[發(fā)明專利]一種有支撐結(jié)構(gòu)的渦輪導(dǎo)向器葉片

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202011386054.8
• 申請日: 2020-12-02
• 公開（公告）號: CN112523812B
• 公開（公告）日: 2021-09-03
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 濮睿德;李文宇
• 申請（專利權(quán)）人: 北京南方斯奈克瑪渦輪技術(shù)有限公司
• 主分類號: F01D9/02
• 分類號: F01D9/02;F01D25/12
• 代理公司: 北京愛普納杰專利代理事務(wù)所(特殊普通合伙) 11419
• 代理人: 何自剛;郭麗

本發(fā)明涉及一種有支撐結(jié)構(gòu)的渦輪導(dǎo)向器葉片，包括內(nèi)含空腔的外層與內(nèi)層構(gòu)成的葉身，所述內(nèi)層與所述外層之間的空腔內(nèi)設(shè)有多個支撐肋，在葉片前緣處設(shè)有支撐板，所述內(nèi)層沿縱向設(shè)有多個冷氣沖擊孔，所述冷氣沖擊孔分別與所述支撐板設(shè)有的擴道相對應(yīng)，所述擴道與所述冷氣沖擊孔、葉片尾緣劈縫相連通，使得冷卻氣流由葉片頂部進氣口流入后分別經(jīng)所述冷氣沖擊孔及葉片下端的冷氣出口流出，不僅增大換熱面積，加速冷卻氣流的速度，增強了氣流擾動，大大加強了換熱作用，而且，支撐板使葉片強度大大增強，滿足渦輪葉片所起的支撐作用，符合渦輪發(fā)動機不斷更新發(fā)展的需要。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及航空發(fā)動機技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種有支撐結(jié)構(gòu)的渦輪導(dǎo)向器葉片。

背景技術(shù)

現(xiàn)有的航空發(fā)動機渦輪導(dǎo)向器葉片在高溫高壓的條件下工作，流經(jīng)該葉片的燃氣溫度超過其材料的可承受能力，為使其能滿足工作要求，需對該葉片進行冷卻，對于起支撐作用的導(dǎo)向器葉片，葉片結(jié)構(gòu)通常有兩層：內(nèi)襯和外部葉形葉片；內(nèi)襯前緣開有沖擊孔，氣流經(jīng)過前緣開孔沖擊冷卻外層葉片，外層葉片前緣內(nèi)側(cè)設(shè)有突出的肋，但現(xiàn)有的渦輪葉片最佳制造手段為無余量熔模精密鑄造，其工藝流程主要包括型芯模具的設(shè)計與制造需要十幾道工序，制作流程繁瑣復(fù)雜，內(nèi)襯和外側(cè)葉形通常分別鑄造，再用焊接方式固定，無法保證內(nèi)襯和外側(cè)葉形兩側(cè)間距一致，且肋片、沖擊孔擾流柱的結(jié)構(gòu)簡單，如圖11、圖12，不能滿足大推力、高效率的渦輪發(fā)動機的冷卻需求及起支撐作用的高強度需求，即不能滿足日益發(fā)展的大推力、高效率的渦輪發(fā)動機的發(fā)展需要。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于克服上述不足，提供一種有支撐結(jié)構(gòu)的渦輪導(dǎo)向器葉片，通過增材制造技術(shù)，從葉片最前端開始按設(shè)定角度打印支撐肋，在葉片前緣處的外層與內(nèi)層空腔中縱向設(shè)有支撐板，在支撐板上相對縱向設(shè)有的多個冷氣沖擊孔對應(yīng)設(shè)有縱截面呈喇叭狀的擴道，擴道與葉片尾緣劈縫相連通，使冷卻氣流從冷氣沖擊孔進入擴道后迅速膨脹、擴散，流入到外層與內(nèi)層空腔中，沖擊葉片的外層、支撐肋及整個通道到葉片尾緣劈縫流出，不僅增大換熱面積，加速冷卻氣流的速度，增強了氣流擾動，大大加強了換熱作用，而且，支撐板使葉片強度大大增強，滿足渦輪葉片所起的支撐作用，符合渦輪發(fā)動機不斷更新發(fā)展的需要。

本發(fā)明提供的具體技術(shù)方案如下：

一種有支撐結(jié)構(gòu)的渦輪導(dǎo)向器葉片，包括內(nèi)含空腔的外層與內(nèi)層構(gòu)成的葉身，所述內(nèi)層與所述外層之間的空腔內(nèi)設(shè)有多個支撐肋，所述支撐肋與3D打印方向呈銳角；在葉片前緣處的外層與內(nèi)層間設(shè)有支撐板，與所述支撐板對應(yīng)的葉片前緣的所述內(nèi)層沿縱向設(shè)有多個冷氣沖擊孔，所述冷氣沖擊孔分別與所述支撐板設(shè)有的擴道相對應(yīng)，所述擴道與所述冷氣沖擊孔、葉片尾緣劈縫相連通，使得冷卻氣流由葉片頂部進氣口流入后分別經(jīng)所述冷氣沖擊孔及葉片下端的冷氣出口流出。

優(yōu)選地，在葉片前緣的縱向截面內(nèi)，所述擴道呈喇叭狀，所述冷氣沖擊孔與所述擴道的中心線相重合。

優(yōu)選地，所述外層的厚度X、所述擴道長度L及所述冷氣沖擊孔的長度H應(yīng)滿足：

Xmin≤L≤Xmax,且H≤L≤2H。

優(yōu)選地，所述外層厚度X應(yīng)滿足制造極限和機械極限：1.25mm≤X min≤1.5mm,2mm≤Xmax≤8mm。

優(yōu)選地，所述冷氣沖擊孔的內(nèi)徑φ≥0.5mm。

優(yōu)選地，所述擴道的喇叭形夾角a應(yīng)滿足：0＜a≤45°。

進一步地，所述夾角a為：15°＜a≤45°。

優(yōu)選地，所述支撐肋與3D打印方向的銳角β應(yīng)滿足：0°＜β≤45°。

進一步地，所述銳角β為：30°≤β≤45°。

優(yōu)選地，所述葉片通過3D打印來實現(xiàn)，使得所述外層、所述內(nèi)層、所述支撐板、所述支撐肋、所述冷氣沖擊孔、所述擴道及所述葉片尾緣劈縫冷氣出口一體成形。