本發(fā)明涉及透平葉片的，尤其涉及一種應(yīng)用于燃氣輪機熱端部件的翅片式冷卻層板。

背景技術(shù)：

1、燃氣輪機是廣泛應(yīng)用在能源、國防、化工等領(lǐng)域的高端裝備，隨著燃氣輪機技術(shù)的不斷發(fā)展，各領(lǐng)域?qū)ζ湫阅艿囊笤絹碓礁?，提高透平進口溫度是提升燃氣輪機效率和功率的重要途徑。然而，透平進口溫度的升高會使燃氣輪機熱端部件(如透平葉片、燃燒室等)面臨更為惡劣的工作環(huán)境。更高的工作溫度可能導(dǎo)致部件材料強度降低、壽命縮短甚至直接熔化，當前比較先進的h級重型燃氣輪機透平進口溫度在1430℃-1600℃范圍內(nèi)，已超高絕大多數(shù)金屬材料的熔點，因此需要高效的冷卻技術(shù)來保證熱端部件在高溫環(huán)境下的正常工作，這是燃氣輪機熱端部件冷卻技術(shù)發(fā)展的根本動力。

2、燃氣輪機熱端部件冷卻空氣來自于壓氣機抽氣，而壓氣機中的高壓氣體絕大部分用于參與燃燒反應(yīng)，如果冷卻用的冷氣量占比過多，會降低燃氣輪機的整體性能。因此，需要發(fā)展冷卻效率更高、冷氣用量更少的冷卻技術(shù)，層板冷卻技術(shù)能夠?qū)?dǎo)熱、對流冷卻、沖擊冷卻和氣膜冷卻等方式有機地耦合在一起，在提高冷卻效果的同時，可減少冷卻氣體的用量，滿足燃氣輪機高效運行的要求。

3、對層板冷卻的研究表明：沖擊射流在沖擊點處由于強烈的滯止作用而具有極高的換熱能力，然而冷氣離開沖擊點后往往具有較大的發(fā)展空間而失去換熱能力，必須依賴擾流柱等擾流件對冷氣進行擾動才能提高湍流度，從而加強換熱。隨著金屬加工工藝由鑄造向精密3d打印轉(zhuǎn)變，層板冷卻的流動冷卻結(jié)構(gòu)也逐漸向微型化、精密化方向發(fā)展。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、鑒于上述現(xiàn)有應(yīng)用于燃氣輪機熱端部件的翅片式冷卻層板存在的問題，提出了本發(fā)明。

2、因此，本發(fā)明目的是提供一種應(yīng)用于燃氣輪機熱端部件的翅片式冷卻層板，其目的在于：增加內(nèi)部冷卻面積，提高冷氣利用率的同時有效降低流動阻力，從而改善層板冷卻效果。

3、為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：所述翅片式冷卻層板采用3d打印技術(shù)一體成型，包括內(nèi)層壁、連接肋、外層壁；

4、其中，所述外層壁呈方管狀，所述連接肋呈翅片式平行布局，連接所述內(nèi)層壁與所述外層壁并將冷卻空間分隔成t字形；

5、所述外層壁為單層薄壁，其上布置有氣膜孔，所述連接肋在所述氣膜孔流向空間上留有空缺，與所述內(nèi)層壁和所述外層壁一起構(gòu)成冷氣流向通道；

6、所述冷氣流向通道截面形狀包括圓形、多邊形或帶倒圓多邊形。

7、作為本發(fā)明所述應(yīng)用于燃氣輪機熱端部件的翅片式冷卻層板一種優(yōu)選方案，其中：所述連接肋厚度tb取值范圍為0.1～10mm。

8、作為本發(fā)明所述應(yīng)用于燃氣輪機熱端部件的翅片式冷卻層板一種優(yōu)選方案，其中：所述連接肋節(jié)距pb取值范圍為0.1～10mm。

9、作為本發(fā)明所述應(yīng)用于燃氣輪機熱端部件的翅片式冷卻層板一種優(yōu)選方案，其中：所述內(nèi)層壁高度hi取值范圍為0.1～20mm。

10、作為本發(fā)明所述應(yīng)用于燃氣輪機熱端部件的翅片式冷卻層板一種優(yōu)選方案，其中：所述支撐壁厚度tc取值范圍為0.1～10mm。

11、作為本發(fā)明所述應(yīng)用于燃氣輪機熱端部件的翅片式冷卻層板一種優(yōu)選方案，其中：所述內(nèi)層通道寬度wc取值范圍為2～20mm。

12、作為本發(fā)明所述應(yīng)用于燃氣輪機熱端部件的翅片式冷卻層板一種優(yōu)選方案，其中：所述內(nèi)層壁節(jié)距pc取值范圍為5～50mm。

13、作為本發(fā)明所述應(yīng)用于燃氣輪機熱端部件的翅片式冷卻層板一種優(yōu)選方案，其中：所述流向通道寬度ws取值范圍為0.1～10mm。

14、作為本發(fā)明所述應(yīng)用于燃氣輪機熱端部件的翅片式冷卻層板一種優(yōu)選方案，其中：所述氣膜孔節(jié)距pf取值范圍為5～50mm。

15、作為本發(fā)明所述應(yīng)用于燃氣輪機熱端部件的翅片式冷卻層板一種優(yōu)選方案，其中：所述氣膜孔直徑df取值范圍為0.5～5mm。

16、本發(fā)明的有益效果：本發(fā)明通過在采用翅片式連接肋與內(nèi)、外層壁相互連接的一體式層板冷卻結(jié)構(gòu)，構(gòu)建了沖擊冷卻微通道，提高了冷卻空氣的有效冷卻面積和冷卻均勻性，降低了流動阻力，改善了綜合冷卻效率。經(jīng)計算，本發(fā)明的綜合冷卻效率相對于層板冷卻現(xiàn)有技術(shù)提高了39％，有效冷卻面積提升了18％，總壓損失系數(shù)降低了16％，能夠顯著增強透平葉片層板冷卻結(jié)構(gòu)的冷卻效果和冷卻空氣利用率，具有良好的應(yīng)用前景。

技術(shù)特征：

1.一種應(yīng)用于燃氣輪機熱端部件的翅片式冷卻層板，其特征在于：所述翅片式冷卻層板采用3d打印技術(shù)一體成型，包括內(nèi)層壁、連接肋、外層壁；

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的應(yīng)用于燃氣輪機熱端部件的翅片式冷卻層板，其特征在于：所述連接肋厚度tb取值范圍為0.1～10mm。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的應(yīng)用于燃氣輪機熱端部件的翅片式冷卻層板，其特征在于：所述連接肋節(jié)距pb取值范圍為0.1～10mm。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的應(yīng)用于燃氣輪機熱端部件的翅片式冷卻層板，其特征在于：所述內(nèi)層壁高度hi取值范圍為0.1～20mm。

5.根據(jù)權(quán)利要求14所述的應(yīng)用于燃氣輪機熱端部件的翅片式冷卻層板，其特征在于：所述支撐壁厚度tc取值范圍為0.1～10mm。

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的應(yīng)用于燃氣輪機熱端部件的翅片式冷卻層板，其特征在于：所述內(nèi)層通道寬度wc取值范圍為2～20mm。

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的應(yīng)用于燃氣輪機熱端部件的翅片式冷卻層板，其特征在于：所述內(nèi)層壁節(jié)距pc取值范圍為5～50mm。

8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的應(yīng)用于燃氣輪機熱端部件的翅片式冷卻層板，其特征在于：所述流向通道寬度ws取值范圍為0.1～10mm。

9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的應(yīng)用于燃氣輪機熱端部件的翅片式冷卻層板，其特征在于：所述氣膜孔節(jié)距pf取值范圍為5～50mm。

10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的應(yīng)用于燃氣輪機熱端部件的翅片式冷卻層板，其特征在于：所述氣膜孔直徑df取值范圍為0.5～5mm。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種應(yīng)用于燃氣輪機熱端部件的翅片式冷卻層板，涉及透平葉片的技術(shù)領(lǐng)域。所述翅片式冷卻層板采用3D打印技術(shù)一體成型，包括內(nèi)層壁、連接肋、外層壁；其中，所述外層壁呈方管狀，所述連接肋呈翅片式平行布局，連接所述內(nèi)層壁與所述外層壁并將冷卻空間分隔成T字形；本發(fā)明通過在采用翅片式連接肋與內(nèi)、外層壁相互連接的一體式層板冷卻結(jié)構(gòu)，構(gòu)建了沖擊冷卻微通道，提高了冷卻空氣的有效冷卻面積和冷卻均勻性，降低了流動阻力，改善了綜合冷卻效率，本發(fā)明的綜合冷卻效率相對于層板冷卻現(xiàn)有技術(shù)提高了39％，有效冷卻面積提升了18％，總壓損失系數(shù)降低了16％，能夠顯著增強透平葉片層板冷卻結(jié)構(gòu)的冷卻效果和冷卻空氣利用率。

技術(shù)研發(fā)人員：何偉,肖俊峰,高松,李園園,上官博,閆安,于飛龍,段靜瑤,劉戰(zhàn)勝,伍赫,武耀族,張浩浩
受保護的技術(shù)使用者：西安熱工研究院有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/5/15