【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于燃气轮机涡轮叶片设计，具体涉及一种应用于涡轮叶片尾缘的半劈缝冷却结构。
技术介绍
1、燃气轮机涡轮前温度是影响发动机性能的重要参数，提升涡轮前温度可以获得更大输出功率的捷径。目前先进航空发动机涡轮前温度高达2000k，远高于涡轮叶片材料的耐温极限，因此必须采用高效冷却技术以保证其正常工作。其中涡轮叶片尾缘两侧受到主流影响，对流换热强度高，热负荷高，因此，尾缘是涡轮叶片冷却具有挑战性的区域，如何高效的对尾缘进行冷却是对于降低叶片表面温度和延长叶片工作寿命非常重要的影响因素。
2、目前涡轮叶片尾缘区域一般采用内部通道进行冷却，为了强化换热和增加结构强度，通道内通常布置扰流柱和肋等扰流结构，从而导致尾缘通常需要一定的壁面厚度来发挥作用，但是从降低叶片气动损失的角度来看，应力反而要求减小尾缘厚度，这是因为增大尾缘厚度将导致尾缘宽度增大，流阻增大，而从冷却角度看，过小的尾缘厚度则难以设计冷却和组织所需要的冷气量，进而导致过热，所以对尾缘厚度的设计影响着整个涡轮叶片的使用；目前半劈缝冷却结构是涡轮叶片广泛采用的冷却结构，是解决气动性能和冷却问题的一种折中选择，半劈缝冷却结构的原理是通过将叶片尾缘压力面一侧部分壁面切除，将内部通道的冷气引入切除后的壁面上形成冷却气膜，从而通过冷却气膜来发挥冷却作用。
3、但是现有的半劈缝冷却结构在使用过程中仍然存在许多问题，首先带有间隔肋的半劈缝冷却结构会在下游区域出现气膜分布不均匀的现象，其气膜冷却效率下降也较快，这可能会导致半劈缝下游区域最高温度以及温度梯度的上升和相
4、所以亟须一种应用于涡轮叶片尾缘的半劈缝冷却结构，解决现有技术中存在的半劈缝出口下游气膜分布不均匀性以及冷却气膜展向覆盖效果和冷却效率低的技术问题。
技术实现思路
1、有鉴于此，本专利技术提出一种应用于涡轮叶片尾缘的半劈缝冷却结构，应用于燃气轮机涡轮叶片中，解决现存的半劈缝出口下游气膜分布不均匀性以及冷却气膜展向覆盖效果和冷却效率低的技术问题，从而实现尾缘最高温度和温度梯度的有效降低，不仅冷却效果好，而且还能精简架构，方便加工，具有很高的应用及推广价值。
2、为了达到上述技术目的，本专利技术所采用的具体技术方案为：
3、一种应用于涡轮叶片尾缘的半劈缝冷却结构，包括叶片压力面、叶片吸力面和尾缘部，尾缘部设置在叶片吸力面的延长部分，尾缘部包括冷气进口、尾缝、分隔肋和半劈缝出口壁面，尾缝设置在叶片压力面的端部和叶片吸力面之间，冷气进口设置在尾缝远离半劈缝出口壁面的一侧，分隔肋设置在和叶片吸力面的端部之间，分隔肋为多个，多个分隔肋沿涡轮叶片的高度方向均匀分布，冷气进口和尾缝之间设置有扰流部，扰流部的两端分别与叶片压力面以及叶片吸力面的内侧壁连接，对冷气进口进入的冷气起到扰动作用，半劈缝出口壁面上设置有锯齿形冷却部，锯齿形冷却部位于尾缝和分隔肋之间，锯齿形冷却部包括多个间隔分布的凸台和凹槽，凸台和凹槽均呈梯形结构。
4、进一步的，半劈缝出口壁面为多个，多个半劈缝出口壁面沿涡轮叶片的高度方向均匀分布，每个半劈缝出口壁面和对应的分隔肋在尾缘部上间隔分布。
5、进一步的，冷气进口和尾缝之间设置有冷气通道，扰流部设置在冷气通道中，扰流部包括横向支撑轴和两个设置在横向支撑轴上的矩形扰流长条，横向支撑轴垂直于冷气通道的内侧壁设置，两个矩形扰流长条垂直于横向支撑轴设置，且在沿横向支撑轴的延伸方向均匀分布，两个矩形扰流长条在垂直于横向支撑轴的横截面错排分布。
6、进一步的，两个矩形扰流长条在垂直于横向支撑轴的横截面上呈30°～90°夹角，矩形扰流长条与横向支撑轴的连接位置呈圆弧光滑过渡。
7、进一步的，扰流部为多组，多组扰流部沿涡轮叶片的高度方向均匀分布。
8、进一步的，凸台和凹槽的底边与半劈缝出口壁面平行，凸台和凹槽的腰边与底边夹角为120°～165°。
9、进一步的，半劈缝出口壁面的宽度为d，锯齿形冷却部的凸台距离半劈缝出口壁面的高度t1/d为1/5～1/3，锯齿形冷却部的凹槽距离壁面的高度t1/d为1/5～1/3，凸台的宽度s1/d为0.5～1.0,凹槽的宽度s2/d为0.5～1.0。
10、进一步的，带锯齿形冷却上凸台和凹槽的水平延伸的长度l1与尾缘半劈缝出口壁面总长l之比为0.4～0.6。
11、进一步的，尾缘半劈缝壁面与叶片尾缘压力面的夹角为5°～35°。
12、进一步的，尾缝宽度为w，尾缝的高度为h，尾缝宽度与半劈缝出口壁面宽度的比例w/d为2～4，尾缝的高度h与半劈缝出口壁面宽度的h/d为1～2。
13、进一步的，前压板上设置有容纳转动扳机穿过且方便转动扳机上下移动的矩形通孔。
14、采用上述技术方案，本专利技术还能够带来以下有益效果：
15、1.本专利技术通过锯齿形冷却部破坏叶片吸力面的附面层，通过凸台和凹槽方便冷气通道排出的冷气在排出后紧贴半劈缝出口壁面，使产生的冷却气膜具有更强的展向流动，减少冷却气膜覆盖不均匀的现象出现，提高排出冷气的冷却效率，有效抑制涡轮叶片的尾缘部因为多个分隔肋出现的气膜分布不均匀的现象，而且形成的冷却气膜能够有效地将叶片尾缘压力面的高温主流与半劈缝出口壁隔开，起到保护叶片吸力面的作用，增加的尾缘部的使用寿命。
16、2.本专利技术通过在冷气通道设置扰流部，不仅增大了换热面积，同时由于对流动的扰动，增加了不同区域冷气的相互掺混，显著增加换热效果，对从冷气进口进入的冷气在冷气通道内部进行扰动，增加冷气通过冷气通道的时间，强化冷气通道的散热，从而起到保护叶片压力面的作用，而且通过矩形扰流长条在横向支撑轴上的分布进一步加强气流扰动作用，从而降低冷气排出尾缝的速度，更方便尾缝排出的冷气在半劈缝出口壁面上生成对应的冷却气膜，具有结构简单、加工方便和冷却效果好的优点。
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1.一种应用于涡轮叶片尾缘的半劈缝冷却结构，其特征在于：包括叶片压力面(2)、叶片吸力面(1)和尾缘部(3)，所述尾缘部(3)设置在叶片吸力面(1)的延长部分，所述尾缘部(3)包括冷气进口(4)、尾缝(5)、分隔肋(6)和半劈缝出口壁面(7)，所述尾缝(5)设置在叶片压力面(2)的端部和叶片吸力面(1)之间，所述冷气进口(4)设置在尾缝(5)远离半劈缝出口壁面(7)的一侧，所述分隔肋(6)设置在和叶片吸力面(1)的端部之间，分隔肋(6)为多个，多个分隔肋(6)沿涡轮叶片的高度方向均匀分布，所述冷气进口(4)和尾缝(5)之间设置有扰流部(11)，扰流部(11)的两端分别与叶片压力面(2)以及叶片吸力面(1)的内侧壁连接，对冷气进口(4)进入的冷气起到扰动作用，所述半劈缝出口壁面(7)上设置有锯齿形冷却部(8)，锯齿形冷却部(8)位于尾缝(5)和分隔肋(6)之间，锯齿形冷却部(8)包括多个间隔分布的凸台(9)和凹槽(10)，凸台(9)和凹槽(10)均呈梯形结构。
2.根据权利要求1所述的一种应用于涡轮叶片尾缘的半劈缝冷却结构，其特征在于：所述半劈缝出口壁面(7)为多个，多
3.根据权利要求2所述的一种应用于涡轮叶片尾缘的半劈缝冷却结构，其特征在于：所述冷气进口(4)和尾缝(5)之间设置有冷气通道(13)，所述扰流部(11)设置在冷气通道(13)中，所述扰流部(11)包括横向支撑轴(14)和两个设置在横向支撑轴(14)上的矩形扰流长条(12)，所述横向支撑轴(14)垂直于冷气通道(13)的内侧壁设置，两个矩形扰流长条(12)垂直于横向支撑轴(14)设置，且在沿横向支撑轴(14)的延伸方向均匀分布，两个矩形扰流长条(12)在垂直于横向支撑轴(14)的横截面错排分布。
4.根据权利要求3所述的一种应用于涡轮叶片尾缘的半劈缝冷却结构，其特征在于：两个矩形扰流长条(12)在垂直于横向支撑轴(14)的横截面上呈30°～90°夹角，矩形扰流长条(12)与横向支撑轴(14)的连接位置成圆弧光滑过渡。
5.根据权利要求4任一项所述的一种应用于涡轮叶片尾缘的半劈缝冷却结构，其特征在于：所述扰流部(11)为多组，多组扰流部(11)沿涡轮叶片的高度方向均匀分布。
6.根据权利要求5所述的一种应用于涡轮叶片尾缘的半劈缝冷却结构，其特征在于：所述凸台(9)和凹槽(10)的底边与半劈缝出口壁面(7)平行，凸台(9)和凹槽(10)的腰边与底边夹角为120°～165°。
7.根据权利要求6所述的一种应用于涡轮叶片尾缘的半劈缝冷却结构，其特征在于：所述半劈缝出口壁面(7)的宽度为D，锯齿形冷却部(8)的凸台(9)距离半劈缝出口壁面(7)的高度t1/D为1/5～1/3，锯齿形冷却部(8)的凹槽(10)距离壁面的高度t1/D为1/5～1/3，凸台(9)的宽度S1/D为0.5～1.0,凹槽(10)的宽度S2/D为0.5～1.0。
8.根据权利要求7所述的一种应用于涡轮叶片尾缘的半劈缝冷却结构，其特征在于：所述带锯齿形冷却部(8)上凸台(9)和凹槽(10)的水平延伸的长度L1与尾缘半劈缝出口壁面(7)总长L之比为0.4～0.6。
9.根据权利要求8所述的一种应用于涡轮叶片尾缘的半劈缝冷却结构，其特征在于：所述尾缘半劈缝壁面与叶片尾缘压力面的夹角为5°～35°。
10.根据权利要求9所述的一种应用于涡轮叶片尾缘的半劈缝冷却结构，其特征在于：所述尾缝(5)宽度为W，尾缝(5)的高度为H，尾缝(5)的宽度与半劈缝出口壁面(7)的宽度的比例W/D为2～4，尾缝(5)的宽度H与半劈缝出口壁面(7)的宽度H/D为1～2。
...【技术特征摘要】
1.一种应用于涡轮叶片尾缘的半劈缝冷却结构，其特征在于：包括叶片压力面(2)、叶片吸力面(1)和尾缘部(3)，所述尾缘部(3)设置在叶片吸力面(1)的延长部分，所述尾缘部(3)包括冷气进口(4)、尾缝(5)、分隔肋(6)和半劈缝出口壁面(7)，所述尾缝(5)设置在叶片压力面(2)的端部和叶片吸力面(1)之间，所述冷气进口(4)设置在尾缝(5)远离半劈缝出口壁面(7)的一侧，所述分隔肋(6)设置在和叶片吸力面(1)的端部之间，分隔肋(6)为多个，多个分隔肋(6)沿涡轮叶片的高度方向均匀分布，所述冷气进口(4)和尾缝(5)之间设置有扰流部(11)，扰流部(11)的两端分别与叶片压力面(2)以及叶片吸力面(1)的内侧壁连接，对冷气进口(4)进入的冷气起到扰动作用，所述半劈缝出口壁面(7)上设置有锯齿形冷却部(8)，锯齿形冷却部(8)位于尾缝(5)和分隔肋(6)之间，锯齿形冷却部(8)包括多个间隔分布的凸台(9)和凹槽(10)，凸台(9)和凹槽(10)均呈梯形结构。
2.根据权利要求1所述的一种应用于涡轮叶片尾缘的半劈缝冷却结构，其特征在于：所述半劈缝出口壁面(7)为多个，多个半劈缝出口壁面(7)沿涡轮叶片的高度方向均匀分布，每个半劈缝出口壁面(7)和对应的分隔肋(6)在尾缘部(3)上间隔分布。
3.根据权利要求2所述的一种应用于涡轮叶片尾缘的半劈缝冷却结构，其特征在于：所述冷气进口(4)和尾缝(5)之间设置有冷气通道(13)，所述扰流部(11)设置在冷气通道(13)中，所述扰流部(11)包括横向支撑轴(14)和两个设置在横向支撑轴(14)上的矩形扰流长条(12)，所述横向支撑轴(14)垂直于冷气通道(13)的内侧壁设置，两个矩形扰流长条(12)垂直于横向支撑轴(14)设置，且在沿横向支撑轴(14)的延伸方向均匀分布，两个矩形扰流长条(12)在垂直于横向支撑轴(14)的横截面错排分...
【专利技术属性】
技术研发人员：程荣辉，朱晓华，郭文，古冬，张少平，伏宇，路红康，
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：
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