一种分割舱式透平叶片制造技术

本发明专利技术属于燃气轮机与航空发动机技术领域，尤其涉及一种分割舱式透平叶片，顺着叶顶到叶根的方向在叶片内部设置多个纵屏从而分割形成多级流道，每级流道又被横屏分割成顶部连通底部隔开的前舱和后舱，上一级流道的前舱与后一级流道的后舱在根部连通；横屏设置多个射流孔与叶片前缘的多个射流腔相连，射流腔在叶片两侧的吸力面和压力面上开有气膜孔，第一级流道后舱的底部与叶片根部冷却介质入口相连。利用叶片旋转中产生的科里奥利力，在压力面和吸力面两个受热面上同时产生薄液膜和大速度梯度，强化传热，而让厚液膜吸附在分割通道的横屏上，并成为射流冲击冷却和气膜冷却的来源，充分利用了气液两相冷却介质，解决透平叶片耐温的卡脖子问题。

A split cabin turbine blade

【技术实现步骤摘要】
一种分割舱式透平叶片
本专利技术属于燃气轮机与航空发动机
，尤其涉及一种分割舱式透平叶片。
技术介绍
燃气轮机是天然气发电站的关键设备，航空发动机则是飞行器的心脏，燃气轮机及航空发动机的核心部件则是透平叶片。燃气轮机和航空发动机要获得高效率、大推力的优良性能，需提高入口燃气温度。对应地，透平叶片的设计面临严峻考验。为适应高温燃气环境，透平叶片的发展分为两个方向，一个方向是开发耐高温的先进材料，另一个方向是优化设计透平叶片冷却系统。前一个方向需要庞大工业体系作支撑且研发周期长，后一个方向可创新的裕度大，有可能在短时间提升燃气轮机和航空发动机性能，尤其适合发展中国家。目前，透平叶片冷却系统常采用空气、蒸气等单相工质，对应的通道优化设计方法也是针对单相工质的，包括扩展受热面、增加绕流柱等。事实上，透平叶片冷却通道内通入气液两相流，传热性能会更佳，因此，需要结合透平叶片运行特点，发展针对气液两相流冷却工质的传热强化方法，解决透平叶片耐温的卡脖子问题。
技术实现思路
针对上述问题，本专利技术创造性地提出一种分割舱式透平叶片，顺着叶顶到叶根的方向在叶片内部设置多个纵屏从而分割形成多级流道，每级流道又被横屏分割成顶部连通底部隔开的前舱和后舱，上一级流道的前舱与后一级流道的后舱在根部连通；横屏设置多个射流孔与叶片前缘的多个射流腔相连，射流腔在叶片两侧的吸力面和压力面上开有气膜孔，第一级流道后舱的底部与叶片根部冷却介质入口相连。所述吸力面和压力面分别为叶片沿旋转方向的前、后两个面，所述前舱由纵屏及吸力面围成，后舱由纵屏及压力面围成。所述前舱宽度大于后舱宽度。所述气膜孔截面呈水滴状，与叶片型线切线方向呈夹角。所述横屏采用多孔金属泡沫。所述气液两相冷却介质为空气-水两相流或蒸气-水两相流。所述叶片旋转运行时，后舱中气液两相冷却介质从叶根流向叶顶，在科里奥利力作用下，在压力面上形成薄液膜和大速度梯度；前舱中气液两相冷却介质则从叶顶流向叶根，在吸力面上形成薄液膜和大速度梯度；吸附在横屏上的厚液膜，通过射流孔进入射流腔，对叶片前缘射流冲击冷却，然后经气膜孔排出，对吸力面和压力面进行气膜冷却。本专利技术的有益效果：创造性的设置了横屏将流道分为前舱与后舱，利用透平叶片旋转过程中产生的科里奥利力，改变通道内气液两相流的液膜分布，前舱与后舱内气液两相冷却介质的流动方向相反，在压力面和吸力面两个受热面上同时产生薄液膜和大速度梯度，强化传热，而让厚液膜吸附在分割通道的横屏上，并成为射流冲击冷却和气膜冷却的来源，充分利用了气液两相冷却介质。因此，本专利技术创新地设计流道，强化叶片冷却，保证透平运行安全，是燃气轮机与航空发动机领域的一项革新技术，解决透平叶片耐温的卡脖子问题。附图说明图1是本专利技术分割舱式透平叶片结构及工作原理示意图图中标号：1透平叶片，2纵屏，3流道，4横屏，5前舱，6后舱，7吸力面，8压力面，9叶顶，10连通孔，11叶根，12射流孔，13透平叶片前缘，14射流腔，15气膜孔，16高温燃气，17气液两相流冷却介质，18冷却介质入口，19薄液膜，20厚液膜。具体实施方式以下结合附图对本专利技术进一步详细说明，但不以任何方式限制本专利技术的权利要求。图1是本专利技术分割舱式透平叶片结构及工作原理示意图。透平叶片1被纵屏2分割成多级流道3，每级流道3又被横屏4分割成前舱5和后舱6。透平叶片1沿旋转方向的前、后两个受热面分别为吸力面7与压力面8。纵屏2、横屏4及吸力面7围成前舱5，纵屏2、横屏4及压力面8围成后舱6。优选地，横屏4采用多孔金属泡沫。横屏4非均匀地分割流道3，前舱5宽度大于后舱6。同一级流道3的前舱5和后舱6在叶顶9处连通，上一级流道3的前舱5和下一级流道3的后舱6通过连通孔10在叶根11处连接。第一级流道3中横屏4通过射流孔12与透平叶片前缘13的射流腔14相连。射流腔14在吸力面7和压力面8均开有气膜孔15。所述分割舱式透平叶片1在高温燃气16中旋转时，将气液两相流冷却介质17从叶根11的冷却介质入口18通入。气液两相流冷却介质17首先进入一级流道3的后舱6，流动方向从叶根11流向叶顶9，在科里奥利力作用下，在压力面8上形成薄液膜19以及大速度梯度，而在横屏4上形成厚液膜20。气液两相流冷却介质17到达叶顶9后进入前舱5，流动方向反转，从叶顶9流向叶根11，在科里奥利力作用下，在吸力面7上形成薄液膜19和大速度梯度，同样在横屏4上形成厚液膜20。气液两相流冷却介质17到达叶根11后，通过连通孔10进入下一级流道3的前腔5。压力面8上和吸力面7上形成薄液膜19和大速度梯度，有助于强化透平叶片1的冷却。而吸附在横屏4上的厚液膜20，则通过射流孔14进入射流腔14，对叶片前缘13进行射流冲击冷却，然后经气膜孔15排出，对吸力面7和压力面8进行气膜冷却。实施例1：高200毫米、长200毫米、宽20毫米的透平叶片，被纵屏分割成三级流道，每级流道长40毫米，宽15毫米，纵屏厚5毫米。每级流道被横屏分为靠近吸力面的前腔和靠近压力面的后腔。前腔宽8毫米，后腔宽5毫米。横屏采用金属铜泡沫，目数400PPI，厚度2毫米。同一级前舱和后舱在叶顶处连通，上一级流道的前舱和下一级流道的后舱通过连通孔在叶根处连接。连通孔为U型，截面为矩形，长20毫米、宽5毫米。第一级流道中横屏通过射流孔与透平叶片前缘的射流腔相连。射流孔沿透平高度上等间距排布10个，每个射流孔直径1.5毫米，间距15毫米。射流腔截面面积400平方毫米。射流腔在吸力面和压力面等间距地各开10个气膜孔。每个气膜孔直径1毫米，间距15毫米。气膜孔截面呈水滴状，与透平叶片型线切线方向呈10度夹角。透平叶片运行时，蒸气-水两相流冷却介质从叶根直径5毫米的冷却介质入口通入，依次经过各级通道的后腔、前腔，部分两相流冷却介质从气膜孔排出，大部分两相流冷却介质从叶顶处回收。透平叶片流道内压力面和吸力面产生10微米量级的薄液膜。透平叶片采用陶瓷基复合材料时，该分割舱式透平叶片耐受燃气温度可达1800摄氏度及以上。实施例仅为本专利技术较佳的具体实施方式，但本专利技术的保护范围并不局限于此，任何熟悉本
的技术人员在本专利技术揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本专利技术的保护范围之内。因此，本专利技术的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种分割舱式透平叶片，其特征在于，顺着叶顶到叶根的方向在叶片内部设置多个纵屏从而分割形成多级流道，每级流道又被横屏分割成顶部连通底部隔开的前舱和后舱，上一级流道的前舱与后一级流道的后舱在根部连通；横屏设置多个射流孔与叶片前缘的多个射流腔相连，射流腔在叶片两侧的吸力面和压力面上开有气膜孔，第一级流道后舱的底部与叶片根部冷却介质入口相连。/n

【技术特征摘要】
1.一种分割舱式透平叶片，其特征在于，顺着叶顶到叶根的方向在叶片内部设置多个纵屏从而分割形成多级流道，每级流道又被横屏分割成顶部连通底部隔开的前舱和后舱，上一级流道的前舱与后一级流道的后舱在根部连通；横屏设置多个射流孔与叶片前缘的多个射流腔相连，射流腔在叶片两侧的吸力面和压力面上开有气膜孔，第一级流道后舱的底部与叶片根部冷却介质入口相连。


2.根据权利要求1所述分割舱式透平叶片，其特征在于，所述吸力面和压力面分别为叶片沿旋转方向的前、后两个面，所述前舱由纵屏及吸力面围成，后舱由纵屏及压力面围成。


3.根据权利要求1所述分割舱式透平叶片，其特征在于，所述前舱宽度大于后舱宽度。


4.根据权利要求1所述分割舱式透...

【专利技术属性】
技术研发人员：谢剑，徐进良，李文霄，梁聪，马杨，
申请(专利权)人：华北电力大学，
类型：发明
国别省市：北京;11