本公開(kāi)涉及燃?xì)廨啓C(jī)的渦輪葉片冷卻，更具體地，涉及一種雙層壁冷卻結(jié)構(gòu)及渦輪葉片。

背景技術(shù)：

1、燃?xì)廨啓C(jī)的核心部件包括壓氣機(jī)、燃燒室和渦輪。在壓氣機(jī)壓縮后的高壓空氣與燃料在燃燒室內(nèi)混合并燃燒，產(chǎn)生的高溫高壓氣體隨后進(jìn)入渦輪部分進(jìn)行能量轉(zhuǎn)換。在這一過(guò)程中，渦輪葉片及其他組件面臨著極高的溫度挑戰(zhàn)。

2、為了提高發(fā)動(dòng)機(jī)的效率和功率密度，提升渦輪前溫度是關(guān)鍵。然而，這也對(duì)渦輪葉片的耐高溫性能提出了更高的要求。為此，冷卻技術(shù)成為延長(zhǎng)渦輪葉片壽命、保障渦輪安全運(yùn)行的重要手段。近年來(lái)，雙壁冷卻技術(shù)作為一種先進(jìn)的微尺度冷卻技術(shù)，將換熱的尺寸從葉片級(jí)別（0.5-1.5cm）縮小到冷氣腔級(jí)別（0.5-1.5mm），從而提高換熱系數(shù)和換熱面積。

3、雙層壁冷卻系統(tǒng)結(jié)合了沖擊冷卻、柱肋擾流和外部氣膜冷卻等多種方式。其內(nèi)部流動(dòng)復(fù)雜，涉及沖擊射流、壁面剪切、擾流柱擾流以及氣膜孔出流等多種因素。在真實(shí)工況下，尤其是存在外部壓力梯度時(shí)，雙層壁冷卻系統(tǒng)可能會(huì)受到冷氣遷移的影響，導(dǎo)致氣膜孔流量分配不均，這將對(duì)葉片的冷卻效果產(chǎn)生嚴(yán)重影響。因此，優(yōu)化這一系統(tǒng)的工作是提高葉片冷卻效率和保障發(fā)動(dòng)機(jī)性能的關(guān)鍵。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、有鑒于此，本公開(kāi)提供了一種雙層壁冷卻結(jié)構(gòu)，間隔設(shè)置多個(gè)窄壁以將氣膜孔板和沖擊孔板之間的冷卻通道分隔為多個(gè)冷氣腔，分別對(duì)氣膜孔通氣，以控制氣膜孔的流量。

2、本公開(kāi)的一個(gè)方面提供了一種雙層壁冷卻結(jié)構(gòu)，包括氣膜孔板，沖擊孔板和多個(gè)窄壁。上述氣膜孔板上形成有多個(gè)氣膜孔，上述沖擊孔板上形成有多個(gè)沖擊孔，上述沖擊孔板和上述氣膜孔板間隔設(shè)置形成冷卻通道；多個(gè)窄壁在與上述氣膜孔板外部的氣體流向平行的第一方向上間隔設(shè)置在上述冷卻通道內(nèi)，將上述冷卻通道分隔成多個(gè)冷氣腔，上述氣膜孔和上述沖擊孔通過(guò)上述冷氣腔連通；其中，在上述氣膜孔板的厚度方向上的正投影中，上述氣膜孔的進(jìn)氣端和上述沖擊孔的出氣端的投影呈交錯(cuò)排列。

3、根據(jù)本公開(kāi)的實(shí)施例，還包括多個(gè)擾流肋，設(shè)置于上述氣膜孔板面對(duì)上述沖擊孔板的表面上；在上述氣膜孔板的厚度方向上的正投影中，上述擾流肋的投影位于在第二方向上相鄰的上述氣膜孔的進(jìn)氣端與上述沖擊孔的出氣端的投影之間；其中，上述第二方向與上述第一方向相正交。

4、根據(jù)本公開(kāi)的實(shí)施例，上述擾流肋的延伸方向與上述窄壁的延伸方向夾角為30度至150度。

5、根據(jù)本公開(kāi)的實(shí)施例，多個(gè)上述氣膜孔和多個(gè)上述沖擊孔均被構(gòu)造成以上述第一方向的列陣列及上述第二方向的排陣列的形式布置。

6、根據(jù)本公開(kāi)的實(shí)施例，相鄰列陣列的上述氣膜孔在上述第二方向上錯(cuò)位設(shè)置，相鄰列陣列的上述沖擊孔在上述第二方向上錯(cuò)位設(shè)置。

7、根據(jù)本公開(kāi)的實(shí)施例，在上述氣膜孔板的厚度方向上的正投影中，上述氣膜孔的進(jìn)氣端與上述沖擊孔的出氣端的投影在上述第二方向上均勻間隔分布。

8、根據(jù)本公開(kāi)的實(shí)施例，至少一排上述氣膜孔和至少一排上述沖擊孔通過(guò)一個(gè)上述冷氣腔連通。

9、根據(jù)本公開(kāi)的實(shí)施例，每個(gè)上述氣膜孔的直徑為d，每個(gè)上述窄壁的厚度為0.5d~2.5d。

10、根據(jù)本公開(kāi)的實(shí)施例，每個(gè)上述氣膜孔的延伸方向在傾斜于上述氣膜孔板的厚度方向上延伸。

11、本公開(kāi)的另一個(gè)方面提供了一種渦輪葉片，上述渦輪葉片的側(cè)壁至少部分采用上述的雙層壁冷卻結(jié)構(gòu)。

12、根據(jù)本公開(kāi)的實(shí)施例，提供了一種雙層壁冷卻結(jié)構(gòu)，包括氣膜孔板、沖擊孔板和間隔設(shè)置的多個(gè)窄壁，這些窄壁在冷卻通道內(nèi)平行于氣膜孔板外部的氣體流向間隔排列，形成多個(gè)冷氣腔，使得氣膜孔與沖擊孔通過(guò)冷氣腔連通，且在氣膜孔板厚度方向上的正投影中，氣膜孔的進(jìn)氣端與沖擊孔的出氣端交錯(cuò)排列，從而不僅實(shí)現(xiàn)了對(duì)氣膜孔流量的精確控制，確保了冷卻氣流的均勻分布，提升了冷卻效率和效果，還增強(qiáng)了冷卻結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和氣體流動(dòng)的混合效果，優(yōu)化了整體冷卻性能并延長(zhǎng)了設(shè)備的使用壽命。

技術(shù)特征：

1.一種雙層壁冷卻結(jié)構(gòu)，其特征在于，包括：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙層壁冷卻結(jié)構(gòu)，其特征在于，還包括多個(gè)擾流肋（5），設(shè)置于所述氣膜孔板（1）面對(duì)所述沖擊孔板（2）的表面上；

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的雙層壁冷卻結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述擾流肋（5）的延伸方向與所述窄壁（4）的延伸方向夾角為30度至150度。

4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的雙層壁冷卻結(jié)構(gòu)，其特征在于，多個(gè)所述氣膜孔（11）和多個(gè)所述沖擊孔（21）均被構(gòu)造成以所述第一方向的列陣列及所述第二方向的排陣列的形式布置。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的雙層壁冷卻結(jié)構(gòu)，其特征在于，相鄰列陣列的所述氣膜孔（11）在所述第二方向上錯(cuò)位設(shè)置，相鄰列陣列的所述沖擊孔（21）在所述第二方向上錯(cuò)位設(shè)置。

6.根據(jù)權(quán)利要求4或5所述的雙層壁冷卻結(jié)構(gòu)，其特征在于，在所述氣膜孔板（1）的厚度方向上的正投影中，所述氣膜孔（11）的進(jìn)氣端（111）與所述沖擊孔（21）的出氣端的投影在所述第二方向上均勻間隔分布。

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的雙層壁冷卻結(jié)構(gòu)，其特征在于，至少一排所述氣膜孔（11）和至少一排所述沖擊孔通過(guò)一個(gè)所述冷氣腔（31）連通。

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙層壁冷卻結(jié)構(gòu)，其特征在于，每個(gè)所述氣膜孔（11）的直徑為d，每個(gè)所述窄壁（4）的厚度為0.5d~2.5d。

9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙層壁冷卻結(jié)構(gòu)，其特征在于，每個(gè)所述氣膜孔（11）的延伸方向在傾斜于所述氣膜孔板（1）的厚度方向上延伸。

10.一種渦輪葉片，其特征在于，所述渦輪葉片的側(cè)壁至少部分采用如權(quán)利要求1至9任一項(xiàng)所述的雙層壁冷卻結(jié)構(gòu)。

技術(shù)總結(jié)
本公開(kāi)提供了一種雙層壁冷卻結(jié)構(gòu)，包括氣膜孔板、沖擊孔板和多個(gè)窄壁。氣膜孔板上形成有多個(gè)氣膜孔，沖擊孔板上形成有多個(gè)沖擊孔，沖擊孔板和氣膜孔板間隔設(shè)置形成冷卻通道；多個(gè)窄壁在與氣膜孔板外部的氣體流向平行的第一方向上間隔設(shè)置在冷卻通道內(nèi)，將冷卻通道分隔成多個(gè)冷氣腔，氣膜孔和沖擊孔通過(guò)冷氣腔連通；其中，在氣膜孔板的厚度方向上的正投影中，氣膜孔的進(jìn)氣端和沖擊孔的出氣端的投影呈交錯(cuò)排列。

技術(shù)研發(fā)人員：徐光耀,杜強(qiáng),徐慶宗,李紅葉,劉昊陽(yáng),許家偉,徐綱,朱俊強(qiáng)
受保護(hù)的技術(shù)使用者：中國(guó)科學(xué)院工程熱物理研究所
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/6