[發(fā)明專利]一種冷氣通道壁面帶螺旋肋的抑制沙灰沉積雙層壁葉片

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202310791704.4
• 申請(qǐng)日: 2023-06-30
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN116575987A
• 公開(kāi)（公告）日: 2023-08-11
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李廣超;李梓軒;何洪斌;趙長(zhǎng)宇;趙志奇;張魏
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 沈陽(yáng)航空航天大學(xué)
• 主分類號(hào): F01D5/18
• 分類號(hào): F01D5/18
• 代理公司: 沈陽(yáng)東大知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 21109
• 代理人: 劉向輝

本發(fā)明公開(kāi)了一種冷氣通道壁面帶螺旋肋的抑制沙灰沉積雙層壁葉片，屬于航空發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪葉片設(shè)計(jì)技術(shù)領(lǐng)域，解決了高流阻和小尺度渦無(wú)法有效捕獲沙灰的技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明包括沖擊板、靶板及擾流柱，所述沖擊板的腔室內(nèi)間隔設(shè)置若干隔板將所述沖擊板的腔室分割為多個(gè)冷氣通道，沿所述冷氣通道的內(nèi)壁周向設(shè)置螺旋肋，氣體經(jīng)過(guò)螺旋肋后在冷氣通道中形成大尺度渦，所述螺旋肋設(shè)為左手螺旋方向肋或右手螺旋方向。螺旋肋充分利用冷氣通道壁面，使冷氣通道內(nèi)形成大尺度渦，渦中存在的沙灰由于離心力作用被甩到螺旋肋根部，其中大部分沙灰將會(huì)沉積在肋表面，顯著減少進(jìn)入板間間隙內(nèi)的沙灰量，從而緩解壁面由于沙灰沉積導(dǎo)致的冷卻衰減。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于航空發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪葉片設(shè)計(jì)技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種冷氣通道壁面帶螺旋肋的抑制沙灰沉積雙層壁葉片。

背景技術(shù)

高性能航空發(fā)動(dòng)機(jī)中，由于渦輪進(jìn)口燃?xì)鉁囟冗h(yuǎn)超渦輪葉片材料的承受極限，所以必須采用有效的冷卻措施，來(lái)保證渦輪葉片在高溫高壓高轉(zhuǎn)速環(huán)境下的可靠工作。目前主要解決方式是使用雙層壁結(jié)構(gòu)葉片降低葉片表面溫度，提高葉片應(yīng)對(duì)高溫燃?xì)鉀_擊的能力。而在使用雙層壁葉片的飛機(jī)處在起飛、降落階段或經(jīng)過(guò)火山灰云層時(shí)，航空發(fā)動(dòng)機(jī)將不可避免地吸入沙灰，航空發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子渦輪葉片可以利用離心力將沙灰從葉頂?shù)某龎m孔中甩出，但靜子渦輪葉片則沒(méi)有明確的除塵設(shè)計(jì)，沙灰在靜子渦輪葉片內(nèi)部沉積嚴(yán)重，可能會(huì)使氣膜孔堵塞導(dǎo)致吹風(fēng)比降低，由于沉積在表面的沙塵的導(dǎo)熱系數(shù)小于渦輪葉片結(jié)構(gòu)，從而導(dǎo)致熱量堆積在靶板內(nèi)壁，從而加速了靜子渦輪葉片冷卻性能的衰減。

專利CN111425263B一種采用波紋狀沖擊板的雙層壁靜子渦輪葉片2022-03-25，不足之處在于：波紋板使進(jìn)入冷氣通道內(nèi)的氣流形成小尺度渦，相比螺旋肋結(jié)構(gòu)形成的大尺度渦，波紋板形成的小尺度渦攔截沙灰的能力有限，并且波紋結(jié)構(gòu)設(shè)置在沖擊板上并未利用冷氣通道間壁面進(jìn)行抑制沙灰結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，相比本專利螺旋肋結(jié)構(gòu)，并未充分利用冷氣通道內(nèi)部空間。

專利CN110821573B通過(guò)調(diào)控內(nèi)部灰塵沉積位置減緩冷卻效果退化的渦輪葉片2022.03.01，不足之處在于：冷氣通道內(nèi)部擋板結(jié)構(gòu)誘導(dǎo)氣流形成的渦仍然是小尺度渦，相比螺旋肋結(jié)構(gòu)形成的大尺度渦可以調(diào)控整個(gè)冷氣通道內(nèi)空氣，擋板結(jié)構(gòu)形成的小尺度渦抑制沙灰沉積到靶板內(nèi)側(cè)的效果仍然有限。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的高流阻和小尺度渦無(wú)法高效捕獲沙灰的問(wèn)題，本發(fā)明提供一種冷氣通道壁面帶螺旋肋的抑制沙灰沉積雙層壁葉片。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：一種冷氣通道壁面帶螺旋肋的抑制沙灰沉積雙層壁葉片，包括沖擊板、靶板及擾流柱，所述沖擊板與靶板之間構(gòu)成板間間隙，所述擾流柱位于板間間隙內(nèi)，所述沖擊板內(nèi)具有腔室，所述腔室內(nèi)間隔設(shè)置若干隔板將所述腔室分割為多個(gè)冷氣通道，在所述沖擊板的壁面上開(kāi)設(shè)若干貫穿的沖擊孔，每個(gè)所述冷氣通道與若干所述沖擊孔中的一部分相對(duì)應(yīng)，在所述靶板壁面上開(kāi)設(shè)若干個(gè)氣膜孔，沿所述冷氣通道的內(nèi)壁周向設(shè)置螺旋肋，從螺旋肋的螺旋線軸線方向進(jìn)入冷氣通道的氣體經(jīng)過(guò)螺旋肋后在冷氣通道中形成大尺度渦，所述螺旋肋設(shè)為左手螺旋方向肋或右手螺旋方向肋。

在本發(fā)明實(shí)施例中，所述板間間隙的間距與沖擊板板厚的比值為(1～1.5):1；

在本發(fā)明實(shí)施例中，所述擾流柱直徑與沖擊孔孔徑的比值為(0.5～0.8):1；

在本發(fā)明實(shí)施例中，所述靶板板厚與沖擊板板厚的比值為(1～2):1；

在本發(fā)明實(shí)施例中，所述氣膜孔孔徑與沖擊孔孔徑的比值為(0.4～0.6):1；

在本發(fā)明實(shí)施例中，所述螺旋肋高度與沖擊板厚度之比為(0.8～1):1；

在本發(fā)明實(shí)施例中，所述螺旋肋與葉片弦線夾角為30°～45°；

在本發(fā)明實(shí)施例中，所述螺旋肋數(shù)量為1～5條，單條螺旋肋步距為5～35mm；