一種渦輪導(dǎo)向葉片的分體式層板冷卻結(jié)構(gòu)的制作方法
【專利摘要】一種渦輪導(dǎo)向葉片的分體式層板冷卻結(jié)構(gòu)，涉及燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)，特別涉及一種對渦輪導(dǎo)向葉片進(jìn)行葉背區(qū)域強(qiáng)化冷卻的分體式層板冷卻結(jié)構(gòu)。其特征在于，層板冷卻結(jié)構(gòu)位于葉片前腔區(qū)域，包括葉背，葉背內(nèi)壁的擾流柱，卡槽結(jié)構(gòu)，沖擊孔板；其中：沖擊孔板使用高溫合金板材，用扳金的方法壓制成型，擾流注和葉背整體鑄造。本實用新型的有益效果是：使用“沖擊一擾流一氣膜”的復(fù)合冷卻方式，增大了換熱面積，可以有效降低葉背熱點(diǎn)區(qū)域的壁面溫度，降低葉背燒蝕故障率，提高葉片的可靠性；可以減少冷卻空氣用量，由此減少發(fā)動機(jī)的性能損失；分體式層板結(jié)構(gòu)易于加工，避開了狹小空腔結(jié)構(gòu)鑄造難脫芯、易變形的難題，可以降低鑄造難度和生產(chǎn)成本。
【專利說明】一種渦輪導(dǎo)向葉片的分體式層板冷卻結(jié)構(gòu)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)，特別涉及一種對渦輪導(dǎo)向葉片進(jìn)行葉背區(qū)域強(qiáng)化冷卻的分體式層板冷卻結(jié)構(gòu)。

【背景技術(shù)】
[0002]通常，燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)由壓氣機(jī)、燃燒室和渦輪三大部件組成，渦輪部件將高溫燃?xì)獾膬?nèi)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能。目前，燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)的渦輪葉片需要在工作中承受遠(yuǎn)超過基體材料熔點(diǎn)的溫度，通常情況下需要從壓力機(jī)引出溫度較低的高壓空氣進(jìn)入葉片的空腔，作為冷卻氣對渦輪葉片進(jìn)行冷卻。
[0003]通常，渦輪導(dǎo)向葉片由上緣板、下緣板和葉身構(gòu)成，通過上、下緣板固定在機(jī)匣上，冷氣通常由上、下緣板處的空腔進(jìn)入葉身進(jìn)行冷卻。渦輪導(dǎo)向葉片葉身通常是由無余量精密鑄造而成，按區(qū)域可分為一個進(jìn)氣邊、一個排氣邊、一個葉盆、一個葉背。葉身空腔內(nèi)一般會設(shè)計出多個冷卻通道，根據(jù)葉片壁面不同區(qū)域的熱負(fù)荷的差異，設(shè)計出不同的冷卻結(jié)構(gòu)對葉片進(jìn)行有效冷卻，控制葉片壁面溫度在容許范圍內(nèi)并盡量均勻。雖然渦輪冷卻技術(shù)已經(jīng)得到了很大的發(fā)展，但是對葉片更高冷卻效果的需求不會止步。
[0004]渦輪導(dǎo)向葉片壁面和主流道中的高溫燃?xì)庠诠ぷ髦邪l(fā)生強(qiáng)烈的對流換熱，換熱的熱點(diǎn)區(qū)域包括進(jìn)氣邊、排氣邊和葉背轉(zhuǎn)捩區(qū)域等。其中，葉背轉(zhuǎn)捩區(qū)域通常位于葉背側(cè)的葉片最大厚度附近，是葉片冷卻的難點(diǎn)。之前的冷卻的導(dǎo)向葉片主要使用單層壁，依賴氣膜冷卻的方式對其進(jìn)行冷卻，很多情況下由于冷氣流量不足或者氣膜射流脫體，導(dǎo)致冷卻效果降低，葉片在此區(qū)域容易發(fā)生燒蝕故障。
實用新型內(nèi)容
[0005]本實用新型的目的是:提供一種渦輪導(dǎo)向葉片的分體式層板冷卻結(jié)構(gòu)，使用“沖擊一擾流一氣膜”的雙層復(fù)合冷卻方式，用于對葉背區(qū)域進(jìn)行強(qiáng)化換熱，降低熱點(diǎn)區(qū)域的溫度。
[0006]渦輪導(dǎo)向葉片包含一個上緣板1、一個下緣板2和一個葉身3。在上、下緣板上各有一個空腔，冷氣由空腔處進(jìn)入葉身3內(nèi)進(jìn)行冷卻。
[0007]其中:葉身3按區(qū)域可分為進(jìn)氣邊4，葉盆5，葉背6和排氣邊7，葉身3是空心結(jié)構(gòu)，分為兩腔:前腔9和后腔10，兩個空腔之間以一道隔墻11隔開。由上、下緣板進(jìn)入的冷氣分別流入前腔9和后腔10，構(gòu)成兩個獨(dú)立的冷氣環(huán)路，分別對葉身3不同區(qū)域進(jìn)行冷卻。
[0008]本實用新型的技術(shù)方案是，提供了一種渦輪導(dǎo)向葉片的分體式層板冷卻結(jié)構(gòu)。帶前腔9和后腔10的葉身3使用無余量精密鑄造成型。前腔9內(nèi)，在葉背6的內(nèi)壁鑄有2?5排固定高度的擾流柱12，擾流柱的截面形狀為圓形、菱形或水滴形；在葉背6的內(nèi)壁有兩處卡槽結(jié)構(gòu)13和14。使用厚度0.5?0.8mm的高溫合金板材按扳金的方法壓制沖擊孔板15,沖擊孔板15的外形和葉背6基本一致,沖擊孔板15安裝卡槽內(nèi)，依靠卡槽13和14定位，并使用銷釘或用釬焊的方法固定。在沖擊孔板15上有2?4排孔徑一定的沖擊孔16。在葉背6上有2?4排擴(kuò)張型氣膜孔17。
[0009]沖擊孔板15、卡槽13和14、帶擾流柱12的葉背6共同構(gòu)成葉背分體式層板冷卻結(jié)構(gòu)。工作中，進(jìn)入前腔9的冷卻空氣從沖擊孔板15上的沖擊孔16進(jìn)入層板結(jié)構(gòu)內(nèi)，直接撞擊葉背6的內(nèi)壁，并經(jīng)過擾流柱的組織作用在層板結(jié)構(gòu)內(nèi)流動，帶走燃?xì)鈧髦寥~片內(nèi)壁的大量熱量。冷卻空氣最終在擴(kuò)張型氣膜孔17中膨脹并流出，在葉背6上覆蓋上一層冷卻氣膜，將高溫燃?xì)夂腿~片隔絕開來。相對于常規(guī)的圓形氣膜孔，由于擴(kuò)張型氣膜孔17的膨脹作用，氣膜射流的動量減小，能夠有效減弱其射流脫體，并且氣膜覆蓋的區(qū)域更廣，冷卻效果更高，能更有效地降低葉背壁面溫度，從而降低葉背燒蝕故障率。
[0010]本實用新型的有益效果是:采用分體式層板冷卻結(jié)構(gòu)，使用“沖擊一擾流一氣膜”的復(fù)合冷卻方式，增大了換熱面積，具有很高的冷卻效果，可以有效降低葉背熱點(diǎn)區(qū)域的壁面溫度，降低葉背燒蝕故障率，提高葉片的可靠性；可以減少冷卻空氣用量，由此減少發(fā)動機(jī)的性能損失；分體式層板結(jié)構(gòu)易于加工，避開了狹小空腔結(jié)構(gòu)鑄造難脫芯、易變形的難題，可以降低鑄造難度和生產(chǎn)成本。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0011]圖1渦輪導(dǎo)向葉片結(jié)構(gòu)簡圖
[0012]圖2葉身截面圖
[0013]圖3層板結(jié)構(gòu)放大圖

【具體實施方式】
[0014]下面通過具體的實施例對本實用新型作進(jìn)一步詳細(xì)的描述。
[0015]本實施例提供了一種渦輪導(dǎo)向葉片的分體式層板冷卻結(jié)構(gòu)。如附圖1-3所示，其特征在于:所述的層板冷卻結(jié)構(gòu)位于葉片前腔9區(qū)域，包括葉背6，葉背內(nèi)壁的擾流柱12，卡槽結(jié)構(gòu)13和14,沖擊孔板15 ；
[0016]其中:沖擊孔板15使用高溫合金板材用扳金的方法壓制成型，沖擊孔板15的外形和葉背6 —致，厚度為0.6_，沖擊孔板15上有3排固定孔徑的沖擊孔16 ；
[0017]沖擊孔板15安裝在卡槽13和14內(nèi)，內(nèi)壁由擾流柱12頂住，使用卡槽結(jié)構(gòu)13和14和擾流柱12進(jìn)行定位，并在卡槽中使用釬焊的方式將其固定；
[0018]擾流柱12和葉身整體鑄造，所有擾流柱12的高度一致，截面形狀為菱形，擾流柱12的排數(shù)為5排；
[0019]在葉背6上有3排擴(kuò)張型氣膜孔17 ；
[0020]擴(kuò)張型氣膜孔17、沖擊孔16和擾流柱12有特定的分布規(guī)律。
【權(quán)利要求】
1.一種渦輪導(dǎo)向葉片的分體式層板冷卻結(jié)構(gòu)，其特征在于，層板冷卻結(jié)構(gòu)位于葉片前腔(9)區(qū)域，包括葉背(6)，葉背(6)內(nèi)壁的擾流柱(12)，卡槽結(jié)構(gòu)(13，14)，沖擊孔板(15)； 其中:沖擊孔板(15)使用高溫合金板材，用扳金的方法壓制成型，擾流注(12)和葉背(6)整體鑄造。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的渦輪導(dǎo)向葉片的分體式層板冷卻結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述沖擊孔板(15)的外形和葉背(6) —致，厚度為0.5?0.8mm，沖擊孔板(15)上有2?4排固定孔徑的沖擊孔(16)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的渦輪導(dǎo)向葉片的分體式層板冷卻結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述沖擊孔板(15)安裝在卡槽(13，14)內(nèi)，內(nèi)壁由擾流柱(12)頂住，使用卡槽結(jié)構(gòu)(13，14)和擾流柱(12)進(jìn)行定位，并在卡槽中使用銷釘或釬焊的方式將其固定。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的渦輪導(dǎo)向葉片的分體式層板冷卻結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述擾流柱(12)截面形狀為圓形、菱形或水滴形，高度一致，排數(shù)為2?5排。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的渦輪導(dǎo)向葉片的分體式層板冷卻結(jié)構(gòu)，其特征在于:擴(kuò)張型氣膜孔(17)位于葉背(6)上，排數(shù)為2?4排。
【文檔編號】F01D9/02GK204024723SQ201420470155
【公開日】2014年12月17日 申請日期:2014年8月17日 優(yōu)先權(quán)日:2014年8月17日
【發(fā)明者】黎旭 申請人:中國航空工業(yè)集團(tuán)公司沈陽發(fā)動機(jī)設(shè)計研究所