CN220226987U - 涡轮导叶端壁 - Google Patents

Abstract

一种涡轮导叶端壁，用于提升对上游边缘的冷却效果。所述涡轮导叶端壁为单层壁，所述涡轮导叶端壁的外表面设置热障涂层，所述涡轮导叶端壁为单晶高温合金；所述涡轮导叶端壁具有上游边缘，所述涡轮导叶端壁在所述上游边缘设置连接件，所述连接件自所述上游边缘径向突伸，用于连接燃烧室；所述上游边缘设置第一气膜孔，所述第一气膜孔的入口与所述连接件的根部位于相同轴向位置；所述第一气膜孔具有中轴线，所述第一气膜孔的中轴线与所述上游边缘的外表面在轴截面的第一夹角小于90度，所述第一气膜孔的中轴线与径向在径向截面的第二夹角大于30度并小于50度。

Description

涡轮导叶端壁

技术领域

本实用新型涉及航空发动机，具体涉及一种涡轮导叶端壁。

背景技术

涡轮导叶端壁通过冲击冷却降温。冲击冷却使涡轮导叶端壁在上游边缘设置凸台，以搭接分布有冲击孔的冲击盖板，导致上游边缘无法布置气膜孔或者气膜孔的冷却效果差，使涡轮导叶端壁在上游边缘易高温受损。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种涡轮导叶端壁，用于提升对上游边缘的冷却效果。

根据本实用新型的实施例，所述涡轮导叶端壁为单层壁，所述涡轮导叶端壁的外表面设置热障涂层，所述涡轮导叶端壁为单晶高温合金；所述涡轮导叶端壁具有上游边缘，所述涡轮导叶端壁在所述上游边缘设置连接件，所述连接件自所述上游边缘径向突伸，用于连接燃烧室；所述上游边缘设置第一气膜孔，所述第一气膜孔的入口与所述连接件的根部位于相同轴向位置；所述第一气膜孔具有中轴线，所述第一气膜孔的中轴线与所述上游边缘的外表面在轴截面的第一夹角小于90度，所述第一气膜孔的中轴线与径向在径向截面的第二夹角大于30度并小于50度。

在一个或多个实施例中，所述上游边缘设置第一排气膜孔，所述第一排气膜孔包括多个所述第一气膜孔，所述多个第一气膜孔位于相同轴向位置。

在一个或多个实施例中，所述第一气膜孔的孔壁的厚度大于一点五倍的所述第一气膜孔的直径。

在一个或多个实施例中，所述上游边缘设置第二排气膜孔，所述第二排气膜孔位于所述第一排气膜孔的轴向后侧，所述第二排气膜孔包括多个第二气膜孔，所述多个第二气膜孔位于相同轴向位置；所述第二气膜孔具有中轴线，所述第二气膜孔的中轴线与所述上游边缘的外表面在轴截面的第一夹角小于90度，所述第二气膜孔的中轴线与径向在径向截面的第二夹角大于30度并小于50度。

在一个或多个实施例中，所述第一气膜孔的所述第二夹角和所述第二气膜孔的所述第二夹角大小相同，所述第一气膜孔的所述第二夹角和所述第二气膜孔的所述第二夹角相对径向的方向相反。

在一个或多个实施例中，所述第二气膜孔的孔壁的厚度大于一点五倍的所述第二气膜孔的直径。

在一个或多个实施例中，所述上游边缘设置多排气膜孔，所述多排气膜孔包括所述第一排气膜孔和位于所述第一排气膜孔的轴向后侧的多个后排气膜孔；每个所述后排气膜孔包括多个第三气膜孔，所述多个第三气膜孔位于相同轴向位置，所述第三气膜孔具有中轴线，所述第三气膜孔的中轴线与所述上游边缘的外表面在轴截面的第一夹角小于90度，所述第三气膜孔的中轴线与径向在径向截面的第二夹角大于30度并小于50度。

在一个或多个实施例中，所述第一气膜孔的所述第二夹角与所述第三气膜孔的所述第二夹角大小相同，在所述第一排气膜孔和所述多个后排气膜孔中，相邻排气膜孔的所述第二夹角相对径向的方向相反。

在一个或多个实施例中，所述第三气膜孔的孔壁的厚度大于一点五倍的所述第三气膜孔的直径。

本实用新型的实施例至少具备下列有益效果：

涡轮导叶端壁为单层壁，不设置冲击盖板，不形成双层壁，由此也不设置搭接冲击盖板的凸台，第一气膜孔的入口与连接件的根部位于相同轴向位置，第一气膜孔的中轴线与上游边缘的外表面在轴截面的第一夹角小于90度，第一气膜孔顺上游边缘外表面的主流燃气流动方向，避免主流燃气倒灌第一气膜孔，并且提升第一气膜孔出流的冷却气对上游边缘的气膜覆盖效果，提升对上游边缘的冷却效果。第一气膜孔的中轴线与径向在径向截面的第二夹角大于30度并小于50度。倾斜的第一气膜孔提升出流的气膜覆盖效果，同时增大冷却气与第一气膜孔的孔内换热面积，提升冷却气在第一气膜孔内的换热，提升冷却效果。

附图说明

本实用新型的上述的以及其他的特征、性质和优势将通过下面结合附图和实施例的描述而变得更加明显，其中：

图1为常规的涡轮导叶端壁的剖视图；

图2为图1中常规的涡轮导叶端壁的局部图；

图3为本申请实施例的涡轮导叶端壁的剖视图；

图4为图3中本申请实施例的涡轮导叶端壁的局部图；

图5为图3中本申请实施例的涡轮导叶端壁的局部图；

附图标记：

1-涡轮导叶端壁；

2-冲击盖板；

3-冲击孔；

4-凸台；

5-上游边缘；

6-气膜孔；

7-连接件；

8-封严件；

9-第一气膜孔；

10-第一排气膜孔；

11-第二排气膜孔；

12-第二气膜孔。

具体实施方式

现在将详细参考本实用新型的实施例，其一个或多个示例在附图中示出。提供每个示例是为了解释本实用新型，而不是限制本实用新型。事实上，对于本领域技术人员来说显而易见的是，在不脱离本实用新型的范围或精神的情况下，可以在本实用新型中进行各种修改和变化。例如，作为一个实施例的一部分示出或描述的特征可以与另一个实施例一起使用，以产生又一个实施例。因此，本实用新型旨在覆盖落入所附权利要求及其等同物的范围内的这些修改和变化。

需要注意的是，这些以及后续其他的附图均仅作为示例，其并非是按照等比例的条件绘制的，并且不应该以此作为对本实用新型实际要求的保护范围构成限制。

术语“第一”、“第二”等可以互换使用以将一个特征与另一个特征区分开，并且不旨在表示各个特征在各个实施方式中必须位于如图所示的位置。

如图1和图2所示，常规的涡轮导叶端壁1设置冲击盖板2，形成双层壁。冲击盖板2分布有冲击孔3，冷却气通过冲击盖板2的冲击孔3形成冲击射流，冲刷涡轮导叶端壁1的内表面，冷却涡轮导叶端壁1。涡轮导叶端壁1在内表面设置凸台4，冲击盖板2搭接凸台4以固定。凸台4占用涡轮导叶端壁1在上游边缘5的内表面。“上游”为涡轮导叶端壁1在工作时高温燃气的来流方向，下同。在上游边缘5设置气膜孔6，气膜孔6的入口避开凸台4与冲击盖板2的搭接面，位于凸台4的轴向后侧。上游边缘5在凸台4的轴向前侧设置连接件7，连接件7自涡轮导叶端壁1内表面径向突伸，并连接燃烧室(图中未示出)，连接件7可为挂钩。上游边缘5在连接件7的轴向前侧设置封严件8，封严件8自涡轮导叶端壁1内表面径向突伸，减少冷却气的非设计泄漏，封严件8可为挡板。气膜孔6的入口位于连接件7、封严件8以及凸台4的轴向后侧，气膜孔6的出口位于连接件7的轴向前侧，使得气膜孔6的中轴线与上游边缘5的外表面在轴截面的第一夹角α大于90°(同度，下同)，气膜孔6逆上游边缘5外表面的主流燃气流动方向，主流燃气易倒灌气膜孔6，并且气膜孔6出流的冷却气易被主流燃气裹挟吹离，导致气膜孔6对上游边缘5的冷却效果差，涡轮导叶端壁1在上游边缘5易高温受损。“轴截面”为过涡轮导叶端壁1的中心轴线的截面，下同。“第一夹角α”为气膜孔的中轴线在轴截面的投影与上游边缘5的外表面所成的夹角，下同。“轴向”为涡轮导叶端壁1的中心轴线的延伸方向，下同。“径向”为涡轮导叶端壁1的半径或直径延伸的方向，下同。“后”为涡轮导叶端壁1安装后沿轴向远离燃烧室的方向，下同。“前”为涡轮导叶端壁1安装后沿轴向接近燃烧室的方向，下同。此外，冷却气经冲击盖板2的冲击孔3存在压力损失，进一步导致气膜孔6出流不畅，使得主流燃气易倒灌气膜孔6。此外，凸台4挡住冲击盖板2，使得上游边缘5不能被冲击孔3指向，上游边缘5无冲击冷却，进一步使得上游边缘5易高温受损。此外，冲击盖板3焊接凸台4的工序位于气膜孔6的制造工序之后，冲击盖板3焊接凸台4的钎料易融化堵塞气膜孔6。

如图3至图5所示，在本申请实施例中，涡轮导叶端壁1在外表面喷涂热障涂层，增大主流燃气向涡轮导叶端壁1热传导的热阻，热障涂层增大热阻的能力提升，冷却效果提升。涡轮导叶端壁1材料采用单晶高温合金，如由镍、铬和钼等金属组成的合金，熔点在1390摄氏度以上，承受高温的水平提高。涡轮导叶端壁1处的主流燃气的温度比主流燃气的平均温度低。这都使得涡轮导叶端壁1不设置冲击冷却结构，也能满足冷却要求。

如图3至图5所示，涡轮导叶端壁1为单层壁，不设置冲击盖板2，不形成双层壁，由此也不设置搭接冲击盖板2的凸台4，简化结构，减少加工工序。涡轮导叶端壁1具有上游边缘5。上游边缘5设置如前述的连接件7。如图3和图4所示，上游边缘5设置第一气膜孔9，无凸台4位于连接件7的轴向后侧使得，第一气膜孔9的入口可轴向前置，第一气膜孔9的入口与连接件7的根部位于相同轴向位置，进而使得，第一气膜孔9的出口可位于连接件7的轴向前侧，第一气膜孔9的中轴线与上游边缘5的外表面在轴截面的第一夹角α仍小于90度，第一气膜孔9顺上游边缘5外表面的主流燃气流动方向，避免主流燃气倒灌第一气膜孔9，并且提升第一气膜孔9出流的冷却气对上游边缘5的气膜覆盖效果，提升对上游边缘5的冷却效果。此外，无冷却气流经冲击孔3的压力损失，第一气膜孔9出流顺畅。此外，无冲击盖板3焊接凸台4的工序，第一气膜孔9不会被融化的钎料堵塞。

如图5所示，第一气膜孔9的中轴线与径向在径向截面的第二夹角γ大于30度并小于50度。倾斜的第一气膜孔9提升出流的气膜覆盖效果，同时增大冷却气与第一气膜孔9的孔内换热面积，提升冷却气在第一气膜孔9内的换热，提升冷却效果。“径向截面”为垂直于涡轮导叶端壁1的中心轴线的截面，下同。“第二夹角γ”为气膜孔的中轴线在径向截面的投影与径向所成的锐角，下同。

如图3至图5所示，第一气膜孔9可为直孔，具有形状、尺寸均匀一致的截面，并具有直线的中轴线。

如图3和图5所示，上游边缘5可设置第一排气膜孔10，第一排气膜孔10包括多个第一气膜孔9，多个第一气膜孔9位于相同轴向位置，形成一排。

如图3至图5所示，第一气膜孔9的孔壁的厚度可大于一点五倍的第一气膜孔9的直径，以提升上游边缘5的结构强度。

如图3至图5所示，上游边缘5可设置第二排气膜孔11，进一步提升对上游边缘5的冷却效果。第二排气膜孔11位于第一排气膜孔10的轴向后侧，第二排气膜孔11包括多个第二气膜孔12，多个第二气膜孔12位于相同轴向位置，形成一排。第二气膜孔12的中轴线与上游边缘5的外表面在轴截面的第一夹角α小于90度，第二气膜孔12顺上游边缘5外表面的主流燃气流动方向，避免主流燃气倒灌第二气膜孔12，并且提升第二气膜孔12出流的冷却气对上游边缘5的气膜覆盖效果，提升对上游边缘5的冷却效果。此外，无冷却气流经冲击孔3的压力损失，第二气膜孔12出流顺畅。此外，无冲击盖板3焊接凸台4的工序，第二气膜孔12不会被融化的钎料堵塞。

如图5所示，第二气膜孔12的中轴线与径向在径向截面的第二夹角γ大于30度并小于50度。倾斜的第二气膜孔12提升出流的气膜覆盖效果，同时增大冷却气与第二气膜孔12的孔内换热面积，提升冷却气在第二气膜孔12内的换热，提升冷却效果。

如图5所示，第一气膜孔9的第二夹角γ和第二气膜孔12的第二夹角γ大小可相同，第一气膜孔9的第二夹角γ和第二气膜孔12的第二夹角γ相对径向的方向可相反。第一气膜孔9和第二气膜孔12相对径向倾斜的方向相反，第一气膜孔9、第二气膜孔12的出流方向分别朝向径向一侧与径向另一侧，增大上游边缘5外表面的气膜覆盖面积。

如图3至图5所示，第二气膜孔12的孔壁的厚度大于一点五倍的第二气膜孔12的直径，以提升上游边缘5的结构强度。

图3至图5仅示出了上游边缘5设置两排气膜孔的情况。上游边缘5还可设置多排气膜孔(图中未示出)，“多排”为至少两排。多排气膜孔包括前述的第一排气膜孔10和位于第一排气膜孔10的轴向后侧的多个后排气膜孔(图中未示出，可参照前述的第二排气膜孔11)。每个后排气膜孔包括多个第三气膜孔(图中未示出，可参照前述的第二气膜孔12)，多个第三气膜孔位于相同轴向位置，形成一排。第三气膜孔的中轴线与上游边缘5的外表面在轴截面的第一夹角α小于90度，第三气膜孔顺上游边缘5外表面的主流燃气流动方向，避免主流燃气倒灌第三气膜孔，并且提升第三气膜孔出流的冷却气对上游边缘5的气膜覆盖效果，提升对上游边缘5的冷却效果。此外，无冷却气流经冲击孔3的压力损失，第三气膜孔出流顺畅。此外，无冲击盖板3焊接凸台4的工序，第三气膜孔不会被融化的钎料堵塞。

第三气膜孔的中轴线与径向在径向截面的第二夹角γ大于30度并小于50度。倾斜的第三气膜孔提升出流的气膜覆盖效果，同时增大冷却气与第三气膜孔的孔内换热面积，提升冷却气在第三气膜孔内的换热，提升冷却效果。

示例性地，上游边缘5设置四排气膜孔，四排气膜孔包括前述的第一排气膜孔10以及三个后排气膜孔，三个后排气膜孔包括前述的第二排气膜孔11以及位于第二排气膜孔11轴向后侧的第三排气膜孔(图中未示出)、位于第三排气膜孔轴向后侧的第四排气膜孔(图中未示出)。第三排气膜孔中的多个气膜孔位于相同轴向位置，形成一排。第三排气膜孔中的每个气膜孔的中轴线与上游边缘5的外表面在轴截面的第一夹角α小于90度。第三排气膜孔中的每个气膜孔的中轴线与径向在径向截面的第二夹角γ大于30度并小于50度。第四排气膜孔中的多个气膜孔位于相同轴向位置，形成一排。第四排气膜孔中的每个气膜孔的中轴线与上游边缘5的外表面在轴截面的第一夹角α小于90度。第四排气膜孔中的每个气膜孔的中轴线与径向在径向截面的第二夹角γ大于30度并小于50度。

第一气膜孔9的第二夹角γ与第三气膜孔的第二夹角γ大小可相同，在第一排气膜孔9和多个后排气膜孔中，相邻排气膜孔的第二夹角γ相对径向的方向可相反。相邻排气膜孔相对径向倾斜的角度相反，相邻排气膜孔的出流方向分别朝向径向一侧与径向另一侧，增大上游边缘5外表面的气膜覆盖面积。

仍以前述的设置四排气膜孔的上游边缘5为例，第一气膜孔9、第二气膜孔12、第三排气膜孔中的每个气膜孔、第四排气膜孔中的每个气膜孔具有大小相同的第二夹角γ。第一气膜孔9与第三排气膜孔中的每个气膜孔的第二夹角γ相对径向的方向相同，第一气膜孔9与第三排气膜孔中的每个气膜孔相对径向倾斜的方向相同。第二气膜孔12与第四排气膜孔中的每个气膜孔的第二夹角γ相对径向的方向相同，第二气膜孔12与第四排气膜孔中的每个气膜孔相对径向倾斜的方向相同。第一气膜孔9与第二气膜孔12的第二夹角γ相对径向的方向相反，第一气膜孔9与第二气膜孔12相对径向倾斜的方向相反。第二气膜孔12与第三排气膜孔中的每个气膜孔的第二夹角γ相对径向的方向相反，第二气膜孔12与第三排气膜孔中的每个气膜孔相对径向倾斜的方向相反。第三排气膜孔中的每个气膜孔与第四排气膜孔中的每个气膜孔的第二夹角γ相对径向的方向相反，第三排气膜孔中的每个气膜孔与第四排气膜孔中的每个气膜孔相对径向倾斜的方向相反。

第三气膜孔的孔壁的厚度大于一点五倍的第三气膜孔的直径，以提升上游边缘5的结构强度。

本实用新型虽然以实施例公开如上，但其并不是用来限定本实用新型，任何本领域技术人员在不脱离本实用新型的精神和范围内，都可以做出可能的变动和修改。

Claims (9)

1.一种涡轮导叶端壁，其特征在于：

所述涡轮导叶端壁为单层壁，所述涡轮导叶端壁的外表面设置热障涂层，所述涡轮导叶端壁为单晶高温合金；

所述涡轮导叶端壁具有上游边缘，所述涡轮导叶端壁在所述上游边缘设置连接件，所述连接件自所述上游边缘径向突伸，用于连接燃烧室；

所述上游边缘设置第一气膜孔，所述第一气膜孔的入口与所述连接件的根部位于相同轴向位置；

所述第一气膜孔具有中轴线，所述第一气膜孔的中轴线与所述上游边缘的外表面在轴截面的第一夹角小于90度，所述第一气膜孔的中轴线与径向在径向截面的第二夹角大于30度并小于50度。

2.根据权利要求1所述的涡轮导叶端壁，其特征在于：

所述上游边缘设置第一排气膜孔，所述第一排气膜孔包括多个所述第一气膜孔，所述多个第一气膜孔位于相同轴向位置。

3.根据权利要求1所述的涡轮导叶端壁，其特征在于：

所述第一气膜孔的孔壁的厚度大于一点五倍的所述第一气膜孔的直径。

4.根据权利要求2所述的涡轮导叶端壁，其特征在于：

所述上游边缘设置第二排气膜孔，所述第二排气膜孔位于所述第一排气膜孔的轴向后侧，所述第二排气膜孔包括多个第二气膜孔，所述多个第二气膜孔位于相同轴向位置；

所述第二气膜孔具有中轴线，所述第二气膜孔的中轴线与所述上游边缘的外表面在轴截面的第一夹角小于90度，所述第二气膜孔的中轴线与径向在径向截面的第二夹角大于30度并小于50度。

5.根据权利要求4所述的涡轮导叶端壁，其特征在于：

所述第一气膜孔的所述第二夹角和所述第二气膜孔的所述第二夹角大小相同，所述第一气膜孔的所述第二夹角和所述第二气膜孔的所述第二夹角相对径向的方向相反。

6.根据权利要求4所述的涡轮导叶端壁，其特征在于：

所述第二气膜孔的孔壁的厚度大于一点五倍的所述第二气膜孔的直径。

7.根据权利要求2所述的涡轮导叶端壁，其特征在于：

所述上游边缘设置多排气膜孔，所述多排气膜孔包括所述第一排气膜孔和位于所述第一排气膜孔的轴向后侧的多个后排气膜孔；

每个所述后排气膜孔包括多个第三气膜孔，所述多个第三气膜孔位于相同轴向位置，所述第三气膜孔具有中轴线，所述第三气膜孔的中轴线与所述上游边缘的外表面在轴截面的第一夹角小于90度，所述第三气膜孔的中轴线与径向在径向截面的第二夹角大于30度并小于50度。

8.根据权利要求7所述的涡轮导叶端壁，其特征在于：

所述第一气膜孔的所述第二夹角与所述第三气膜孔的所述第二夹角大小相同，在所述第一排气膜孔和所述多个后排气膜孔中，相邻排气膜孔的所述第二夹角相对径向的方向相反。

9.根据权利要求7所述的涡轮导叶端壁，其特征在于：

所述第三气膜孔的孔壁的厚度大于一点五倍的所述第三气膜孔的直径。