[發明專利]具有V形氣流差速板的燃氣渦輪發動機的渦輪葉片

在審

• 申請號: 202011011782.0
• 申請日: 2020-09-23
• 公開（公告）號: CN112282854A
• 公開（公告）日: 2021-01-29
• 發明（設計）人: 王松濤;羅磊;閆晗;杜巍
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學
• 主分類號: F01D5/18
• 分類號: F01D5/18
• 代理公司: 北京清亦華知識產權代理事務所(普通合伙) 11201
• 代理人: 張大威

本發明公開了一種具有V型氣流差速板的燃氣渦輪發動機的渦輪葉片，該渦輪葉片包括葉身和榫頭，葉身安裝在榫頭的端壁側；葉身包括葉片前緣、葉盆、葉身中弦區、葉片尾緣、葉頂和葉背，葉身內部設置有多個冷卻腔室，多個冷卻腔室之間設置有隔板，冷卻腔室中設置有V型氣流差速板，葉身表面開設有氣膜孔，葉頂開設有至少一個葉頂除塵孔；榫頭的伸根開設有冷氣入口，伸根靠近葉片前緣的兩個冷氣入口對應的冷卻通道合并為一條流路與冷卻腔室連通；靠近葉片尾緣的兩個冷氣入口對應的冷卻通道合并為一條流路與冷卻腔室連通。由此，通過將V型氣流差速板固定在相鄰的兩隔板上，不僅有助于增強葉身的結構強度，還可以使葉片保持在較低的溫度水平。

技術領域

本發明涉及發動機技術領域，尤其涉及一種具有V型氣流差速板的燃氣渦輪發動機的渦輪葉片。

背景技術

燃氣渦輪作為航空發動機的核心重要部件之一，其性能的優劣直接影響到航空發動機的安全性及經濟性。為了追求航空發動機高推重比及高效率，燃氣渦輪入口溫度逐漸攀升，迫切地需要在燃氣渦輪傳熱技術方面實現突破。

渦輪葉片冷卻技術研究一般分為外部傳熱、內部傳熱、氣膜冷卻、涂層技術研究、渦輪葉片傳熱設計方法以及優化設計方法等。渦輪的外壁傳熱，即渦輪葉片的燃氣側表面熱負荷的分布是渦輪葉片冷卻結構設計的主要研究對象。渦輪葉片屬于熱端部件，需要采用內部冷卻和外部冷卻來降低葉片溫度，所謂內部冷卻，是指采用冷氣在渦輪葉片內部進行換熱，從葉片的內側吸收熱量，從而使葉片溫度降低，主要的冷卻方式包含了對流冷卻、擾流冷卻、沖擊冷卻等。而外部冷卻則是指通過采用某些工質阻隔高溫燃氣與渦輪葉片表面之間直接傳熱的方法，這種工質可以是冷卻控制(氣膜冷卻)，也可以是低導熱系數的材料(熱障涂層)。渦輪葉片內部冷卻結構方面，一般研究目的都為獲得換熱強、流阻小的內部冷卻結構形式的內部流動換熱機理研究。研究預期獲得的冷卻結構不僅需要保證較小的流動阻力，而且由于換熱得到提高，冷氣量的使用也可以適當減小。

渦輪葉片的內部冷卻一般分為沖擊冷卻，擾流冷卻和對流冷卻。沖擊冷卻被認為是最有效的冷卻技術，但沖擊射流會削弱葉片的結構強度。因此，其適用的范圍受到限制，一般僅布置在動葉的前緣、靜葉的弦長中部等高熱負荷和低強度要求的區域。擾流冷一般是指在葉片內部通道布置擾流肋和擾流柱，通過提高流動的湍流度降低壁面的換熱邊界層厚度來增強換熱，但是擾流冷卻的效果有很大的提升空間。因此，提出高效的冷卻設計方案仍是目前保證渦輪葉片安全運行和提高燃氣輪機整體性能的必要途徑。

此外，渦輪葉片是航空發動機十分重要的渦輪轉子部件，承受著復雜的循環熱載荷和機械負荷，因此，葉片的結構強度問題關系著發動機和飛機的穩定性和可靠性。考慮到渦輪葉片的工作環境非常惡劣，長期在高溫高負荷條件下工作，承受著離心載荷、熱載荷、氣動載荷、振動載荷等等，導致葉片失效概率較高，因此渦輪轉子葉片強度問題也不容忽視。

發明內容

本發明旨在至少在一定程度上解決相關技術中的技術問題之一。

為此，本發明提出一種具有V型氣流差速板的燃氣渦輪發動機的渦輪葉片，通過在渦輪葉片內部設置有增強葉身強度和提高換熱性能的V型氣流差速板，利用氣流在V型氣流差速板和葉片內壁之間的交替加速和減速，以及加速氣流對換熱壁面的沖刷，不僅顯著提升了葉片近壁面氣流的擾動，還增強了內腔壁面的換熱效果，使葉片保持在較低的溫度水平，此外，將各冷卻腔室中設置的V型氣流差速板與各冷卻腔室相鄰的隔板相連接，V形氣流差速板的支撐結構功能，還可以增強葉片的結構強度，提高葉片的使用壽命。

本發明一方面實施例提出了一種具有V型氣流差速板的燃氣渦輪發動機的渦輪葉片，包括：葉身和榫頭；所述葉身均勻的安裝在所述榫頭的端壁側；