[發(fā)明專利]一種用于渦輪葉片帶橫向縫孔的間斷凹槽葉頂結(jié)構(gòu)

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202011126947.9
• 申請日: 2020-10-20
• 公開（公告）號(hào): CN112240228A
• 公開（公告）日: 2021-01-19
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 朱惠人;張博倫;姚春意;劉存良;張麗;郭濤;許衛(wèi)疆
• 申請（專利權(quán)）人: 西北工業(yè)大學(xué)
• 主分類號(hào): F01D5/18
• 分類號(hào): F01D5/18;F01D5/14
• 代理公司: 西北工業(yè)大學(xué)專利中心 61204
• 代理人: 陳星

本發(fā)明公開了一種用于渦輪葉片帶橫向縫孔的間斷凹槽葉頂結(jié)構(gòu)，通過在葉頂上設(shè)置吸力面?zhèn)劝疾郾诤蛪毫γ鎮(zhèn)劝疾郾?，并在斷裂凹槽壁處布置橫向縫孔，間斷凹槽的間斷處位于壓力面?zhèn)?，間斷開始位置位于前緣駐點(diǎn)處。通過消除間斷區(qū)域凹槽葉頂內(nèi)形成的燃?xì)庠俑街鴧^(qū)域，有效降低葉頂前緣區(qū)域的換熱系數(shù)，減弱了當(dāng)?shù)氐膿Q熱強(qiáng)度，提高葉頂?shù)睦鋮s特性。合理的壓力面?zhèn)劝疾郾陂L度，能控制凹槽的橫向?qū)挾龋沟萌細(xì)膺M(jìn)入凹槽后僅在槽內(nèi)形成一個(gè)回流渦，消除了槽內(nèi)的燃?xì)庠俑街鴧^(qū)域；橫向縫孔能夠有效提高射流出流后橫向的覆蓋范圍，提高其葉頂當(dāng)?shù)氐臍饽だ鋮s效率，有效提高渦輪動(dòng)力葉片的工作效率，提高了航空發(fā)動(dòng)機(jī)整體性能。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及燃?xì)廨啓C(jī)渦輪葉片冷卻技術(shù)領(lǐng)域，具體地說，涉及一種用于渦輪葉片帶橫向縫孔的間斷凹槽葉頂結(jié)構(gòu)。

技術(shù)背景

隨著燃?xì)廨啓C(jī)性能的改善，渦輪入口溫度不斷提高，現(xiàn)有某些先進(jìn)發(fā)動(dòng)機(jī)的渦輪前進(jìn)口溫度已經(jīng)達(dá)到2000k以上，因此，必須使用有效的冷卻措施對渦輪葉片進(jìn)行保護(hù)，避免葉片受到高溫腐蝕和損傷。氣膜冷卻是葉片上使用的典型冷卻方式之一。氣膜冷卻是在壁面附近沿切線或以一定角度射入一股低溫氣流，用以將高溫燃?xì)馀c壁面隔離，實(shí)現(xiàn)對受熱壁面的冷卻保護(hù)作用。

圓柱氣膜孔是最早出現(xiàn)的氣膜孔型，國內(nèi)外大量學(xué)者對其進(jìn)行了廣泛深入的研究發(fā)現(xiàn)將圓柱形孔布置在渦輪葉片上可有效提升葉片的冷卻效果。

受間隙泄漏流的影響渦輪動(dòng)力葉片頂部區(qū)域的換熱系數(shù)極高，這導(dǎo)致葉頂容易受到高溫燃?xì)獾臒岣g從而減少葉片的使用壽命。間隙內(nèi)的泄漏流流動(dòng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，換熱不均勻，因此動(dòng)葉葉頂容易燒蝕，進(jìn)而破裂和失效。為了防止渦輪動(dòng)力葉片葉頂區(qū)域受到高溫燃?xì)馇指档彤?dāng)?shù)責(zé)釕?yīng)力，提高葉片的使用壽命，必須使用有效的冷卻措施對渦輪葉片進(jìn)行保護(hù)。國內(nèi)外學(xué)者針對不同動(dòng)力葉片頂部結(jié)構(gòu)進(jìn)行了大量的研究。

葉頂結(jié)構(gòu)的形狀會(huì)對葉頂?shù)膿Q熱產(chǎn)生很大影響，1989年Metzger等人(CavityHeat Transfer on a Transverse Grooved Wall in a Narrow Flow Channel.Journalof Heat Transfer,1989,111(1):73-79.)實(shí)驗(yàn)測量了帶矩形凹槽的狹窄通道的換熱系數(shù)，實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)泄漏量隨著凹槽的縱橫比的增加而減少。2004年Ahn等人(Film CoolingEffectiveness on a Gas Turbine Blade Tip and Shround Using Pressure SensitivePaint.ASME Paper GT-2003-53429.)利用壓敏漆測試技術(shù)實(shí)驗(yàn)測量了凹槽和平頂葉頂?shù)臍饽だ鋮s特性。2015年Zhang等人(Impact of Cooling Injection on the TransonicOver-Tip Leakage Flow and Squealer Aerothermal Design Optimization.Journal ofEngineering for Gas Turbines and Power,2015,137(6):062603-062603-7.)實(shí)驗(yàn)研究了跨音速條件下氣膜孔分布對葉片頂部換熱的影響。

合理的葉頂結(jié)構(gòu)不僅可以有效減小由于間隙泄漏流造成的流動(dòng)損失，而且可以有效地保護(hù)葉頂不被高溫燃?xì)飧g，延長葉片的的使用壽命，提高渦輪葉片的工作效率。

發(fā)明內(nèi)容

為了避免現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，本發(fā)明提出一種用于渦輪葉片帶橫向縫孔的間斷凹槽葉頂結(jié)構(gòu)；該結(jié)構(gòu)可有效消除間斷區(qū)域凹槽葉頂內(nèi)形成的燃?xì)庠俑街鴧^(qū)域，降低葉頂前緣區(qū)域的換熱系數(shù)，降低葉頂中下游的換熱強(qiáng)度，提高射流出流后橫向的覆蓋范圍，使出流后的冷氣能夠均勻的覆蓋到葉頂上，有效提高了葉頂當(dāng)?shù)氐臍饽だ鋮s效率，減小由于泄漏流引起的主流壓力損失，有效提高了渦輪動(dòng)力葉片的工作效率。