[实用新型]一种带开缝圆形扰流柱的层板冷却结构

说明书

一种带开缝圆形扰流柱的层板冷却结构，涉及燃气轮机冷却技术，用于燃气轮机涡轮叶片冷却。包括外侧板、内侧板和开缝圆形扰流柱；外侧板上设置有倾斜的气膜孔，外侧板靠近燃气侧；内侧板设置有冲击孔，内侧板靠近冷气侧；开缝圆形扰流柱置于外侧板和内侧板之间形成的冷却通道内；冷却气体通过冲击孔先冲击外侧板并进入冷却通道与扰流柱强化换热，后沿外侧板气膜孔流出。开缝圆形扰流柱的缝隙倾斜角β＝0°时，与常规层板冷却系统相比可以降低压力损失，改善层板的热均匀性，提高气流的冷却效率；开缝圆形扰流柱的缝隙倾斜角β＝90°时，与常规层板冷却系统相比可以增大冷却通道内气体的湍流强度，提高气流的换热能力。

技术领域

本实用新型涉及燃气轮机冷却技术领域，尤其涉及一种带开缝圆形扰流柱的层板冷却结构。

背景技术

目前涡轮增压发动机的涡轮前温度已经达到了2000K，并且以每年20℃的平均增长率逐年递增。远远超出了现有金属材料的耐温性。为了满足涡轮叶片的耐温需求，需要冷却技术尽可能发挥出最大化的冷却效率。

由燃气轮机的工作原理可知，压气机压缩空气得到的高压大部分用来参与燃烧反应，产生的热能推动涡轮叶片做功；少部分气体则需要通过引气冷却燃气轮机高温部件，这部分气体消耗的越多，压气机的效率就越低。为了保证发动机高效运行，涡轮安全可靠的工作，需要发展冷却效率更高、冷气用量更少的高效的透平冷却技术。

目前，高效的透平冷却技术已取得诸多成果，其中设置扰流柱的层板冷却技术是涡轮叶片冷却的有效措施之一。扰流柱可以设置在涡轮叶片内部冷却通道的任何位置上，目前通常设置在叶片尾缘。流经冷却通道的冷却气体经过扰流柱扰流增大其湍流强度，与层板壁面的换热强度增加，且扰流柱自身也可以充当传热元件，从而增大层板冷却技术的冷却效率。

扰流柱形状是影响层板冷却效率的一个重要因素。目前研究较多的方形扰流柱具有较好的换热强度，但流动阻力较大；椭圆形、水滴形扰流柱具有较低的阻力系数，但其换热强度也受到了限制。

发明内容

本实用新型的目的在于解决现有技术中的上述问题，提供一种带开缝圆形扰流柱的层板冷却结构，改进扰流柱形状，以进一步提高其结构的冷却效率，以期在减小引气量的同时最大化其换热能力。

为达到上述目的，本实用新型采用如下技术方案：

一种带开缝圆形扰流柱的层板冷却结构，包括外侧板、内侧板和开缝圆形扰流柱；所述外侧板上设置有倾斜的气膜孔，外侧板为燃气侧；所述内侧板设置有冲击孔，内侧板为冷气侧；所述开缝圆形扰流柱置于外侧板和内侧板之间形成的冷却通道内；其中，冷却气体通过冲击孔先冲击外侧板并进入冷却通道与扰流柱强化换热，后沿外侧板气膜孔流出。

所述开缝圆形扰流柱为在基准圆形扰流柱基础上经过开缝处理得到；开缝圆形扰流柱的排列方式为顺排或者叉排。

所述开缝圆形扰流柱的直径d为0.5～2.0mm，高度H为0.5～2.0mm。

所述开缝圆形扰流柱的缝宽S与直径d的比值为0.1～0.5。

所述开缝圆形扰流柱的缝隙与冷气流方向V₀之间的缝隙倾斜角β为0°～90°。

所述开缝圆形扰流柱的展向间距P为1.5d～3d。

所述开缝圆形扰流柱的流向间距W为1.5d～3d。

所述气膜孔与主流方向V₁的夹角α为30°～90°。

所述气膜孔的直径D_out为0.5d～1d。

所述冲击孔的直径D_in为0.5d～1.5d。

相对于现有技术，本实用新型技术方案取得的有益效果是：