[發明專利]渦輪轉子葉片及具有其的渦輪機械

有效

• 申請號: 202010511945.5
• 申請日: 2020-06-08
• 公開（公告）號: CN111636925B
• 公開（公告）日: 2021-05-28
• 發明（設計）人: 袁荒;孫經雨;裴長浩
• 申請（專利權）人: 清華大學
• 主分類號: F01D5/18
• 分類號: F01D5/18
• 代理公司: 北京華進京聯知識產權代理有限公司 11606
• 代理人: 杜萌

本發明提供一種渦輪轉子葉片及具有其的渦輪機械。該渦輪轉子葉片包括榫頭以及設置于所述榫頭的葉身；所述葉身包括：外壁，呈封閉狀設置，所述外壁圍設成容納腔；以及呈三維結構布置的網格結構，設置于所述容納腔中，并連接至所述外壁的內表面，所述網格結構具有多方向連通的氣流通道，所述氣流通道供冷卻氣流流動；其中，所述網格結構包括多個相互連接經線柱、緯線柱以及軸線柱。增加了冷卻氣流與外壁的接觸面積，保證渦輪轉子葉片的冷卻效果，保證冷卻氣流的流通面積，同時還不會增加葉身的截面厚度，保證渦輪轉子葉片的氣動造型，降低渦輪轉子葉片的重量，降低榫頭的負荷，保證渦輪轉子葉片的強度。

技術領域

本發明涉及發動機技術領域，特別是涉及一種渦輪轉子葉片及具有其的渦輪機械。

背景技術

燃氣渦輪發動機通常由壓氣機、燃燒室和渦輪部件三大部件組成，渦輪部件將高溫燃氣的內能轉化為機械能。燃氣渦輪發動機的渦輪轉子葉片需要在高溫的燃氣情況下工作中，承受遠超過基體材料熔點的溫度，第一級渦輪轉子葉片的承溫能力決定了燃氣渦輪發動機的渦輪前溫度。為提高渦輪葉片的使用問題，通常情況下需要從壓氣機引出溫度較低的高壓空氣進入葉片的空腔，高壓空氣作為冷卻氣對渦輪葉片進行冷卻。

目前，渦輪轉子葉片包含榫頭、緣板、葉身和葉尖，在榫頭底部有徑向通道，冷氣由徑向通道進入葉身內進行冷卻。渦輪轉子葉片的葉身是空腔結構。根據渦輪轉子葉片壁面不同區域的熱負荷的差異，葉身的空腔內一般會設計出多個回轉的冷卻通道，冷氣由徑向通道通入葉片葉身內腔進行冷卻。為了獲得更好的冷卻效果，通常使用復合冷卻方式對渦輪轉子葉片進行有效冷卻，其包括在冷卻通道內設置擾流肋或擾流柱等，以此保持葉片壁面溫度在使用范圍內并盡量均勻。但是由于回轉通道的存在，為滿足各通道的冷卻流通面積的需求，葉身及葉尖不可避免地增大了截面厚度，影響了渦輪轉子葉片的氣動造型，并且使得渦輪轉子葉片重量增大，帶來較高的榫頭和輪盤負荷，引出渦輪轉子葉片的葉根處強度的問題。

發明內容

基于此，有必要針對目前通過回轉通道實現流通導致的葉身厚度增加的問題，提供一種保證冷卻效果且無需增加厚度的渦輪轉子葉片及具有其的渦輪機械。

上述目的通過下述技術方案實現：

一種渦輪轉子葉片包括榫頭以及設置于所述榫頭的葉身；所述葉身包括：

外壁，呈封閉狀設置，所述外壁圍設成容納腔；以及

呈三維結構布置的網格結構，設置于所述容納腔中，并連接至所述外壁的內表面，所述網格結構具有多方向連通的氣流通道，所述氣流通道供冷卻氣流流動；其中，所述網格結構包括多個相互連接經線柱、緯線柱以及軸線柱。

在其中一個實施例中，多個所述緯線柱間隔設置，并平行于所述外壁的內表面；

多個所述經線柱間隔設置，并垂直于所述外壁的內表面；

多個所述軸線柱間隔設置，并沿所述葉身的延伸方向設置。

在其中一個實施例中，所述經線柱、所述緯線柱以及所述軸線柱相互垂直設置。

在其中一個實施例中，所述經線柱相對于所述緯線柱傾斜設置，所述經線柱與所述軸線柱傾斜設置；所述緯線柱與所述軸線柱傾斜設置。

在其中一個實施例中，所述經線柱的截面形狀為圓形、橢圓形或多邊形；所述緯線柱的截面形狀為圓形、橢圓形或多邊形；所述軸線柱的截面形狀為圓形、橢圓形或多邊形；

所述經線柱、所述緯線柱以及所述軸線柱的截面形狀相同或相異。

在其中一個實施例中，所述經線柱為中空結構；所述緯線柱為中空結構；所述軸線柱為中空結構。

在其中一個實施例中，所述網格結構的密度根據所述渦輪轉子葉片的形狀及載荷變化。