CN117231314A - 一种调节高压涡轮导向叶片上缘板冷气流量分配的结构 - Google Patents

Abstract

一种调节高压涡轮导向叶片上缘板冷气流量分配的结构，包括外机匣和高压涡轮导向叶片；所述高压涡轮导向叶片通过上缘板安装在外机匣上，在外机匣上设置有防护环，在防护环的下侧设置有导气环，所述防护环与导气环之间形成导气槽，该导气槽开口方向朝向所述高压涡轮导向叶片的叶身；在防护环上位于叶身的叶片前缘的两侧形成第一区域和第二区域，第一区域位于叶盆侧，第二区域位于叶背侧；在第一区域上设置有多个第一进气孔连通至导气槽；在第二区域上设置有多个第二进气孔连通至导气槽；第一区域内的所有第一进气孔面积总和大于第二区域内所有第二进气孔的面积总和，从而增加流过叶盆处的冷气流量，降低叶片上缘板温度。

Description

一种调节高压涡轮导向叶片上缘板冷气流量分配的结构

技术领域

本发明涉及航空发动机涡轮叶片冷却技术领域，尤其涉及一种调节高压涡轮导向叶片上缘板冷气流量分配的结构。

背景技术

高压涡轮导向器位于燃烧室出口处，直接面临高温燃气的冲刷，温度水平较高，且高压涡轮导向叶片叶盆处压力高于叶背处压力，导致来自上游外机匣的冷气大部分向叶背侧流动，难以在叶盆侧形成有效的冷却气膜，冷却效果变差，导致上缘板前缘区域出现较明显的高温区，因此需提高该区域的冷却效果，降低壁面温度。

现有技术中，如公开号为CN115492643A的专利申请公开了一种航空发动机涡轮导向叶片缘板冷却结构，通过各个冲击孔向空腔内通入冷却气，进入空腔的冷却气会对缘板内侧壁进行冲击冷却，形成湍流流动，最终冷却气经各排气膜孔排出，在缘板的内侧表面形成气膜，保护缘板不受高温损伤。又如，公开号为CN113202567A专利申请公开了一种高压涡轮导向冷却叶片缘板的冷却结构设计方法，采用组合式冷却方式进行高压涡轮导向叶片缘板壁面冷却，可降低缘板热点温度，提高叶片缘板冷却效果，提升叶片寿命。

但是上述现有技术中，均不能解决高压涡轮导向叶片叶盆处压力高于叶背处压力，导致来自上游外机匣的冷气大部分向叶背侧流动，难以在叶盆侧形成有效的冷却气膜，冷却效果变差的问题。

发明内容

本发明的主要目的是提出一种调节高压涡轮导向叶片上缘板冷气流量分配的结构，旨在解决上述技术问题。

为实现上述目的，本发明提出一种调节高压涡轮导向叶片上缘板冷气流量分配的结构，包括外机匣和高压涡轮导向叶片；所述高压涡轮导向叶片通过上缘板安装在外机匣上，在外机匣上设置有防护环，在防护环的下侧设置有导气环，所述防护环与导气环之间形成导气槽，该导气槽开口方向朝向所述高压涡轮导向叶片的叶身；在防护环上位于叶身的叶片前缘的两侧形成第一区域和第二区域，第一区域位于叶盆侧，第二区域位于叶背侧；在第一区域上设置有多个第一进气孔连通至导气槽；在第二区域上设置有多个第二进气孔连通至导气槽；第一区域内的所有第一进气孔面积总和大于第二区域内所有第二进气孔的面积总和。

优选的，所述第一进气孔的直径与第二进气孔的直径相等；所述第一区域内第一进气孔的数量大于第二区域内第二进气孔的数量。

可选地，所述第一区域内第一进气孔的数量等于第二区域内第二进气孔的数量；所述第一进气孔的直径大于第二进气孔的直径。

优选的，所述第一进气孔、第二进气孔呈周向环形分布。

优选的，所述防护环倾斜设置，第一进气孔或第二进气孔轴向与叶身轴线的夹角为α，α为锐角；所述导气槽的出气方向与第一进气孔或第二进气孔轴向的夹角为β，β＝90°。

优选的，在所述外机匣的内壁前端设置有环形挡台，内壁后端设置有机匣卡环；在所述高压涡轮导向叶片的上缘板外侧设置有叶片卡环；所述上缘板的前端抵靠在所述环形挡台上，且叶片卡环卡接在机匣卡环上。

优选的，在所述上缘板的前端与所述环形挡台之间设置有封严绳。

优选的，在所述上缘板的前端设置有容置槽，所述封严绳安装在容置槽内；所述封严绳的厚度大于所述容置槽的深度。

优选的，在所述防护环的外侧的一体成型有安装环，所述安装环与防护环连接部位形成空气回流槽。

优选的，在所述安装环上设置有安装卡槽；空气回流槽与安装卡槽使得所述安装环的截面呈“S”形状。

由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果如下：

(1)在本发明中，由于叶盆侧第一区域内的所有第一进气孔面积总和大于叶背侧第二区域内所有第二进气孔的面积总和，以叶片前缘为分界点，通过两侧进气孔的不同进气面积，调节流过叶片叶盆侧、叶背侧冷气流量分配，从而增加流过叶盆处的冷气流量，降低叶片上缘板温度。本发明解决了目前外机匣上的孔为周向均匀布置，容易出现引气量大，叶盆侧上缘板流过冷气量偏低，叶背侧流过冷气量偏大导致的叶盆侧上缘板温度偏高的问题。

(2)在本发明中，通过将第一进气孔或第二进气孔轴向与叶身轴线的夹角设置为锐角，同时第一进气孔或第二进气孔轴向与导气槽的出气方向夹角设置为直角，从第一进气孔或第二进气孔进入的冷气气流可以沿着导气槽吹向叶身，对叶身起到更好的冷却作用。

(3)在本发明中，利用机匣卡环、叶片卡环相互卡接的结构将高压涡轮导向叶片安装在外机匣上，结构简单，安装方便。

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示出的结构获得其他的附图。

图1为本发明所提供的调节高压涡轮导向叶片上缘板冷气流量分配的结构的示意图；

图2为本发明所提供的调节高压涡轮导向叶片上缘板冷气流量分配的结构的进气原理图；

图3为本发明中外机匣进气孔流出的冷气流过叶片上缘板状态的图。

附图标号说明：1、外机匣；1a、防护环；1b、导气环；1c、导气槽；1d、环形挡台；1e、机匣卡环；2、高压涡轮导向叶片；2a、上缘板；2b、叶身；2c、下缘板；2d、叶片前缘；2e、叶片卡环；3、第一区域；3a、第一进气孔；4、第二区域；4a、第二进气孔；5、封严绳；6、安装环；6a、空气回流槽；6b、安装卡槽。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。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，本发明实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

另外，在本发明中涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其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至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。

结合图1、图2所示，一种调节高压涡轮导向叶片上缘板冷气流量分配的结构，包括外机匣1和高压涡轮导向叶片2；所述高压涡轮导向叶片2通过上缘板2a安装在外机匣1上，在外机匣1上设置有防护环1a，在防护环1a的下侧设置有导气环1b，所述防护环1a与导气环1b之间形成导气槽1c，该导气槽1c开口方向朝向所述高压涡轮导向叶片2的叶身2b；在防护环1a上位于叶身2b的叶片前缘2d的两侧形成第一区域3和第二区域4，第一区域3位于叶盆侧，第二区域4位于叶背侧；在第一区域3上设置有多个第一进气孔3a连通至导气槽1c；在第二区域4上设置有多个第二进气孔4a连通至导气槽1c；第一区域3内的所有第一进气孔3a面积总和大于第二区域4内所有第二进气孔4a的面积总和。

通过采用上述结构，以叶片前缘2d为分界点，叶盆侧、叶背侧两侧的区域设置的进气孔的总进气面积不同，达到了调节流过叶片叶盆侧、叶背侧冷气流量分配，由于叶盆侧的进气面积总和大于叶背侧进气面积总和，因此增加流过叶盆处的冷气流量，降低叶片上缘板温度。

为了控制叶盆侧第一区域3和叶背侧第二区域4内进气孔的进气面积，可以采用如下方式：

①所述第一进气孔3a的直径与第二进气孔4a的直径相等，所述第一区域3内第一进气孔3a的数量大于第二区域4内第二进气孔4a的数量。

②所述第一区域3内第一进气孔3a的数量等于第二区域4内第二进气孔4a的数量；所述第一进气孔3a的直径大于第二进气孔4a的直径。

通过上述两种方式，均可以使得第一区域3内的所有第一进气孔3a面积总和大于第二区域4内所有第二进气孔4a的面积总和，以达到增加流过叶盆处的冷气流量的目的。

结合图1所示，为了便于第一进气孔3a、第二进气孔4a加工时进行划线、找准孔位，因此所述第一进气孔3a、第二进气孔4a呈周向环形分布。

结合图2所示，所述防护环1a倾斜设置，第一进气孔3a或第二进气孔4a轴向与叶身2b轴线的夹角为α，α为锐角；所述导气槽1c的出气方向与第一进气孔3a或第二进气孔4a轴向的夹角为β，β＝90°。

冷气流路如图2中的箭头所示，通过上述角度控制，冷气可以沿着第一进气孔3a、第二进气孔4a的轴向进入到导气槽1c中，之后又沿着导气槽1c吹向叶身2b，对叶身2b起到更好的冷却作用。

结合图2所示，在所述外机匣1的内壁前端设置有环形挡台1d，内壁后端设置有机匣卡环1e；在所述高压涡轮导向叶片2的上缘板2a外侧设置有叶片卡环2e；所述上缘板2a的前端抵靠在所述环形挡台1d上，且叶片卡环2e卡接在机匣卡环1e上。利用环形挡台1d形成轴向限位作用，利用机匣卡环1e与叶片卡环2e相互卡接的结构将高压涡轮导向叶片2安装在外机匣1上，结构简单，安装方便。

为了保证高压涡轮导向叶片2与外机匣1之间的密封性，在所述上缘板2a的前端与所述环形挡台1d之间设置有封严绳5。

在本实施例中，在所述上缘板2a的前端设置有容置槽，所述封严绳5安装在容置槽内；所述封严绳5的厚度大于所述容置槽的深度。容置槽的起到安装封严绳5的作用，通过设计封严绳5的厚度，进一步保证密封效果。

结合图1所示，在所述防护环1a的外侧的一体成型有安装环6，所述安装环6与防护环1a连接部位形成空气回流槽6a。设置安装环6的目的在于方便外机匣1与发动机上的其他部件连接，由于形成了空气回流槽6a，吹向防护环1a上的冷气在空气回流槽6a位置处形成回流(如图1中箭头A所示)，回流的冷气可以进入第一进气孔3a、第二进气孔4a中，保证了冷气的进气效果。

结合图1所示，在所述安装环6上设置有安装卡槽6b；空气回流槽6a与安装卡槽6b使得所述安装环6的截面呈“S”形状。设置安装卡槽6b的作用在于方便外机匣1与发动机上的其他部件进行卡接。同时，截面呈“S”形状的结构，对安装环6起到加强的作用，增加了安装环6的强度。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的发明构思下，利用本发明说明书及附图内容所做的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种调节高压涡轮导向叶片上缘板冷气流量分配的结构，包括外机匣(1)和高压涡轮导向叶片(2)；所述高压涡轮导向叶片(2)通过上缘板(2a)安装在外机匣(1)上，其特征在于：

在外机匣(1)上设置有防护环(1a)，在防护环(1a)的下侧设置有导气环(1b)，所述防护环(1a)与导气环(1b)之间形成导气槽(1c)，该导气槽(1c)开口方向朝向所述高压涡轮导向叶片(2)的叶身(2b)；

在防护环(1a)上位于叶身(2b)的叶片前缘(2d)的两侧形成第一区域(3)和第二区域(4)，第一区域(3)位于叶盆侧，第二区域(4)位于叶背侧；

在第一区域(3)上设置有多个第一进气孔(3a)连通至导气槽(1c)；

在第二区域(4)上设置有多个第二进气孔(4a)连通至导气槽(1c)；

第一区域(3)内的所有第一进气孔(3a)面积总和大于第二区域(4)内所有第二进气孔(4a)的面积总和。

2.如权利要求1所述的一种调节高压涡轮导向叶片上缘板冷气流量分配的结构，其特征在于：

所述第一进气孔(3a)的直径与第二进气孔(4a)的直径相等；

所述第一区域(3)内第一进气孔(3a)的数量大于第二区域(4)内第二进气孔(4a)的数量。

3.如权利要求1所述的一种调节高压涡轮导向叶片上缘板冷气流量分配的结构，其特征在于：

所述第一区域(3)内第一进气孔(3a)的数量等于第二区域(4)内第二进气孔(4a)的数量；

所述第一进气孔(3a)的直径大于第二进气孔(4a)的直径。

4.如权利要求1所述的一种调节高压涡轮导向叶片上缘板冷气流量分配的结构，其特征在于：所述第一进气孔(3a)、第二进气孔(4a)呈周向环形分布。

5.如权利要求1所述的一种调节高压涡轮导向叶片上缘板冷气流量分配的结构，其特征在于：所述防护环(1a)倾斜设置，第一进气孔(3a)或第二进气孔(4a)轴向与叶身(2b)轴线的夹角为α，α为锐角；所述导气槽(1c)的出气方向与第一进气孔(3a)或第二进气孔(4a)轴向的夹角为β，β＝90°。

6.如权利要求1所述的一种调节高压涡轮导向叶片上缘板冷气流量分配的结构，其特征在于：在所述外机匣(1)的内壁前端设置有环形挡台(1d)，内壁后端设置有机匣卡环(1e)；

在所述高压涡轮导向叶片(2)的上缘板(2a)外侧设置有叶片卡环(2e)；

所述上缘板(2a)的前端抵靠在所述环形挡台(1d)上，且叶片卡环(2e)卡接在机匣卡环(1e)上。

7.如权利要求6所述的一种调节高压涡轮导向叶片上缘板冷气流量分配的结构，其特征在于：在所述上缘板(2a)的前端与所述环形挡台(1d)之间设置有封严绳(5)。

8.如权利要求7所述的一种调节高压涡轮导向叶片上缘板冷气流量分配的结构，其特征在于：在所述上缘板(2a)的前端设置有容置槽，所述封严绳(5)安装在容置槽内；所述封严绳(5)的厚度大于所述容置槽的深度。

9.如权利要求1所述的一种调节高压涡轮导向叶片上缘板冷气流量分配的结构，其特征在于：在所述防护环(1a)的外侧的一体成型有安装环(6)，所述安装环(6)与防护环(1a)连接部位形成空气回流槽(6a)。

10.如权利要求9所述的一种调节高压涡轮导向叶片上缘板冷气流量分配的结构，其特征在于：在所述安装环(6)上设置有安装卡槽(6b)；空气回流槽(6a)与安装卡槽(6b)使得所述安装环(6)的截面呈“S”形状。