[發明專利]一種附加了三維網狀編織纖維的渦輪葉片

有效

• 申請號: 202011177456.7
• 申請日: 2020-10-29
• 公開（公告）號: CN112160797B
• 公開（公告）日: 2022-08-16
• 發明（設計）人: 張魏;李展鴻;李廣超;沙嵬;何洪斌;朱建勇;寇志海
• 申請（專利權）人: 沈陽航空航天大學
• 主分類號: F01D5/18
• 分類號: F01D5/18
• 代理公司: 沈陽東大知識產權代理有限公司 21109
• 代理人: 梁焱

一種附加了三維網狀編織纖維的渦輪葉片，渦輪葉片壁面和內部均附加有三維網狀編織纖維；在渦輪葉片吸力面及壓力面的壁面上，纖維圍繞著氣模孔分布，該處纖維包括壁面橫向纖維和壁面豎向纖維；在渦輪葉片無氣模孔葉柵平面上，該處纖維包括第一內部橫向纖維和第一內部縱向纖維；第一內部縱向纖維貫穿吸力面或壓力面壁面且與壁面橫向纖維與壁面豎向纖維十字交點相接；在渦輪葉片有氣模孔葉柵平面上，氣模孔內壁無纖維分布，纖維僅分布在氣模孔周邊；該處纖維包括第二內部橫向纖維及第二內部縱向纖維，二者位于肋條內并貫穿整個肋條截面分布并構成“梯子型”纖維網；渦輪葉片尾緣處纖維貫穿內外壁面分布；渦輪葉片肋條內沿葉高方向分布內部豎向纖維。

技術領域

本發明屬于燃氣輪機渦輪葉片冷卻技術領域，特別是涉及一種附加了三維網狀編織纖維的渦輪葉片。

背景技術

燃氣輪機主要由壓氣機、燃燒室、渦輪三大核心部分組成，壓氣機壓縮進入的空氣，在燃燒室內把壓縮空氣與燃料混合進行燃燒，以產生高溫高壓燃氣，燃氣膨脹推動渦輪旋轉做功，由內能轉變為機械能。

在高性能燃氣渦輪發動機中，隨著渦輪前燃氣溫度的提高，渦輪葉片在高溫高壓燃氣的沖擊和高強度旋轉下，機械性能不斷下降。因此，提高渦輪葉片的葉根到葉高方向的抗拉伸強度以及防護葉片各處不被高溫侵蝕顯得尤為重要。目前，氣膜冷卻技術可以用來防護葉片各處不被高溫侵蝕，氣膜冷卻技術下需要在葉片表面開設小孔或溝縫，將冷卻介質以橫向射流的形式射入主流中，在主流的影響下，射流吸附在高溫金屬表面，形成溫度較低的氣膜，達到保護葉片作用，且葉片內通道冷卻結構為180°U型通道，其冷卻方式是在通道壁面上加入擾流肋和擾流柱排，用以破壞邊界層并且增大換熱面積和強化換熱，最終帶走更多的熱量。但是，在不改變渦輪葉片外形和內部通道結構的前提下，如何進一步增強渦輪葉片抗拉強度以及葉片材料的綜合冷卻效果，目前還未有可行性方案見諸報道。

發明內容

針對現有技術存在的問題，本發明提供一種附加了三維網狀編織纖維的渦輪葉片，在不改變渦輪葉片外形和內部通道結構的前提下，僅通過在渦輪葉片的內部和壁面附加纖維，便實現了進一步增強葉片抗拉強度以及葉片材料的綜合冷卻效果的目的。

為了實現上述目的，本發明采用如下技術方案：一種附加了三維網狀編織纖維的渦輪葉片，在渦輪葉片的壁面和內部均附加有三維網狀編織纖維，纖維的直徑為0.1mm～0.15mm。

在渦輪葉片的吸力面及壓力面的壁面上，所述纖維圍繞著氣模孔且在氣模孔周圍分布，該處纖維包括壁面橫向纖維和壁面豎向纖維；所述壁面橫向纖維沿葉高方向等間距分布，且間距為2mm；所述壁面豎向纖維沿葉型走向變間距分布，且間距范圍為0.44mm～5.4mm。

在渦輪葉片的葉柵平面上，當葉柵平面上無氣模孔時，該處纖維包括第一內部橫向纖維，第一內部橫向纖維沿葉型走向分布，第一內部橫向纖維數量為六根，六根第一內部橫向纖維沿著渦輪葉片的內外壁面厚度方向等間距分布，且間距為0.2mm。

在渦輪葉片的葉柵平面上，當葉柵平面上無氣模孔時，該處纖維還包括第一內部縱向纖維，第一內部縱向纖維數量若干，第一內部縱向纖維一端起始于渦輪葉片的吸力面或壓力面壁面，且位于壁面橫向纖維與壁面豎向纖維的十字交點處，第一內部縱向纖維的分布方向垂直于十字交點的切面，第一內部縱向纖維另一端終止于渦輪葉片的內通道壁面；所述第一內部縱向纖維的長度為1.2mm。

在渦輪葉片的葉柵平面上，當葉柵平面上有氣模孔時，氣模孔內壁無纖維分布，纖維僅分布在氣模孔的周邊。

在渦輪葉片的葉柵平面上，當葉柵平面上有氣模孔時，該處纖維包括第二內部橫向纖維，第二內部橫向纖維數量若干，若干第二內部橫向纖維位于渦輪葉片的肋條內并貫穿整個肋條截面等間距分布，且間距為0.2mm。