转子叶片和叶轮机械制造技术

本发明专利技术涉及一种转子叶片和叶轮机械，其中，转子叶片包括叶片本体，叶片本体内设有密封的相变换热腔，在相变换热腔内部分地填充有在常温下呈非气态的相变工质；在工作状态下，非气态的相变工质受离心力的作用向叶片本体的叶尖方向流动并吸热相变成气态的相变工质，气态的相变工质向叶片本体的叶根方向流动并放热相变成非气态的相变工质，以实现相变工质的循环相变换热。相变工质在相变换热腔内沿叶尖和叶根之间的方向往复流动从而形成一个往复循环的相变冷却，从而实现对转子叶片进行持续冷却，改善了转子叶片换热效果，有效提高了冷却效率。

Rotor blades and turbomachinery

The invention relates to a rotor blade and impeller machinery, the rotor blade comprises a blade body, a blade body with a sealing of the phase-change heat transfer chamber, heat exchanger cavity filled with a part in the transformation phase change medium non gaseous at room temperature; in working condition, non gaseous phase change medium by centrifugal force the effect to the flow direction of blade tip body and endothermic phase becomes gaseous phase change medium, phase change refrigerant gas toward the blade root blade body flow and exothermic phase into non gaseous phase change medium, to achieve the cycle phase change heat transfer. The direction of reciprocating flow phase change medium on phase change heat transfer between the cavity along the leaf tip and root to form a cycle of cooling, so as to realize the continuous cooling of the rotor blades, the rotor blade to improve the heat transfer effect, effectively improve the cooling efficiency.

【技术实现步骤摘要】
转子叶片和叶轮机械
本专利技术涉及叶轮机械
，尤其涉及一种转子叶片和叶轮机械。
技术介绍
叶轮机械的流道通常由导叶、动叶和外环构成，直接与高温燃气接触，对于动叶来讲，同时要受到热应力和离心力的作用，所以必须进行有效的冷却。常规的冷却叶片通常采用在叶片内部设置冷却结构并通过内部冷却空气以冲击、对流换热等方式强化内部换热，并通过叶身设置的气膜孔在叶片表面形成一层冷却气膜以降低外换热。但是由于冷却空气量通常较低，所以叶片换热系数通常较低，时常导致叶片表面温度过高并烧毁，严重影响叶轮机械运转的安全性和寿命。
技术实现思路
为克服以上技术缺陷，本专利技术解决的技术问题是提供一种转子叶片和叶轮机械，能够改善转子叶片换热效果，有效提高冷却效率。为解决上述技术问题，本专利技术提供了一种转子叶片，其包括叶片本体，叶片本体内设有密封的相变换热腔，在相变换热腔内部分地填充有在常温下呈非气态的相变工质；在工作状态下，非气态的相变工质受离心力的作用向叶片本体的叶尖方向流动并吸热相变成气态的相变工质，气态的相变工质向叶片本体的叶根方向流动并放热相变成非气态的相变工质，以实现相变工质的循环相变换热。进一步地，转子叶片还包括设置在叶根处的冷却结构。进一步地，冷却结构包括供冷气流通的风冷通道。进一步地，风冷通道为蛇形通道。进一步地，风冷通道的内壁面上设有强化换热结构。进一步地，强化换热结构包括沿着风冷通道的方向延伸的肋、槽或凸起颗粒。进一步地，叶片本体包括叶片外层壁和叶片内层壁，叶片外层壁和叶片内层壁之间形成相变换热腔。进一步地，叶片内层壁内设有对流冷却腔和冷却结构，冷却结构包括供冷气流通的风冷通道，风冷通道的冷气出口与对流冷却腔相通，叶片本体还包括用于连接叶片外层壁和叶片内层壁的连接肋，连接肋上设有连通对流冷却腔和叶片外层壁的外壁面的冷却孔。进一步地，叶片外层壁的内壁面上设有强化换热结构。进一步地，强化换热结构包括沿着相变工质流动方向延伸的肋、槽或凸起颗粒。本专利技术还提供了一种叶轮机械，其包括上述的转子叶片。由此，基于上述技术方案，本专利技术转子叶片通过在其叶片本体内设置密封的相变换热腔并在相变换热腔内部分地填充在常温下呈非气态的相变工质，转子叶片在工作状态下高速旋转，相变换热腔中气态的相变工质在离心力的作用下向叶尖的方向流动，并吸收叶片本体叶尖区域的热量，此时非气态的相变工质相变为气态的相变工质之后密度降低并在非气态相变工质的推挤下向叶片本体的叶根方向流动，并向叶片本体叶根区域释放热量，此时气态的相变工质又重新相变为非气态的相变工质，并在离心力的作用下重新向叶尖的方向流动，因而相变工质在相变换热腔内沿叶尖和叶根之间的方向往复流动从而形成一个往复循环的相变冷却，从而实现对转子叶片进行持续冷却，改善了转子叶片换热效果，有效提高了冷却效率。本专利技术提供的叶轮机械相应地也具有上述有益效果。附图说明此处所说明的附图用来提供对本专利技术的进一步理解，构成本申请的一部分，本专利技术的示意性实施例及其说明仅用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的不当限定。在附图中：图1为本专利技术转子叶片实施例的一个纵向剖面结构示意图；图2为本专利技术转子叶片实施例的一个横向剖面结构示意图；图3为本专利技术转子叶片实施例从叶根至叶尖视角的结构示意图。具体实施方式下面通过附图和实施例，对本专利技术的技术方案做进一步的详细描述。本专利技术的具体实施方式是为了便于对本专利技术的构思、所解决的技术问题、构成技术方案的技术特征和带来的技术效果有更进一步的说明。需要说明的是，对于这些实施方式的说明并不构成对本专利技术的限定。此外，下面所述的本专利技术的实施方式中涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。通常物质与物质之间的对流传热通常受以下几方面因素影响：流体的物性、流动状态、换热表面几何、是否存在相变。在上述因素中，流体是否存在相变对表面换热系数有非常明显的影响，流体有相变条件下的表面换热系数要远大于无相变的状态，因而采用相变换热的形式进行叶片冷却的表面换热系数要比液体强制对流换热系数高出数倍、比常规的无相变的气体强制对流换热高出一个数量级。由此，针对目前现有的转子叶片的冷却方式冷却空气量通常较低和叶片换热系数通常较低的技术缺陷，本专利技术设计了一种转子叶片，转子叶片通过在其叶片本体内设置密封的相变换热腔并在相变换热腔内部分地填充在常温下呈非气态的相变工质，相变工质在相变换热腔内沿叶尖和叶根之间的方向往复流动从而形成一个往复循环的相变冷却，从而实现对转子叶片进行持续冷却，改善了转子叶片换热效果，有效提高了冷却效率。在本专利技术转子叶片一个示意性的实施例中，如图1～图3所示，转子叶片包括叶片本体，叶片本体内设有密封的相变换热腔3，在相变换热腔3内部分地填充有在常温下呈非气态的相变工质4；在工作状态下，非气态的相变工质4受离心力的作用向叶片本体的叶尖方向流动并吸热相变成气态的相变工质4，气态的相变工质4向叶片本体的叶根方向流动并放热相变成非气态的相变工质，以实现相变工质的循环相变换热。在该示意性的实施例中，转子叶片通过在其叶片本体内设置密封的相变换热腔3并在相变换热腔3内部分地填充在常温下呈非气态的相变工质4，相变工质4在常温状态下可以为固态或液态，例如熔融盐，其沸点低于转子叶片在正常工作条件下的壁面温度。转子叶片在工作状态下高速旋转，相变换热腔3中气态的相变工质4在离心力的作用下向叶尖的方向流动，并吸收叶片本体叶尖区域的热量，从而降低叶片本体叶尖区域的温度，此时非气态的相变工质4因吸热相变为气态的相变工质4之后密度降低，并在尚未相变的非气态相变工质4的推挤下向叶片本体的叶根方向流动，由于叶片本体叶根区域的温度低于叶尖区域的温度，气态的相变工质4向叶片本体叶根区域释放热量，此时气态的相变工质4又重新相变为非气态的相变工质4，并在离心力的作用下重新向叶尖的方向流动，因而相变工质4在相变换热腔3内沿叶尖和叶根之间的方向往复流动从而形成一个往复循环的相变冷却，从而实现对转子叶片进行持续冷却，改善了转子叶片换热效果，有效提高了冷却效率，而且循环冷却避免了相变工质4的添加，节约了材料。为了有效地保证叶片本体叶根区域与叶尖区域的温度差足够大来使得气态的相变工质4向叶片本体叶根区域释放热量后重新相变为非气态的相变工质4，转子叶片还可以优选地包括设置在叶根处的冷却结构，冷却结构能够保证叶片本体叶根区域的温度足够低来保证气态的相变工质4重新相变为非气态的相变工质4。需要说明的是，冷却机构的设置与否取决于转子叶片自身的尺寸参数和相变工质4的材料选取，对于叶片较长、叶身和叶根温差比较大的叶片也可以不在叶根处设置冷却结构。其中，冷却结构可以采用液体冷却的结构，也可以优选地采用风冷冷却，在一个优选的实施例中，如图1所示，冷却结构包括供冷气流通的风冷通道5。通过设置风冷通道5，从风冷通道5的冷气入口7进入的冷气能够有效地降低叶片本体叶根区域的温度，易于实现，可实施性高。为了增加冷气与叶片本体叶根区域的接触面积来进一步地提高冷却效果，一方面，风冷通道5优选地为蛇形通道，蜿蜒迂回的蛇形通道能够尽可能地增加风冷通道5在叶片本体叶根区域内的长度；另一方面，风冷通道5的内壁面上优选地设有强化换热结构6来增加风冷通道5的内壁面积，其中，如图3所示本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种转子叶片，其特征在于，包括叶片本体，所述叶片本体内设有密封的相变换热腔(3)，在所述相变换热腔(3)内部分地填充有在常温下呈非气态的相变工质(4)；在工作状态下，非气态的所述相变工质(4)受离心力的作用向所述叶片本体的叶尖方向流动并吸热相变成气态的所述相变工质(4)，气态的所述相变工质(4)向所述叶片本体的叶根方向流动并放热相变成非气态的所述相变工质，以实现所述相变工质的循环相变换热。

【技术特征摘要】
1.一种转子叶片，其特征在于，包括叶片本体，所述叶片本体内设有密封的相变换热腔(3)，在所述相变换热腔(3)内部分地填充有在常温下呈非气态的相变工质(4)；在工作状态下，非气态的所述相变工质(4)受离心力的作用向所述叶片本体的叶尖方向流动并吸热相变成气态的所述相变工质(4)，气态的所述相变工质(4)向所述叶片本体的叶根方向流动并放热相变成非气态的所述相变工质，以实现所述相变工质的循环相变换热。2.根据权利要求1所述的转子叶片，其特征在于，还包括设置在所述叶根处的冷却结构。3.根据权利要求2所述的转子叶片，其特征在于，所述冷却结构包括供冷气流通的风冷通道(5)。4.根据权利要求3所述的转子叶片，其特征在于，所述风冷通道(5)为蛇形通道。5.根据权利要求3所述的转子叶片，其特征在于，所述风冷通道(5)的内壁面上设有强化换热结构(6)。6.根据权利要求5所述的转子叶片，其特征在于，所述强化换热结构包括沿着所述风冷通道的方向延伸的肋(61)、槽或...

【专利技术属性】
技术研发人员：王士骥，
申请(专利权)人：中航商用航空发动机有限责任公司，
类型：发明
国别省市：上海,31