CN112554962B - 一种涡轮导向冷却叶片缘板尾端的冷却结构 - Google Patents

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Abstract

本申请属于航空发动机叶片领域，特别涉及一种涡轮导向冷却叶片缘板尾端的冷却结构。所述涡轮导向冷却叶片包括：叶身(8)以及设置在所述叶身(8)上下两端的缘板(2)，其中，所述叶身(8)的尾缘设置有向所述缘板(2)尾端的缘板流道面(3)倾斜的尾劈缝(9)；所述缘板(2)尾端的缘板流道面(3)上开设有引流沟槽(6)。本申请的涡轮导向冷却叶片缘板尾端的冷却结构，解决了现有涡轮导向叶片缘板尾端部位，不易打气膜孔、涂层隔热效果差等原因导致壁温过高、寿命低，易产生烧蚀、裂纹、掉块的问题。本申请能够有效地降低尾缘尾迹区的壁温，提高叶片缘板冷却效果，提升叶片寿命。

Description

一种涡轮导向冷却叶片缘板尾端的冷却结构
技术领域
本申请属于航空发动机叶片领域，特别涉及一种涡轮导向冷却叶片缘板尾端的冷却结构。
背景技术
随着涡轮前温度的升高，涡轮叶片缘板冷却问题日益凸显。由于流体黏性的存在和径向、周向及轴向压力梯度的影响，导致叶栅端壁效应的存在，叶片缘板区域是叶片通道内气动结构最为复杂的区域，二次流动现象非常复杂，马蹄涡、通道涡、角涡的存在，以及流动的吸附分离，直接影响叶片的热负荷分布，造成了多个热点区域，例如：前缘区、吸力面凸包区、压力面和压力面角区、主通道涡分离线近下游区、叶栅喉部下游区、尾缘尾迹区。其中叶片尾迹区气流的高速度、高湍流度加强了气流与该区域端壁的换热作用，加之叶片尾迹涡的下洗作用，使得尾缘尾迹区的换热很强。因涡轮导向叶片安装固定的需要，在缘板上常常有设计有立板，而立板的使用缘板尾端部的冷气引入变得困难。
目前现有的涡轮导向叶片缘板尾端部位冷却主要有两种方式，一种是气膜冷却方式，即从缘板冷气引入区表面向尾端部位布置倾斜的气膜孔；另一种是涂敷热障涂层。然而在缘板尾端部打气膜孔受缘板立板干涉以及气膜孔加工角度限制，如果开孔则孔同壁面角度过小使得加工合格率低，如不开孔则将缘板此区域无冷却，长时间暴露于高温燃气，会导致烧蚀、掉块等故障。涂敷热障涂层可以起到一定的隔热效果，但热障涂层很容易脱离，且缘板尾端部内侧没有冷却，缘板内外表面温差小，涂层隔热效果很差。
因此，希望有一种技术方案来克服或至少减轻现有技术的至少一个上述缺陷。
发明内容
本申请的目的是提供了一种涡轮导向冷却叶片缘板尾端的冷却结构，以解决现有技术存在的至少一个问题。
本申请的技术方案是：
一种涡轮导向冷却叶片缘板尾端的冷却结构，所述涡轮导向冷却叶片包括：叶身以及设置在所述叶身上下两端的缘板，其中，
所述叶身的尾缘设置有向所述缘板尾端的缘板流道面倾斜的尾劈缝；
所述缘板尾端的缘板流道面上开设有引流沟槽。
可选地，所述叶身的尾缘沿径向布置有多个尾劈缝，多个所述尾劈缝依次变角度排布，其中，所述叶身两端的尾劈缝向对应侧的缘板流道面倾斜预定角度，其间的尾劈缝角度均匀过渡。
可选地，
所述叶身两端的尾劈缝分别与对应侧的缘板流道面连接，初始连接位置为尾劈缝弦向位置的最前端、中间任意位置或最末端；
所述引流沟槽分别与所述叶身两端的对应侧的尾劈缝连接，引流沟槽的起始位置为尾劈缝同缘板流道面连接位置的最前端或中间任意位置。
可选地，所述引流沟槽的沟槽深度沿冷气流向逐渐变小，最终和所述缘板流道面平齐。
可选地，所述引流沟槽的宽度沿冷气流向逐渐变小。
可选地，所述引流沟槽沿冷气流向的形状为直线型。
可选地，所述叶身的冷气腔至所述尾劈缝的沿程通道宽度逐渐变小。
可选地，所述叶身的尾劈缝为半劈缝。
可选地，所述叶身的尾劈缝为全劈缝。
可选地，所述叶身的尾缘设置有扰流柱。
发明至少存在以下有益技术效果：
本申请的涡轮导向冷却叶片缘板尾端的冷却结构，容易加工，能够将叶身的部分冷气通过倾斜尾劈缝和引流沟槽引至缘板尾端面，可降低缘板尾迹区热点温度，提高叶片缘板冷却效果，提升叶片寿命。
附图说明
图1是本申请一个实施方式的涡轮导向冷却叶片缘板尾端的冷却结构示意图；
图2是本申请第二个实施方式的涡轮导向冷却叶片缘板尾端的冷却结构示意图；
图3是本申请第三个实施方式的涡轮导向冷却叶片缘板尾端的冷却结构示意图；
图4是本申请一个实施方式的涡轮导向冷却叶片缘板尾端的冷却结构的引流沟槽截面示意图；
图5是本申请一个实施方式的涡轮导向冷却叶片缘板尾端的冷却结构的尾劈缝示意图；
图6是本申请第二个实施方式的涡轮导向冷却叶片缘板尾端的冷却结构的尾劈缝示意图；
图7是本申请第三个实施方式的涡轮导向冷却叶片缘板尾端的冷却结构的尾劈缝示意图；
图8是本申请第四个实施方式的涡轮导向冷却叶片缘板尾端的冷却结构的尾劈缝示意图。
其中：
1-燃气流向；2-缘板；3-缘板流道面；4-尾端面；5-尾缘尾迹区；6-引流沟槽；7-弦向；8-叶身；9-尾劈缝；10-扰流柱；11-半劈缝；12-全劈缝；13-冷气腔。
具体实施方式
为使本申请实施的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行更加详细的描述。在附图中，自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本申请，而不能理解为对本申请的限制。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。下面结合附图对本申请的实施例进行详细说明。
在本申请的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请保护范围的限制。
下面结合附图1至图8对本申请做进一步详细说明。
本申请提供了一种涡轮导向冷却叶片缘板尾端的冷却结构，该涡轮导向冷却叶片包括：叶身8以及设置在叶身8上下两端的缘板2，其中，叶身8的尾缘设置有向缘板2尾端的缘板流道面3倾斜的尾劈缝9；缘板2尾端的缘板流道面3上开设有引流沟槽6。通过将叶身8的部分冷气通过倾斜尾劈缝9和引流沟槽6引至缘板2的尾端面4，从而降低缘板尾迹区5热点温度，提高叶片缘板冷却效果，提升叶片寿命，且容易加工。
本申请的涡轮导向冷却叶片缘板尾端的冷却结构，叶身8的尾缘沿径向布置有多个尾劈缝9，多个尾劈缝9依次变角度排布，其中，叶身8两端的尾劈缝9向对应侧的缘板流道面3倾斜预定角度，其间的尾劈缝9角度均匀过渡。
在本申请的一个实施方式中，叶身8两端最靠近缘板2的尾劈缝9分别与对应侧的缘板流道面3连接，初始连接位置可以为尾劈缝9弦向7位置的最前端、中间任意位置或最末端。引流沟槽6分别与叶身8两端的对应侧的尾劈缝9连接，引流沟槽6的起始位置为尾劈缝9同缘板流道面3连接位置的最前端或中间任意位置。本实施例中，如图1所示，尾劈缝9与对应侧的缘板流道面3初始连接位置位于尾劈缝9弦向位置的最末端；如图2所示，初始连接位置位于尾劈缝9弦向位置的最前端；如图3所示，初始连接位置位于尾劈缝9弦向位置的中间位置。本实施例中，在缘板流道面3上布置指向缘板2的尾端面4的引流沟槽6，引流沟槽6与对应侧的尾劈缝9连接，引流沟槽6的起始位置为尾劈缝9同缘板流道面3连接位置的最前端(如图1至图2所示)以及两者中间任意位置(如图3所示)。
本申请的涡轮导向冷却叶片缘板尾端的冷却结构，引流沟槽6的沟槽深度沿冷气流向逐渐变小，最终和缘板流道面3平齐。
本申请的涡轮导向冷却叶片缘板尾端的冷却结构，引流沟槽6的宽度可以逐渐变小，也可以变宽或者不变，按照冷气和燃气的动量比大小而定，燃气流向1参见图1-图3中箭头所示。在本申请的一个实施方式中，引流沟槽6的宽度沿冷气流向逐渐变小。
本申请的涡轮导向冷却叶片缘板尾端的冷却结构，引流沟槽6沿冷气流向的形状可为直线、曲线等。在本申请的一个实施方式中，引流沟槽6沿冷气流向的形状为直线型。
本申请的涡轮导向冷却叶片缘板尾端的冷却结构，从冷气腔13到尾劈缝9，沿程通道宽度可为等直宽度，也可为变宽度。在本申请的一个实施方式中，叶身8的冷气腔13至尾劈缝9的沿程通道宽度逐渐变小。
本申请的涡轮导向冷却叶片缘板尾端的冷却结构，叶身8的尾劈缝9为半劈缝11也可以是全劈缝12，还可以在叶身8的尾缘增加扰流柱10等其他结构特征，参见图5-图8。
本申请的涡轮导向冷却叶片缘板尾端的冷却结构，解决了现有涡轮导向叶片缘板尾端部位，不易打气膜孔、涂层隔热效果差等原因导致壁温过高、寿命低，易产生烧蚀、裂纹、掉块的问题。本申请能够有效地降低尾缘尾迹区的壁温，提高叶片缘板冷却效果，提升叶片寿命。
以上所述，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (8)

1.一种涡轮导向冷却叶片缘板尾端的冷却结构，其特征在于，所述涡轮导向冷却叶片包括：叶身(8)以及设置在所述叶身(8)上下两端的缘板(2)，其中，
所述叶身(8)的尾缘设置有向所述缘板(2)尾端的缘板流道面(3)倾斜的尾劈缝(9)；
所述缘板(2)尾端的缘板流道面(3)上开设有引流沟槽(6)；
所述叶身(8)的尾缘沿径向布置有多个尾劈缝(9)，多个所述尾劈缝(9)依次变角度排布，其中，所述叶身(8)两端的尾劈缝(9)向对应侧的缘板流道面(3)倾斜预定角度，其间的尾劈缝(9)角度均匀过渡；
所述叶身(8)两端的尾劈缝(9)分别与对应侧的缘板流道面(3)连接，初始连接位置为尾劈缝(9)弦向位置的最前端、中间任意位置或最末端；
所述引流沟槽(6)分别与所述叶身(8)两端的对应侧的尾劈缝(9)连接，引流沟槽(6)的起始位置为尾劈缝(9)同缘板流道面(3)连接位置的最前端或中间任意位置。
2.根据权利要求1所述的涡轮导向冷却叶片缘板尾端的冷却结构，其特征在于，所述引流沟槽(6)的沟槽深度沿冷气流向逐渐变小，最终和所述缘板流道面(3)平齐。
3.根据权利要求2所述的涡轮导向冷却叶片缘板尾端的冷却结构，其特征在于，所述引流沟槽(6)的宽度沿冷气流向逐渐变小。
4.根据权利要求3所述的涡轮导向冷却叶片缘板尾端的冷却结构，其特征在于，所述引流沟槽(6)沿冷气流向的形状为直线型。
5.根据权利要求1所述的涡轮导向冷却叶片缘板尾端的冷却结构，其特征在于，所述叶身(8)的冷气腔(13)至所述尾劈缝(9)的沿程通道宽度逐渐变小。
6.根据权利要求5所述的涡轮导向冷却叶片缘板尾端的冷却结构，其特征在于，所述叶身(8)的尾劈缝(9)为半劈缝。
7.根据权利要求5所述的涡轮导向冷却叶片缘板尾端的冷却结构，其特征在于，所述叶身(8)的尾劈缝(9)为全劈缝。
8.根据权利要求1所述的涡轮导向冷却叶片缘板尾端的冷却结构，其特征在于，所述叶身(8)的尾缘设置有扰流柱(10)。
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