CN204024723U - 一种涡轮导向叶片的分体式层板冷却结构 - Google Patents

Abstract

一种涡轮导向叶片的分体式层板冷却结构，涉及燃气涡轮发动机，特别涉及一种对涡轮导向叶片进行叶背区域强化冷却的分体式层板冷却结构。其特征在于，层板冷却结构位于叶片前腔区域，包括叶背，叶背内壁的扰流柱，卡槽结构，冲击孔板；其中：冲击孔板使用高温合金板材，用扳金的方法压制成型，扰流注和叶背整体铸造。本实用新型的有益效果是：使用“冲击－扰流－气膜”的复合冷却方式，增大了换热面积，可以有效降低叶背热点区域的壁面温度，降低叶背烧蚀故障率，提高叶片的可靠性；可以减少冷却空气用量，由此减少发动机的性能损失；分体式层板结构易于加工，避开了狭小空腔结构铸造难脱芯、易变形的难题，可以降低铸造难度和生产成本。

Description

一种涡轮导向叶片的分体式层板冷却结构

技术领域

本实用新型涉及燃气涡轮发动机，特别涉及一种对涡轮导向叶片进行叶背区域强化冷却的分体式层板冷却结构。 

背景技术

通常，燃气涡轮发动机由压气机、燃烧室和涡轮三大部件组成，涡轮部件将高温燃气的内能转化为机械能。目前，燃气涡轮发动机的涡轮叶片需要在工作中承受远超过基体材料熔点的温度，通常情况下需要从压力机引出温度较低的高压空气进入叶片的空腔，作为冷却气对涡轮叶片进行冷却。 

通常，涡轮导向叶片由上缘板、下缘板和叶身构成，通过上、下缘板固定在机匣上，冷气通常由上、下缘板处的空腔进入叶身进行冷却。涡轮导向叶片叶身通常是由无余量精密铸造而成，按区域可分为一个进气边、一个排气边、一个叶盆、一个叶背。叶身空腔内一般会设计出多个冷却通道，根据叶片壁面不同区域的热负荷的差异，设计出不同的冷却结构对叶片进行有效冷却，控制叶片壁面温度在容许范围内并尽量均匀。虽然涡轮冷却技术已经得到了很大的发展，但是对叶片更高冷却效果的需求不会止步。 

涡轮导向叶片壁面和主流道中的高温燃气在工作中发生强烈的对流换热，换热的热点区域包括进气边、排气边和叶背转捩区域等。其中，叶背转捩区域通常位于叶背侧的叶片最大厚度附近，是叶片冷却的难点。之前的冷却的导向叶片主要使用单层壁，依赖气膜冷却的 方式对其进行冷却，很多情况下由于冷气流量不足或者气膜射流脱体，导致冷却效果降低，叶片在此区域容易发生烧蚀故障。 

实用新型内容

本实用新型的目的是：提供一种涡轮导向叶片的分体式层板冷却结构，使用“冲击－扰流－气膜”的双层复合冷却方式，用于对叶背区域进行强化换热，降低热点区域的温度。 

涡轮导向叶片包含一个上缘板1、一个下缘板2和一个叶身3。在上、下缘板上各有一个空腔，冷气由空腔处进入叶身3内进行冷却。 

其中：叶身3按区域可分为进气边4，叶盆5，叶背6和排气边7，叶身3是空心结构，分为两腔：前腔9和后腔10，两个空腔之间以一道隔墙11隔开。由上、下缘板进入的冷气分别流入前腔9和后腔10，构成两个独立的冷气环路，分别对叶身3不同区域进行冷却。 

本实用新型的技术方案是，提供了一种涡轮导向叶片的分体式层板冷却结构。带前腔9和后腔10的叶身3使用无余量精密铸造成型。前腔9内，在叶背6的内壁铸有2～5排固定高度的扰流柱12，扰流柱的截面形状为圆形、菱形或水滴形；在叶背6的内壁有两处卡槽结构13和14。使用厚度0.5～0.8mm的高温合金板材按扳金的方法压制冲击孔板15，冲击孔板15的外形和叶背6基本一致，冲击孔板15安装卡槽内，依靠卡槽13和14定位，并使用销钉或用钎焊的方法固定。在冲击孔板15上有2～4排孔径一定的冲击孔16。在叶背6上有2～4排扩张型气膜孔17。 

冲击孔板15、卡槽13和14、带扰流柱12的叶背6共同构成叶 背分体式层板冷却结构。工作中，进入前腔9的冷却空气从冲击孔板15上的冲击孔16进入层板结构内，直接撞击叶背6的内壁，并经过扰流柱的组织作用在层板结构内流动，带走燃气传至叶片内壁的大量热量。冷却空气最终在扩张型气膜孔17中膨胀并流出，在叶背6上覆盖上一层冷却气膜，将高温燃气和叶片隔绝开来。相对于常规的圆形气膜孔，由于扩张型气膜孔17的膨胀作用，气膜射流的动量减小，能够有效减弱其射流脱体，并且气膜覆盖的区域更广，冷却效果更高，能更有效地降低叶背壁面温度，从而降低叶背烧蚀故障率。 

本实用新型的有益效果是：采用分体式层板冷却结构，使用“冲击－扰流－气膜”的复合冷却方式，增大了换热面积，具有很高的冷却效果，可以有效降低叶背热点区域的壁面温度，降低叶背烧蚀故障率，提高叶片的可靠性；可以减少冷却空气用量，由此减少发动机的性能损失；分体式层板结构易于加工，避开了狭小空腔结构铸造难脱芯、易变形的难题，可以降低铸造难度和生产成本。 

附图说明

图1 涡轮导向叶片结构简图 

图2 叶身截面图 

图3 层板结构放大图 

具体实施方式

下面通过具体的实施例对本实用新型作进一步详细的描述。 

本实施例提供了一种涡轮导向叶片的分体式层板冷却结构。如附图1-3所示，其特征在于：所述的层板冷却结构位于叶片前腔9区域，包括叶背6，叶 背内壁的扰流柱12，卡槽结构13和14，冲击孔板15； 

其中：冲击孔板15使用高温合金板材用扳金的方法压制成型，冲击孔板15的外形和叶背6一致，厚度为0.6mm，冲击孔板15上有3排固定孔径的冲击孔16； 

冲击孔板15安装在卡槽13和14内，内壁由扰流柱12顶住，使用卡槽结构13和14和扰流柱12进行定位，并在卡槽中使用钎焊的方式将其固定； 

扰流柱12和叶身整体铸造，所有扰流柱12的高度一致，截面形状为菱形，扰流柱12的排数为5排； 

在叶背6上有3排扩张型气膜孔17； 

扩张型气膜孔17、冲击孔16和扰流柱12有特定的分布规律。 

Claims (5)

1.一种涡轮导向叶片的分体式层板冷却结构，其特征在于，层板冷却结构位于叶片前腔(9)区域，包括叶背(6)，叶背(6)内壁的扰流柱(12)，卡槽结构(13,14)，冲击孔板(15)； 

其中：冲击孔板(15)使用高温合金板材，用扳金的方法压制成型，扰流注(12)和叶背(6)整体铸造。 

2.根据权利要求1所述的涡轮导向叶片的分体式层板冷却结构，其特征在于，所述冲击孔板(15)的外形和叶背(6)一致，厚度为0.5～0.8mm，冲击孔板(15)上有2～4排固定孔径的冲击孔(16)。 

3.根据权利要求1所述的涡轮导向叶片的分体式层板冷却结构，其特征在于：所述冲击孔板(15)安装在卡槽(13,14)内，内壁由扰流柱(12)顶住，使用卡槽结构(13,14)和扰流柱(12)进行定位，并在卡槽中使用销钉或钎焊的方式将其固定。 

4.根据权利要求1所述的涡轮导向叶片的分体式层板冷却结构，其特征在于：所述扰流柱(12)截面形状为圆形、菱形或水滴形，高度一致，排数为2～5排。 

5.根据权利要求1所述的涡轮导向叶片的分体式层板冷却结构，其特征在于：扩张型气膜孔(17)位于叶背(6)上，排数为2～4排。