專(zhuān)利名稱(chēng)：渦輪葉片尾緣微通道內(nèi)冷結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種適用于航空發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪葉片微通道內(nèi)冷卻結(jié)構(gòu)，該冷卻結(jié)構(gòu)主要 應(yīng)用在航空發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪葉片的尾緣，可以產(chǎn)生0.7以上的冷卻效果，滿足航空發(fā)動(dòng)機(jī) 渦輪葉片冷卻的要求。
技術(shù)背景發(fā)動(dòng)機(jī)的最主要性能指標(biāo)是推重比，隨著人們對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的性能要求不斷提高，對(duì) 推重比的要求也不斷提高。而提高發(fā)動(dòng)機(jī)的推重比所釆用的最有效的手段就是提高渦 輪前燃?xì)鉁囟?。我?guó)預(yù)研的推重比10—級(jí)航空發(fā)動(dòng)機(jī)的渦輪前溫度約為1850K 1950K。而目前使用的各種材料在無(wú)冷卻的情況下，只能在1300。C左右才能維持其 較高的強(qiáng)度指標(biāo)。在高溫環(huán)境下的渦輪轉(zhuǎn)子能否安全可靠的工作，主要取決于轉(zhuǎn)子內(nèi) 各熱部件(渦輪葉片、渦輪盤(pán)、軸等)的溫度水平和溫度分布。另外，由于渦輪葉片 (工作葉片)在高轉(zhuǎn)速下工作(轉(zhuǎn)速可達(dá)15000rpm以上)，處于非常高的離心力場(chǎng) 當(dāng)中。在如此惡劣的工作環(huán)境中，要保證葉片正常、可靠、長(zhǎng)期的工作，就必須對(duì)渦 輪葉片進(jìn)行有效的冷卻，保證葉片本身溫度在工作溫度下，又高的持久強(qiáng)度和抗腐蝕 能力，在保證可靠工作的同時(shí)盡可能少的使用冷卻氣體。因此，發(fā)明高效的冷卻結(jié)構(gòu) 是非常重要，也是非常必要的。目前所設(shè)計(jì)的常規(guī)渦輪葉片多是在葉片的內(nèi)部布置各 種形狀的肋片，用來(lái)增加內(nèi)部的擾動(dòng)，來(lái)提高換熱效果，而在葉片的外表面常常布置 一些直徑較小的氣膜孔，形成全氣膜覆蓋，通過(guò)這種方式設(shè)計(jì)的渦輪葉片，其冷卻效 果一般在0.5左右，隨著渦輪前燃?xì)鉁囟鹊奶岣?，這樣的冷卻效果對(duì)葉片冷卻來(lái)說(shuō)已 經(jīng)明顯的不夠，所以高效的渦輪冷卻結(jié)構(gòu)的發(fā)明是非常重要和急迫的?，F(xiàn)有常用冷卻技術(shù)存在以下不足(l)冷卻效率并不總隨渦輪葉片冷卻空氣量的增加而增加，到了一定流量，冷卻 效率將很難再有提升。(2 )現(xiàn)有常用冷卻技術(shù)對(duì)葉片葉弦中部冷卻較多，而對(duì)葉片后緣卻沒(méi)有冷卻或冷 卻很少，而這恰恰應(yīng)是重點(diǎn)冷卻的區(qū)域(3 )隨著渦輪前燃?xì)鉁囟鹊牟粩嗵岣撸貏e是當(dāng)渦輪前燃?xì)鉁囟冗_(dá)到137(TC甚至更高，現(xiàn)有常用冷卻技術(shù)將難以滿足有效冷卻的需要，容易導(dǎo)致渦輪葉片熱疲勞損壞。
發(fā) 明 內(nèi) 容本發(fā)明涉及一種適應(yīng)于航空發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪葉片尾緣的微通道冷卻結(jié)構(gòu)，該冷卻結(jié)果為在葉片的尾部沿流向布置有微小通道，通道的間距/為0.3~0.8mm，壁厚A為 0.2~0.5mm，由葉根到葉尖均勻分布。壁厚與通道間距的比，在0.5-1的范圍內(nèi)，并且如果在加工工藝的允許的情況下，l的值越小越好，葉片寬度隨葉片的外型而改變，整個(gè)微通道一直延伸到葉片尾緣出口處的劈縫的位置，通道是等間距的，從葉片 的根部一直到葉片的尖部均勻的布置有上述微通道結(jié)構(gòu)，所采用的材料要與渦輪葉片 的材料相同。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于采用微小通道代替葉片尾部的擾流柱，加強(qiáng)了葉片尾部高熱 區(qū)的冷卻。


圖1本發(fā)明葉片橫截面2葉片尾緣微通道冷卻結(jié)構(gòu)圖3葉片冷氣流動(dòng)結(jié)構(gòu)中1、葉片前緣2、葉片外壁3、葉中隔斷4、微通道5、葉片中部6、葉片中心腔7、前緣沖擊孔8、葉片頂部氣流通道9、葉片中部10、中部氣流通道11、尾部微通道12、葉片尾緣13、尾部劈縫具體實(shí)施方式
下面將結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明。本發(fā)明將微通道技術(shù)應(yīng)用于渦輪葉片，發(fā)明一種應(yīng)于航空發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪葉片尾緣的 微通道冷卻結(jié)構(gòu)，其特征在于在葉片的尾部沿流向布置有微小通道，通道的間距/為 0.3~0.8mm，壁厚/ 為0.2~0.5mm，由葉根到葉尖均勻分布。壁厚與通道間距的比|在0.5~1的范圍內(nèi)，并且如果在加工工藝的允許的情況下，，的值越小越好， 葉片寬度隨葉片的外型而改變，整個(gè)微通道一直延伸到葉片尾緣出口處的劈縫的位
置，通道是等間距的，從葉片的根部一直到葉片的尖部均勻的布置有上述1散通道結(jié)構(gòu)， 所采用的材料要與渦輪葉片的材料相同。冷卻氣體從葉片中心腔進(jìn)入到葉片尾緣微通 道中，經(jīng)過(guò)強(qiáng)烈的換熱，產(chǎn)生較高的冷卻效果，然后從葉片尾緣的劈縫排出進(jìn)入到主流燃?xì)?。冷卻氣體從葉片根部進(jìn)入到葉片微通道內(nèi)，并由葉片葉尖處進(jìn)入到葉片中心腔 內(nèi)，這時(shí)在葉片中心腔內(nèi)的壓力會(huì)高于葉片外表面的壓力，在一定的壓力差的驅(qū)動(dòng)下， 冷卻氣體就會(huì)從高壓區(qū)域流向低壓區(qū)域。在本發(fā)明所設(shè)計(jì)的冷卻結(jié)構(gòu)中，冷卻氣體在 壓差的驅(qū)動(dòng)下，會(huì)通過(guò)尾緣的微通道，在微通道內(nèi)進(jìn)行強(qiáng)烈的換熱后從葉片尾緣的劈縫排出進(jìn)入到主流燃?xì)?。葉片內(nèi)冷卻氣的具體流動(dòng)如圖3。本發(fā)明從傳熱學(xué)角度講，不僅提高了整體換熱效果，整體熱應(yīng)力分布均勻，而且 葉片的強(qiáng)度也會(huì)高于普通的渦輪葉片，整個(gè)通道內(nèi)壓力損失也低于常規(guī)的渦輪冷卻葉片。應(yīng)用上述新型冷卻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的渦輪葉片，經(jīng)簡(jiǎn)化模型實(shí)驗(yàn)和三維數(shù)值模擬測(cè)試其 換熱性能和流動(dòng)阻力，整體葉片的平均冷卻效果可以達(dá)到0.7以上，且流動(dòng)阻力明顯 低于常規(guī)的渦輪冷卻葉片，其總壓損失明顯小于普通的內(nèi)冷葉片，葉片具有很好的強(qiáng) 度，可以抵抗較高的熱應(yīng)力和離心應(yīng)力。
權(quán)利要求
1、一種用于航空發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪葉片尾緣的微通道冷卻結(jié)構(gòu)，它主要由微通道結(jié)構(gòu)組成，其特征在于在葉片的尾部沿流向布置有微小通道(11)，通道的間距l(xiāng)為0.3～0.8mm，壁厚h為0.2～0.5mm，由葉根到葉尖均勻分布，壁厚與通道間距的比在0.5～1的范圍內(nèi)，整個(gè)微通道一直延伸到葉片尾緣出口處的劈縫(13)的位置，通道是等間距的，從葉片的根部一直到葉片的尖部均勻的布置有上述微通道結(jié)構(gòu)，所采用的材料與渦輪葉片的材料相同。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種應(yīng)用于航空發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪葉片尾緣的微通道內(nèi)冷卻結(jié)構(gòu)，其特征在于在葉片的尾部沿流向布置有微通道，通道的間距為0.3～0.8mm，壁面厚度為0.2～0.5mm，冷卻氣體從葉片中心腔經(jīng)由葉盆與葉背之間的縫隙進(jìn)入到微通道內(nèi)，在微通道內(nèi)進(jìn)行強(qiáng)烈的換熱，然后由尾緣處的劈縫進(jìn)入到主流燃?xì)庵?，完成?duì)葉片尾緣的冷卻。通過(guò)模型試驗(yàn)以及三維數(shù)值仿真的結(jié)果發(fā)現(xiàn)，該葉片的冷卻效果可以達(dá)到0.7以上，同時(shí)由于該冷卻結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，加工方便，大大減小了加工成本，并且具有很好的強(qiáng)度，可以抵抗較高的熱應(yīng)力與離心應(yīng)力。
文檔編號(hào)F01D5/18GK101126327SQ200710118769
公開(kāi)日2008年2月20日 申請(qǐng)日期2007年7月13日 優(yōu)先權(quán)日2007年7月13日
發(fā)明者丁水汀, 宏 吳, 徐國(guó)強(qiáng), 翔 羅, 智 陶, 韓樹(shù)軍 申請(qǐng)人:北京航空航天大學(xué)