一种具有射流冲击作用的扰流挡板强化传热装置

摘要

本发明一种具有射流冲击作用的扰流挡板强化传热装置，涉及传热技术，具有冲击及扰流作用的强化换热结构，该结构利用沿叶展方向布置的蛇型通道，通过调整通道内的挡板结构控制流通部分截面积，实现强化换热的目的，适合布置在空间狭小、热负荷较高的燃气轮机透平叶片尾缘部分，形成闭式冷却结构。本发明的射流挡板扰流结构具有结构简单，换热能力强，能通过高效冲击冷却作用满足燃气轮机透平叶片尾缘的冷却要求，与其它应用中的透平叶片尾缘开式冷却结构相比，能够在冷却介质闭式循环的前提下有效冷却高温透平叶片尾缘部分，降低冷却带来的掺混损失，并能使叶片尾缘处的温度分布更为均匀。

权利要求

1.一种具有射流冲击作用的扰流挡板强化传热装置，包括透平叶片、挡板；其特征在于，在透平叶片尾缘部分内部空腔中，沿叶展方向以隔板分成两部分，一部分为通道A，另一部分为通道B，通道A的宽度大于通道B的宽度，通道A、通道B在透平叶片上端各设有开口，以隔板隔开，一为通道A的进口，另一为通道B的出口，两通道在透平叶片尾端部相通；通道A内腔中在与叶展方向垂直的方向上设有多个挡板，多个挡板分左右两排排列，左排档板之间相互平行，右排档板之间相互平行，左排档板与右排档板相间布置，构成沿叶展方向的蛇型通道结构。

2.根据权利要求1所述的扰流挡板强化传热装置，其特征在于，在沿叶展方向的蛇型通道中，左排档板与右排档板互成10～15°夹角，使冷却介质在流经蛇型通道时形成对叶片尾缘边的冲击作用。

3.根据权力要求1或2所述的扰流挡板强化换热装置，其特征在于，所述蛇型通道中的挡板使流道截面积保持连续性减小，以保证局部冲击作用下流体流动的非阶跃性加速。

说明书

一种具有射流冲击作用的扰流挡板强化传热装置

技术领域

[0001] 本发明涉及一种具有冲击作用的扰流挡板强化传热装置，针对燃气轮机透平叶片尾缘空间狭小、热负荷较高的特点而研发，用于布置在透平叶片尾缘部分，在满足透平叶片尾缘区冷却需要的同时，实现闭式冷却的要求。

背景技术

[0002] 蛇型通道冷却结构广泛应用于燃气轮机透平叶片的冷却中，通过合理调整流道截面及增加扰流的方法，形成局部带肋的蛇型通道结构，但是这种结构一般沿透平叶片弦向布置(冷却介质沿叶展方向流动)，主要依靠肋结构强化传热，用于空间较大的透平叶片中部区域的冷却。 对于透平叶片尾缘部分的冷却，由于该区域空间狭小，通常通过布置较小的短肋或圆柱肋的方法进行扰流强化传热，但这种结构相对复杂，并且不能满足冷却介质闭式循环的要求。

发明内容

[0003] 本发明的目的是根据透平叶片尾缘部分空间狭小、热负荷较高的特点，公开一种具有射流冲击作用的扰流挡板强化传热装置，该装置沿叶展方向布置蛇型通道，并通过调整构成蛇行通道的两组平行挡板之间的角度，形成对尾缘一侧具有射流冲击作用的冷却结构，增强对流换热效果，以满足尾缘部分的冷却要求。 本发明的结构相对简单，通过挡板结构同时考虑了尾缘部分强度的要求，并满足闭式冷却的需要。

[0004] 为达到上述目的，本发明的技术解决方案是：

[0005] 一种具有射流冲击作用的扰流挡板强化传热装置，包括透平叶片、挡板；其在透平叶片尾缘部分内部空腔中，沿叶展方向以隔板分成两部分，一部分为通道A，另一部分为通道B，通道A的宽度大于通道B的宽度，两通道A、B在透平叶片上端各设有开口，以隔板隔开，一为通道A的进口，另一为通道B的出口，两通道在透平叶片尾端部相通；通道A内腔中在与叶展方向垂直的方向上设有多数个挡板，多数个挡板相互平行相间左右排列，构成沿叶展方向的蛇型通道结构。

[0006] 所述的扰流挡板强化传热装置，其所述左右两组挡板，在沿叶展方向的蛇型通道中，同组挡板互成10～15°夹角，使冷却介质在流经蛇型通道时形成对尾缘边的冲击作用。

[0007] 所述的扰流挡板强化换热装置，其所述蛇型通道中的挡板使流道截面积保持连续性减小，以保证局部冲击作用下流体流动的非阶跃性加速。

[0008] 本发明的装置综合换热效果较好，能实现闭式冷却流路的设计，与常规在透平叶片尾缘应用的其它冷却结构相比，具有可实现冷却介质闭式循环要求、加工方便及结构简单的特点，同时，降低冷却带来的掺混损失，并能使透平叶片尾缘处的温度分布更为均匀。 适合布置在空间狭小、热负荷较高的燃气轮机透平叶片尾缘部分，形成闭式冷却结构。

附图说明

[0009] 图1为本发明的一种具有射流冲击作用的扰流挡板强化传热装置结构示意图。

具体实施方式

[0010] 如图1所示，为本发明应用于透平叶片尾缘部分的具有射流冲击作用的扰流挡板冷却结构及冷却介质流路示意图。在透平叶片尾缘部分10内部空腔中，沿叶展方向以隔板1分成两部分，一部分为通道A，另一部分为通道B，通道A的宽度大于通道B的宽度，两通道A、B在透平叶片上端各设有开口，以隔板1隔开，一为通道A的进口3，另一为通道B的出口4，通道A、B在透平叶片尾端部5相通。 通道A内腔中在与叶展方向垂直的方向上设有多个挡板2，多个挡板2相互平行相间左右排列，构成沿叶展方向7的蛇型通道结构。 两组挡板2的同组挡板互成10～15°夹角，使冷却介质在流经蛇型通道时形成对透平叶片尾缘边6的冲击作用。 多个挡板2构成的沿叶展方向的蛇型通道结构，因透平叶片尾缘部分的横向尺寸由中部到端部不断缩小，使流道截面积保持连续性减小，保证了局部冲击作用下流体流动的非阶跃性加速。

[0011] 本发明的一种具有射流冲击作用的扰流挡板强化传热装置，冷却介质由进口3沿透平叶片叶展方向进气，依次经过由挡板2形成的蛇型通道A后，经透平叶片尾端部5进入沿叶展方向的通道B，再经由出口4最终沿叶展方向7流出。 冷却介质进口3和出口4在同一侧。

[0012] 见图1，本发明在应用该射流挡板扰流结构后，能够使尾缘部分的冷却介质沿透平叶片叶展方向流进，再沿叶展方向流出，从而实现闭式结构冷却介质回收的目的。 冷却介质在该结构中流动时，渐缩的通道使流动不断加速，通过尾缘一侧180°急转弯造成对尾缘的冲击作用，有效冷却该高热负荷区域；通过对两组挡板所成角度、挡板长度及挡板数量进行调整，使得冷却介质在途径内部通道时实现阶跃性不大的持续加速，相关研究结果表明：变截面U型通道外壁的换热情况与内部通道冷却介质流动的速度变化趋势一致，因而实施上述措施，能使该区域透平叶片壁温均匀分布，且冷却效率较高。

[0013] 本发明所述的具有射流冲击作用的扰流挡板结构，通过调整两组挡板所成夹角、挡板长度及挡板数量，构成沿叶展方向的蛇型通道结构，可以实现对透平叶片尾缘部分的冲击作用，能够较好地解决该区域利用闭式冷却结构满足冷却要求的问题。 通过多通道连续性减小流动通道截面积，使冷却流体始终保持持续加速的状态，在通道尾缘边6一侧形成一定的冲击尾缘作用。

[0014] 在透平叶片尾缘部分应用射流挡板扰流结构进行局部冷却研究发现，本发明的装置综合换热效果较好，能实现闭式冷却流路的设计，与常规在透平叶片尾缘应用的其它冷却结构相比，具有可实现冷却介质闭式循环要求、加工方便及结构简单的特点。

[0015] 本发明不局限于两组平行挡板构成的尾缘部分蛇型通道冷却结构，对于通过布置其它形式排列的挡板在尾缘构成沿透平叶片叶展方向蛇型通道的结构，或在该结构基础上增加强化换热结构的，均属于本发明的保护范围。