[發(fā)明專利]一種采用弦向回轉(zhuǎn)冷卻通道的渦輪葉片

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202110153493.2
• 申請日: 2021-02-04
• 公開（公告）號: CN112901282B
• 公開（公告）日: 2022-05-13
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 呂東;李泳凡;劉英實;龐清楠;孔星傲;孫一楠
• 申請（專利權(quán)）人: 大連理工大學(xué)
• 主分類號: F01D5/18
• 分類號: 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)動機(jī)渦輪冷卻技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種采用弦向回轉(zhuǎn)冷卻通道的渦輪葉片。在常規(guī)的尾緣劈縫結(jié)構(gòu)中，冷氣從葉根流入葉片，流經(jīng)尾緣隔肋后直接排出。冷氣與葉片的換熱主要發(fā)生在葉盆，葉背，和尾緣隔肋，換熱面積有限。而在本發(fā)明中，冷氣流經(jīng)弦向回轉(zhuǎn)冷卻通道，增加了與兩道L型隔墻，圓形擾流柱之間的換熱，相對于常規(guī)結(jié)構(gòu)來說，換熱面積增加約20％。更多的換熱面積增加了帶走葉片熱量的能力，提高了葉片的冷卻效果。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于航空發(fā)動機(jī)渦輪冷卻技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種采用弦向回轉(zhuǎn)冷卻通道的渦輪葉片。

背景技術(shù)

對于航空發(fā)動機(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。目前對于渦輪葉片普遍采用中空設(shè)計，并利用冷卻氣在其內(nèi)部的強(qiáng)化對流換熱帶走熱量，以及排出葉片時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。同時葉片“內(nèi)部換熱面積更大”、“冷氣流動阻力更小”、“換熱效率更高”、“氣膜覆蓋面積更大”、“對結(jié)構(gòu)強(qiáng)度破壞更小”等是葉片冷卻設(shè)計的重點和所追求的目標(biāo)。渦輪葉片的尾緣區(qū)域，同時受到葉片盆側(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，同時也是在工作中壁面溫度較高和容易發(fā)生燒蝕的區(qū)域，是葉片冷卻設(shè)計中需要重點解決的難題。目前葉片尾緣冷卻常采用半開的直接排氣劈縫結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)可以把葉片內(nèi)部冷卻通道中沿徑向流動的冷氣轉(zhuǎn)成沿弦向，在通道壁面和肋結(jié)構(gòu)處形成強(qiáng)化對流冷卻后，再從葉片盆側(cè)邊緣的窄縫(稱為劈縫)中排出，并對尾緣局部形成氣膜覆蓋隔絕燃?xì)獾募訜帷５湫偷慕Y(jié)構(gòu)如圖1所示，包括空心渦輪葉片，內(nèi)腔冷氣通道供低溫冷卻氣體在葉片內(nèi)部流動，對葉片進(jìn)行冷卻，尾緣劈縫直肋并排排列形成尾緣排氣劈縫通道供冷氣從尾緣劈縫排出。此類尾緣劈縫冷卻結(jié)構(gòu)只靠尾緣隔肋對冷氣進(jìn)行擾動，冷氣和尾緣的換熱面積較小，流動的距離較短，冷卻效果較低。

發(fā)明內(nèi)容

針對現(xiàn)有直接排氣尾緣劈縫冷卻技術(shù)存在的不足，本發(fā)明提供了一種采用弦向回轉(zhuǎn)冷卻通道的渦輪葉片，該結(jié)構(gòu)可以增加對冷卻氣流的擾動，增加換熱面積延長冷氣的流動距離，提高綜合冷卻效果、降低葉片溫度水平。

本發(fā)明為取得上述效果采用了如下技術(shù)方案：

一種采用弦向回轉(zhuǎn)冷卻通道的渦輪葉片，包括集氣腔、回轉(zhuǎn)腔和排氣腔，如圖2所示。

空心渦輪葉片的內(nèi)部設(shè)有內(nèi)腔冷氣通道，空心渦輪葉片的弦長為L，供低溫冷卻氣體在葉片內(nèi)部流動，對葉片進(jìn)行冷卻。

所述的集氣腔引導(dǎo)冷氣從葉根進(jìn)入葉片內(nèi)部，向下游流動進(jìn)入回轉(zhuǎn)腔且回轉(zhuǎn)腔的長度為L₁，其典型的取值范圍為L₁＝0.15～0.2L。冷氣在集氣腔中從葉背到葉盆沿弦向進(jìn)行了兩次180°的回轉(zhuǎn)。集氣腔由盆側(cè)L型隔墻、背側(cè)L型隔墻、圓形擾流柱交錯組合構(gòu)成。盆側(cè)L型隔墻的短邊與葉盆垂直相連，且其長度為 l₁，其典型的取值范圍為盆側(cè)L型隔墻的短邊長l₁＝2.5～4.5mm。