本公開涉及渦輪發(fā)動機冷卻技術(shù)領(lǐng)域，具體而言，涉及一種渦輪導(dǎo)向葉片及其換熱結(jié)構(gòu)。

背景技術(shù)：

相關(guān)技術(shù)中的燃氣渦輪發(fā)動機以及地面燃機中，因渦輪流道內(nèi)燃氣溫度很高，特別是渦輪進口處最高溫度可能達到1500℃，渦輪導(dǎo)向葉片的工作環(huán)境十分惡劣。需對導(dǎo)向葉片的緣板進行冷卻以防止燒蝕。通常的做法是讓發(fā)動機中溫度較低的氣體流過導(dǎo)向葉片緣板，在低溫氣體流通的過程中帶走緣板上的熱量，以達到降低導(dǎo)向葉片緣板的溫度的目的。

在發(fā)動機中，低溫氣體即冷氣的用量大小是影響發(fā)動機性能的重要指標(biāo)。為保證導(dǎo)葉緣板不被燒蝕，通常采用加大冷氣量的，但同時冷氣對發(fā)動機的綜合性能產(chǎn)生直接的負面影響。在實際操作中，需要提高氣流的冷卻效率以降低氣流的消耗量，進而提高發(fā)動機的綜合使用性能。如何使用較少的冷卻氣來實現(xiàn)緣板最佳的冷卻效果是發(fā)動機導(dǎo)向葉片緣板的設(shè)計難點之一。

因此，有必要研究一種渦輪導(dǎo)向葉片及其換熱結(jié)構(gòu)。

需要說明的是，在上述背景技術(shù)部分公開的信息僅用于加強對本公開的背景的理解，因此可以包括不構(gòu)成對本領(lǐng)域普通技術(shù)人員已知的現(xiàn)有技術(shù)的信息。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本公開的目的在于提供一種渦輪導(dǎo)向葉片，進而至少在一定程度上克服由于相關(guān)技術(shù)的限制和缺陷而導(dǎo)致的氣流消耗量大的問題。

本公開的目的在于提供一種換熱結(jié)構(gòu)，進而至少在一定程度上克服由于相關(guān)技術(shù)的限制和缺陷而導(dǎo)致的氣流消耗量大的問題。

根據(jù)本公開的一個方面，提供一種渦輪導(dǎo)向葉片的換熱結(jié)構(gòu)，應(yīng)用于渦輪導(dǎo)向葉片緣板與機匣之間的腔室內(nèi)，所述腔室靠近燃氣進口處為其前端，所述腔室靠近燃氣出口處為其后端，所述換熱結(jié)構(gòu)包括：多個進氣孔、多個出氣孔以及擾流柱；多個進氣孔開設(shè)于所述機匣靠近所述腔室前端的壁面上，所述進氣孔與所述腔室貫通，通過所述進氣孔向所述腔室輸送低溫氣體；多個出氣孔開設(shè)于所述導(dǎo)向葉片緣板靠近所述腔室后端的壁面上，所述出氣孔與所述腔室貫通，經(jīng)換熱后的低溫氣體通過所述出氣孔送出；擾流柱設(shè)于所述腔室內(nèi)，所述擾流柱設(shè)置于所述進氣孔與所述出氣孔之間。

在本公開的一種示例性實施例中，所述導(dǎo)向葉片緣板上設(shè)置有第一凸環(huán)，所述第一凸環(huán)將所述腔室分割為靠近所述腔室前端的第一空間及靠近所述腔室后端的第二空間；所述換熱結(jié)構(gòu)還包括：

連通孔，開設(shè)于所述第一凸環(huán)上，所述連通孔用以連通所述第一空間及第二空間。

在本公開的一種示例性實施例中，所述擾流柱設(shè)于所述導(dǎo)向葉片緣板的壁面上，所述擾流柱接近或?qū)R導(dǎo)向葉片與所述導(dǎo)向葉片緣板連接的葉根部。

在本公開的一種示例性實施例中，所述擾流柱分布在所述第二空間以及/或者所述第一空間。

在本公開的一種示例性實施例中，所述擾流柱的數(shù)量為多個，包括多個在環(huán)向上相互間隔的所述擾流柱，或者環(huán)向上延伸的所述擾流柱開設(shè)有多個軸向延伸的凹槽。

在本公開的一種示例性實施例中，多個所述擾流柱的排布延伸方向與所述低溫氣體的流動方向相交叉。

在本公開的一種示例性實施例中，多個所述擾流柱以叉排形式或順排形式布置。

在本公開的一種示例性實施例中，所述擾流柱的結(jié)構(gòu)為平直的柱體，所述柱體垂直于設(shè)置有該擾流柱的導(dǎo)向葉片緣板的壁面。

在本公開的一種示例性實施例中，多個所述進氣孔的出氣端相對其進氣端更靠近所述腔室前端。

根據(jù)本公開的另一個方面，提供一種渦輪導(dǎo)向葉片，包括如上述任意一項所述的換熱結(jié)構(gòu)。

由上述技術(shù)方案可知，本發(fā)明的一種渦輪導(dǎo)向葉片的換熱結(jié)構(gòu)，其優(yōu)點和積極效果在于：

本公開提供的一種渦輪導(dǎo)向葉片的換熱結(jié)構(gòu)，應(yīng)用于渦輪導(dǎo)向葉片緣板與機匣之間的腔室內(nèi)，換熱結(jié)構(gòu)包括：多個進氣孔、多個出氣孔以及設(shè)置于進氣孔與出氣孔之間的擾流柱；其中多個進氣孔開設(shè)于機匣靠近腔室前端的壁面上，低溫氣體通過進氣孔向腔室輸送；多個出氣孔開設(shè)于導(dǎo)向葉片緣板靠近腔室后端的壁面上，經(jīng)換熱后的低溫氣體通過出氣孔送出；擾流柱設(shè)于腔室內(nèi)，低溫氣體進入腔室后通過擾流柱交換熱量。

冷氣經(jīng)過擾流柱換熱后再排入主流道中，一方面可以增大導(dǎo)向葉片緣板的換熱面積和換熱系數(shù)，強化換熱效果，防止緣板燒蝕；另一方面可以提高冷卻效率，采用相同或更少的冷氣量，進一步減少對發(fā)動機性能產(chǎn)生的不良影響。

應(yīng)當(dāng)理解的是，以上的一般描述和后文的細節(jié)描述僅是示例性和解釋性的，并不能限制本公開。

附圖說明

此處的附圖被并入說明書中并構(gòu)成本說明書的一部分，示出了符合本公開的實施例，并與說明書一起用于解釋本公開的原理。顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本公開的一些實施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。

圖1示意性示出相關(guān)技術(shù)中導(dǎo)向葉片緣板冷卻結(jié)構(gòu)剖面單側(cè)示意圖。

圖2示意性示出本公開示例性實施例中導(dǎo)向葉片緣板冷卻結(jié)構(gòu)剖面單側(cè)示意圖。

附圖標(biāo)記說明如下：

1、導(dǎo)向葉片；2、導(dǎo)向葉片緣板；3、機匣；4、進氣孔；5、出氣孔；6、連通孔；10、導(dǎo)向葉片；20、導(dǎo)向葉片緣板；30、機匣；40、進氣孔；50、出氣孔；60、連通孔；70、擾流柱；

具體實施方式

現(xiàn)在將參考附圖更全面地描述示例實施方式。然而，示例實施方式能夠以多種形式實施，且不應(yīng)被理解為限于在此闡述的范例；相反，提供這些實施方式使得本公開將更加全面和完整，并將示例實施方式的構(gòu)思全面地傳達給本領(lǐng)域的技術(shù)人員。所描述的特征、結(jié)構(gòu)或特性可以以任何合適的方式結(jié)合在一個或更多實施方式中。在下面的描述中，提供許多具體細節(jié)從而給出對本公開的實施方式的充分理解。然而，本領(lǐng)域技術(shù)人員將意識到，可以實踐本公開的技術(shù)方案而省略所述特定細節(jié)中的一個或更多，或者可以采用其它的方法、組元、裝置、步驟等。在其它情況下，不詳細示出或描述公知技術(shù)方案以避免喧賓奪主而使得本公開的各方面變得模糊。

雖然本說明書中使用相對性的用語，例如“上”、“下”來描述圖標(biāo)的一個組件對于另一組件的相對關(guān)系，但是這些術(shù)語用于本說明書中僅出于方便，例如根據(jù)附圖中所述的示例的方向。能理解的是，如果將圖標(biāo)的裝置翻轉(zhuǎn)使其上下顛倒，則所敘述在“上”的組件將會成為在“下”的組件。當(dāng)某結(jié)構(gòu)在其它結(jié)構(gòu)“上”時，有可能是指某結(jié)構(gòu)一體形成于其它結(jié)構(gòu)上，或指某結(jié)構(gòu)“直接”設(shè)置在其它結(jié)構(gòu)上，或指某結(jié)構(gòu)通過另一結(jié)構(gòu)“間接”設(shè)置在其它結(jié)構(gòu)上。

用語“一個”、“一”、“該”和“所述”用以表示存在一個或多個要素/組成部分/等；用語“包括”和“具有”用以表示開放式的包括在內(nèi)的意思并且是指除了列出的要素/組成部分/等之外還可存在另外的要素/組成部分/等；用語“第一”和“第二”等僅作為標(biāo)記使用，不是對其對象的數(shù)量限制。

圖1示意性示出相關(guān)技術(shù)中導(dǎo)向葉片緣板冷卻結(jié)構(gòu)剖面示意圖。相關(guān)技術(shù)中為了對導(dǎo)向葉片1的緣板進行冷卻以防止燒蝕，如圖1所示，通常的做法是讓發(fā)動機中溫度較低的氣體流過導(dǎo)向葉片緣板2與機匣3形成的腔室中，低溫氣體通過進氣孔4進入到腔室中，流經(jīng)過連通孔6，流通的過程中帶走緣板上的熱量，最后通過出氣孔5流出，以達到降低導(dǎo)向葉片緣板的溫度的目的。為保證導(dǎo)向葉片緣板不被燒蝕，通常采用加大冷氣量的，但同時冷氣對發(fā)動機的綜合性能產(chǎn)生直接的負面影響。

在實際操作中，需要提高氣流的冷卻效率以降低氣流的消耗量，進而提高發(fā)動機的綜合使用性能。如何使用較少的冷卻氣來實現(xiàn)緣板最佳的冷卻效果是發(fā)動機導(dǎo)向葉片緣板的設(shè)計難點之一。

圖2示意性示出本公開示例性實施例中導(dǎo)向葉片緣板冷卻結(jié)構(gòu)的剖面單側(cè)示意圖。為便于顯示細節(jié)，圖中只是顯示了一個回轉(zhuǎn)體的單側(cè)結(jié)構(gòu)。

根據(jù)本公開的一個方面，如圖2所示，提供了一種渦輪導(dǎo)向葉片的換熱結(jié)構(gòu)，應(yīng)用于渦輪導(dǎo)向葉片緣板與機匣之間的腔室內(nèi)，腔室靠近燃氣進口處為其前端，腔室靠近燃氣出口處為其后端。

本公開提供的一種渦輪導(dǎo)向葉片的換熱結(jié)構(gòu)，應(yīng)用于渦輪導(dǎo)向葉片緣板與機匣之間的腔室內(nèi)，該換熱結(jié)構(gòu)可以包括：多個進氣孔40、多個出氣孔50以及設(shè)置于進氣孔40與出氣孔50之間的擾流柱70。其中多個進氣孔50選擇開設(shè)于機匣30靠近腔室前端的壁面上，低溫氣體可通過進氣孔40向腔室輸送；多個出氣孔50開設(shè)于導(dǎo)向葉片緣板靠近腔室后端的壁面上，經(jīng)換熱后的低溫氣體通過出氣孔50送出；擾流柱70設(shè)于腔室內(nèi)，低溫氣體進入腔室后通過擾流柱70交換熱量。

冷氣經(jīng)過擾流柱換熱后再排入主流道中，一方面可以增大導(dǎo)向葉片緣板的換熱面積和換熱系數(shù)，強化換熱效果，防止緣板燒蝕；另一方面可以提高冷卻效率，采用相同或更少的冷氣量，進一步減少對發(fā)動機性能產(chǎn)生的不良影響。

下面，將對本示例實施方式中的渦輪導(dǎo)向葉片的換熱結(jié)構(gòu)進行進一步的說明。

在本示例實施例中，本公開所提供的渦輪導(dǎo)向葉片的換熱結(jié)構(gòu)主要用于將導(dǎo)向葉片10的熱量通過導(dǎo)向葉片的葉根部傳導(dǎo)至導(dǎo)向葉片緣板20上，進一步通過設(shè)于導(dǎo)向葉片緣板20上的擾流柱70，與低溫氣流充分接觸，與低溫氣體進行熱量交換而實現(xiàn)換熱降溫功能。

如圖2所示，本示例實施例所提供的渦輪導(dǎo)向葉片10與機匣30實現(xiàn)連接，可在導(dǎo)向葉片緣板20面向機匣30的一側(cè)設(shè)置有第一凸環(huán)，第一凸環(huán)可將導(dǎo)向葉片緣板20與機匣30之間的腔室分割為靠近腔室前端的第一空間及靠近腔室后端的第二空間。為實現(xiàn)低溫氣體在整個腔室的流通，可以在第一凸環(huán)上開設(shè)連通孔60，用以連通第一空間及第二空間以使低溫氣體自第一空間流經(jīng)連通孔60進入第二空間。進一步的，連通孔60的數(shù)量選擇為沿周向間隔設(shè)置的多個，一方面可以減少低溫氣體流通的阻力，另一方面低溫氣體在通過連通孔60的過程中也可以進行部分熱量交換，以減緩導(dǎo)向葉片緣板20的高溫壓力。

如圖2所示，根據(jù)一示例性實施例，多個進氣孔40可以開設(shè)于機匣30靠近腔室前端的壁面上，多個進氣孔40與腔室貫通以向腔室輸送低溫氣體。多個進氣孔40可以在環(huán)向上以叉排形式或順排形式布置，也可以以其他方式排列，本公開在此不做特殊限定。

進一步的，多個進氣孔40的軸向方向可以設(shè)置為：使進氣孔的出氣端相對其進氣端更靠近腔室前端，這樣做的好處是可以加大低溫氣體在腔室內(nèi)的行程及有效換熱面積，降低入氣速度，進而使熱量交換更加充分，強化換熱效果。

本示例實施例中的換熱結(jié)構(gòu)還可以包括：多個出氣孔50，多個出氣孔50可以開設(shè)于導(dǎo)向葉片緣板靠近腔室后端的壁面上，出氣孔50與腔室貫通以將經(jīng)換熱后的低溫氣體送出，類似的，出氣孔可以在環(huán)向上以叉排形式或順排形式布置，也可以以其他方式排列，本公開在此不做特殊限定。

進一步的，出氣孔50選擇為順向燃氣流動方向傾斜設(shè)置，以便于將換熱后氣體有效排出，在第一空間及第二空間形成負壓環(huán)境，保證氣體流向穩(wěn)定。同時，能避免高溫燃氣影響第一空間及第二空間溫度。

擾流柱70設(shè)置在低溫氣體流經(jīng)的腔室內(nèi)，流經(jīng)的低溫氣體在擾流柱70的作用下可發(fā)生湍流，且擾流柱70自身也可以充當(dāng)傳熱元件，進而增強低溫氣體的冷卻效率。

具體而言，擾流柱70可設(shè)于腔室內(nèi)部，位于進氣孔40與出氣孔50之間。擾流柱可設(shè)于導(dǎo)向葉片緣板20的位于腔室內(nèi)的壁面上。由于熱量主要集中在導(dǎo)向葉片10的葉根部，可以設(shè)置擾流柱70的位置盡量接近或?qū)R導(dǎo)向葉片10與導(dǎo)向葉片緣板20連接的葉根部，以提高冷卻效率。

進一步的，擾流柱70可以分布在第二空間及第一空間的兩者或其一。本示例實施例中的換熱結(jié)構(gòu)的擾流柱70，在第二空間及第一空間兩者中均有分布，在其他的實施例中，擾流柱70也可單獨設(shè)置在第二空間或第一空間中，凡是靠近導(dǎo)向葉片10與導(dǎo)向葉片緣板20連接的葉根部的位置均可集中設(shè)置擾流柱70以提高冷卻效率，本公開在此不做特殊限定。

在本示例實施例中，擾流柱70的數(shù)量可以為多個，還可以包括多個擾流柱在環(huán)向上相互間隔，或者在環(huán)向上延伸的擾流柱開設(shè)有多個軸向延伸的凹槽。為了增大有效換熱面積，提高換熱效果，可以設(shè)置多個擾流柱70的排布延伸方向與低溫氣體的流動方向相交叉。進一步的，在本示例實施例中，可以設(shè)置多個所述擾流柱70以叉排形式或順排形式布置。

本示例實施例中采用的擾流柱的結(jié)構(gòu)可以為平直的柱體，例如可以為圓柱形、水滴形擾流柱等，在其他的實施例中也可以為其他任意結(jié)構(gòu)，本公開在此不做特殊限定。另外，擾流柱70的柱體可以垂直于設(shè)置有該擾流柱的導(dǎo)向葉片緣板的壁面。

根據(jù)本公開的第二方面，提供了一種渦輪導(dǎo)向葉片，該渦輪導(dǎo)向葉片至少包括了上述的換熱結(jié)構(gòu)。

本領(lǐng)域技術(shù)人員在考慮說明書及實踐這里公開的發(fā)明后，將容易想到本公開的其它實施方案。本申請旨在涵蓋本公開的任何變型、用途或者適應(yīng)性變化，這些變型、用途或者適應(yīng)性變化遵循本公開的一般性原理并包括本公開未公開的本技術(shù)領(lǐng)域中的公知常識或慣用技術(shù)手段。說明書和實施例僅被視為示例性的，本公開的真正范圍和精神由所附的權(quán)利要求指出。