CN105422194B - 涡轮发动机静子叶片的冷却流路 - Google Patents

涡轮发动机静子叶片的冷却流路 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种涡轮发动机静子叶片的冷却流路，第一支承筋上设有用于将上游的冷却气引入第一环形通道内以冷却涡轮机匣和第一级静子叶片的上缘板的第一气孔；第一级静子叶片包括多片第一级导向叶片，每片第一级导向叶片的叶身上设有与第一环形通道连通的气腔，气腔还与涡轮机匣内的燃气通道连通以使冷却第一级导向叶片后的冷却气排入燃气通道内。本发明的涡轮发动机静子叶片的冷却流路结构简单，使第一级导向叶片在工作时不变形或产生裂纹，构成冷却流路的零件易于加工，且可降低加工成本；另外，冷却气的引入量较少，发动机的功率不会因在高温做功的燃气中加入了少量的冷却气而有明显的降低，故而可确保发动机使用功率的要求。

Description

涡轮发动机静子叶片的冷却流路
技术领域
本发明涉及航空发动机领域，特别地，涉及一种涡轮发动机静子叶片的冷却流路。
背景技术
涡桨型发动机中，涡轮包括转子叶片、静子叶片及涡轮机匣，静子叶片共有三级，每级包括数量不等的扇形叶片，扇形叶片上缘板的挂钩挂在涡轮机匣内壁圆环状筋的环槽中，并与涡轮机匣形成封闭的且呈环形的环形通道。
每级静子叶片分别组合成带叶栅的气流通道，燃气通过气流通道时将部分热能转化为动能，该动能满足转子叶片所要求的进口气流方向，同时使气流的温度降低，减少工作叶片的热负荷。涡轮静子叶片工作时处于高温的燃气通道中，容易导致静子叶片高温受热变形甚至产生裂纹，从而使静子叶片的功能丧失。
发明内容
本发明提供了一种涡轮发动机静子叶片的冷却流路，以解决现有的涡轮静子叶片工作时存在的易高温受热变形甚至产生裂纹，从而使静子叶片的功能丧失的技术问题。
本发明采用的技术方案如下：
一种涡轮发动机静子叶片的冷却流路，涡轮发动机包括涡轮机匣，涡轮机匣的内壁上依次设有用于支承静子叶片的第一支承筋、第二支承筋、第三支承筋、第四支承筋、第五支承筋以及第六支承筋，第一级静子叶片悬挂设于第一支承筋和第二支承筋之间且与涡轮机匣围设成第一环形通道，第二级静子叶片悬挂设于第三支承筋和第四支承筋之间且与涡轮机匣围设成第二环形通道，第三级静子叶片悬挂设于第五支承筋和第六支承筋之间且与涡轮机匣围设成第三环形通道，第一支承筋上设有用于将上游的冷却气引入第一环形通道内以冷却涡轮机匣和第一级静子叶片的上缘板的第一气孔；第一级静子叶片包括多片第一级导向叶片，每片第一级导向叶片的叶身上设有与第一环形通道连通的气腔，气腔还与涡轮机匣内的燃气通道连通以使冷却第一级导向叶片后的冷却气排入燃气通道内。
进一步地，每片第一级导向叶片的叶身上设有供气腔内的冷却气向外排出的出气孔，出气孔与燃气通道连通。
进一步地，出气孔的数量为多个，多个出气孔沿第一级导向叶片的叶身的高度方向依次间隔布置。
进一步地，每片第一级导向叶片的上缘板上设有供第一环形通道内的冷却气进入气腔内的进气孔。
进一步地，每片第一级导向叶片的与第一支承筋相连的挂钩的顶部设有用于引导冷却气进入第一环形通道内的第一导气槽，第一导气槽与第一气孔连通。
进一步地，第一气孔的数量为多个，多个第一气孔和第一级静子叶片上的多个第一导气槽一一对应设置。
进一步地，第一级静子叶片的上缘板与第三支承筋之间设有用于连接两者的第一定距环，第一定距环、第一级静子叶片以及涡轮机匣围设成呈环形的第四环形通道；第二支承筋上设有将部分冷却气引入第四环形通道内的第二气孔；第三支承筋上设有用于将第四环形通道内的冷却气引入第二环形通道内以冷却涡轮机匣和第二级静子叶片的上缘板的第三气孔。
进一步地，每片第一级导向叶片的与第二支承筋相连的挂钩的顶部设有用于引导冷却气进入第四环形通道内的第二导气槽，第二导气槽与第二气孔连通；第二级静子叶片包括多片第二级导向叶片，每片第二级导向叶片的与第三支承筋相连的挂钩的顶部设有用于引导冷却气进入第二环形通道内的第三导气槽，第三导气槽与第三气孔连通。
进一步地，第二级静子叶片的上缘板与第五支承筋之间设有用于连接两者的第二定距环，第二定距环、第二级静子叶片以及涡轮机匣围设成呈环形的第五环形通道；第四支承筋上设有将部分冷却气引入第五环形通道内的第四气孔；第五支承筋上设有用于将第五环形通道内的冷却气引入第三环形通道内以冷却涡轮机匣和第三级静子叶片的上缘板的第五气孔。
进一步地，每片第二级导向叶片的与第四支承筋相连的挂钩的顶部设有用于引导冷却气进入第五环形通道内的第四导气槽，第四导气槽与第四气孔连通；第三级静子叶片包括多片第三级导向叶片，每片第三级导向叶片的与第五支承筋相连的挂钩的顶部设有用于引导冷却气进入第三环形通道内的第五导气槽，第五导气槽与第五气孔连通。
本发明具有以下有益效果：
在本发明的涡轮发动机静子叶片的冷却流路中，冷却气首先由第一气孔进入第一环形通道内，以冷却涡轮机匣和第一级静子叶片的上缘板；第一环形通道内的冷却气然后再进入每片第一级导向叶片的气腔内，以冷却第一级导向叶片的叶身，并最终排入燃气通道内与燃气混合。本发明的涡轮发动机静子叶片的冷却流路结构简单，能满足对第一级静子叶片的冷却要求，使第一级导向叶片在工作时不变形或产生裂纹，保证了第一级静子叶片的使用功能；由于冷却流路为相对简单的结构，故而使得构成冷却流路的零件易于加工，且可降低加工成本；另外，冷却气的引入量较少，发动机的功率不会因在高温做功的燃气中加入了少量的冷却气而有明显的降低，故而可确保发动机使用功率的要求。
除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本发明还有其它的目的、特征和优点。下面将参照图，对本发明作进一步详细的说明。
附图说明
构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1是本发明优选实施例的涡轮发动机静子叶片的冷却流路的结构示意图；
图2是图1中的第一级导向叶片的结构示意图；
图3是图1中的第二级导向叶片的结构示意图；
图4是图1中的第三级导向叶片的结构示意图。
图例说明
10、涡轮机匣；11、第一支承筋；111、第一气孔；12、第二支承筋；121、第二气孔；13、第三支承筋；131、第三气孔；14、第四支承筋；141、第四气孔；15、第五支承筋；151、第五气孔；16、第六支承筋；20、第一级静子叶片；21、第一级导向叶片；211、气腔；212、出气孔；214、第一导气槽；215、第二导气槽；30、第一环形通道；40、第二级静子叶片；41、第二级导向叶片；411、第三导气槽；412、第四导气槽；50、第二环形通道；60、第三级静子叶片；61、第三级导向叶片；611、第五导气槽；70、第三环形通道；80、第一定距环；90、第四环形通道；100、第二定距环；110、第五环形通道。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的实施例进行详细说明，但是本发明可以由权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。
如图1所示，本发明的优选实施例提供了一种涡轮发动机静子叶片的冷却流路，涡轮发动机包括涡轮机匣10，涡轮机匣10的内壁上依次设有用于支承静子叶片的第一支承筋11、第二支承筋12、第三支承筋13、第四支承筋14、第五支承筋15以及第六支承筋16，第一级静子叶片20悬挂设于第一支承筋11和第二支承筋12之间且与涡轮机匣10围设成第一环形通道30，第二级静子叶片40悬挂设于第三支承筋13和第四支承筋14之间且与涡轮机匣10围设成第二环形通道50，第三级静子叶片60悬挂设于第五支承筋15和第六支承筋16之间且与涡轮机匣10围设成第三环形通道70，第一支承筋11上设有用于将上游的冷却气引入第一环形通道30内以冷却涡轮机匣10和第一级静子叶片20的上缘板的第一气孔111；第一级静子叶片20包括多片第一级导向叶片21，每片第一级导向叶片21的叶身上设有与第一环形通道30连通的气腔211，气腔211还与涡轮机匣10内的燃气通道连通以使冷却第一级导向叶片21后的冷却气排入燃气通道内。在本发明的涡轮发动机静子叶片的冷却流路中，冷却气首先由第一气孔111进入第一环形通道30内，以冷却涡轮机匣10和第一级静子叶片20的上缘板；第一环形通道30内的冷却气然后再进入每片第一级导向叶片21的气腔211内，以冷却第一级导向叶片21的叶身，并最终排入燃气通道内与燃气混合。本发明的涡轮发动机静子叶片的冷却流路结构简单，能满足对第一级静子叶片20的冷却要求，使第一级导向叶片21在工作时不变形或产生裂纹，保证了第一级静子叶片20的使用功能；由于冷却流路为相对简单的结构，故而使得构成冷却流路的零件易于加工，且可降低加工成本；另外，冷却气的引入量较少，发动机的功率不会因在高温做功的燃气中加入了少量的冷却气而有明显的降低，故而可确保发动机使用功率的要求。
可选地，如图1和图2所示，每片第一级导向叶片21的叶身上设有供气腔211内的冷却气向外排出的出气孔212，出气孔212与燃气通道连通。
优选地，如图2所示，出气孔212的数量为多个，多个出气孔212沿第一级导向叶片21的叶身的高度方向依次间隔布置。本发明实施例中，出气孔212的数量为三个，三个出气孔212沿第一级导向叶片21的叶身的高度方向依次间隔布置，且每个出气孔212均为直径小且长度长的狭长孔，以保证冷却气在气腔211内的时间，以使第一级导向叶片21的叶身得到充分的冷却。
可选地，每片第一级导向叶片21的上缘板上设有供第一环形通道30内的冷却气进入气腔211内的进气孔(图未示)。本发明实施例中，进气孔的数量为多个，多个进气孔沿第一级导向叶片21的上缘板均匀间隔布置。
可选地，如图1所示，每片第一级导向叶片21的与第一支承筋11相连的挂钩的顶部设有用于引导冷却气进入第一环形通道30内的第一导气槽214，第一导气槽214与第一气孔111连通。第一导气槽214不仅可对进入第一环形通道30内的冷却气进行导向，还可保证当挂钩的顶部与第一支承筋11上的安装槽的间隙过小时，冷却气顺利的进入第一环形通道30内。
优选地，第一气孔111的数量为多个，多个第一气孔111和第一级静子叶片20上的多个第一导气槽214一一对应设置。
涡轮发动机工作时，第一级静子叶片20承受的工作温度最高，故需要对第一级导向叶片21的叶身进行冷却，而第二级静子叶片40和第三级静子叶片60工作时承受的工作温度有所降低，故无需冷却第二级导向叶片41和第三级导向叶片61的叶身，仅只需冷却第二级导向叶片41和第三级导向叶片61的上缘板即可。故而在本发明中，第一级静子叶片20的上缘板与第三支承筋13之间设置用于连接两者的第一定距环80，第一定距环80、第一级静子叶片20以及涡轮机匣10围设成呈环形的第四环形通道90；第二支承筋12上设有将部分冷却气引入第四环形通道90内的第二气孔121；第三支承筋13上设有用于将第四环形通道90内的冷却气引入第二环形通道50内以冷却涡轮机匣10和第二级静子叶片40的上缘板的第三气孔131。第一环形通道30内的部分冷却气首先由第二气孔121进入第四环形通道90内，以冷却第一级导向叶片21的上缘板和涡轮机匣10；第四环形通道90内的部分冷却气通过第三气孔131进入第二环形通道50内，以冷却涡轮机匣10和第二级静子叶片40的上缘板，第四环形通道90内的其余冷却气通过第一级导向叶片21与第一定距环80之间的间隙、或第一定距环80与第三支承筋13之间的间隙向外泄露进入燃气通道内与燃气混合。
可选地，如图1、图2和图3所示，每片第一级导向叶片21的与第二支承筋12相连的挂钩的顶部设有用于引导冷却气进入第四环形通道90内的第二导气槽215，第二导气槽215与第二气孔121连通；第二级静子叶片40包括多片第二级导向叶片41，每片第二级导向叶片41的与第三支承筋13相连的挂钩的顶部设有用于引导冷却气进入第二环形通道50内的第三导气槽411，第三导气槽411与第三气孔131连通。
进一步地，如图1、图3和图4所示，第二级静子叶片40的上缘板与第五支承筋15之间设有用于连接两者的第二定距环100，第二定距环100、第二级静子叶片40以及涡轮机匣10围设成呈环形的第五环形通道110；第四支承筋14上设有将部分冷却气引入第五环形通道110内的第四气孔141；第五支承筋15上设有用于将第五环形通道110内的冷却气引入第三环形通道70内以冷却涡轮机匣10和第三级静子叶片60的上缘板的第五气孔151。第二环形通道50内的部分冷却气首先由第四气孔141进入第五环形通道110内，以冷却第二级导向叶片41的上缘板和涡轮机匣10；第五环形通道110内的部分冷却气通过第五气孔151进入第三环形通道70内，以冷却涡轮机匣10和第三级静子叶片60的上缘板，第五环形通道110内的其余冷却气通过第二级导向叶片41与第二定距环100之间的间隙、或第二定距环100与第五支承筋15之间的间隙向外泄露进入燃气通道内与燃气混合。
可选地，如图1、图3和图4所示，每片第二级导向叶片41的与第四支承筋14相连的挂钩的顶部设有用于引导冷却气进入第五环形通道110内的第四导气槽412，第四导气槽412与第四气孔141连通；第三级静子叶片60包括多片第三级导向叶片61，每片第三级导向叶片61的与第五支承筋15相连的挂钩的顶部设有用于引导冷却气进入第三环形通道70内的第五导气槽611，第五导气槽611与第五气孔151连通。
如图1所示，第三级静子叶片60的上缘板与涡轮机匣10端部之间设有用于连接两者的第三定距环，第三定距环、第三级静子叶片60以及涡轮机匣10围设成呈环形的第六环形通道；第六支承筋16上设有将部分冷却气引入第六环形通道内的第六气孔。第三环形通道70内的部分冷却气由第六气孔进入第六环形通道内，以冷却第三级导向叶片61的上缘板和涡轮机匣10；第六环形通道内的冷却气通过第三级导向叶片61与第三定距环之间的间隙、或第三定距环与涡轮机匣10端部之间的间隙向外泄露进入燃气通道内与燃气混合。
可选地，如图1和图4所示，每片第三级导向叶片61的与第六支承筋16相连的挂钩的顶部设有用于引导冷却气进入第六环形通道内的第六导气槽，第六导气槽与第六气孔连通。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种涡轮发动机静子叶片的冷却流路，所述涡轮发动机包括涡轮机匣(10)，所述涡轮机匣(10)的内壁上依次设有用于支承静子叶片的第一支承筋(11)、第二支承筋(12)、第三支承筋(13)、第四支承筋(14)、第五支承筋(15)以及第六支承筋(16)，第一级静子叶片(20)悬挂设于所述第一支承筋(11)和所述第二支承筋(12)之间且与所述涡轮机匣(10)围设成第一环形通道(30)，第二级静子叶片(40)悬挂设于所述第三支承筋(13)和所述第四支承筋(14)之间且与所述涡轮机匣(10)围设成第二环形通道(50)，第三级静子叶片(60)悬挂设于所述第五支承筋(15)和所述第六支承筋(16)之间且与所述涡轮机匣(10)围设成第三环形通道(70)，其特征在于，
所述第一支承筋(11)上设有用于将上游的冷却气引入所述第一环形通道(30)内以冷却所述涡轮机匣(10)和所述第一级静子叶片(20)的上缘板的第一气孔(111)；
所述第一级静子叶片(20)包括多片第一级导向叶片(21)，每片所述第一级导向叶片(21)的叶身上设有与所述第一环形通道(30)连通的气腔(211)，所述气腔(211)还与所述涡轮机匣(10)内的燃气通道连通以使冷却所述第一级导向叶片(21)后的冷却气排入燃气通道内；
每片所述第一级导向叶片(21)的与所述第一支承筋(11)相连的挂钩的顶部设有用于引导冷却气进入所述第一环形通道(30)内的第一导气槽(214)，所述第一导气槽(214)与所述第一气孔(111)连通；
所述第一级静子叶片(20)的上缘板与所述第三支承筋(13)之间设有用于连接两者的第一定距环(80)，所述第一定距环(80)、所述第一级静子叶片(20)以及所述涡轮机匣(10)围设成呈环形的第四环形通道(90)；
所述第二支承筋(12)上设有将部分冷却气引入所述第四环形通道(90)内的第二气孔(121)；
所述第三支承筋(13)上设有用于将所述第四环形通道(90)内的冷却气引入所述第二环形通道(50)内以冷却所述涡轮机匣(10)和所述第二级静子叶片(40)的上缘板的第三气孔(131)；
每片所述第一级导向叶片(21)的叶身上设有供所述气腔(211)内的冷却气向外排出的出气孔(212)，所述出气孔(212)与所述燃气通道连通；
所述出气孔(212)的数量为三个，三个所述出气孔(212)沿所述第一级导向叶片(21)的叶身的高度方向依次间隔布置，且每个所述出气孔(212)均为直径小且长度长的狭长孔，以保证冷却气在所述气腔(211)内的时间，以使所述第一级导向叶片(21)的叶身得到充分的冷却。
2.根据权利要求1所述的涡轮发动机静子叶片的冷却流路，其特征在于，
每片所述第一级导向叶片(21)的上缘板上设有供所述第一环形通道(30)内的冷却气进入所述气腔(211)内的进气孔。
3.根据权利要求1所述的涡轮发动机静子叶片的冷却流路，其特征在于，
所述第一气孔(111)的数量为多个，多个所述第一气孔(111)和所述第一级静子叶片(20)上的多个第一导气槽(214)一一对应设置。
4.根据权利要求1所述的涡轮发动机静子叶片的冷却流路，其特征在于，
每片所述第一级导向叶片(21)的与所述第二支承筋(12)相连的挂钩的顶部设有用于引导冷却气进入所述第四环形通道(90)内的第二导气槽(215)，所述第二导气槽(215)与所述第二气孔(121)连通；
所述第二级静子叶片(40)包括多片第二级导向叶片(41)，每片所述第二级导向叶片(41)的与所述第三支承筋(13)相连的挂钩的顶部设有用于引导冷却气进入所述第二环形通道(50)内的第三导气槽(411)，所述第三导气槽(411)与所述第三气孔(131)连通。
5.根据权利要求4所述的涡轮发动机静子叶片的冷却流路，其特征在于，
所述第二级静子叶片(40)的上缘板与所述第五支承筋(15)之间设有用于连接两者的第二定距环(100)，所述第二定距环(100)、所述第二级静子叶片(40)以及所述涡轮机匣(10)围设成呈环形的第五环形通道(110)；
所述第四支承筋(14)上设有将部分冷却气引入所述第五环形通道(110)内的第四气孔(141)；
所述第五支承筋(15)上设有用于将所述第五环形通道(110)内的冷却气引入所述第三环形通道(70)内以冷却所述涡轮机匣(10)和所述第三级静子叶片(60)的上缘板的第五气孔(151)。
6.根据权利要求5所述的涡轮发动机静子叶片的冷却流路，其特征在于，
每片所述第二级导向叶片(41)的与所述第四支承筋(14)相连的挂钩的顶部设有用于引导冷却气进入所述第五环形通道(110)内的第四导气槽(412)，所述第四导气槽(412)与所述第四气孔(141)连通；
所述第三级静子叶片(60)包括多片第三级导向叶片(61)，每片所述第三级导向叶片(61)的与所述第五支承筋(15)相连的挂钩的顶部设有用于引导冷却气进入所述第三环形通道(70)内的第五导气槽(611)，所述第五导气槽(611)与所述第五气孔(151)连通。
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