專利名稱：渦輪葉片尾緣劈縫冷卻結(jié)構(gòu)及具有該冷卻結(jié)構(gòu)的渦輪葉片的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種渦輪葉片冷卻結(jié)構(gòu)，更具體地，涉及一種渦輪葉片尾緣劈縫冷卻結(jié)構(gòu)及具有該冷卻結(jié)構(gòu)的渦輪葉片。
背景技術(shù)：
航空渦輪發(fā)動機(jī)在燃燒室產(chǎn)生溫度極高的氣體，通過渦輪葉片把內(nèi)能轉(zhuǎn)化成機(jī)械能，所以渦輪葉片承受著很大的溫度。隨著航空發(fā)動機(jī)技術(shù)的飛躍發(fā)展，無論航空發(fā)動機(jī)壓氣機(jī)增壓比以及渦輪前進(jìn)口溫度均大幅提高，這必然導(dǎo)致渦輪葉片所受到的熱負(fù)荷急劇增力口，而使其承受非常嚴(yán)重的熱應(yīng)力。溫度過高會對渦輪葉片的性能和壽命都有不利的影響，盡管現(xiàn)在的高溫材料已經(jīng)取得了很大的成就，但是相對于從燃燒室出來的氣體的溫度，還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠。目前，試圖尋找耐高溫的葉片材料的嘗試在成本和實(shí)際效果上來說都不太成功。因此，必須采取其他的措施來使冷卻發(fā)動機(jī)的渦輪葉片。目前應(yīng)用最廣的渦輪發(fā)動機(jī)葉片冷卻方式的研究主要集中在葉片前緣和葉片中部，對渦輪葉片采用先進(jìn)的高效強(qiáng)化冷卻技術(shù)。一種典型的方式是采用沖擊冷卻來冷卻葉片前緣，冷氣通過細(xì)小的沖擊孔，以很高的速度沖擊到葉片內(nèi)壁面，對內(nèi)壁面進(jìn)行有效的冷卻。沖擊冷卻一般用在燃?xì)鈱?dǎo)向葉片和渦輪葉片的前緣上，由空心葉片的內(nèi)部向葉片的前緣噴射冷卻氣體以強(qiáng)行降溫。沖擊冷卻后的氣體會從燃?xì)鈱?dǎo)向葉片和渦輪葉片前緣的孔隙中流出，被燃?xì)鈳釉谌~片的表面形成冷卻氣膜。但是開在葉片前緣的冷卻氣流孔隙會使葉片更加難以制造，而且這些孔隙還會導(dǎo)致應(yīng)力集中，對葉片的壽命產(chǎn)生負(fù)面影響。目前，還缺乏確實(shí)有效的手段來對葉片尾緣進(jìn)行冷卻。葉片尾緣區(qū)域厚度較薄，夕卜換熱系數(shù)大，因此是渦輪葉片最難冷卻的區(qū)域之一，最高溫度常常出現(xiàn)在此處。葉片尾緣的冷卻常采用開劈縫的形式，一般來講，全劈縫的形式冷效較高。但是由于航空發(fā)動機(jī)的發(fā)展，對渦輪效率的要求不斷提高，這就造成渦輪葉片尾緣的厚度不斷變薄，要在很薄的葉片尾緣加工出全劈縫的結(jié)構(gòu)，難度很大，因此半劈縫的冷卻形式就得到了較廣泛的應(yīng)用。但是，由于目前采用的半劈縫結(jié)構(gòu)的出口氣流與主燃?xì)獾膿交欤瑴囟容^高，因此造成了葉片尾緣的冷卻效果不佳。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型的目的旨在增大尾緣半劈縫結(jié)構(gòu)的換熱面積，強(qiáng)化葉片尾緣的換熱，降低葉片的最高溫度和平均溫度，從而提高葉片的使用壽命。上述目的是通過本實(shí)用新型的一種發(fā)動機(jī)渦輪葉片尾緣劈縫冷卻結(jié)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)的，其包括尾緣的半劈縫結(jié)構(gòu)，即包括葉片尾緣吸力邊和葉片尾緣壓力邊，在葉片尾緣吸力邊與葉片尾緣壓力邊的連接處設(shè)置有多個開口，葉片尾緣壓力邊與連接處平齊，在連接處對應(yīng)于每一個開口的位置處在葉片尾緣吸力邊上沿出氣方向上布置有多個凹槽，用來使冷卻氣體流出，并冷卻葉片尾緣吸力邊。有利地，多個凹槽從連接處延伸到葉片尾緣吸力邊的最末端。、[0008]有利地，每個凹槽的寬度近似等于相鄰凹槽之間的間距。本實(shí)用新型還提供了一種渦輪葉片，在其端部包括有如本實(shí)用新型所述的渦輪葉片尾緣劈縫冷卻結(jié)構(gòu)，該渦輪葉片尾緣劈縫冷卻結(jié)構(gòu)與渦輪葉片本體一體成形。根據(jù)本實(shí)用新型，沿葉片尾緣半劈縫的冷卻氣流方向布置多個凹槽，凹槽的軸線與氣流方向平行。這樣，當(dāng)冷卻氣沿葉片尾緣劈縫凹槽結(jié)構(gòu)流出時(shí)，該部分冷卻氣與葉片尾緣部分的換熱面積增大，并且冷氣在凹槽內(nèi)不易與外面的燃?xì)膺M(jìn)行很快的摻混，從而葉片尾緣冷卻氣的溫度會保持較低的水平，同時(shí)，由于流動空間的增大，使得流經(jīng)葉片尾緣的冷氣壓力損失減小。本實(shí)用新型通過在渦輪葉片尾緣半劈縫出口加一些凹槽，增大了葉片尾緣部分與冷氣的換熱面積，從而進(jìn)一步降低葉片尾緣的溫度；同時(shí)，由于采用順流向的凹槽結(jié)構(gòu)，對流動阻力沒有影響，而且這種結(jié)構(gòu)的工藝性也比較好，因此是一種有效的葉片尾緣強(qiáng)化換熱冷卻結(jié)構(gòu)。

圖I為根據(jù)本實(shí)用新型的渦輪葉片的一個實(shí)施方式的示意圖，所述渦輪葉片具有本實(shí)用新型的渦輪葉片尾緣劈縫冷卻結(jié)構(gòu)；圖2為根據(jù)本實(shí)用新型的渦輪葉片尾緣劈縫冷卻結(jié)構(gòu)的局部示意圖；圖3為圖I所示渦輪葉片的剖視圖，所述渦輪葉片具有本實(shí)用新型的渦輪葉片尾緣劈縫冷卻結(jié)構(gòu)。
具體實(shí)施方式
下面本文將參照附圖詳細(xì)地提供本實(shí)用新型的優(yōu)選實(shí)施方案的描述。本實(shí)用新型典型的葉片尾緣劈縫冷卻結(jié)構(gòu)如圖1-3所示。葉片尾緣劈縫冷卻結(jié)構(gòu)包括葉片尾緣吸力邊I和葉片尾緣壓力邊2，在所述葉片尾緣吸力邊I與葉片尾緣壓力邊2的連接處5設(shè)置有多個開口 3，其中葉片尾緣壓力邊2與連接處5平齊，在連接處5對應(yīng)于每一個開口 3的位置處在葉片尾緣吸力邊I上沿出氣方向加工有多個凹槽4。凹槽4的軸線與冷卻氣流方向平行，凹槽4的高度和寬度設(shè)置要保證葉片的壁厚可以滿足強(qiáng)度的要求。典型地，與每一個開口 3相對應(yīng)的凹槽4的寬度和相鄰凹槽4的間距可以近似相等。如圖3中所示，凹槽4從連接處5延伸到葉片尾緣吸力邊I的最末端。本實(shí)用新型所述的葉片尾緣劈縫冷卻結(jié)構(gòu)可以應(yīng)用于各種渦輪葉片中，圖1、3中示出了其中一種典型應(yīng)用的航空發(fā)動機(jī)渦輪葉片，在葉片尾緣的端部包括有如本實(shí)用新型所述的渦輪葉片尾緣劈縫冷卻結(jié)構(gòu)，該渦輪葉片尾緣劈縫冷卻結(jié)構(gòu)與渦輪葉片本體6 —體成形。當(dāng)冷卻氣流沿葉片尾緣劈縫冷卻結(jié)構(gòu)流出時(shí)，該部分冷卻氣流與葉片尾緣的換熱面積得到增大，并且冷氣在凹槽4內(nèi)的流動使得它不易與外面的燃?xì)膺M(jìn)行很快的摻混，可以降低葉片尾緣冷卻氣的溫度，同時(shí)，由于流動空間的增大，使得流經(jīng)葉片尾緣的壓力損失減小。本實(shí)用新型不限于上述實(shí)施方案，并且可以基于本實(shí)用新型的主旨以各種方式進(jìn)行改變或改進(jìn)，并且這些改變和改進(jìn)不脫離如所附權(quán)利要求中要求的本實(shí)用新型的范圍。
權(quán)利要求1.一種渦輪葉片尾緣劈縫冷卻結(jié)構(gòu)，包括葉片尾緣吸カ邊(I)和葉片尾緣壓カ邊(2)，在所述葉片尾緣吸カ邊(I)與所述葉片尾緣壓カ邊(2)的連接處(5)設(shè)置有多個開ロ(3)，其中所述葉片尾緣壓カ邊(2)與所述連接處(5)平齊，在所述連接處(5)對應(yīng)于每ー個所述開ロ(3)的位置處在所述葉片尾緣吸カ邊(I)上沿出氣方向加工有多個凹槽(4)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的渦輪葉片尾緣劈縫冷卻結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述多個凹槽(4)從所述連接處(5)延伸到所述葉片尾緣吸カ邊(I)的最末端。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的渦輪葉片尾緣劈縫冷卻結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述多個凹槽(4)各自的寬度等于相鄰所述多個凹槽⑷之間的間距。
4.ー種渦輪葉片，在其端部包括有如權(quán)利要求I至3之一所述的渦輪葉片尾緣劈縫冷卻結(jié)構(gòu)。
專利摘要本實(shí)用新型提供了一種渦輪葉片尾緣劈縫冷卻結(jié)構(gòu)，其包括葉片尾緣吸力邊(1)和葉片尾緣壓力邊(2)，在所述葉片尾緣吸力邊(1)與所述葉片尾緣壓力邊(2)的連接處(5)設(shè)置有多個開口(3)，其中所述葉片尾緣壓力邊(2)與所述連接處(5)平齊。在所述連接處(5)對應(yīng)于每一個開口(3)的位置處在所述葉片尾緣吸力邊(1)上沿出氣方向加工有多個凹槽(4)。本實(shí)用新型還提供了一種具有該冷卻結(jié)構(gòu)的渦輪葉片。本實(shí)用新型通過在渦輪葉片尾緣半劈縫出口加工一些凹槽，增大了葉片尾緣部分與冷氣的換熱面積，從而進(jìn)一步降低葉片尾緣的溫度；同時(shí)，由于采用順流向的凹槽結(jié)構(gòu)，對流動阻力沒有影響，而且這種結(jié)構(gòu)的工藝性也比較好。
文檔編號F01D5/18GK202417610SQ20112054551
公開日2012年9月5日 申請日期2011年12月22日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月22日
發(fā)明者萬明學(xué), 李卉薈 申請人:中航商用航空發(fā)動機(jī)有限責(zé)任公司