對流換熱，冷卻效率低下，難以滿足現代透平對葉片冷卻效果的嚴格要求。隨著技術發展，雖然出現了一些改進措施，如單一的氣膜冷卻方式，但在實際應用中，氣膜的穩定性難以保證，容易受到外界氣流干擾而破裂，導致局部冷卻失效，葉片仍面臨過熱損壞風險。
3、另外，一些冷卻結構僅側重于葉片某一局部區域的冷卻，忽略了葉片前緣、中部和尾緣不同的熱負荷分布特點及相互關聯。例如，葉片前緣因直接受到高溫高速流體沖擊，熱負荷集中且強度大，而葉片尾緣因流體流動狀態變化也存在特殊的熱應力情況，傳統冷卻方式難以針對性地對這些區域進行全面且高效的冷卻，這不僅影響透平動葉的工作性能和可靠性，還會因葉片頻繁維修或更換增加設備運行成本，降低生產效率。因此，迫切需要研發一種更為先進、全面且高效的透平動葉內部冷卻結構，以適應現代工業對透平設備性能提升的需求。
4、為此，我們提出一種透平動葉內部冷卻結構來解決上述問題。
技術實現思路
1、本專利技
2、為了實現上述目的，本專利技術采用了如下技術方案：
3、一種透平動葉內部冷卻結構，包括
4、葉片前緣，葉片前緣上設置一系列沖擊孔，沖擊孔直徑根據冷卻需求和葉片強度確定，沖擊孔直徑為0.5mm—2mm之間，沖擊孔呈陣列排列，確保冷卻氣流能夠以較高的速度沖擊葉片前緣內表面，形成強烈的對流換熱，沖擊孔的軸線與葉片前緣內表面的夾角設置在30°—60°之間，使冷卻氣流能夠在沖擊后沿著葉片表面有效擴散，增強冷卻效果并減少局部熱點形成；
5、葉片尾緣，葉片尾緣上等距開設有尾緣冷卻槽；
6、葉片中部，連接葉片前緣和葉片尾緣，葉片中部的厚度大于葉片前緣的厚度和葉片尾緣的厚度；
7、冷卻通道，冷卻通道內部設置有擾流結構；
8、氣膜孔，設置在葉片前緣、葉片中部和葉片尾緣上，氣膜孔直徑設置在0.3mm—1.5mm，氣膜孔沿葉片表面呈一定角度傾斜開設，設置角度在20°—45°之間。
9、在上述的透平動葉內部冷卻結構中，所述氣膜孔的排布密度根據葉片不同位置的熱負荷分布進行調整，熱負荷高的區域氣膜孔排布較為密集。
10、在上述的透平動葉內部冷卻結構中，還包括
11、葉片平臺，葉片平臺設置在透平葉片下端，所述葉片平臺上開設有進氣通道，進氣通道采用漸擴式設計，降低氣流進入時的壓力損失。
12、在上述的透平動葉內部冷卻結構中，所述葉片平臺上開設有葉片平臺冷卻孔。
13、在上述的透平動葉內部冷卻結構中，還包括
14、頂蓋，設置在葉片前緣、葉片中部、葉片尾緣上端，頂蓋上端開設有頂蓋冷卻孔。
15、在上述的透平動葉內部冷卻結構中，所述擾流結構從葉片前緣到葉片尾緣的方向依次設置第一擾流肋片、u型擾流肋片、第二擾流肋片和第三擾流肋片；
16、u型擾流肋片包括長擾流肋片和短擾流肋片，且長擾流肋片靠近第一擾流肋片，短擾流肋片靠近第三擾流肋片，且第二擾流肋片位于長擾流肋片和短擾流肋片中間。
17、在上述的透平動葉內部冷卻結構中，所述u型擾流肋片的下端設有進氣隔板，進氣隔板將進氣通道隔成左進氣通道和右進氣通道，所述左進氣通道和右進氣通道分別設有第一過濾網和第二過濾網。
18、在上述的透平動葉內部冷卻結構中，所述第一擾流肋片、u型擾流肋片、第二擾流肋片和第三擾流肋片將冷卻通道分為第一通道、第二通道、u型通道、第三通道和第四通道，且第二通道的下端與左進氣通道連通，所述右進氣通道與第三通道、第四通道的下端連通，所述第二通道和第三通道均與u型通道連通。
19、在上述的透平動葉內部冷卻結構中，所述第二通道、第三通道和u型通道靠近第二通道的一側均設置有傾斜設置的冷卻層板，所述u型通道靠近第三通道的一側設置有傾斜設置的對流板，且相鄰的對流板對稱設置，且對流板的上表面所在的平面互相垂。
20、在上述的透平動葉內部冷卻結構中，所述第四通道的內壁設置有針狀翅片，針狀翅片垂直設置在葉片內壁。
21、與現有的技術相比，本專利技術的有益效果為：
22、1、通過在葉片前緣設置直徑為0.5mm-2mm的沖擊孔，且呈陣列排列，能使冷卻氣流以較高速度沖擊葉片前緣內表面。這種沖擊冷卻方式形成強烈的對流換熱，能夠快速帶走葉片前緣因高溫燃氣沖刷而積聚的熱量。同時，沖擊孔軸線與葉片前緣內表面夾角在30°-60°之間，使冷卻氣流在沖擊后沿著葉片表面有效擴散，增強冷卻效果并減少局部熱點形成，有效防止葉片前緣過熱損壞，延長葉片前緣的使用壽命。
23、2、葉片中部的厚度大于葉片前緣和尾緣，冷卻通道貫穿其中并設有擾流結構,擾流肋片能破壞冷卻介質的層流邊界層，增加氣流的湍流程度，提高對流換熱系數，強化對葉片中部的冷卻,氣膜孔在葉片中部也有設置，其直徑在0.3mm-1.5mm，傾斜角度在20°-45°之間，能在葉片中部表面形成氣膜，減少高溫燃氣與葉片中部表面的直接接觸，進一步降低葉片中部的表面溫度,氣膜孔的排布密度根據熱負荷分布調整，使冷卻更加均勻高效。
24、3、葉片尾緣的等距尾跡冷卻槽能夠有效帶走尾緣處的熱量，確保葉片尾緣在工作過程中溫度處于合理范圍，避免因尾緣過熱導致葉片性能下降或損壞。
25、4、冷卻通道被擾流肋片劃分成多個通道并且通道之間相互連通，這種設計使得冷卻介質在通道內的流動路徑更加合理，能充分利用冷卻介質的冷卻能力，例如，在u型通道中設置的傾斜冷卻層板和對流板，優化了冷卻介質在該區域的流動及換熱情況，提高了整個冷卻通道的換熱效率。
26、5、葉片平臺上的進氣通道采用漸擴式設計，降低了氣流進入時的壓力損失，保證冷卻介質能夠順暢地進入冷卻系統，進氣通道被隔成左進氣通道和右進氣通道，并且分別設有第一過濾網和第二過濾網，能夠有效過濾冷卻介質中的雜質，防止雜質進入冷卻通道造成堵塞，確保冷卻系統的長期穩定運行。
27、綜上所述，本專利技術能夠高效冷卻葉片各部位，沖擊孔、氣膜孔與擾流結構協同，強化換熱，針翅進一步提升冷卻效率，合理進氣與過濾設計保流暢防堵塞，葉片平臺與頂蓋冷卻則保障整體裝置穩定運行，延長使用壽命。
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1.一種透平動葉內部冷卻結構，其特征在于：包括
2.根據權利要求1所述的一種透平動葉內部冷卻結構，其特征在于：所述氣膜孔(7)的排布密度根據葉片不同位置的熱負荷分布進行調整，熱負荷高的區域氣膜孔(7)排布較為密集。
3.根據權利要求1所述的一種透平動葉內部冷卻結構，其特征在于：還包括
4.根據權利要求3所述的一種透平動葉內部冷卻結構，其特征在于：所述葉片平臺(8)上開設有葉片平臺冷卻孔(11)。
5.根據權利要求1所述的一種透平動葉內部冷卻結構，其特征在于：還包括
6.根據權利要求3所述的一種透平動葉內部冷卻結構，其特征在于：所述擾流結構從葉片前緣(1)到葉片尾緣(3)的方向依次設置第一擾流肋片(14)、U型擾流肋片(15)、第二擾流肋片(16)和第三擾流肋片(17)；
7.根據權利要求6所述的一種透平動葉內部冷卻結構，其特征在于：所述U型擾流肋片(15)的下端設有進氣隔板(10)，進氣隔板(10)將進氣通道(9)隔成左進氣通道(25)和右進氣通道(26)，所述左進氣通道(25)和右進氣通道(26)分別設有第
8.根據權利要求7所述的一種透平動葉內部冷卻結構，其特征在于：所述第一擾流肋片(14)、U型擾流肋片(15)、第二擾流肋片(16)和第三擾流肋片(17)將冷卻通道(6)分為第一通道(20)、第二通道(21)、U型通道(22)、第三通道(23)和第四通道(24)，且第二通道(21)的下端與左進氣通道(25)連通，所述右進氣通道(26)與第三通道(23)、第四通道(24)的下端連通，所述第二通道(21)和第三通道(23)均與U型通道(22)連通。
9.根據權利要求8所述的一種透平動葉內部冷卻結構，其特征在于：所述第二通道(21)、第三通道(23)和U型通道(22)靠近第二通道(21)的一側均設置有傾斜設置的冷卻層板(29)，所述U型通道(22)靠近第三通道(23)的一側設置有傾斜設置的對流板(30)，且相鄰的對流板(30)對稱設置，且對流板(30)的上表面所在的平面互相垂直。
10.根據權利要求8所述的一種透平動葉內部冷卻結構，其特征在于：所述第四通道(24)的內壁設置有針狀翅片(31)，針狀翅片(31)垂直設置在葉片內壁。
...【技術特征摘要】
1.一種透平動葉內部冷卻結構，其特征在于：包括
2.根據權利要求1所述的一種透平動葉內部冷卻結構，其特征在于：所述氣膜孔(7)的排布密度根據葉片不同位置的熱負荷分布進行調整，熱負荷高的區域氣膜孔(7)排布較為密集。
3.根據權利要求1所述的一種透平動葉內部冷卻結構，其特征在于：還包括
4.根據權利要求3所述的一種透平動葉內部冷卻結構，其特征在于：所述葉片平臺(8)上開設有葉片平臺冷卻孔(11)。
5.根據權利要求1所述的一種透平動葉內部冷卻結構，其特征在于：還包括
6.根據權利要求3所述的一種透平動葉內部冷卻結構，其特征在于：所述擾流結構從葉片前緣(1)到葉片尾緣(3)的方向依次設置第一擾流肋片(14)、u型擾流肋片(15)、第二擾流肋片(16)和第三擾流肋片(17)；
7.根據權利要求6所述的一種透平動葉內部冷卻結構，其特征在于：所述u型擾流肋片(15)的下端設有進氣隔板(10)，進氣隔板(10)將進氣通道(9)隔成左進氣通道(25)和右進氣通道(26)，所述左進氣通道(25)和右進氣通道(26)分別設有第一過濾網...
【專利技術屬性】
技術研發人員：王建梁，蔣鋒，張海軍，黃澤恩，
申請(專利權)人：華瑞江蘇燃機服務有限公司，
類型：發明
國別省市：
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