[實(shí)用新型]一種帶有異型圓造型的非平整半劈縫表面的尾緣冷卻結(jié)構(gòu)

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202020714140.6
• 申請(qǐng)日: 2020-05-02
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN212130559U
• 公開(kāi)（公告）日: 2020-12-11
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉存良;葉林;楊寓全
• 申請(qǐng)（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
• 代理公司: 西北工業(yè)大學(xué)專利中心 61204
• 代理人: 陳星

本實(shí)用新型提出一種帶有異型圓造型的非平整半劈縫表面的尾緣冷卻結(jié)構(gòu)，包括葉片前緣，葉片吸力面，葉片壓力面，尾緣半劈縫表面，分隔肋，唇板；在葉片尾緣區(qū)域切除部分壓力側(cè)壁面，保留葉片尾緣區(qū)域吸力側(cè)壁面，并與分隔肋形成多個(gè)尾緣半劈縫結(jié)構(gòu)；在尾緣半劈縫壁面上設(shè)置有若干異型圓結(jié)構(gòu)；所述異型圓結(jié)構(gòu)為橢球形結(jié)構(gòu)或水滴型結(jié)構(gòu)。本實(shí)用新型有效的降低了葉片壓力側(cè)與吸力側(cè)在尾緣處的表面溫度，最終實(shí)現(xiàn)了提高尾緣半劈縫冷卻結(jié)構(gòu)的綜合冷卻效果的目的。

技術(shù)領(lǐng)域

本實(shí)用新型屬于燃?xì)廨啓C(jī)渦輪葉片冷卻技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種帶有異型圓造型的非平整半劈縫表面的尾緣冷卻結(jié)構(gòu)。

背景技術(shù)

渦輪作為燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的重要部件，其推力特性以及循環(huán)效率可以通過(guò)提高燃?xì)鉁u輪前溫度進(jìn)行有效地改善。研究報(bào)告表明，在保持發(fā)動(dòng)機(jī)尺寸不變的情況下，渦輪進(jìn)口溫度每提高56℃，發(fā)動(dòng)機(jī)推力能夠增加8～13％，發(fā)動(dòng)機(jī)循環(huán)效率能夠提高2～4％，因此不斷地提高渦輪前溫度是燃?xì)廨啓C(jī)的發(fā)展方向之一，為了保證渦輪葉片在超限高溫服役環(huán)境下有足夠的安全可靠性和服役壽命，必須對(duì)其采取高效的冷卻措施。

由于壓力面與吸力面的燃?xì)馑俣仍跍u輪葉片尾緣部位都達(dá)到了相當(dāng)高的值，而且都處于湍流狀態(tài)，從而使得尾緣部位的燃?xì)鈱?duì)流換熱強(qiáng)度非常大。但是隨著航空發(fā)動(dòng)機(jī)燃?xì)鉁囟鹊牟粩嗵岣撸瑐鹘y(tǒng)半劈縫結(jié)構(gòu)的冷卻能力逐漸地趨于極限，高壓渦輪葉片尾緣燒蝕現(xiàn)象時(shí)常出現(xiàn)。因此發(fā)展和創(chuàng)新渦輪葉片尾緣高效冷卻結(jié)構(gòu)，在不增加冷氣用量的基礎(chǔ)上進(jìn)一步提升冷卻效果，對(duì)于先進(jìn)高性能航空發(fā)動(dòng)機(jī)的研制是非常有必要和有意義的。

在文獻(xiàn)“擾流柱對(duì)葉片尾緣對(duì)流換熱特性的影響”(航空動(dòng)力學(xué)報(bào)，2007年，第10期，18-22頁(yè))中，作者使用紅外測(cè)溫技術(shù)測(cè)量了布有四種不同擾流柱(圓柱形，橢圓形，水滴型I，水滴型II)的內(nèi)冷通道對(duì)渦輪葉片尾緣換熱系數(shù)的影響，研究結(jié)果表明在大吹風(fēng)下，圓柱型擾流柱的葉片尾緣氣膜冷卻對(duì)流換熱系數(shù)最大。盡管在內(nèi)部冷卻通道布置圓柱形擾流柱可以加強(qiáng)渦輪葉片尾緣的換熱系數(shù)，但日漸提高的渦輪前溫度要求葉片尾緣需要更高效的冷卻結(jié)構(gòu)，因此在不增加冷氣用量的基礎(chǔ)上，發(fā)展更為高效的尾緣冷卻結(jié)構(gòu)是非常有必要的。

發(fā)明內(nèi)容

為了進(jìn)一步提升葉片尾緣的冷卻效果，本實(shí)用新型提供了一種帶有異型圓造型的非平整半劈縫表面的尾緣冷卻結(jié)構(gòu)。

本實(shí)用新型的技術(shù)方案為：

所述一種帶有異型圓造型的非平整半劈縫表面的尾緣冷卻結(jié)構(gòu)，包括葉片前緣，葉片吸力面，葉片壓力面，尾緣半劈縫表面，分隔肋，唇板；

在葉片尾緣區(qū)域切除部分壓力側(cè)壁面，保留葉片尾緣區(qū)域吸力側(cè)壁面，并與分隔肋形成多個(gè)尾緣半劈縫結(jié)構(gòu)；

用于冷卻尾緣半劈縫表面的低溫氣體由葉片內(nèi)部冷卻腔供給，低溫氣體能夠從分隔肋之間形成的矩形出口噴出，噴出的氣體覆蓋在布置有分隔肋的半劈縫表面，能夠?qū)娜~片壓力面上方流經(jīng)半劈縫表面的高溫燃?xì)馀c半劈縫表面隔離開(kāi)來(lái)，同時(shí)通過(guò)熱傳導(dǎo)對(duì)葉片吸力側(cè)壁面進(jìn)行冷卻；

半劈縫結(jié)構(gòu)中的唇板高度與分隔肋之間形成的矩形出口的高度比為0.2～1.5，半劈縫結(jié)構(gòu)中壓力側(cè)的主流方向與冷氣流動(dòng)方向夾角為5～15°；

其特征在于：在尾緣半劈縫壁面上設(shè)置有若干異型圓結(jié)構(gòu)；所述異型圓結(jié)構(gòu)為橢球形結(jié)構(gòu)或水滴型結(jié)構(gòu)。

進(jìn)一步的，所述異型圓結(jié)構(gòu)為凹坑或凸起。

進(jìn)一步的，當(dāng)異型圓結(jié)構(gòu)為橢球型結(jié)構(gòu)時(shí)，橢球型結(jié)構(gòu)在垂直于尾緣半劈縫壁面方向上的最大尺寸為橢球型結(jié)構(gòu)與尾緣半劈縫壁面接觸的橢圓截面短軸長(zhǎng)度的0.1～0.5倍。

進(jìn)一步的，當(dāng)異型圓結(jié)構(gòu)為橢球型結(jié)構(gòu)時(shí)，橢球型結(jié)構(gòu)與尾緣半劈縫壁面接觸的橢圓截面長(zhǎng)軸方向沿冷氣流動(dòng)方向。

進(jìn)一步的，當(dāng)異型圓結(jié)構(gòu)為橢球型結(jié)構(gòu)時(shí)，橢球型結(jié)構(gòu)與尾緣半劈縫壁面接觸的橢圓截面長(zhǎng)短軸之比為3。