一种冲击式涡轮导向叶片缘板冷却结构制造技术

本实用新型专利技术公开了一种冲击式涡轮导向叶片缘板冷却结构，包括上缘板、叶身和冲击导流板，上缘板设置在叶身上部，冲击导流板设置在上缘板上方，并与上缘板的安装边连接，冲击导流板与上缘板形成冷气加速腔，叶身内部设置有冷气前腔、冷气中腔和冷气后腔，每个冷气腔顶部有对应设置在上缘板表面的进气口，冲击导流板上设置有冲击冷却孔列一、冲击冷却孔列二、导流冷却孔列，冲击冷却孔列一位于冷气前腔进气口上方，冲击冷却孔列二位于冷气中腔进气口上方，导流冷却孔列位于冷气后腔进气口上方，对局部冷气进行加速后冲击缘板非流道面，形成冲击冷却，通过导流孔分配冷气进入叶身不同区域的流量，实现对缘板上高温区域的局部增强冷却和冷却空气分配。

【技术实现步骤摘要】
一种冲击式涡轮导向叶片缘板冷却结构
本技术属于航空发动机及燃气轮机领域，涉及一种冲击式涡轮导向叶片缘板冷却结构。
技术介绍
现代航空发动机提升推重比和热效率的主要手段是提高涡轮进口温度，目前先进发动机涡轮进口平均总温已超过2000K。随着温度的提高，对热端部件的承温能力提出了更高要求。除了材料的承温能力外，为了保证发动机的寿命和运行安全，需对热端转动部件进行高效冷却，其中典型零件就包含涡轮导向叶片，特别是与燃烧室出口紧邻的高压涡轮导向叶片，承受着发动机最大的温度载荷，其冷却气用量超过整机引起量的50％，其承温能力对发动机性能和可靠性有关键作用。典型双转子涡扇发动机的高压涡轮导向叶片结构，采用三联叶片设计，叶身冷却区域分为前、中、后三个腔室，有各自的进气口，冷却空气由叶片上、下缘板流入叶身腔室对叶身形成冲击和气膜冷却，而上、下缘板上一般开有若干气膜孔，实现对缘板流道表面的气膜冷却。一般在缘板外围有通过螺钉固定的导流环，控制不同叶身腔室冷却空气的流量，此种结构未充分利用冷气对缘板非流道面进行冲击冷却，特别是靠近叶片进口的缘板高温部位。
技术实现思路
技术目的：提出一种冲击式涡轮导向叶片缘板冷却结构，通过对局部冷气进行加速后冲击缘板非流道面，形成冲击冷却，同时通过导流孔分配冷气进入叶身不同区域的流量，实现对缘板上高温区域的局部增强冷却和冷却空气分配。技术方案：一种冲击式涡轮导向叶片缘板冷却结构，包括上缘板、叶身和冲击导流板，所述的上缘板设置在叶身上部，所述的冲击导流板设置在上缘板上方，并与上缘板的安装边连接，所述的叶身内部设置有冷气前腔、冷气中腔和冷气后腔，每个冷气腔顶部有对应设置在上缘板表面的进气口，所述的冲击导流板上设置有冲击冷却孔列一、冲击冷却孔列二、导流冷却孔列，所述的冲击冷却孔列一位于冷气前腔进气口上方，所述的冲击冷却孔列二位于冷气中腔进气口上方，导流冷却孔列位于冷气后腔进气口上方。进一步，冲击导流板上的冲击冷却孔列一有2～3列，沿冲击导流板宽度方向平行排布，每列冲击冷却孔列一设置10～15个冲击冷却孔一。进一步，冲击冷却孔一的直径为0.5～2mm之间。进一步，冲击导流板上的冲击冷却孔列二有2～3列，沿冲击导流板宽度方向平行排布，每列冲击冷却孔列二设置5～8个冲击冷却孔二。进一步，冲击冷却孔二的直径大于0.5mm。进一步，冲击导流板上的导流冷却孔列有1～2列，沿冲击导流板宽度方向平行排布，每列导流冷却孔列设置20～30个导流冷却孔，导流冷却孔的直径大于2mm。进一步，冲击导流板通过焊接的方式与上缘板的安装边固定连接。进一步，叶身下部还设置有下缘板。有益技术效果：本技术的冲击式涡轮导向叶片缘板冷却结构，通过焊接将冲击导流板与缘板四周的安装边进行固定，然后在圆弧冲击导流板上按冷却需求开若干特定分布和大小的冲击冷却孔一、冲击冷却孔二和导流冷却孔列，在冷却空气流入叶身冷却腔室前，先经过冲击导流板上的冲击冷却孔一、冲击冷却孔二和导流孔，进入冷却加速腔，对冷气进行加速后冲击上缘板非流道面，形成冲击冷却，实现对上缘板高温区域的局部增强冷却和冷却空气分配，该结构可以在相同的冷却空气流量下，可以增强对上缘板局部高温区域的冷却效果，精细化控制不同叶身腔室的冷却空气分配，提升导向叶片承温能力，以实现发动机性能的提高。同时该结构加工简单、连接可靠，相比现有的导流环结构可减少连接件数量，简化拆装，降低发动机质量。附图说明图1是本技术的结构示意图；其中：1-安装边，2-冲击冷却孔列一，3-冲击冷却孔列二，4-导流冷却孔列，5-冲击导流板，6-上缘板，7-冷气前腔，8-冷气中腔，9-冷气后腔，10-下缘板，11-叶身。具体实施方式下面结合附图对本技术作进一步的介绍，本技术提出的一种冲击式涡轮导向叶片缘板冷却结构，利用位于涡轮导向叶片叶身冷气腔进口前的冲击导流板5，对冷气进行加速和流量分配，形成对局部高温区的冲击冷却和不同叶身冷气腔室流量的准确分配。对缘板局部高温区，在冲击倒流板5所对应的位置利用冲击冷却孔列一2，对冷气进行大幅加速，然后垂直冲击高温区的上缘板6非流道面，形成冲击冷却，可有效提高冷却效果。此外，为准确分配各叶身冷气腔室的流量，在冲击导流板6对应冷气后腔进口的位置，开设若干直径较大的导流冷却孔列，用于冷气引流和流量分配。本技术的具体结构包括上缘板6、叶身11和冲击导流板5，所述的上缘板6设置在叶身11上部，所述的冲击导流板5设置在上缘板6上方，并与上缘板6的安装边1连接，冲击导流板5与上缘板6形成冷气加速腔，所述的叶身11内部设置有冷气前腔7、冷气中腔8和冷气后腔9，每个冷气腔顶部有对应设置在上缘板6表面的进气口，所述的冲击导流板5上设置有冲击冷却孔列一2、冲击冷却孔列二3、导流冷却孔列4，所述的冲击冷却孔列一2位于冷气前腔7进气口上方，所述的冲击冷却孔列二3位于冷气中腔8进气口上方，导流冷却孔列4位于冷气后腔9进气口上方，用于冷气引流和流量分配。根据温度场计算分析结果，可以确定局部高温区(通常在靠近燃气进口的缘板区域，也是整个导向叶片承受温度最高的部位)，在冲击倒流板所对应的位置加工2～3列冲击冷却孔列一2，沿冲击导流5宽度方向平行排布，每列冲击冷却孔列一2设置10～15个冲击冷却孔一，冲击冷却孔一的直径为0.5～2mm之间，优选0.5mm，利用同压差下直径越小，气流加速程度越大的原理，对冷气进行大幅加速。高速冷气垂直冲击高温区的上缘板6(非流道面)，形成冲击冷却，可有效提高冷却效果。利用该方法，可以对上缘板6任意高温区域进行准确的增强冷却设计，提高涡轮导向叶片的承温能力，进而提高发动机推力上限。叶身11冷气中腔8进气口处对应的上缘板6区域温度比叶身11冷气前腔7进气口处对应的上缘板6区域低，因此只需要在对应区域的冲击导流板5上设置2～3列的冲击冷却孔列二3，沿冲击导流板5宽度方向平行排布，每列冲击冷却孔列二3设置5～8个冲击冷却孔二，冲击冷却孔二的直径大于0.5mm，冲击冷却孔列二3也可以用导流冷却孔列4代替，能达到相同的冷却效果。叶身11冷气后腔9进气口处对应的上缘板6区域温度低，因此只要在冲击导流板5上的对应位置设置1～2列导流冷却孔列4，沿冲击导流板5宽度方向平行排布，每列导流冷却孔列4设置20～30个导流冷却孔，导流冷却孔列的直径大于2mm。冲击导流板5通过焊接的方式与上缘板6的安装边1固定连接，确保在工作中的良好封严和可靠连接，同时利于简化发动机连接结构，降低发动机重量。叶身11下部还设置有下缘板10，根据冷却需要，同样可以在下缘板10上设置冲击导流板5，并在冲击导流板5上开设冲击冷却孔列一2、冲击冷却孔列二3和导流冷却孔4，实现更好的冷却效果。本技术的冲击式涡轮导向叶片缘板冷却结构，在圆弧冲击导流板5上按冷却需求开若干特定分布和大小的冲击冷却孔一2、冲击冷却孔二3和导流冷却孔列4，在冷却空气流入叶身11本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种冲击式涡轮导向叶片缘板冷却结构，其特征在于：包括上缘板(6)、叶身(11)和冲击导流板(5)，所述的上缘板(6)设置在叶身(11)上部，所述的冲击导流板(5)设置在上缘板(6)上方，并与上缘板(6)的安装边(1)连接，所述的叶身(11)内部设置有冷气前腔(7)、冷气中腔(8)和冷气后腔(9)，每个冷气腔顶部有对应设置在上缘板(6)表面的进气口，所述的冲击导流板(5)上设置有冲击冷却孔列一(2)、冲击冷却孔列二(3)、导流冷却孔列(4)，所述的冲击冷却孔列一(2)位于冷气前腔(7)进气口上方，所述的冲击冷却孔列二(3)位于冷气中腔(8)进气口上方，导流冷却孔列(4)位于冷气后腔(9)进气口上方。/n

【技术特征摘要】
1.一种冲击式涡轮导向叶片缘板冷却结构，其特征在于：包括上缘板(6)、叶身(11)和冲击导流板(5)，所述的上缘板(6)设置在叶身(11)上部，所述的冲击导流板(5)设置在上缘板(6)上方，并与上缘板(6)的安装边(1)连接，所述的叶身(11)内部设置有冷气前腔(7)、冷气中腔(8)和冷气后腔(9)，每个冷气腔顶部有对应设置在上缘板(6)表面的进气口，所述的冲击导流板(5)上设置有冲击冷却孔列一(2)、冲击冷却孔列二(3)、导流冷却孔列(4)，所述的冲击冷却孔列一(2)位于冷气前腔(7)进气口上方，所述的冲击冷却孔列二(3)位于冷气中腔(8)进气口上方，导流冷却孔列(4)位于冷气后腔(9)进气口上方。


2.根据权利要求1所述的一种冲击式涡轮导向叶片缘板冷却结构，其特征在于：所述冲击导流板(5)上的冲击冷却孔列一(2)有2～3列，沿冲击导流板(5)宽度方向平行排布，每列冲击冷却孔列一(2)设置10～15个冲击冷却孔一。


3.根据权利要求2所述的一种冲击式涡轮导向叶片缘板冷却结构，其特征在于：所述冲击冷却孔一的直径...

【专利技术属性】
技术研发人员：祁麟，李义平，朱培模，曾文明，杨锐，韦继勤，张周康，姚琳，
申请(专利权)人：中国航发贵阳发动机设计研究所，
类型：新型
国别省市：贵州;52