CN113006880A - 一种用于涡轮叶片端壁的新型冷却装置 - Google Patents

一种用于涡轮叶片端壁的新型冷却装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种用于涡轮叶片端壁的新型冷却装置，属于航空发动机与地面燃机涡轮导叶端壁的冷却与热防护领域。该装置包括叶栅通道，上下端壁，槽缝，挡板，小导流片和漏斗形沟槽；所述叶栅通道有上端壁和下端壁，所述小导流片均匀设置在叶栅通道中，小导流片的前端紧贴着槽缝出口的下游边，所述槽缝出口处存在一个挡板，所述漏斗形沟槽上游紧贴于槽缝出口且正对叶片前缘。本发明可以减少主流与冷气的相互作用，减小横向二次流对端壁冷却的影响，提升端壁的冷却效率，使端壁温度分布更加均匀，保护叶片端壁以防烧蚀。

Description

一种用于涡轮叶片端壁的新型冷却装置
技术领域
本发明涉及一种用于涡轮叶片端壁的新型冷却装置，属于航空发动机与地面燃机涡轮叶片端壁的冷却与热防护领域。
背景技术
为了提高航空发动机的效率，燃烧室出口的温度越来越高，但是叶片材料的熔点却远低于燃烧室出口温度，因此对叶片进行热防护显得尤为重要，为了减少NOx的排放，现在大多采用采用预混燃烧的方式，使得燃烧室出口温度更趋于均匀化，中间区域的温度降低，端壁附近的温度升高，而且端壁附近二次涡装置较为复杂，会影响端壁的传热，使得端壁部分的冷却尤为重要。
目前在端壁上游由于间隙配合，使得燃烧室出口与导向叶片之间存在缝隙，通过对缝隙通冷气一方面可以防止燃气入侵，另一方面可以对端壁进行冷却，但是由于槽缝冷气出流竖直方向动量较大，并且容易受到叶栅二次流的影响，使得冷却效果不理想。
因此对槽缝出流冷气进行合理的利用与改进，提升叶片的寿命具有很大的工程价值。
发明内容
本发明提出了一种用于涡轮叶片端壁的新型冷却装置，对槽缝装置进行改进，并将槽缝出流冷气进行高效的利用，从而提升端壁的冷却效率，使得端壁温度分布更为均匀。
本发明为解决其技术问题采用如下技术方案：
一种用于涡轮叶片端壁的新型冷却装置，包括叶栅通道，上下端壁，槽缝，挡板，小导流片和漏斗形沟槽；所述叶栅通道有上端壁和下端壁，所述小导流片均匀设置在叶栅通道中，小导流片的前端紧贴着槽缝出口的下游边且正对叶片前缘，所述槽缝出口处存在一个挡板，所述漏斗形沟槽上游紧贴于槽缝出口。
所述挡板的截面形状为四分之一个环形。
所述挡板的高度高于小导流片的高度。
本发明的有益效果如下：
本发明通过引入扇形挡板和小导流片，可以减弱主流与冷气的相互作用，改变槽缝冷气出流角度，使得更好地在壁面形成气膜，另外通过微型导流片，可以减弱叶栅横向二次流，使得端壁的温度分布更加均匀。另外由于马蹄涡的影响，使得端壁靠近前缘处冷却较差，通过开设漏斗形沟槽，可以提升前缘附近的冷却效率，使端壁温度分布更加均匀。
附图说明
图1是本发明提供的冷却装置示意图，其中： 1-涡轮导叶，2-槽缝，3-挡板，4-小导流片，5-导叶端壁， 6-漏斗形沟槽。
图2是本发明提供的冷却装置俯视图。
图3是本发明提供的挡板剖视图。
图4是本发明提供的小导流片剖视图。
图5是本发明提供的漏斗形沟槽装置俯视图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作更进一步的说明。
本发明公开了一种用于涡轮导叶端壁的新型冷却装置，包含叶栅通道，上下端壁，槽缝2，挡板3，小导流片4和漏斗形沟槽6。如图1和图2所示，燃气从主流入口流入，流经叶栅通道之后，从出口流出，燃烧室和涡轮导叶1之间因为间隙配合存在槽缝2，从压气机引入冷却气流从槽缝2流出，对导叶端壁5进行冷却。
如图3所示，在槽缝2的出口处存在一个挡板3，该挡板3固定在燃烧室出口处，截面为四分之一圆环，圆环的内径为R1，外径为R2,出口处的切线与来流方向平行，使得次流通过挡板后，垂直于流向的动量降低，与主流的相互作用减小，主流燃气流经挡板后，底部会被抬高，使得主流与次流的相互作用进一步减小。
如图4所示，在端壁上设置了若干小导流片4，其上游端紧贴槽缝2出口，小导流片厚度为δ1，分为3段，上游是长直段，与流向平行，中间是圆弧段，内侧半径为R3，下游也是长直段，与流向夹角为α，交点处光滑连接，周向排布间距为L，小导流片高度为h1,宽度为b1,具体的几何参数根据实际叶栅的尺寸与气动参数进行确定。冷却气体通过挡板3的过渡进入叶栅中，通过设置小导流片4，一方面因为扰动加剧，使得小导流片处的冷却效率升高，同时可以使冷气抵抗横向的流动 ，使得冷气在端壁的分布更加均匀，另一方面，可以减弱端壁附近的二次流。
图5是正对叶片前缘位置的漏斗形沟槽装置俯视图，上游宽度为b2,下游扩张角为β，长条段与扩张段的倒角为R4，沟槽总长度为a,深度为h2,可以减弱马蹄涡对冷气的影响，对靠近前缘附近的端壁形成较好的保护。
通过数值模拟，也初步证明了通过本发明的设置，可以提升端壁的冷却效率，对导叶端壁进行了更好地保护，可以配合端壁离散气膜孔进行设置。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (3)

1.一种用于涡轮叶片端壁的新型冷却装置，其特征在于，包括叶栅通道，上下端壁，槽缝，挡板，小导流片和漏斗形沟槽；所述叶栅通道有上端壁和下端壁，所述小导流片均匀设置在叶栅通道中，小导流片的前端紧贴着槽缝出口的下游边，所述槽缝出口处存在一个挡板，所述漏斗形沟槽上游紧贴于槽缝出口且正对叶片前缘。
2.根据权利要求1所述的一种用于涡轮叶片端壁的新型冷却装置，其特征在于，所述挡板的截面形状为四分之一个环形。
3.根据权利要求1所述的一种用于涡轮叶片端壁的新型冷却装置，其特征在于，所述挡板的高度高于小导流片的高度。
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