一种带阻隔肋的凹槽叶顶结构制造技术

本发明专利技术公开了一种带阻隔肋的凹槽叶顶结构，通过在叶顶上布置上游阻隔肋和下游阻隔肋，并分别在靠近前缘的中弧线上布设前缘除尘孔，在两个阻隔肋中间设置肋间除尘孔，在阻隔肋的下游布置肋下游除尘孔。在凹槽叶顶部增加阻隔肋可减小由于间隙泄漏流产生的流动损失，有效提高涡轮叶片效率，而且两个阻隔肋可减小凹槽叶顶靠近前缘区域的高换热区域。在靠近前缘的中弧线上布置除尘孔可对叶顶前缘形成有效的气膜覆盖，避免由于叶顶前缘的高换热区造成叶片热腐蚀，延长叶片的使用寿命。在阻隔肋后设置除尘孔，可在肋后形成有效的气膜保护，提升叶片顶部的传热性能，提高涡轮叶片的工作效率。凹槽叶顶结构具有加工简单，成本低的特点。

A groove top structure with barrier rib

【技术实现步骤摘要】
一种带阻隔肋的凹槽叶顶结构
本专利技术涉及燃气轮机涡轮叶片的冷却
，具体涉及一种用于涡轮叶片的带阻隔肋的凹槽叶顶结构。技术背景间隙泄漏流会高速冲刷高压涡轮动力叶片顶部，致使涡轮叶顶区域成为航空发动机中换热系数最高的区域之一。叶顶间隙高度非常小，因此叶顶间隙内部的流场结构与通道内的高温燃气存在明显的差别，相对来说间隙泄漏流的流动状态要更加复杂。为了有效减小叶顶区域的热负荷，保护叶顶不受高温燃气的腐蚀，国内外学者针对不同的叶顶形状做了大量的实验以及数值模拟计算，研究了叶顶流动和换热机理。叶顶结构的形状会对叶顶的换热产生很大影响，1989年Metzger等人(CavityHeatTransferonaTransverseGroovedWallinaNarrowFlowChannel.JournalofHeatTransfer,1989,111(1):73-79.)实验测量了带矩形凹槽的狭窄通道的换热系数，实验中发现泄漏量随着凹槽的纵横比的增加而减少。1999年Bunker等人(HeatTransferandFlowontheFirst-StageBladeTipofaPowerGenerationGasTurbine:Part1-ExperimentalResults.JournalofTurbomachinery,1999,122(2):263-271.)给定具有代表性的涡轮工作条件，获得了一种大型燃气发生器涡轮叶栅叶顶的详细的换热系数分布。Ahn等人(FilmCoolingEffectivenessonaGasTurbineBladeTipandShroundUsingPressureSensitivePaint.ASMEPaperGT-2003-53429.)利用压敏漆测试技术实验测量了凹槽和平顶叶顶的气膜冷却特性。Bunker[31]通过实验，给定具有代表性的涡轮工作条件，获得了一种大型燃气发生器涡轮叶栅叶顶的详细的换热系数分布。2015年Zhang等人(ImpactofCoolingInjectionontheTransonicOver-TipLeakageFlowandSquealerAerothermalDesignOptimization.JournalofEngineeringforGasTurbinesandPower,2015,137(6):062603-062603-7.)实验研究了跨音速条件下气膜孔分布对叶片顶部换热的影响。合理的叶顶结构不仅可以有效减小由于间隙泄漏流造成的流动损失，而且可有效保护叶顶不被高温燃气腐蚀，延长叶片的的使用寿命，提高涡轮叶片的工作效率。
技术实现思路
为了避免现有技术存在的不足，本专利技术提出一种带阻隔肋的凹槽叶顶结构；该凹槽叶顶结构可有效减小由于间隙泄漏流造成的流动损失，提高叶顶中弦和尾缘区域的气膜覆盖面积，延长叶片的的使用寿命，有效提高涡轮叶片的工作效率。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是:包括涡轮叶片、前缘除尘孔、肋间除尘孔、肋下游除尘孔、上游阻隔肋、下游阻隔肋、凹槽叶顶、中弦冷却通道、前缘冷却通道，其特征在于在凹槽叶顶上分别设有上游阻隔肋和下游阻隔肋，并且分别在靠近叶顶前缘部位设置前缘除尘孔，在上游阻隔肋和下游阻隔肋中间设置肋间除尘孔，在下游阻隔肋的下游布置肋下游除尘孔，除尘孔的两端分别形成气流的出口和入口，且与叶片中弦冷却通道、前缘冷却通道相通；前缘除尘孔、肋间除尘孔和肋下游除尘孔分别位于凹槽叶顶叶顶的中弧线上，且肋间除尘孔与上游阻隔肋和下游阻隔肋的距离相同，涡轮叶片的凹槽叶顶的槽深与上游阻隔肋和下游阻隔肋的肋高相同；所述凹槽叶顶的槽深H，取值范围为0.7～1.1mm，凹槽叶顶的槽边宽度W,取值范围为0.5～0.7mm，凹槽叶顶的叶片轴向弦长G,取值范围为32～48mm；所述前缘除尘孔为圆柱形孔，前缘除尘孔孔径i,取值范围为0.8～1.2mm，前缘除尘孔的孔中心到前缘点的距离L,取值范围为3i～5i；所述肋间除尘孔和肋下游除尘孔均为圆柱孔，肋间除尘孔、肋下游除尘孔的孔径I,取值范围为1～1.2mm，所述肋下游除尘孔到下游阻隔肋的距离N，取值范围为2I～4I；所述上游阻隔肋与中轴线的夹角α，取值范围为65～75°，上游阻隔肋距前缘点的距离m,取值范围为7i～10i。所述上游阻隔肋与下游阻隔肋的距离M，取值范围为4I～6I。有益效果本专利技术提出的一种带阻隔肋的凹槽叶顶结构，通过在凹槽叶顶上布置上游阻隔肋和下游阻隔肋，并分别在靠近叶顶前缘区域布置前缘除尘孔，在上游阻隔肋和下游阻隔肋中间布置肋间除尘孔，在下游阻隔肋的下游布置肋下游除尘孔。前缘除尘孔、肋间除尘孔和肋下游除尘孔位于叶顶的中弧线上。该结构的特点是凹槽叶顶中加入两个阻隔肋可以明显减小由于间隙泄漏流产生的流动损失，有效提高涡轮叶片效率，而且两个阻隔肋可以减小凹槽叶顶靠近前缘区域的高换热区域。在靠近前缘的中弧线上布置除尘孔可以对叶顶前缘形成有效的气膜覆盖，避免由于叶顶前缘的高换热区造成叶片热腐蚀，延长叶片的使用寿命。由于阻隔肋的加入会造成肋后形成一个高换热区，因此在阻隔肋后布置除尘孔，从而在肋后形成有效的气膜保护，有效提升了叶片顶部的传热性能，延长叶片的的使用寿命，提高涡轮叶片的工作效率。除此之外带阻隔肋的凹槽叶顶结构还具有加工简单，成本低的特点。附图说明下面结合附图和实施方式对本专利技术一种带阻隔肋的凹槽叶顶结构作进一步详细说明。图1为本专利技术带阻隔肋的凹槽叶顶结构示意图图2为本专利技术带阻隔肋的凹槽叶顶结构俯视图图3为本专利技术带阻隔肋的凹槽叶顶结构前视图图4为本专利技术凹槽叶顶结构的除尘孔供气通道示意图图中1.涡轮叶片2.前缘除尘孔3.肋间除尘孔4.肋下游除尘孔5.上游阻隔肋6.下游阻隔肋7.凹槽叶顶8.中弦冷却通道9.前缘冷却通道A.中弦通道内的冷气B.前缘通道内的冷气C.出流冷气D.出流冷气E.出流冷气F.中弧线G.叶片轴向弦长H.凹槽叶顶的槽深i.前缘除尘孔的孔径I.肋间除尘孔和肋下游除尘孔的孔径J.阻隔肋的肋高K.中轴线L.前缘除尘孔的孔中心到前缘点的距离m.上游阻隔肋到前缘点的距离M.上游阻隔肋到下游阻隔肋的距离N.肋下游除尘孔到下游阻隔肋的距离O.前缘点W.叶顶凹槽的槽边宽度α.上游阻隔肋与中轴线的夹角β.下游阻隔肋与中轴线的夹角具体实施方式本实施例是一种带阻隔肋的凹槽叶顶结构。参阅图1、图2、图3、图4，本实施例带阻隔肋的凹槽叶顶结构，由涡轮叶片1、前缘除尘孔2、肋间除尘孔3、肋下游除尘孔4、上游阻隔肋5、下游阻隔肋6、凹槽叶顶7、中弦冷却通道8、前缘冷却通道9组成。在凹槽叶顶7上分别设有上游阻隔肋5和下游阻隔肋6，并且分别在靠近叶顶前缘部位设置前缘除尘孔2，在上游阻隔肋5和下游阻隔肋6中间设置肋间除尘孔3，在下游阻隔肋6的下游布置肋下游除尘孔4，除尘孔的两端分别形成气流的出口和入口，且与叶片中弦冷却通道8、前缘冷却通道9相通。前本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种带阻隔肋的凹槽叶顶结构，包括涡轮叶片、前缘除尘孔、肋间除尘孔、肋下游除尘孔、上游阻隔肋、下游阻隔肋、凹槽叶顶、中弦冷却通道、前缘冷却通道，其特征在于:在凹槽叶顶上分别设有上游阻隔肋和下游阻隔肋，并且分别在靠近叶顶前缘部位设置前缘除尘孔，在上游阻隔肋和下游阻隔肋中间设置肋间除尘孔，在下游阻隔肋的下游布置肋下游除尘孔，除尘孔的两端分别形成气流的出口和入口，且与叶片中弦冷却通道、前缘冷却通道相通；前缘除尘孔、肋间除尘孔和肋下游除尘孔分别位于凹槽叶顶叶顶的中弧线上，且肋间除尘孔与上游阻隔肋和下游阻隔肋的距离相同，涡轮叶片的凹槽叶顶的槽深与上游阻隔肋和下游阻隔肋的肋高相同；/n所述凹槽叶顶的槽深H，取值范围为0.7～1.1mm，凹槽叶顶的槽边宽度W,取值范围为0.5～0.7mm，凹槽叶顶的叶片轴向弦长G,取值范围为32～48mm；/n所述前缘除尘孔为圆柱形孔，前缘除尘孔孔径i,取值范围为0.8～1.2mm，前缘除尘孔的孔中心到前缘点的距离L,取值范围为3i～5i；/n所述肋间除尘孔和肋下游除尘孔均为圆柱孔，肋间除尘孔、肋下游除尘孔的孔径I,取值范围为1～1.2mm，所述肋下游除尘孔到下游阻隔肋的距离N，取值范围为2I～4I；/n所述上游阻隔肋与中轴线的夹角α，取值范围为65～75°，上游阻隔肋距前缘点的距离m,取值范围为7i～10i。/n...

【技术特征摘要】
1.一种带阻隔肋的凹槽叶顶结构，包括涡轮叶片、前缘除尘孔、肋间除尘孔、肋下游除尘孔、上游阻隔肋、下游阻隔肋、凹槽叶顶、中弦冷却通道、前缘冷却通道，其特征在于:在凹槽叶顶上分别设有上游阻隔肋和下游阻隔肋，并且分别在靠近叶顶前缘部位设置前缘除尘孔，在上游阻隔肋和下游阻隔肋中间设置肋间除尘孔，在下游阻隔肋的下游布置肋下游除尘孔，除尘孔的两端分别形成气流的出口和入口，且与叶片中弦冷却通道、前缘冷却通道相通；前缘除尘孔、肋间除尘孔和肋下游除尘孔分别位于凹槽叶顶叶顶的中弧线上，且肋间除尘孔与上游阻隔肋和下游阻隔肋的距离相同，涡轮叶片的凹槽叶顶的槽深与上游阻隔肋和下游阻隔肋的肋高相同；
所述凹槽叶顶的槽深H，取值范围为0.7～1.1mm，凹槽叶顶的槽边宽...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱惠人，张博伦，姚春意，刘存良，王亚州，
申请(专利权)人：西北工业大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61