涡轮叶片尾缘冷却结构制造技术

本公开提供一种涡轮叶片尾缘冷却结构，属于涡轮叶片冷却技术领域，涡轮叶片尾缘冷却结构包括：涡轮叶片本体和设置于涡轮叶片本体的供气腔、第一冲击腔、第二冲击腔和排气孔；供气腔设置于涡轮叶片本体尾缘内部，供气腔设有冷气入口，排气孔设置于涡轮叶片本体尾缘端部，第一冲击腔和第二冲击腔沿涡轮叶片本体的弦长方向依次排列设置于供气腔与排气孔之间；供气腔与第一冲击腔之间设置有第一隔板，第一隔板贯穿设置有多个第一冲击孔，第一冲击腔与第二冲击腔之间设置有第二隔板，第二隔板贯穿设置有多个第二冲击孔，多个第一冲击孔与多个第二冲击孔错位分布。本公开的涡轮叶片尾缘冷却结构，其换热系数高、冷却效果好。

【技术实现步骤摘要】
涡轮叶片尾缘冷却结构
本公开涉及涡轮叶片冷却
，尤其涉及一种涡轮叶片尾缘冷却结构。
技术介绍
先进航空发动机发展的关键是提高涡轮前温度，而越来越高的涡轮前进口温度需要发展更为先进的冷却技术。现有航空发动机涡轮叶片中基本冷却形式包括对流冷却、冲击冷却及气膜冷却等，大部分冷却叶片中采用其中一种或多种冷却形式的复合冷却设计。其中，对流冷却与气膜冷却组合、冲击冷却与气膜冷却组合是最常用的冷却方式。在涡轮叶片尾缘区(尾缘区一般定义为距离叶片出气边50％左右的弦长以内的区域)的冷却设计中，常见的冷却技术方案采用柱肋组合结构，或柱肋加气膜组合结构。其具体实现方案为，叶片尾缘区的内腔设计密集的扰流柱阵列，扰流柱贯穿内腔连接叶片叶盆侧和叶背侧，一方面增大内腔换热面积，另一方面可强化内腔冷气流动增强换热。随着涡轮前温度水平不断提高，现有的叶片尾缘区柱肋冷却结构换热能力已难以满足随之增加的热负荷。所述
技术介绍
部分公开的上述信息仅用于加强对本公开的背景的理解，因此它可以包括不构成对本领域普通技术人员已知的现有技术的信息。
技术实现思路
本公开的目的在于提供一种涡轮叶片尾缘冷却结构，其换热系数高、冷却效果好。为实现上述专利技术目的，本公开采用如下技术方案：根据本公开的第一个方面，本公开提供一种涡轮叶片尾缘冷却结构，包括：涡轮叶片本体和设置于所述涡轮叶片本体的供气腔、第一冲击腔、第二冲击腔和排气孔；所述供气腔设置于所述涡轮叶片本体尾缘内部，所述供气腔设有冷气入口，所述排气孔设置于所述涡轮叶片本体尾缘端部，所述第一冲击腔和所述第二冲击腔沿所述涡轮叶片本体的弦长方向依次排列设置于所述供气腔与所述排气孔之间；所述供气腔与所述第一冲击腔之间设置有第一隔板，所述第一隔板贯穿设置有多个第一冲击孔，所述多个第一冲击孔连通所述供气腔与所述第一冲击腔，所述第一冲击腔与所述第二冲击腔之间设置有第二隔板，所述第二隔板贯穿设置有多个第二冲击孔，所述多个第二冲击孔连通所述第一冲击腔与所述第二冲击腔，所述多个第一冲击孔与所述多个第二冲击孔错位分布。在本公开示例性实施例中，所述第一冲击腔在所述涡轮叶片本体弦长方向上的冲击距离≤所述第二冲击腔在所述涡轮叶片本体弦长方向上的冲击距离。在本公开示例性实施例中，所述第一冲击腔在与所述涡轮叶片本体弦长方向垂直方向上的截面面积≥所述第二冲击腔在与所述涡轮叶片本体弦长方向垂直方向上的截面面积。在本公开示例性实施例中，所述第一冲击孔的孔径≥所述第二冲击孔的孔径。在本公开示例性实施例中，所述多个第一冲击孔的孔面积之和≥所述多个第二冲击孔的孔面积之和。在本公开示例性实施例中，所述供气腔的壁面设置有扰流肋，所述扰流肋凸出所述供气腔的壁面并与所述第一隔板形成一夹角。在本公开示例性实施例中，所述扰流肋包括第一扰流肋和第二扰流肋，所述第一扰流肋设置于所述供气腔的靠近所述涡轮叶片本体叶背侧的壁面，所述第二扰流肋设置于所述供气腔的靠近所述涡轮叶片本体叶盆侧的壁面，所述第一扰流肋与所述第二扰流肋错位分布。在本公开示例性实施例中，所述扰流肋靠近所述第一隔板的一端向所述涡轮叶片本体叶根方向倾斜，所述扰流肋的另一端向远离所述涡轮叶片本体叶根方向倾斜，所述扰流肋与所述第一隔板形成的夹角为45°～60°。在本公开示例性实施例中，所述第一冲击孔包括靠近所述涡轮叶片本体叶尖部位的叶尖冲击孔和靠近所述涡轮叶片本体叶根部位的叶根冲击孔，以及位于所述叶尖冲击孔和所述叶根冲击孔之间的中部冲击孔，所述叶尖冲击孔的孔径≤所述中部冲击孔的孔径≤所述叶根冲击孔的孔径。在本公开示例性实施例中，所述涡轮叶片尾缘冷却结构还包括叶尖气膜孔，所述叶尖气膜孔排列设置于所述涡轮叶片本体的叶尖部位，所述供气腔、所述第一冲击腔和所述第二冲击腔通过所述叶尖气膜孔与外界连通。在本公开示例性实施例中，所述涡轮叶片尾缘冷却结构还包括第三冲击腔，所述第三冲击腔设置于所述第二冲击腔与所述排气孔之间，所述第二冲击腔与所述第三冲击腔之间设置有第三隔板，所述第三隔板贯穿设置有多个第三冲击孔，所述多个第三冲击孔连通所述第二冲击腔与所述第三冲击腔，所述多个第二冲击孔与所述多个第三冲击孔错位分布。在本公开示例性实施例中，所述第一冲击腔在所述涡轮叶片本体弦长方向上的冲击距离≤所述第二冲击腔在所述涡轮叶片本体弦长方向上的冲击距离≤所述第三冲击腔在所述涡轮叶片本体弦长方向上的冲击距离；所述第一冲击腔在与所述涡轮叶片本体弦长方向垂直方向上的截面面积≥所述第二冲击腔在与所述涡轮叶片本体弦长方向垂直方向上的截面面积≥所述第三冲击腔在与所述涡轮叶片本体弦长方向垂直方向上的截面面积。在本公开示例性实施例中，所述第一冲击孔的孔径≥所述第二冲击孔的孔径≥所述第三冲击孔的孔径；所述多个第一冲击孔的孔面积之和≥所述多个第二冲击孔的孔面积之和≥所述多个第三冲击孔的孔面积之和。在本公开示例性实施例中，所述第一冲击腔在所述涡轮叶片本体弦长方向上的冲击距离/所述第一冲击孔的孔径＝2.0～3.5；所述第二冲击腔在所述涡轮叶片本体弦长方向上的冲击距离/所述第二冲击孔的孔径＝3.0～4.5；所述第三冲击腔在所述涡轮叶片本体弦长方向上的冲击距离/所述第三冲击孔的孔径＝4.0～6.0。本公开提供的涡轮叶片尾缘冷却结构，包括供气腔、第一冲击腔和第二冲击腔，冷气经由供气腔进入第一冲击腔和第二冲击腔0后，通过排气孔排出。本公开中冷气在第一冲击腔和第二冲击腔内部冲击壁面进行冲击换热，该种换热方式换热系数更高、换热效果更好。第一冲击孔和第二冲击孔错位分布，当第一冲击腔内的冷气流入第二冲击腔内时，错位分布方式一方面可延长冷气在第一冲击腔内的流动时长，另一方面可以增强冷气在第一冲击腔内的冲击效果，从而提高冷却效果。附图说明通过参照附图详细描述其示例实施方式，本公开的上述和其它特征及优点将变得更加明显。图1是本公开示例性实施例中涡轮叶片本体结构示意图；图2是本公开示例性实施例中涡轮叶片尾缘冷却结构结构示意图；图3是图2中本公开示例性实施例中涡轮叶片尾缘冷却结构A-A方向剖视图；图4是图3中本公开示例性实施例中涡轮叶片尾缘冷却结构B-B方向截面图；图5是本公开示例性实施例中涡轮叶片尾缘冷却结构扰流肋分布示意图；图6是本公开示例性实施例中第一冲击孔结构示意图；图7是本公开另一示例性实施例中第一冲击孔结构示意图；图8是本公开示例性实施例中排气孔结构示意图；图9是本公开另一示例性实施例中涡轮叶片尾缘冷却结构结构示意图；图10是本公开另一示例性实施例中涡轮叶片尾缘冷却结构另一角度结构示意图；图11是图10中本公开另一示例性实施例中涡轮叶片尾缘冷却结构C-C方向剖视图。图中主要元件附图标记说明如下：涡轮叶片本体10、供气腔100、扰流肋110、第一扰流肋111、第二扰流肋112、第一冲击腔200、第二冲击腔300、排气孔400、第一隔板50本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种涡轮叶片尾缘冷却结构，其特征在于，包括：/n涡轮叶片本体和设置于所述涡轮叶片本体的供气腔、第一冲击腔、第二冲击腔和排气孔；/n所述供气腔设置于所述涡轮叶片本体尾缘内部，所述供气腔设有冷气入口，所述排气孔设置于所述涡轮叶片本体尾缘端部，所述第一冲击腔和所述第二冲击腔沿所述涡轮叶片本体的弦长方向依次排列设置于所述供气腔与所述排气孔之间；/n所述供气腔与所述第一冲击腔之间设置有第一隔板，所述第一隔板贯穿设置有多个第一冲击孔，所述多个第一冲击孔连通所述供气腔与所述第一冲击腔，所述第一冲击腔与所述第二冲击腔之间设置有第二隔板，所述第二隔板贯穿设置有多个第二冲击孔，所述多个第二冲击孔连通所述第一冲击腔与所述第二冲击腔，所述多个第一冲击孔与所述多个第二冲击孔错位分布。/n

【技术特征摘要】
1.一种涡轮叶片尾缘冷却结构，其特征在于，包括：
涡轮叶片本体和设置于所述涡轮叶片本体的供气腔、第一冲击腔、第二冲击腔和排气孔；
所述供气腔设置于所述涡轮叶片本体尾缘内部，所述供气腔设有冷气入口，所述排气孔设置于所述涡轮叶片本体尾缘端部，所述第一冲击腔和所述第二冲击腔沿所述涡轮叶片本体的弦长方向依次排列设置于所述供气腔与所述排气孔之间；
所述供气腔与所述第一冲击腔之间设置有第一隔板，所述第一隔板贯穿设置有多个第一冲击孔，所述多个第一冲击孔连通所述供气腔与所述第一冲击腔，所述第一冲击腔与所述第二冲击腔之间设置有第二隔板，所述第二隔板贯穿设置有多个第二冲击孔，所述多个第二冲击孔连通所述第一冲击腔与所述第二冲击腔，所述多个第一冲击孔与所述多个第二冲击孔错位分布。


2.根据权利要求1所述的涡轮叶片尾缘冷却结构，其特征在于，所述第一冲击腔在所述涡轮叶片本体弦长方向上的冲击距离≤所述第二冲击腔在所述涡轮叶片本体弦长方向上的冲击距离；所述第一冲击腔在与所述涡轮叶片本体弦长方向垂直方向上的截面面积≥所述第二冲击腔在与所述涡轮叶片本体弦长方向垂直方向上的截面面积；所述第一冲击孔的孔径≥所述第二冲击孔的孔径；所述多个第一冲击孔的孔面积之和≥所述多个第二冲击孔的孔面积之和。


3.根据权利要求1所述的涡轮叶片尾缘冷却结构，其特征在于，所述供气腔的壁面设置有扰流肋，所述扰流肋凸出所述供气腔的壁面并与所述第一隔板形成一夹角。


4.根据权利要求3所述的涡轮叶片尾缘冷却结构，其特征在于，所述扰流肋包括第一扰流肋和第二扰流肋，所述第一扰流肋设置于所述供气腔的靠近所述涡轮叶片本体叶背侧的壁面，所述第二扰流肋设置于所述供气腔的靠近所述涡轮叶片本体叶盆侧的壁面，所述第一扰流肋与所述第二扰流肋错位分布。


5.根据权利要求4所述的涡轮叶片尾缘冷却结构，其特征在于，所述扰流肋靠近所述第一隔板的一端向所述涡轮叶片本体叶根方向倾斜，所述扰流肋的另一端向远离所述涡轮叶片本体叶根方向倾斜，所述扰流肋与所述第一隔板形成的夹角为45°～60°。


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【专利技术属性】
技术研发人员：李洋，陈竞炜，曾飞，郑献武，喻雷，周申平，周志翔，
申请(专利权)人：中国航发湖南动力机械研究所，
类型：发明
国别省市：湖南;43