一种防滑花纹状扰流肋及涡轮叶片制造技术

本发明专利技术公开了一种防滑花纹状扰流肋及涡轮叶片，所述扰流肋包括结构外形相同的四个叶型肋以及圆形凹槽肋，所述四个叶型肋对称分布在所述圆形凹槽肋上、下两侧，四个叶型肋和圆形凹槽肋形成防滑花纹状结构。该防滑花纹状扰流肋由多个分流肋相配合组成，其中的分流叶型肋之间在利用斜切面产生的二次纵向涡来加强扰动壁面附近的流体的同时在流动的横向方向上对流动产生导向促进流体横向的扩散和掺混，形成类似卡门涡的扰动，向下游传播达到强化传热的目的，在获得较高的传热强度的同时又很好的兼顾了流动损失，在Re数为11000

【技术实现步骤摘要】
一种防滑花纹状扰流肋及涡轮叶片


[0001]本专利技术属于航空发动机涡轮叶片
，具体涉及一种防滑花纹状扰流肋及涡轮叶片。

技术介绍

[0002]提高涡轮进口温度是提高航空发动机推力和效率的有效途径，但涡轮进口温度的提高会使得涡轮叶片承受更大的热负荷，过高的温度和热应力可能导致涡轮叶片无法正常工作。现代高性能航空发动机的涡轮进口燃气温度已远远超过了所用材料的耐温极限，必须采用复杂的冷却技术来保证涡轮在高温条件下的正常运转。目前，高效的内部冷却技术的研发已经取得诸多成果，其中设置扰流肋是涡轮叶片内部冷却的有效措施之一。
[0003]涡轮叶片中应用最广泛的是普通二维直肋结构，其横截面为矩形，如直肋、斜肋、V型肋等。普通二维直肋结构是叶片内部冷却中常用的强化传热结构之一，它可以增加冷却气流的湍流度，增大冷却通道的换热面积，从而有效加强通道的换热能力。普通二维直肋结构通常以多个组合排列的形式布置于涡轮叶片中弦区内部通道。当冷却气体流经普通二维直肋结构时，冷却气体会产生边界层分离，从而增强气体与固体壁面间的换热效果，达到冷却涡轮叶片的目的。综上所述，普通二维直肋结构强化冷却是通过重复布置扰流肋产生流动分离，而后又将新的边界层重新附着到传热表面，从而增强内部换热强度；此外，分离的边界层增强了壁面流体与主流的掺混，来自壁面的热量可以更有效地传递到主流，从而进一步增强换热效果。
[0004]因此，从流动与换热的角度来看，现有的普通二维直肋结构主要存在以下不足之处:由于冷却气体在普通二维直肋表面会产生边界层分离现象，普通二维直肋结构后方尾迹区有明显的流动分离及涡脱落现象，使得气体产生的流动阻力较大。换言之，普通二维直肋结构强化传热的收益是以增大流动损失为代价而获得的，因此普通二维直肋结构的综合换热性能较差。
[0005]由于在进行涡轮叶片冷却结构设计时，通常需要在流动损失和强化传热之间进行平衡。因此发展和创新综合换热性能更为高效的扰流肋结构是保证涡轮叶片稳定工作的重要措施。

技术实现思路

[0006]为了解决上述问题，本专利技术的目的在于提供一种防滑花纹状扰流肋及涡轮叶片，以解决现有技术中的二维直肋结构流动损失较大的问题，在获得较高传热强度的同时很好的兼顾了流动损失。
[0007]为了实现上述目的，本专利技术提供了如下技术方案，提供一种防滑花纹状扰流肋，所述扰流肋包括结构外形相同的四个叶型肋以及圆形凹槽肋5，所述四个叶型肋包括第一分流扰流肋1、第二分流叶型肋2、第一汇流叶型肋3和第二汇流叶型肋4，所述第一分流扰流肋1和第二分流叶型肋2水平对称分布在所述圆形凹槽肋5正上方的两侧，所述第一汇流叶型
肋3和第二汇流叶型肋4水平对称分布在所述圆形凹槽肋5正下方的两侧，第一分流扰流肋1、第二分流叶型肋2、第一汇流叶型肋3、第二汇流叶型肋4和圆形凹槽肋5形成防滑花纹状结构。
[0008]本专利技术所提供的防滑花纹状扰流肋，还具有这样的特征，所述圆形凹槽肋5顶部设置有圆形凹槽，且所述圆形凹槽肋5的直径D为1.0
‑
2.0mm，圆形凹槽肋5的高度H为1.2
‑
2.5mm，圆形凹槽的深度为0.15*H
‑
0.35*H，圆形凹槽的直径为0.6*D
‑
0.9*D。
[0009]本专利技术所提供的防滑花纹状扰流肋，还具有这样的特征，所述叶型肋的底面截面为流线型叶型，底面截面分为顺次平滑连接的三个区域，三个区域包括设置在前段的半椭圆形区域8、设置在中段区域的中段圆弧形区域9以及设置在后段区域的后段圆弧形区域10，半椭圆形的长轴a是短轴b的2.65
‑
3.85倍，中段圆弧形区域9的圆弧段半径R为1.82*a
‑
2.65*a，中段圆弧形区域9的圆心角θ为28
°‑
39
°
。
[0010]本专利技术所提供的防滑花纹状扰流肋，还具有这样的特征，所述叶型肋是一个斜切式结构，所述叶型肋的最大高度H
max
为0.9*H
‑
1.2*H，所述叶型肋的最小高度H
min
为0.4*H
‑
0.55H。
[0011]本专利技术所提供的防滑花纹状扰流肋，还具有这样的特征，第一分流扰流肋中心点O1和第二分流叶型肋中心点O2的水平距离S1为2.5*D
‑
3.5*D,所述第一分流扰流肋1和第二分流叶型肋2的中心线夹角β1为82
°‑
96
°
。
[0012]本专利技术所提供的防滑花纹状扰流肋，还具有这样的特征，第一分流扰流肋中心点O1与所述圆形凹槽肋中心点O的竖直距离H1为1.35*D
‑
1.65*D。
[0013]本专利技术所提供的防滑花纹状扰流肋，还具有这样的特征，第一汇流叶型肋中心点O3和第二汇流叶型肋中心点O4的水平距离S2为2.5*D
‑
3.5*D,所述第一分流扰流肋1和第二分流叶型肋2的中心线夹角β2为88
°‑
105
°
。
[0014]本专利技术所提供的防滑花纹状扰流肋，还具有这样的特征，第一汇流叶型肋中心点O3与圆形凹槽肋中心点O的竖直距离H2为1.05* H1
‑
1.25* H1。
[0015]本专利技术的另一目的在于，提供了一种涡轮叶片，所述涡轮叶片设有如前述任一项所述的防滑花纹状扰流肋。
[0016]本专利技术所提供的涡轮叶片，还具有这样的特征，多个防滑花纹状扰流肋阵列排布在涡轮叶片中弦区，且沿气流流动方向相邻两防滑花纹状扰流肋之间的距离S3为4
‑
10mm，垂直于气流流动方向相邻两个防滑花纹扰流肋之间的弦向距离S4为3.5
‑
12mm。
[0017]有益效果本专利技术提供的防滑花纹状扰流肋由多个分流肋相配合组成，其中的分流叶型肋之间在利用斜切面产生的二次纵向涡来加强扰动壁面附近的流体的同时在流动的横向方向上对流动产生导向促进流体横向的扩散和掺混，形成类似卡门涡的扰动，向下游传播达到强化传热的目的，在获得较高的传热强度的同时又很好的兼顾了流动损失，在Re数为11000
‑
29000范围内本专利技术防滑花纹状扰流肋的综合传热性能比普通二维直肋结构高出21.2%。
附图说明
[0018]为了更清楚地说明本公开实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附
图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本公开的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
[0019]图1是本专利技术实施例中防滑花纹状扰流肋排布方式二维示意图；图2是本专利技术实施例中叶型肋底截面二维示意图；图3是本专利技术实施例中单个叶型肋三维结构示意图；图4是本专利技术带防滑花纹状扰流肋的涡轮导向叶片结构示意图；图5是本专利技术实施例中带防滑花纹状扰流肋的涡轮叶片内部气体流动的速本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种防滑花纹状扰流肋，其特征在于，所述扰流肋包括结构外形相同的四个叶型肋以及圆形凹槽肋（5），所述四个叶型肋包括第一分流扰流肋（1）、第二分流叶型肋（2）、第一汇流叶型肋（3）和第二汇流叶型肋（4），所述第一分流扰流肋（1）和第二分流叶型肋（2）水平对称分布在所述圆形凹槽肋（5）正上方的两侧，所述第一汇流叶型肋（3）和第二汇流叶型肋（4）水平对称分布在所述圆形凹槽肋（5）正下方的两侧，第一分流扰流肋（1）、第二分流叶型肋（2）、第一汇流叶型肋（3）、第二汇流叶型肋（4）和圆形凹槽肋（5）形成防滑花纹状结构。2.根据权利要求1所述的防滑花纹状扰流肋，其特征在于，所述圆形凹槽肋（5）顶部设置有圆形凹槽，且所述圆形凹槽肋（5）的直径D为1.0
‑
2.0mm，圆形凹槽肋（5）的高度H为1.2
‑
2.5mm，圆形凹槽的深度为0.15*H
‑
0.35*H，圆形凹槽的直径为0.6*D
‑
0.9*D。3.根据权利要求1所述的防滑花纹状扰流肋，其特征在于，所述叶型肋的底面截面为流线型叶型，底面截面分为顺次平滑连接的三个区域，三个区域包括设置在前段的半椭圆形区域（8）、设置在中段区域的中段圆弧形区域（9）以及设置在后段区域的后段圆弧形区域（10），半椭圆形的长轴a是短轴b的2.65
‑
3.85倍，中段圆弧形区域（9）的圆弧段半径R为1.82*a
‑
2.65*a，中段圆弧形区域（9）的圆心角θ为28
°‑
39
°
。4.根据权利要求2所述的防滑花纹状扰流肋，其特征在于，所述叶型肋是一个斜切式结构，所述叶型肋的最大高度H
max
为0.9*H

【专利技术属性】
技术研发人员：黄维娜，张灵俊，陈阿龙，陈磊，
申请(专利权)人：中国航发四川燃气涡轮研究院，
类型：发明
国别省市：