[發(fā)明專利]一種念珠式渦輪葉片尾緣劈縫冷卻結(jié)構(gòu)

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202011049549.1
• 申請(qǐng)日: 2020-09-29
• 公開（公告）號(hào): CN112177683B
• 公開（公告）日: 2021-08-20
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 孔星傲;呂東;王楠;劉英實(shí);康浩
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 大連理工大學(xué)
• 主分類號(hào): F01D5/18
• 分類號(hào): F01D5/18
• 代理公司: 大連理工大學(xué)專利中心 21200
• 代理人: 戴風(fēng)友

本發(fā)明屬于航空發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪冷卻技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種念珠式渦輪葉片尾緣劈縫冷卻結(jié)構(gòu)。所述的冷卻結(jié)構(gòu)包括空心渦輪葉片、內(nèi)腔冷氣通道和尾緣排氣劈縫通道，所述空心渦輪葉片內(nèi)部設(shè)有內(nèi)腔冷氣通道，供低溫冷卻氣體在葉片內(nèi)部流動(dòng)，對(duì)葉片進(jìn)行冷卻。空心渦輪葉片尾緣沿弦向開有多個(gè)離散的念珠式尾緣排氣劈縫通道，以供冷卻氣排出葉片。本發(fā)明的念珠式尾緣排氣劈縫具有反復(fù)收擴(kuò)的通道結(jié)構(gòu)，有效增加了冷氣與渦輪葉片尾緣內(nèi)部通道的對(duì)流換熱面積，與已有的尾緣中劈縫結(jié)構(gòu)相比。本發(fā)明的念珠式尾緣排氣劈縫具有反復(fù)收擴(kuò)的通道結(jié)構(gòu)，可以吹除邊界層并抑制其增厚，從而強(qiáng)化換熱。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于航空發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪冷卻技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種念珠式渦輪葉片尾緣劈縫冷卻結(jié)構(gòu)。

背景技術(shù)

對(duì)于航空發(fā)動(dòng)機(jī)和燃?xì)廨啓C(jī)，提高其渦輪前燃?xì)鉁囟瓤梢源蠓岣哐b置的效能，但由于燃?xì)猸h(huán)境溫度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于當(dāng)前材料的承受能力，故由此引發(fā)了渦輪葉片的冷卻問題。目前對(duì)于渦輪葉片普遍采用中空設(shè)計(jì)，并利用冷卻氣在其內(nèi)部的強(qiáng)化對(duì)流換熱帶走熱量以及排出葉片時(shí)形成氣膜覆蓋隔絕燃?xì)饧訜幔菧u輪葉片冷卻問題的主要解決手段。

渦輪葉片的尾緣區(qū)域，同時(shí)受到葉片盆側(cè)和背側(cè)兩方面燃?xì)獾募訜幔又Y(jié)構(gòu)上較薄難以形成中空冷卻結(jié)構(gòu)，因此是葉片中較難冷卻的區(qū)域，同時(shí)也是在工作中壁面溫度較高和容易發(fā)生燒蝕的區(qū)域。在進(jìn)行葉片尾緣的冷卻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，如何在保證葉片強(qiáng)度足夠和不破壞其良好的氣動(dòng)性能的前提下，更加充分地對(duì)葉片尾緣區(qū)域進(jìn)行冷卻，是要重點(diǎn)解決的難題。中劈縫是渦輪葉片尾緣常采用的一種冷卻結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)在葉片尾緣的中間位置開設(shè)冷氣通道，從葉片內(nèi)部通道供給的冷氣進(jìn)入尾緣中劈縫內(nèi)，在通道內(nèi)部與壁面和肋結(jié)構(gòu)形成強(qiáng)化對(duì)流換熱，然后從葉片尾緣排氣邊縫狀窗口流出。已有的尾緣中劈縫結(jié)構(gòu)通常會(huì)在相鄰?fù)ǖ纼?nèi)設(shè)置多個(gè)并排排列的水平直肋，稱為尾緣劈縫隔肋，引導(dǎo)冷卻氣沿弦向排出葉片，如圖1所示。

尾緣中劈縫結(jié)構(gòu)可以更加完整地保留葉片尾緣的結(jié)構(gòu)形狀，同時(shí)冷卻氣對(duì)燃?xì)獾膿交熳饔酶。瑩碛懈偷膿交鞊p失。隨著渦輪前燃?xì)鉁囟鹊牟粩嗌撸瑐鹘y(tǒng)的尾緣中劈縫結(jié)構(gòu)難以滿足渦輪葉片尾緣部位的冷卻需求，需要設(shè)計(jì)更加有效的新型冷卻結(jié)構(gòu)以降低葉片尾緣區(qū)域的溫度水平。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)現(xiàn)有的尾緣中劈縫冷卻技術(shù)存在的不足，發(fā)明了一種念珠式渦輪葉片尾緣劈縫冷卻結(jié)構(gòu)，可以在保證葉片尾緣強(qiáng)度和氣動(dòng)性能的前提下，增加對(duì)流換熱面積，提高冷氣和通道壁面的對(duì)流換熱系數(shù)，強(qiáng)化尾緣對(duì)流換熱效果，有效降低葉片的溫度水平。

本發(fā)明的技術(shù)方案：

一種念珠式渦輪葉片尾緣劈縫冷卻結(jié)構(gòu)，包括空心渦輪葉片、內(nèi)腔冷氣通道和尾緣排氣劈縫通道，如圖2(a)所示；

所述空心渦輪葉片內(nèi)部設(shè)有內(nèi)腔冷氣通道，供低溫冷卻氣體在葉片內(nèi)部流動(dòng)，對(duì)葉片進(jìn)行冷卻。空心渦輪葉片尾緣沿弦向開有多個(gè)離散的念珠式尾緣排氣劈縫通道，以供冷卻氣排出葉片。

所述的念珠式尾緣排氣劈縫通道的截面形狀為圓形或橢圓形，截面積沿劈縫通道中心線在最大值和最小值之間連續(xù)交替地變化，反復(fù)出現(xiàn)收縮和擴(kuò)張的通道結(jié)構(gòu)，形似串連而成的念珠。劈縫通道中心線在葉型俯視截面圖中與尾緣中心線重合，在葉片主視圖中為水平直線或傾斜直線，與水平面的夾角為通道傾斜角∠E，∠E可以為0～30°。相鄰兩個(gè)尾緣排氣劈縫通道之間錯(cuò)排排列，即在某個(gè)劈縫通道的最大截面處，與之相鄰的劈縫通道為最小截面，錯(cuò)排排列不僅可以提高葉片尾緣的空間利用率，還可以使相鄰兩通道之間的壁厚更加均勻，提高換熱效果和強(qiáng)度。