一种燃气涡轮发动机的高效冷却叶片制造技术

本实用新型专利技术公开了一种燃气涡轮发动机的高效冷却叶片，包含叶身、端壁和榫头，叶身呈中空柱体，包含压力面和吸力面；叶身内从叶片前缘至叶片尾缘依次设有第一至第三桥接梁，将叶身内部分割为气腔、第一至第三通道；吸力面上设有和气腔相通的第一异形气膜孔；压力面上设有和气腔相通的第二异形气膜孔、和第二通道相通的第三异形气膜孔、和第三通道相通的第四异形气膜孔；第一桥接梁上设有冲击射流孔；叶片前缘上设有喷淋孔；气腔、第二通道和第三异形气膜孔的连接通道、第三通道和第四异形气膜孔的连接通道内均设有换热结构。本实用新型专利技术在对叶片实施高效内部冷却的同时，发挥了换热结构对冷却气流流动的扰动作用，增强了气膜冷却的防护效果。

A high efficient cooling blade for a gas turbine engine

The utility model discloses a high efficient cooling blade of a gas turbine engine, including the blade body, end wall and tenon. The blade is hollow column, including the pressure surface and suction surface, and the first to the third bridge connecting beams are arranged from the front edge of the blade to the tail edge of the blade, and the inside of the blade is divided into the air cavity and the first to third passages. The suction surface is provided with a first shaped gas film hole that is connected with a gas cavity, and a second heteromorphic gas film hole connected with a gas chamber, a third shaped gas film hole connected to the second channel and a fourth shaped gas film hole connected to the third channel, and an impact jet hole on the first bridging beam, and a spray hole on the front edge of the blade; the air cavity is set on the front edge of the blade; A heat exchange structure is arranged in the connecting passage of the second channel and the third irregular gas film hole, the third channel and the connecting channel of the fourth special-shaped gas hole. At the same time, the utility model has effectively cooled the blade and exerts the effect of the heat exchange structure on the flow of the cooling air, and enhances the protective effect of the air film cooling.

【技术实现步骤摘要】
一种燃气涡轮发动机的高效冷却叶片
本技术涉及航空、航天、动力机械等高热流密度的局部换热领域，尤其涉及一种燃气涡轮发动机的高效冷却叶片。
技术介绍
在现代高性能燃气涡轮发动机中,提高涡轮进口温度是增加推重比,降低油耗率的有效措施。但是随着涡轮进口处燃气温度的提高,涡轮叶片的热负荷将不断增大。现代燃气涡轮发动机的涡轮进口处温度可达1900K,己超出了现有金属材料的允许使用温度,所以只有对涡轮叶片进行有效的冷却,使工作状态下涡轮叶片温度降低,才能使其正常安全地工作,并满足一定的寿命要求。此外，涡轮叶片(工作叶片)在高转速下工作时，处于非常高的离心场当中。在气动力、热应力以及巨大的离心力的共同作用下，叶片既需要足够的冷却，也需要保持在较高的强度水平上。在现代涡轮叶片上，已基本形成了由内部冷却、外部冷却和热障涂层三个部分组成的综合冷却方式。外部冷却多采用气膜冷却和热障涂层结合的方式，内部冷却则采用对流、冲击冷却，多折弯带肋通道，带扰流柱通道等冷却结构。近年来,针对气膜冷却的结构优化国内外开展了一系列的探索研究，发展出了如缝形孔、簸箕形孔、扇形孔、新月形孔以及锥形孔等多种多样的结构形式。此外，大量的已有研究表明，在内部冷却通道中增加粗糙肋以及扰流柱很大程度地提高了内部冷却通道的换热效果。叶片前缘常采用冲击加气膜冷却的方式进行热防护，尾缘则采用扰流柱加劈缝出流等技术。在叶片中部，由于气动损失方面的考虑，往往采用较少气膜出流，形成了一块温度相对较高的区域。
技术实现思路
本技术所要解决的技术问题是针对
技术介绍
中涡轮叶片表面热负荷过高、威胁到燃气涡轮发动机的安全稳定运行的缺陷，提供一种燃气涡轮发动机的高效冷却叶片。本技术为解决上述技术问题采用以下技术方案：一种燃气涡轮发动机的高效冷却叶片，包含依次连接的叶身、端壁和榫头，所述榫头用于和所述涡轮盘连接；所述叶身呈中空柱体，包含压力面和吸力面；所述压力面和吸力面均呈弧面，其中，吸力面设置在压力面外，且吸力面的两侧分别和压力面的两侧连接，形成叶片前缘和叶片尾缘；所述叶身内从叶片前缘至叶片尾缘依次设有第一至第三桥接梁，且所述第一至第三桥接梁均沿叶身伸展方向设置；所述第一桥接梁呈弧面、沿着所述叶片前缘设置，和叶片前缘之间形成狭长的气腔；所述第一至第三桥接梁将叶身内气腔以外的空间分割为第一通道、第二通道和第三通道；所述端壁、榫头中沿叶身伸展方向依次设有通向第一通道、第二通道、第三通道的通孔；所述吸力面在靠近叶片前缘处设有和所述气腔相通的第一气膜孔；所述压力面在靠近叶片前缘处设有和所述气腔相通的第二气膜孔、在靠近叶片尾缘处设有和所述第三通道相通的第四气膜孔、在第二气膜孔和第四气膜孔之间设有和所述第二通道相通的第三气膜孔；所述第一桥接梁上均匀设有若干和所述气腔相通的冲击射流孔；所述叶片前缘上均匀设有若干和所述气腔相通的喷淋孔；所述气腔内、第二通道和第三气膜孔的连接通道内、第三通道和第四气膜孔的连接通道内均设有换热结构。作为本技术一种燃气涡轮发动机的高效冷却叶片进一步的优化方案，所述吸力面上还设有和所述第二通道相通的第五气膜孔、和第三通道相通的第六气膜孔，且所述第二通道和第五气膜孔的连接处、第三通道和第六气膜孔的连接处均设有换热结构。作为本技术一种燃气涡轮发动机的高效冷却叶片进一步的优化方案，所述换热结构包含若干设置在两个相对表面上的肋片，处于同一表面上的肋片均平行，且每个肋片和经过两个表面之间气体流动的方向之间的夹角均在30°到70°之间。作为本技术一种燃气涡轮发动机的高效冷却叶片进一步的优化方案，所述两个相对表面肋片之间的夹角小于等于90°。作为本技术一种燃气涡轮发动机的高效冷却叶片进一步的优化方案，所述两个相对表面上肋片横截面的水力直径与肋间距之比的范围均为0.25～1、肋片横截面的水力直径与肋高之比的范围均为0.4～1.2,肋高与两个相对表面之间的距离之比的范围均为0.5～1，其中一个表面上的肋片嵌入另一个表面上对应的肋片。本技术采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：1.换热结构使得在其中流动的冷却流体上下穿梭，对通道的上下表面和肋片进行冲击，大大提高了这部分的换热效果；2.换热结构下游的气膜孔有助于提高下游气膜的贴壁性以及延展性，以实现对叶片表面更好的热防护效果；3.本技术在对叶片实施高效内部冷却的同时，发挥了换热结构对冷却气流流动的扰动作用，使得吹出的气膜均匀，可避免气膜孔下游气膜温度不均导致的局部高温现象，增强了气膜冷却的防护效果。附图说明图1是本技术的结构示意图；图2是本技术中叶片的结构示意图；图3是本技术中叶片的剖面示意图；图4是本技术中换热结构的一种结构示意图；图5是本技术中换热结构的另一种结构示意图。图中，1-叶身，2-端壁，3-榫头，4-叶尾，5-涡轮盘中心线，6-叶尖，7-压力面，8-吸力面，9-叶片前缘，10-叶片尾缘，11-第一桥接梁，12-第二桥接梁，13-第三桥接梁，14-第一通道，15-第二通道，16--第三通道，17-气腔处的换热结构，18-叶片前缘内壁上的肋片，19-第一桥接梁上的肋片，20-喷淋孔，21-冲击射流孔，22-第二通道和第三气膜孔的连接处的换热结构，23-第三通道和第四气膜孔的连接处的换热结构，24-气腔，25-第二气膜孔，26-第一气膜孔，27-第三气膜孔，28-第四气膜孔。具体实施方式下面结合附图对本技术的技术方案做进一步的详细说明：如图1和图2所示，本技术公开了一种燃气涡轮发动机的高效冷却叶片，包含依次连接的叶身、端壁和榫头，所述榫头用于和所述涡轮盘连接；所述叶身呈中空柱体，包含压力面和吸力面；所述压力面和吸力面均呈弧面，其中，吸力面设置在压力面外，且吸力面的两侧分别和压力面的两侧连接，形成叶片前缘和叶片尾缘；所述叶身内从叶片前缘至叶片尾缘依次设有第一至第三桥接梁，且所述第一至第三桥接梁均沿叶身伸展方向设置；所述第一桥接梁呈弧面、沿着所述叶片前缘设置，和叶片前缘之间形成狭长的气腔；所述第一至第三桥接梁将叶身内气腔以外的空间分割为第一通道、第二通道和第三通道；所述端壁、榫头中沿叶身伸展方向依次设有通向第一通道、第二通道、第三通道的通孔；所述吸力面在靠近叶片前缘处设有和所述气腔相通的第一气膜孔；所述压力面在靠近叶片前缘处设有和所述气腔相通的第二气膜孔、在靠近叶片尾缘处设有和所述第三通道相通的第四气膜孔、在第二气膜孔和第四气膜孔之间设有和所述第二通道相通的第三气膜孔；所述第一桥接梁上均匀设有若干和所述气腔相通的冲击射流孔；所述叶片前缘上均匀设有若干和所述气腔相通的喷淋孔；所述气腔内、第二通道和第三气膜孔的连接通道内、第三通道和第四气膜孔的连接通道内均设有换热结构。涡轮盘中心线作为轴向参考线，榫头沿径向插入，沿着涡轮盘周向安装一圈涡轮叶片。叶身从端壁上的叶尾开始沿轴向拉伸至叶尖。运行期间，高温燃气冲击叶片，从压缩机引入的空气从榫头下部进入，流进叶片内部的第一至第三通道、向叶片提供冷却气体。所述吸力面上还可以再设有和所述第二通道相通的第五气膜孔、和第三通道相通的第六气膜孔，且所述第二通道和第五气膜孔的连接处、第三通道和第六气膜孔的连接处均设有换热结构本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种燃气涡轮发动机的高效冷却叶片，其特征在于，包含依次连接的叶身、端壁和榫头，所述榫头用于和涡轮盘连接；所述叶身呈中空柱体，包含压力面和吸力面；所述压力面和吸力面均呈弧面，其中，吸力面设置在压力面外，且吸力面的两侧分别和压力面的两侧连接，形成叶片前缘和叶片尾缘；所述叶身内从叶片前缘至叶片尾缘依次设有第一至第三桥接梁，且所述第一至第三桥接梁均沿叶身伸展方向设置；所述第一桥接梁呈弧面、沿着所述叶片前缘设置，和叶片前缘之间形成狭长的气腔；所述第一至第三桥接梁将叶身内气腔以外的空间分割为第一通道、第二通道和第三通道；所述端壁、榫头中沿叶身伸展方向依次设有通向第一通道、第二通道、第三通道的通孔；所述吸力面在靠近叶片前缘处设有和所述气腔相通的第一气膜孔；所述压力面在靠近叶片前缘处设有和所述气腔相通的第二气膜孔、在靠近叶片尾缘处设有和所述第三通道相通的第四气膜孔、在第二气膜孔和第四气膜孔之间设有和所述第二通道相通的第三气膜孔；所述第一桥接梁上均匀设有若干和所述气腔相通的冲击射流孔；所述叶片前缘上均匀设有若干和所述气腔相通的喷淋孔；所述气腔内、第二通道和第三气膜孔的连接通道内、第三通道和第四气膜孔的连接通道内均设有换热结构。...

【技术特征摘要】
1.一种燃气涡轮发动机的高效冷却叶片，其特征在于，包含依次连接的叶身、端壁和榫头，所述榫头用于和涡轮盘连接；所述叶身呈中空柱体，包含压力面和吸力面；所述压力面和吸力面均呈弧面，其中，吸力面设置在压力面外，且吸力面的两侧分别和压力面的两侧连接，形成叶片前缘和叶片尾缘；所述叶身内从叶片前缘至叶片尾缘依次设有第一至第三桥接梁，且所述第一至第三桥接梁均沿叶身伸展方向设置；所述第一桥接梁呈弧面、沿着所述叶片前缘设置，和叶片前缘之间形成狭长的气腔；所述第一至第三桥接梁将叶身内气腔以外的空间分割为第一通道、第二通道和第三通道；所述端壁、榫头中沿叶身伸展方向依次设有通向第一通道、第二通道、第三通道的通孔；所述吸力面在靠近叶片前缘处设有和所述气腔相通的第一气膜孔；所述压力面在靠近叶片前缘处设有和所述气腔相通的第二气膜孔、在靠近叶片尾缘处设有和所述第三通道相通的第四气膜孔、在第二气膜孔和第四气膜孔之间设有和所述第二通道相通的第三气膜孔；所述第一桥接梁上均匀设有若干和所述气腔相通的冲击射流孔；所述叶片前缘上均匀设有若干和所述气腔相通的喷淋孔；所述气腔内...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄珂楠，张靖周，谭晓茗，单勇，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：新型
国别省市：江苏,32