[实用新型]一种涡轮叶片及其双层壁

说明书

一种涡轮叶片及其双层壁，该双层壁包括：设置有多个冲击孔的内层固壁、外层固壁以及微结构单元；其中，所述外层固壁与所述内层固壁之间具有一个间隙，所述微结构单元设置在所述外层固壁朝向所述内层固壁的表面上以使得所述外层固壁朝向所述内层固壁的一面凹凸不平。这种双层壁的换热效率高，重量较轻。

技术领域

本文涉及一种航空发动机和燃气轮机的冷却技术，尤指一种涡轮叶片及其双层壁。

背景技术

提高航空发动机和燃气轮机透平进口温度是实现更高循环效率、超低污染排放的重要途径。当代先进航空发动机高温部件运行温度已经达到2000K以上，远远超过金属耐受温度极限。更高的温度和有限的冷气量对高温部件的冷却带来了极大的挑战，需要采用更高效的冷却技术以突破传统冷却技术的极限。

双层壁是一种极具潜力的冷却结构。该结构以内外两层壁面及其夹层为主要换热结构，通常冷却气体通过冲击孔穿过内壁面，在夹层中进行热交换后，从外壁面气膜孔或侧面流出。为了进一步提高双层壁的冷却效率，夹层中会布置相当数量的柱肋结构来强化换热。

这类双层壁结构存在三方面的问题：其一，柱肋结构会带来显著的流阻增加；其二，柱肋结构会使得冷却结构增重，不利于发动机推重比的提升；其三，柱肋结构可以增加换热面积，但远离热端的表面换热效率相对较低。

实用新型内容

本实用新型所要解决的一个技术问题为如何增加双层壁的换热效率。

为解决上述技术问题，本申请提供了一种双层壁，其包括：设置有多个冲击孔的内层固壁、外层固壁以及微结构单元；

其中，所述外层固壁与所述内层固壁之间具有一个间隙，所述微结构单元设置在所述外层固壁朝向所述内层固壁的表面上以使得所述外层固壁朝向所述内层固壁的一面凹凸不平。

冷却剂通过冲击孔进入到外层固壁和内层固壁之间的间隙中。冷却剂通过冲击孔后形成一注射流而射到外层固壁朝向内层固壁的表面上进行换热。最后冷却剂沿着间隙从双层壁的端部流出。

外层固壁朝向内层固壁的表面设置有微结构单元而使得这该表面凹凸不平，微结构单元可以对冷却剂进行扰流，增强了该表面的湍流输送能力，同时，微结构单元还增加了与冷却剂的换热面积，因此提升了换热效率。同时，由于微结构单元的尺寸小，对冷却剂大尺度流动的扰动较小，能有效降低控制冷却剂的流动阻力。另外，采用微结构单元来代替现有技术中大部分柱肋结构来提升换热，从而显著减少柱肋结构的数量，以减轻涡轮叶片的总重量、增加发动机推重比。

本申请的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本申请而了解。本申请的其他优点可通过在说明书以及附图中所描述的方案来实现和获得。

附图说明

附图用来提供对本申请技术方案的理解，并且构成说明书的一部分，与本申请的实施例一起用于解释本申请的技术方案，并不构成对本申请技术方案的限制。

图1为本申请实施例中一种涡轮叶片的横截面的示意图；

图2为本申请实施例中一种双层壁的立体示意图；

图3为本申请实施例中一种双层壁的主视示意图；

图4为图3中A-A面的剖视示意图；

图5为本申请实施例中一种双层壁的主视示意图；

图6为图5中B-B面的剖视示意图；

图7为本申请实施例中一种双层壁的主视示意图；

图8为图7中C-C面的剖视示意图；

图9为本申请实施例中一种双层壁的主视示意图；

图10为图9中D-D面的剖视示意图。