CN216788487U - 一种具有导流结构的气膜孔涡轮叶片 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种具有导流结构的气膜孔涡轮叶片，包括叶片本体，所述叶片本体包括叶根、叶尖、前缘和尾缘；所述叶片本体的压力面上设有气膜孔，所述叶片本体的前缘上设有气孔；所述叶片本体的吸力面上设有气膜孔；所述气膜孔和气孔均与所述叶片本体内的冷却气流腔连通；所述叶片本体的压力面上对应每个所述气膜孔均固定设有导流结构；本实用新型通过气膜孔和气孔使冷却空气从叶片本体的冷却气流腔中流出，与外部高温燃气相遇，形成冷空气气膜，将叶片本体与高温燃气隔开，达到冷却目的；通过导流结构引导从气膜孔中流出的冷却空气的流向，使冷却空气可以更好的贴合在叶片本体的表面。

Description

一种具有导流结构的气膜孔涡轮叶片

技术领域

本实用新型涉及涡轮叶片领域，具体涉及一种具有导流结构的气膜孔涡轮叶片。

背景技术

在航空发动机集的发展过程中，由于追求高运行效率和推重比，涡轮进口温度不断提高。然而，我涡轮进口燃气温度却受涡轮材料耐热性的限制。目前先进航空发动机涡轮进口燃气温度达到1800～2000K,超出了耐高温叶片材料可承受的极限温度，所以必须采用有效的冷却方式来降低涡轮叶片的温度。航空发动机叶片冷却形式有多种，对流换热，冲击冷却，气膜冷却及发散冷却。其中气膜冷却因其通过冷却空气物理隔绝叶片及高温燃气的方式，可大幅度降低叶片温度，在现代航空发动机中普遍应用。

传统气膜冷却叶片因其受加工制造工艺的限制，采用在叶片上直接开孔的形式，有些会在叶片涂层上做沟槽以增加冷却空气的扩散面，意图以更少的空气达到理想的冷却效果。

为达到冷却的目的，现代航空发动机的冷却空气用量很大，造成系统效率的降低。除了上述缺点，高压空气通过气膜孔喷出冲击高温燃气，也会增大燃气的气动损失，降低涡轮效率。

基于上述情况，本实用新型提出了一种具有导流结构的气膜孔涡轮叶片，可有效解决以上问题。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种具有导流结构的气膜孔涡轮叶片。本实用新型的具有导流结构的气膜孔涡轮叶片，结构简单，使用方便，通过气膜孔和气孔使冷却空气从叶片本体的冷却气流腔中流出，与外部高温燃气相遇，形成冷空气气膜，将叶片本体与高温燃气隔开，达到冷却目的；通过导流结构引导从气膜孔中流出的冷却空气的流向，使冷却空气可以更好的贴合在叶片本体的表面；在气膜孔和气孔的孔入口均垂直于内腔内壁，方便气流从孔流出，较少阻力；而气膜孔内有弯转，使气膜孔的孔出口与外壁叶型切线成一定角度，使冷却空气更贴合叶片外壁面形成气膜。

本实用新型通过下述技术方案实现：

一种具有导流结构的气膜孔涡轮叶片，包括叶片本体，所述叶片本体包括叶根、叶尖、前缘和尾缘；所述叶片本体的压力面沿叶根至叶尖整个展向区域设置有多列布置的气膜孔，所述叶片本体的前缘沿叶根至叶尖整个展向区域设置有多列布置的气孔；所述叶片本体的吸力面沿叶根至叶尖整个展向区域设置有多列布置的气膜孔；所述气膜孔和气孔均与所述叶片本体内的冷却气流腔连通；

所述气膜孔包括垂直连通所述冷却气流腔的第一垂直段、连通所述叶片本体表面的第一出口段和连通在所述第一垂直段和第一出口段之间的第一弯转段；

所述气孔包括垂直连通所述叶片本体的冷却气流腔的第二垂直段和连通所述叶片本体的前缘的第二出口段；所述第二垂直段和第二出口段相互连通；

所述叶片本体的压力面上对应每个所述气膜孔均固定设有导流结构。

本实用新型通过所述气膜孔和气孔使冷却空气从所述叶片本体的冷却气流腔中流出，与外部高温燃气相遇，形成冷空气气膜，将所述叶片本体与高温燃气隔开，达到冷却目的；通过所述导流结构引导从所述气膜孔中流出的冷却空气的流向，使冷却空气可以更好的贴合在所述叶片本体的表面；在所述气膜孔和气孔的孔入口均垂直于内腔内壁，方便气流从孔流出，较少阻力；而所述气膜孔内有弯转，使所述气膜孔的孔出口与外壁叶型切线成一定角度，使冷却空气更贴合叶片外壁面形成气膜。

优选的，所述导流结构呈月牙形；所述导流结构包括迎风面、背风面和在所述导流结构两端的尖角。

优选的，所述叶片本体从叶根至叶尖划分为叶根区和叶尖区；所述叶根区内的所述气膜孔和气孔的开口均倾斜指向所述叶尖区；所述叶尖区内的所述气膜孔和气孔的开口均倾斜指向所述叶根区。

优选的，所述第一弯折段的弯折角度为α1，且α1＝0～10°。

优选的，所述叶片本体采用增材制造技术一体成型。

本实用新型与现有技术相比，具有以下优点及有益效果：

本实用新型的具有导流结构的气膜孔涡轮叶片，结构简单，使用方便，通过气膜孔和气孔使冷却空气从叶片本体的冷却气流腔中流出，与外部高温燃气相遇，形成冷空气气膜，将叶片本体与高温燃气隔开，达到冷却目的；通过导流结构引导从气膜孔中流出的冷却空气的流向，使冷却空气可以更好的贴合在叶片本体的表面；在气膜孔和气孔的孔入口均垂直于内腔内壁，方便气流从孔流出，较少阻力；而气膜孔内有弯转，使气膜孔的孔出口与外壁叶型切线成一定角度，使冷却空气更贴合叶片外壁面形成气膜。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图；

图2为本实用新型的后视结构示意图；

图3为图1中A处的局部放大结构示意图；

图4为本实用新型所述气膜孔的结构示意图；

图5为本实用新型所述气孔的结构示意图。

具体实施方式

为了使本领域的技术人员更好地理解本实用新型的技术方案，下面结合具体实施例对本实用新型的优选实施方案进行描述，但是应当理解，附图仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；为了更好说明本实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对于本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。附图中描述位置关系仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制。

实施例1：

如图1至5所示，一种具有导流结构的气膜孔涡轮叶片，包括叶片本体1，所述叶片本体1包括叶根、叶尖、前缘和尾缘；所述叶片本体1的压力面沿叶根至叶尖整个展向区域设置有多列布置的气膜孔11，所述叶片本体1的前缘沿叶根至叶尖整个展向区域设置有多列布置的气孔12；所述叶片本体1的吸力面沿叶根至叶尖整个展向区域设置有多列布置的气膜孔11；所述气膜孔11和气孔12均与所述叶片本体1内的冷却气流腔2连通；

所述气膜孔11包括垂直连通所述冷却气流腔2的第一垂直段111、连通所述叶片本体1表面的第一出口段112和连通在所述第一垂直段111和第一出口段112之间的第一弯转段113；

所述气孔12包括垂直连通所述叶片本体1的冷却气流腔的第二垂直段121 和连通所述叶片本体1的前缘的第二出口段122；所述第二垂直段121和第二出口段122相互连通；

所述叶片本体1的压力面上对应每个所述气膜孔11均固定设有导流结构3。

本实用新型通过所述气膜孔11和气孔12使冷却空气从所述叶片本体1的冷却气流腔中流出，与外部高温燃气相遇，形成冷空气气膜，将所述叶片本体1 与高温燃气隔开，达到冷却目的；通过所述导流结构3引导从所述气膜孔11中流出的冷却空气的流向，使冷却空气可以更好的贴合在所述叶片本体1的表面；在所述气膜孔11和气孔12的孔入口均垂直于内腔内壁，方便气流从孔流出，较少阻力；而所述气膜孔11内有弯转，使所述气膜孔11的孔出口与外壁叶型切线成一定角度，使冷却空气更贴合叶片外壁面形成气膜。

本实用新型中所述气膜孔11和气孔12的分布是根据所述叶片本体1上的温度场进行布置，确保由所述气膜孔11和气孔12形成的空气气膜能达到最好的冷却效果。

进一步地，在另一个实施例中，所述导流结构3呈月牙形；所述导流结构3 包括迎风面31、背风面32和在所述导流结构3两端的尖角33。

高温燃气贴附并吹动所述叶片本体1，冷却空气从叶片本体1的端部进入所述冷却气流腔2，通过所述气膜孔11和气孔12喷出，所述导流结构3同时作为所述气膜孔11管道的外壁，所述导流结构3可以使通过所述气膜孔11的冷却气流沿着所述叶片本体1的外壁以一个很小的角度喷出，在所述叶片本体1的外壁上隔绝高温燃气。

高温燃气在所述迎风面31顶部流速高，压力低，在所述背风面32流速低，压力高，并在所述背风面32形成涡流，尤其在两侧的所述尖角33处形成反向涡流的低压区，从所述气膜孔11喷出的冷却空气在反向涡流的作用下向两侧摊开，在不增加冷却空气流量的前提下，增大了冷却空气在所述叶片本体1的外壁的附着面积。

在所述背风面32形成的双向涡轮区，亦使冷却空气的喷流穿透被有效抑制，冷却空气喷射动量向其流动方向移动，有效降低了高温燃气起动损失，提高系统效率。

进一步地，在另一个实施例中，所述叶片本体1从叶根至叶尖划分为叶根区和叶尖区；所述叶根区内的所述气膜孔11和气孔12的开口均倾斜指向所述叶尖区；所述叶尖区内的所述气膜孔11和气孔12的开口均倾斜指向所述叶根区。

所述叶根区内的所述气膜孔11和气孔12出口指向所述叶尖区，而所述叶尖区内的所述气膜孔11和气孔12出口指向所述叶根区，可以更好的引导冷却空气聚集在所述叶片本体1，防止冷却气流外泄，与外部高温燃气相遇，聚集后的冷却空气，形成更好的冷空气气膜，更好的将叶片与高温燃气隔开，达到更好的冷却效果。

进一步的，本实用新型所述气膜孔11和气孔12的开口均由低温区指向高温区，更好的将冷却空气聚集到高温区，增强气孔膜在高温区的隔离效果，保证所述叶片本体上每一处均具有较好的冷却效果。

进一步地，在另一个实施例中，所述第一弯转段113的弯折角度为α1，且α1＝0～10°。

将所述气膜孔11的孔出口，即所述第一出口段112在所述叶片本体的压力面上的开口与压力面叶型切线的角度控制在0～10°，可以使冷却空气更好的贴合在所述叶片本体1的压力面形成气膜。

进一步地，在另一个实施例中，所述叶片本体1采用增材制造技术一体成型。

本实用新型的所述气膜孔和气孔的弯转和扩张都需依靠增材制造技术制造；且采用增材制造技术一体成型可以确保所述叶片本体具有更好的结构强度。

依据本实用新型的描述及附图，本领域技术人员很容易制造或使用本实用新型的具有导流结构的气膜孔涡轮叶片，并且能够产生本实用新型所记载的积极效果。

如无特殊说明，本实用新型中，若有术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系是基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此本实用新型中描述方位或位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制，对于本领域的普通技术人员而言，可以结合附图，并根据具体情况理解上述术语的具体含义。

除非另有明确的规定和限定，本实用新型中，若有术语“设置”、“相连”及“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例，并非对本实用新型做任何形式上的限制，凡是依据本实用新型的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化，均落入本实用新型的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种具有导流结构的气膜孔涡轮叶片，其特征在于：包括叶片本体(1)，所述叶片本体(1)包括叶根、叶尖、前缘和尾缘；所述叶片本体(1)的压力面沿叶根至叶尖整个展向区域设置有多列布置的气膜孔(11)，所述叶片本体(1)的前缘沿叶根至叶尖整个展向区域设置有多列布置的气孔(12)；所述叶片本体(1)的吸力面沿叶根至叶尖整个展向区域设置有多列布置的气膜孔(11)；所述气膜孔(11)和气孔(12)均与所述叶片本体(1)内的冷却气流腔(2)连通；

所述气膜孔(11)包括垂直连通所述冷却气流腔(2)的第一垂直段(111)、连通所述叶片本体(1)表面的第一出口段(112)和连通在所述第一垂直段(111)和第一出口段(112)之间的第一弯转段(113)；

所述气孔(12)包括垂直连通所述叶片本体(1)的冷却气流腔的第二垂直段(121)和连通所述叶片本体(1)的前缘的第二出口段(122)；所述第二垂直段(121)和第二出口段(122)相互连通；

所述叶片本体(1)的压力面上对应每个所述气膜孔(11)均固定设有导流结构(3)。

2.根据权利要求1所述的一种具有导流结构的气膜孔涡轮叶片，其特征在于：所述导流结构(3)呈月牙形；所述导流结构(3)包括迎风面(31)、背风面(32)和在所述导流结构(3)两端的尖角(33)。

3.根据权利要求1所述的一种具有导流结构的气膜孔涡轮叶片，其特征在于：所述叶片本体(1)从叶根至叶尖划分为叶根区和叶尖区；所述叶根区内的所述气膜孔(11)和气孔(12)的开口均倾斜指向所述叶尖区；所述叶尖区内的所述气膜孔(11)和气孔(12)的开口均倾斜指向所述叶根区。

4.根据权利要求1所述的一种具有导流结构的气膜孔涡轮叶片，其特征在于：所述第一弯转段(113)的弯折角度为α1，且α1＝0～10°。

5.根据权利要求1所述的一种具有导流结构的气膜孔涡轮叶片，其特征在于：所述叶片本体(1)采用增材制造技术一体成型。

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