CN113944515B - 前缘劈缝冷却的涡轮叶片 - Google Patents

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Abstract

本发明的前缘劈缝冷却的涡轮叶片，属于涡轮叶片的技术领域，解决现有技术中的叶片前缘在高温的工作环境中易被高温燃气烧蚀的技术问题。所述涡轮叶片设有气膜孔，且由叶身、缘板或榫头组成，所述气膜孔用于源于压气机冷气的流通，以冷却涡轮叶片；所述叶身前缘设置有劈缝结构，所述劈缝结构用于消除叶身前缘的高温驻点，避免冷气经过气膜孔进行冷却时，未能全面覆盖机体表面，致使叶片部分区域被高温燃气所烧蚀。

Description

前缘劈缝冷却的涡轮叶片
技术领域
本发明属于涡轮叶片的技术领域，尤其涉及一种前缘劈缝冷却的涡轮叶片。
背景技术
燃气涡轮发动机，是利用压气机的压缩空气和燃料混合燃烧后产生的热能驱动涡轮高速旋转输出功率的一种叶轮机械。其中涡轮叶片是涡轮部件直接吸收燃气能量并转化为机械能的关键，随着航空发动机性能要求的提升，涡轮前温度逐步提高，涡轮叶片的耐温能力成为限制发动机性能提升的关键因素。目前先进发动机涡轮叶片一般采用内冷+冲击+气膜的复合气冷结构设计，而由于涡轮叶片前缘受燃气冲刷产生驻点导致前缘燃气温度最高；而且由于前缘曲率大，冷却设计存在一定困难，这两个原因决定了涡轮叶片前缘温度极高，极大的限制了涡轮叶片耐温水平。而传统气膜孔冷却结构，无法实现气膜全覆盖，在没有气膜覆盖的地方温度极高，易致使叶片被高温燃气烧蚀。
有鉴于此，特提出本发明。
发明内容
本发明的目的在于提供一种前缘劈缝冷却的涡轮叶片，解决现有技术中的叶片前缘在高温的工作环境易被高温燃气烧蚀的技术问题。本发明的技术方案有益效果见下文介绍。
提供一种前缘劈缝冷却的涡轮叶片，所述涡轮叶片设有气膜孔，且由叶身、缘板或榫头组成，所述气膜孔用于输送源自压气机的冷气，以冷却涡轮叶片，所述叶身前缘设置有劈缝，所述劈缝用于消除叶身前缘的高温驻点，避免冷气经过气膜孔进行冷却时，未能全面形成气膜覆盖冷却，致使叶片部分区域被高温气体所烧蚀。
与现有技术相比，本发明提供的技术方案包括以下有益效果：
本发明的结构是以前缘劈缝冷却的方式替代传统孔冷却的方式，以将叶片前缘受热的最高温度驻点去除，提高叶片的使用性能，最大程度减弱燃气冲刷形成的高温驻点对换热的影响，故而能极大的降低前缘的最高温度，避免冷气经过气膜孔进行冷却时，未能全面形成气膜覆盖冷却，致使叶片部分区域被高温气体所烧蚀。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需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发明的一些实施例，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他的附图。
图1本发明的实施例一中劈缝结构的涡轮导向叶片示意图
图2本发明的实施例一中劈缝结构的涡轮导向叶片叶身截面的示意图；
图3本发明的实施例二中劈缝结构的涡轮工作叶片的示意图；
图4本发明的实施例二中劈缝结构的涡轮工作叶片叶身截面示意图。
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所描述的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用。本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
需要说明的是，下文描述在所附权利要求书的范围内的实施例的各种方面。应显而易见，本文中所描述的方面可体现于广泛多种形式中，且本文中所描述的任何特定结构及/或功能仅为说明性的。基于本发明，所属领域的技术人员应了解，本文中所描述的一个方面可与任何其它方面独立地实施，且可以各种方式组合这些方面中的两者或两者以上。举例来说，可使用本文中所阐述的任何数目个方面来实施设备及/或实践方法。另外，可使用除了本文中所阐述的各方面中的一个或多者之外的其它结构及/或功能性实施此设备及/或实践此方法。
还需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。
另外，在以下描述中，提供具体细节是为了便于透彻理解实例。然而，所属领域的技术人员将理解，可在没有这些特定细节的情况下实践方面。为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
现有技术中，冷气通过缘板2表面上的进气孔进入中空腔体32，冷却后通过气膜孔31和尾封排出，整个冷却过程中无法实现气膜全覆盖，在没有气膜覆盖的地方温度极高，易致使叶片被高温燃气烧蚀。本案通过劈缝结构1能够解决该问题。
实施例一:前缘劈缝冷却的涡轮导向叶片
如图1所示的前缘劈缝冷却的涡轮导向叶片，涡轮叶片设有气膜孔且由叶身3、缘板2或榫头组成，气膜孔用于输送压气机冷气，以冷却涡轮叶片，其中，叶身3前缘设置有劈缝结构1，劈缝结构1用于消除叶身3前缘的高温驻点，叶身3前缘设置有劈缝能够实现前缘高温区域的全面气膜覆盖，最大程度减弱燃气冲刷形成的高温驻点对换热的影响，故而能极大的降低前缘的最高温度，避免冷气经过气膜孔进行冷却时，未能全面形成气膜覆盖冷却，致使叶片部分区域被高温气体所烧蚀。
需要强调的是：本案的结构是以前缘劈缝冷却的方式替代传统孔冷却的方式，以将叶片前缘受热的最高温度驻点去除，提高叶片的使用性能，避免未被孔冷却所覆盖区域的烧蚀。
作为本案所提供的具体实施方式的涡轮叶片为气冷叶片，其内部设有冷却空腔且外表面设有冷却气膜孔，并在尾圆带设有尾缝冷却结构。
如图2所示，以图1为参考方向，前后方向上的截面图。劈缝结构1包括叶盆与叶背之间安装的多个横向隔板11与纵向节流板12，横向隔板11沿叶型流向间隔安装，纵向节流板12与横向隔板11垂直设置。作用是：横向隔板11及纵向节流板12增大了前缘内腔的换热面积，前劈缝减小了前缘的外部燃气的换热面积，极大的降低叶片前缘的平均温度。
需要指出的是，叶身3前缘的劈缝以图1放置方向作为参考，即为，竖直方向上开设劈缝，劈缝内分别间隔放置叶片横向隔板11与纵向节流板12，在制造时，采用铸造的方式一体式成型。横向隔板11水平放置，在图2中横向隔板11与纵向节流板12接近垂直的方式一体式成型。
横向隔板11部分伸出纵向节流板12在朝向中空腔体32的方向上，能够提高整体结构稳定性。
作为本案所提供的具体实施方式，横向隔板11截面设置为矩形结构,且横向隔板11在前缘劈缝开口处设置倒角，用于冷气扩散，且横向隔板11在内腔的末端设置导圆结构以降低冷气流动阻力。横向隔板11沿流向有一定的长度，该长度远大于叶片的壁厚，故而即使当叶片超温出现烧蚀的情况时，前缘能保持较好的结构完整性，不易被烧穿。
本案的结构在实际使用中，叶片前缘受燃气冲击，前缘内部为冷气形成的冷却区域，叶片前缘则为冷热交互的区域，沿横向隔板11在前缘劈缝开口处设置倒角，增大冷气的出流压力，避免叶片前缘外的燃气冲击进入内部冷却区域。
上述的方案主要用于叶片前缘受热最高的区域，叶片的其他部分采用现有技术中孔冷却的方式。
劈缝的数量与结构具体为：劈缝数量为3条，叶盆和叶背之间的横向隔板11的数量小于劈缝的数量，为2条。
劈缝的数量与结构也可以为1条，此时横向隔板11与叶盆和叶背设置为一体式结构。
劈缝的数量与结构还可以为2条以上的其他数量，此时叶盆和叶背之间的横向隔板的数量为所述劈缝结构的数量减1。
上述的方案中，纵向节流板12数量为2条以上，其截面为矩形或流线型或圆柱型，且设置有用以限制冷气流通面积的节流孔。多层纵向节流板12的作用是，当叶片前缘出现烧蚀的情况时，冷气不会大量泄漏，保持冷却效果。
实施例二:前缘劈缝冷却的涡轮工作叶片
如图3所示的前缘劈缝冷却的涡轮工作叶片，由叶身30、缘板20和榫头4组成，叶身前缘采用劈缝冷却结构10。
如图4所示前缘劈缝冷却的涡轮工作叶片为空心气冷叶片，内部设有冷却空腔结构302，外表面设有冷却气膜孔301，尾圆带尾缝冷却结构303。
前缘劈缝结构10，包含叶盆与叶背之间的横向隔板101与纵向节流板102；纵向节流板102与横向隔板101接近垂直或垂直的方式接连。
劈缝的数量与结构具体为：前缘劈缝10数量为1条，横向隔板101与叶盆和叶背设置为一体式结构，在前缘劈缝开口处设置倒角，便于冷气扩散，在内腔的末端设置导圆结构以降低冷气流动阻力；
劈缝的数量与结构还可以为2条及以上的其他数量，此时叶盆和叶背之间的横向隔板的数量为所述劈缝结构的数量减1。
上述的方案中，纵向节流板102数量为2条或以上，其截面为矩形或流线型或圆柱型，且设置有用以限制冷气流通面积的节流孔。多层纵向节流板102的作用是，当叶片前缘出现烧蚀的情况时，冷气不会大量泄漏，保持冷却效果。本实施例的其它技术特点与本案实施例一类似，不再赘述。
以上对本发明所提供的产品进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离发明创造原理的前提下，还可以对发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入发明权利要求的保护范围。

Claims (5)

1.一种前缘劈缝冷却的涡轮叶片，所述涡轮叶片设有气膜孔且由叶身、缘板或榫头组成，所述气膜孔用于压气机输送冷气的流通，以冷却涡轮叶片，其特征在于，所述叶身前缘设置有劈缝结构，所述劈缝结构用于消除叶身前缘的高温驻点，避免冷气经过气膜孔进行冷却时未能全面覆盖冷却，致使叶片部分区域被高温气体所烧蚀；
所述的涡轮叶片为气冷叶片，其内部设有冷却空腔且外表面设有冷却气膜孔，并在尾圆带设有尾缝冷却结构；
所述劈缝结构包括叶盆与叶背之间设置的横向隔板与纵向节流板，所述横向隔板沿叶型流向设置，所述横向隔板在前缘劈缝结构开口处设置倒角，用于冷气扩散，所述纵向节流板与所述横向隔板垂直设置。
2.根据权利要求1所述的涡轮叶片，其特征在于，所述的横向隔板截面为矩形结构设置；所述横向隔板在内腔的末端设置导圆结构以降低冷气流动阻力。
3.根据权利要求1所述的涡轮叶片，其特征在于，所述劈缝结构数量为1条，且所述横向隔板与叶盆和叶背设置一体式结构设置。
4.根据权利要求3所述的涡轮叶片，其特征在于，所述劈缝结构数量为2条以上，叶盆和叶背之间的所述横向隔板数量为所述劈缝结构的数量减1。
5.根据权利要求3所述的涡轮叶片，其特征在于，所述纵向节流板数量为2条以上，且截面为矩形或流线型或圆柱型，并设置有用以限制冷气流通面积的节流孔。
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