CN114151138A - 涡轮转子叶片的层间组合冷却结构 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种涡轮转子叶片的层间组合冷却结构，包括：叶身，设置有内腔和间隙腔，内腔通过冲击孔与间隙腔连通，间隙腔通过冷却气膜孔与叶身外部连通；多个扰流柱，沿叶尖朝向叶根方向，多个扰流柱间隔设置在间隙腔内。本发明的有益效果是，本发明实施例通过在间隙腔内设置有多个扰流柱，可以在采用内腔冲击冷却的基础上，提高外层冷气换热能力，进一步降低外层温度水平以及内外层温差，同时多个扰流柱的设置，可以提高涡轮转子叶片的内腔的强度。

Description

涡轮转子叶片的层间组合冷却结构
技术领域
本发明涉及燃气涡轮发动机技术领域，具体涉及一种涡轮转子叶片的层间组合冷却结构。
背景技术
现有技术中双层壁结构以其相对较高的冷却效率，成为高推重比发动机金属基材料涡轮叶片的发展趋势，已在国外先进发动机中有所应用，并取得良好的冷却效果。
通常双层壁叶片的外层壁和内层壁的温差过大，会导致微观的冷却结构应力集中，降低了叶片的使用寿命。目前一般的双层壁叶片冷却结构，在结构上侧重于冷却设计，着重于提高冷却效率，对于叶片静强度、寿命往往顾此失彼，因此急需一种高可靠性、高冷却效率的双层壁层间冷却结构。
发明内容
本发明提供了一种涡轮转子叶片的层间组合冷却结构，以达到提升冷却效率的同时，达到提高内腔的强度的目的。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种涡轮转子叶片的层间组合冷却结构，包括：叶身，设置有内腔和间隙腔，内腔通过冲击孔与间隙腔连通，间隙腔通过冷却气膜孔与叶身外部连通；多个扰流柱，沿叶尖朝向叶根方向，多个扰流柱间隔设置在间隙腔内。
进一步地，每个扰流柱的横截面形状均为腰形。
进一步地，多个扰流柱包括多个第一扰流柱和多个第二扰流柱，在叶尖朝向叶根方向，第一扰流柱的长度大于第二扰流柱的长度。
进一步地，沿叶尖朝向叶根方向，多个第一扰流柱和多个第二扰流柱间隔均布。
进一步地，相邻两个第一扰流柱之间设置有至少两个间隔均布的第二扰流柱。
进一步地，冲击孔为多个，多个冲击孔沿叶尖朝向叶根方向间隔均布。
进一步地，每个第一扰流柱旁均对应设置有一个冲击孔。
进一步地，多个第一扰流柱的连线形成扰流柱分布线，至少两个相邻的冲击孔构成一个冲击孔组，相邻两冲击孔组分别设置在扰流柱分布线的两侧。
进一步地，冲击孔为椭圆形，且每个冲击孔的长轴均与竖直方向平行。
进一步地，间隙腔为多个，多个间隙腔沿叶身的延伸方向间隔均布。
本发明的有益效果是，本发明实施例通过在间隙腔内设置有多个扰流柱，可以在采用内腔冲击冷却的基础上，提高外层冷气换热能力，进一步降低外层温度水平以及内外层温差，同时多个扰流柱的设置，可以提高涡轮转子叶片的内腔的强度。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要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申请的一些实施例，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它的附图。
图1为本发明实施例的结构示意图；
图2为图1的A-A向剖视图。
图中附图标记：1、叶身；2、纵向隔板；3、外层壁；4、内层壁；5、冲击孔；6、扰流柱；7、冷却气膜孔；8、内腔；9、间隙腔。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
如图1和图2所示，本发明实施例提供了一种涡轮转子叶片的层间组合冷却结构，包括叶身1和多个扰流柱6。叶身1设置有内腔8和间隙腔9，内腔8通过冲击孔5与间隙腔9连通，间隙腔9通过冷却气膜孔与叶身1外部连通；多个扰流柱6沿叶尖朝向叶根方向，多个扰流柱6间隔设置在间隙腔9内。
本发明实施例通过在间隙腔9内设置有多个扰流柱6，可以在采用内腔冲击冷却的基础上，提高外层冷气换热能力，进一步降低外层温度水平以及内外层温差，同时多个扰流柱6的设置，可以提高涡轮转子叶片的内腔的强度。
多个扰流柱6包括多个第一扰流柱和多个第二扰流柱，在叶尖朝向叶根方向，第一扰流柱的长度大于第二扰流柱的长度。多个第一扰流柱和多个第二扰流柱的设置可增加外层壁与内层壁之间的连接刚度，降低应力集中，满足叶片高可靠性的使用要求。本实施例中，每个扰流柱6的横截面形状均为腰形。
在一种实施例中，沿叶尖朝向叶根方向，多个第一扰流柱和多个第二扰流柱间隔均布。采用间隔均布形式多个第一扰流柱和多个第二扰流柱能够基本实现降低外层温度水平以及内外层温差的目的，同时保证外层壁与内层壁之间的连接刚度。
优选地，相邻两个第一扰流柱之间设置有至少两个间隔均布的第二扰流柱。此种布置形式不仅能最大限度的布置下更多的扰流柱6，提升换热面积，又不破坏间隙腔9内的冷气流通性能，实现了高冷气流通性、高换热效率的对流换热目标。
如图1所示，叶身1具有外层壁3、内层壁4和纵向隔板2，外层壁3、内层壁4和纵向隔板2按照设定位置布置，从而围成上述的内腔8和间隙腔9。
本实施例中，冲击孔5设置在内层壁4上，且冲击孔5为多个，多个冲击孔5沿叶尖朝向叶根方向间隔均布。每个第一扰流柱旁均对应设置有一个冲击孔5。冲击孔5的出口与第一扰流柱相邻，加强了对流换热，实现了高均匀性、高填充性、高效率的冲击冷却目标。
本实施例中间隙腔9的供气方式是采用冲击孔5从内腔8供气，冷气通道不是像现有技术中的内腔一样直接连接伸根和榫头，因此，本实施例可以降低榫头和伸根的结构复杂程度，进而降低其铸造工艺难度。
优选地，多个第一扰流柱的连线形成扰流柱分布线，至少两个相邻的冲击孔5构成一个冲击孔组，相邻两冲击孔组分别设置在扰流柱分布线的两侧。
每个第一扰流柱对应一个冲击孔5，从叶尖朝向叶根方向，相邻两冲击孔组分别设置在扰流柱分布线的两侧，从而增加了间隙腔9的冲击均匀性。
在本实施例中，冲击孔5为椭圆形，且每个冲击孔5的长轴均与竖直方向平行。即每个冲击孔5的长轴与离心力方向大致平行，降低了冲击孔5的孔边应力集中，在满足冲击冷却的同时，提高了整体强度寿命水平，满足叶片高可靠性的使用要求。
如图1所示，本实施例中间隙腔9为多个，多个间隙腔9沿叶身1的延伸方向间隔均布。且每个间隙腔9内均设置有上述的扰流柱6，从而实现利用更高品质(内腔沿程温升相对更低)的冷却气体，降低外层基体温度以及内外层温差。
外层壁3上设置有多个冷却气膜孔7，每个间隙腔9均通过对应的冷却气膜孔7与外界连通，从而实现冷却气体的排出。
本发明实施例还包括提供了一种涡轮转子叶片，包括涡轮转子叶片的层间组合冷却结构，其中涡轮转子叶片的层间组合冷却结构为上述的涡轮转子叶片的层间组合冷却结构。该涡轮转子叶片的前缘为冲击与气膜复合冷却，该涡轮转子叶片的尾缘为全劈缝冷却结构。
从以上的描述中，可以看出，本发明上述的实施例实现了如下技术效果：本发明实施例通过在间隙腔9内设置有多个扰流柱6，可以在采用内腔冲击冷却的基础上，提高外层冷气换热能力，进一步降低外层温度水平以及内外层温差，同时多个扰流柱6的设置，可以提高涡轮转子叶片的内腔的强度。
以上所述，仅为本发明的具体实施例，不能以其限定发明实施的范围，所以其等同组件的置换，或依本发明专利保护范围所作的等同变化与修饰，都应仍属于本专利涵盖的范畴。另外，本发明中的技术特征与技术特征之间、技术特征与技术方案之间、技术方案与技术方案之间均可以自由组合使用。

Claims (10)

1.一种涡轮转子叶片的层间组合冷却结构，其特征在于，包括：
叶身(1)，设置有内腔(8)和间隙腔(9)，内腔(8)通过冲击孔(5)与间隙腔(9)连通，间隙腔(9)通过冷却气膜孔与叶身(1)外部连通；
多个扰流柱(6)，沿叶尖朝向叶根方向，多个扰流柱(6)间隔设置在间隙腔(9)内。
2.根据权利要求1所述的涡轮转子叶片的层间组合冷却结构，其特征在于，每个扰流柱(6)的横截面形状均为腰形。
3.根据权利要求2所述的涡轮转子叶片的层间组合冷却结构，其特征在于，多个扰流柱(6)包括多个第一扰流柱和多个第二扰流柱，在叶尖朝向叶根方向，所述第一扰流柱的长度大于所述第二扰流柱的长度。
4.根据权利要求3所述的涡轮转子叶片的层间组合冷却结构，其特征在于，沿叶尖朝向叶根方向，多个第一扰流柱和多个第二扰流柱间隔均布。
5.根据权利要求4所述的涡轮转子叶片的层间组合冷却结构，其特征在于，相邻两个所述第一扰流柱之间设置有至少两个间隔均布的所述第二扰流柱。
6.根据权利要求5所述的涡轮转子叶片的层间组合冷却结构，其特征在于，冲击孔(5)为多个，多个冲击孔(5)沿叶尖朝向叶根方向间隔均布。
7.根据权利要求6所述的涡轮转子叶片的层间组合冷却结构，其特征在于，每个所述第一扰流柱旁均对应设置有一个冲击孔(5)。
8.根据权利要求7所述的涡轮转子叶片的层间组合冷却结构，其特征在于，多个所述第一扰流柱的连线形成扰流柱分布线，至少两个相邻的冲击孔(5)构成一个冲击孔组，相邻两冲击孔组分别设置在扰流柱分布线的两侧。
9.根据权利要求8所述的涡轮转子叶片的层间组合冷却结构，其特征在于，冲击孔(5)为椭圆形，且每个冲击孔(5)的长轴均与竖直方向平行。
10.根据权利要求1至9中任一项所述的涡轮转子叶片的层间组合冷却结构，其特征在于，间隙腔(9)为多个，多个间隙腔(9)沿叶身(1)的延伸方向间隔均布。
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