一種渦輪導(dǎo)向葉片內(nèi)嵌擾流柱式窄縫通道冷卻結(jié)構(gòu)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型屬于航空發(fā)動(dòng)機(jī)領(lǐng)域，具體涉及一種渦輪導(dǎo)向葉片內(nèi)嵌擾流柱式窄縫通道冷卻結(jié)構(gòu)。
【背景技術(shù)】
[0002]提高渦輪前燃?xì)鉁囟龋粩喔纳评鋮s結(jié)構(gòu)，提高葉片冷卻效率，減少冷氣消耗量，一直是國外航空發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)展計(jì)劃的重要組成部分，是發(fā)展高推重比發(fā)動(dòng)機(jī)的關(guān)鍵技術(shù)。美國、英國和俄羅斯等國都相繼研制出了新型高效渦輪冷卻葉片，包括“超冷葉片”、“鑄冷葉片”、“鑄造層板葉片”等新型渦輪葉片。這些葉片可滿足推重比15 - 20 一級(jí)發(fā)動(dòng)機(jī)的需求，大大提高了渦輪前燃?xì)膺M(jìn)口溫度，提高了發(fā)動(dòng)機(jī)推重比和效率，減少耗油率。
[0003]隨著我國航空發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)的發(fā)展，對(duì)渦輪葉片冷卻技術(shù)的發(fā)展也提出了更高的要求。國內(nèi)現(xiàn)有的渦輪葉片復(fù)合式冷卻結(jié)構(gòu)只能滿足推重比10 —級(jí)發(fā)動(dòng)機(jī)的設(shè)計(jì)需求，要發(fā)展更高推力的先進(jìn)航空發(fā)動(dòng)機(jī)，必須采用新型高效冷卻結(jié)構(gòu)渦輪葉片。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0004](I)實(shí)用新型目的:
[0005]提供一種經(jīng)過優(yōu)化設(shè)計(jì)的渦輪導(dǎo)向葉片冷卻結(jié)構(gòu)，增加葉片氣膜覆蓋的面積，加強(qiáng)葉片內(nèi)部的換熱，提高葉片的冷卻效率，節(jié)省冷氣用量，提高發(fā)動(dòng)機(jī)的效率和推重比。
[0006](2)本實(shí)用新型實(shí)現(xiàn)上述目的的方案:
[0007]圖1是本實(shí)用新型渦輪導(dǎo)向葉片內(nèi)嵌擾流柱式窄縫通道冷卻結(jié)構(gòu)的基本冷卻單元示意圖。
[0008]基本冷卻單元由縫式進(jìn)口(I)、窄縫通道(2)、操場式擾流柱體(3)、圓形擾流柱體
(4)、氣膜縫(5)組成，冷氣從縫式進(jìn)口(I)進(jìn)入窄縫通道(2)內(nèi)，經(jīng)操場式擾流柱體(3)和圓形擾流柱體(4)加強(qiáng)擾動(dòng)后由氣膜縫(5)排出，操場式擾流柱體(3)為由兩端圓弧段與中間平直結(jié)構(gòu)連接成的環(huán)形結(jié)構(gòu)，縫式進(jìn)口(I)縫寬為0.3-0.5_，窄縫通道(2)厚度為0.3-0.5mm，氣膜縫(5)厚度為 0.1-0.2mm。
[0009](3)技術(shù)效果:
[0010]本實(shí)用新型渦輪導(dǎo)向葉片內(nèi)嵌擾流柱式窄縫通道冷卻結(jié)構(gòu)采用多腔供氣方式，通過在葉片壁中布置不同形狀的擾流柱體，加強(qiáng)冷卻空氣在壁中的擾動(dòng)，減小冷氣在通道內(nèi)的壓力損失，提高氣膜縫的逆流裕度，同時(shí)基本冷卻單元出口采用多個(gè)窗口式縫結(jié)構(gòu)，增強(qiáng)了氣膜覆蓋的范圍和效果，提高了葉片冷卻的效率。此外獨(dú)立的冷卻單元設(shè)計(jì)便于針對(duì)葉片不同區(qū)域的換熱特點(diǎn)來分配冷氣用量，在節(jié)省冷氣用量的同時(shí)整個(gè)葉片溫度分別也更加均勻，從而大幅度提高發(fā)動(dòng)機(jī)的性能和效率，延長葉片的使用壽命。
[0011]本實(shí)用新型內(nèi)嵌擾流柱式窄縫通道結(jié)構(gòu)具有換熱強(qiáng)度高，氣膜覆蓋效果好的特征，在減少冷氣用量，提高冷卻效率的同時(shí)也使葉片溫度更均勻。本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)在與推重比10—級(jí)發(fā)動(dòng)機(jī)冷氣量相同的條件下，冷卻效率可提高12%，或者在保持推重比10—級(jí)發(fā)動(dòng)機(jī)相同的冷卻效率情況下，冷氣量減少18%。
【附圖說明】
[0012]圖1本實(shí)用新型渦輪導(dǎo)向葉片內(nèi)嵌擾流柱式窄縫通道冷卻結(jié)構(gòu)的基本冷卻單元示意圖
[0013]圖2本實(shí)用新型渦輪導(dǎo)向葉片外形示意圖
[0014]圖3本實(shí)用新型渦輪導(dǎo)向葉片冷卻結(jié)構(gòu)示意圖
[0015]圖4本實(shí)用新型渦輪導(dǎo)向葉片冷卻結(jié)構(gòu)平面示意圖
[0016]圖5導(dǎo)向葉片冷卻流路不意圖
[0017]圖中，(I)為縫式進(jìn)口，(2)為窄縫通道，(3)為操場式擾流柱體，(4)為圓形擾流柱體，(5)為氣膜縫，(6)為前緣致密氣膜孔，(7)為前緣沖擊腔，⑶為前緣致密沖擊孔，(9)為葉片前腔，(10)為葉片后腔，(11)為葉片尾腔，(12)為尾緣擾流柱體，(13)為尾緣縫式出口，(14)為尾緣管束式出口，(15)為前腔葉背氣膜孔，(16)為前腔葉背雙層壁腔，(17)為徑向擾流柱體，(18)為前腔葉背沖擊孔，(19)為后腔葉背沖擊孔，(20)為后腔葉背雙層壁腔，(21)為弦向擾流柱體。
【具體實(shí)施方式】
[0018]請(qǐng)參閱圖2?圖5，圖2是本實(shí)用新型禍輪導(dǎo)向葉片外形不意圖；圖3是本實(shí)用新型渦輪導(dǎo)向葉片冷卻結(jié)構(gòu)示意圖；圖4是本實(shí)用新型渦輪導(dǎo)向葉片冷卻結(jié)構(gòu)平面示意圖；圖5是導(dǎo)向葉片冷卻流路不意圖。
[0019]如圖2?圖4所示，本實(shí)用新型渦輪導(dǎo)向葉片在葉盆邊采用了若干上述基本冷卻單元結(jié)構(gòu)，同時(shí)在葉片前緣開設(shè)多排致密沖擊孔和氣膜孔，在葉背前腔采用沖擊+擾流柱式對(duì)流+氣膜的冷卻結(jié)構(gòu)，葉背后腔采用沖擊+對(duì)流的冷卻結(jié)構(gòu)，尾緣采用管束式和擾流柱式相結(jié)合的對(duì)流冷卻結(jié)構(gòu)。
[0020]如圖2?圖5所示，葉片采用多腔供氣方式。冷氣分三股進(jìn)入葉片內(nèi)腔(9) (10)
(11)。其中由導(dǎo)葉上下兩端進(jìn)入葉片前腔(9)和后腔(10)的兩股冷氣可分為四個(gè)部分:第一部分冷氣由前緣內(nèi)層壁上多排沖擊孔(8)進(jìn)入沖擊腔(7)再由前緣致密氣膜孔(6)排入主燃?xì)獾?；第二部分冷氣由設(shè)置在葉盆邊四排基本冷卻單元的縫式進(jìn)口(I)流入窄縫通道
(2)內(nèi)，經(jīng)操場式擾流柱體(3)和圓形擾流柱體⑷加強(qiáng)擾動(dòng)后由氣膜縫(5)排入主燃?xì)馔ǖ?；第三部分冷氣由前腔葉背內(nèi)層壁上的六排沖擊孔(18)進(jìn)入雙層壁腔(16)內(nèi)，經(jīng)多排徑向擾流柱(17)擾動(dòng)后，由葉背上四排氣膜孔(15)排入主燃?xì)獾溃坏谒牟糠掷錃庥珊笄蝗~背內(nèi)層壁上四排沖擊孔(19)流入后腔雙層壁腔(20)內(nèi)，經(jīng)多排弦向擾流柱(21)加強(qiáng)擾動(dòng)后，進(jìn)入尾緣區(qū)域，再經(jīng)尾緣三排擾流柱(12)擾動(dòng)后，由尾緣葉盆邊窄縫(13)排入主燃?xì)獾馈?br>[0021]第三股冷氣由導(dǎo)葉的上下兩端進(jìn)入葉片尾腔(11)，由設(shè)置在尾緣的管束通道
(14)排入主燃?xì)獾馈?br>【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種渦輪導(dǎo)向葉片內(nèi)嵌擾流柱式窄縫通道冷卻結(jié)構(gòu)，其特征在于:冷卻結(jié)構(gòu)的基本冷卻單元由縫式進(jìn)口(I)、窄縫通道(2)、操場式擾流柱體(3)、圓形擾流柱體(4)、氣膜縫(5)組成，冷氣從縫式進(jìn)口(I)進(jìn)入窄縫通道(2)內(nèi)，經(jīng)操場式擾流柱體(3)和圓形擾流柱體⑷加強(qiáng)擾動(dòng)后由氣膜縫(5)排出，操場式擾流柱體(3)為由兩端圓弧段與中間平直結(jié)構(gòu)連接成的環(huán)形結(jié)構(gòu)，縫式進(jìn)口(I)縫寬為0.3-0.5_，窄縫通道(2)厚度為0.3-0.5_，氣膜縫(5)厚度為0.1-0.2mmο
【專利摘要】本實(shí)用新型涉及一種渦輪導(dǎo)向葉片內(nèi)嵌擾流柱式窄縫通道冷卻結(jié)構(gòu)，由縫式進(jìn)口(1)、窄縫通道(2)、操場式擾流柱體(3)、圓形擾流柱體(4)、氣膜縫(5)組成，冷氣從縫式進(jìn)口(1)進(jìn)入窄縫通道(2)內(nèi)，經(jīng)操場式擾流柱體(3)和圓形擾流柱體(4)加強(qiáng)擾動(dòng)后由氣膜縫(5)排出。本實(shí)用新型的冷卻結(jié)構(gòu)，增加葉片氣膜覆蓋的面積，加強(qiáng)葉片內(nèi)部的換熱，提高葉片的冷卻效率，節(jié)省冷氣用量，提高發(fā)動(dòng)機(jī)的效率和推重比。
【IPC分類】F01D25-12, F01D9-02, F01D5-18
【公開號(hào)】CN204357500
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201420794736
【發(fā)明人】郭文, 蘇云亮, 陳磊, 潘炳華, 呼艷麗, 劉松, 朱曉華
【申請(qǐng)人】中國燃?xì)鉁u輪研究院
【公開日】2015年5月27日
【申請(qǐng)日】2014年12月15日