【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于航空发动机涡轮叶片或者重型燃气轮机透平叶片的冷却，具体涉及一种内部冷却通道带防尘结构的涡轮动叶。
技术介绍
1、为了追求更高的循环效率，航空发动机涡轮进口温度不断提高，甚至超过了涡轮叶片所用金属的耐热极限。为了保护叶片不被高温气流烧毁，叶片内部通常布置有大量冷却结构(例如蛇形通道、冲击孔、气膜孔、扰流肋以及扰流柱等)以供来自压气机的低温冷气以强迫对流换热的形式带走热量，从而达到保护叶片的目的。
2、航空发动机的正常运行除了与自身结构有关外，还与运行环境密切相关。当人类长期接触颗粒污染物后，如果没有防护措施，颗粒物会深入人体呼吸系统，造成阻塞性肺病(obstructive pulmonary disease,opd)。而当航空发动机在颗粒物浓度较高的环境中长期运行时，颗粒物同样会对航空发动机的气热性能带来严重危害。
3、在涡轮叶片外部高温、高压、高速的运行环境中颗粒物极易沉积在涡轮叶片表面，一方面沉积物会对叶片的热障涂层产生侵蚀作用，导致其隔热效果降低甚至完全失效；另一方面沉积物会增大叶片表面粗糙度，增强高温主流与叶片之间的换热，叶片面临更高的被烧毁风险。此外沉积物会改变叶片型线，使叶片偏离最佳设计工况从而降低整体气热效率。除了叶片外部，颗粒物还会通过二次空气系统进入涡轮叶片内部。一方面，冷气温度低于颗粒物的软化温度且复杂的冷却结构相互作用，颗粒物在其中表现出了独特的沉积机理，导致无法用相对成熟的高温沉积机理预测沉积的危害；另一方面，狭小的内部空间将会放大沉积物对叶片性能造成的影响且难以清除。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于提供一种内部冷却通道带防尘结构的涡轮动叶，用以解决现有涡轮叶片内部冷却通道难以对颗粒污染物进行捕获的技术缺陷。
2、本专利技术解决上述技术问题所采用的技术方案如下：
3、一种内部冷却通道带防尘结构的涡轮动叶，在涡轮动叶9内部带肋的u型冷却通道1之间开设旋流腔4，并通过带肋u型冷却通道压力面侧的方形喷嘴3将u型冷却通道1和旋流腔4连通；携带着颗粒污染物的冷气进入由压力面向吸力面旋转的涡轮动叶9内部的u型冷却通道1之后，在科氏力的作用下，颗粒物将会朝着旋转方向的相反侧发生偏移，汇聚在u型冷却通道压力面侧的肋间区域，随后在与冷气流动方向成锐角的位于u型冷却通道上的倾斜扰流肋2的诱导下，颗粒物向着倾斜扰流肋2的前缘方向移动，随后通过方形喷嘴3进入旋流腔4；裹挟着颗粒物的冷气在旋流腔4中螺旋前进，一方面强化了涡轮动叶腔体内壁面的强制对流换热能力，另一方面增大的近壁面切向速度导致颗粒物难以在旋流腔4内沉积；旋流腔顶部为收缩段5，通过在u型冷却通道弯头6布置的中空扰流柱7的中空通道到达叶顶除尘孔8，最终颗粒污染物被排出涡轮动叶9，内部的u型冷却通道中冷气的清洁度显著提升。
4、涡轮动叶9连同其内部的冷却结构均处于由压力面指向吸力面方向的旋转条件下，方形喷嘴3布置在u型冷却通道的压力面侧，保证颗粒物能在科氏力的作用下被引导至靠近方形喷嘴的位置。
5、旋流腔4布置在u型冷却通道1之间，并通过方形喷嘴3与u型冷却通道1的进气流路相连。
6、u型冷却通道1中的倾斜扰流肋2在进气流路中沿冷气流向指向旋流腔4，且扰流肋2的延伸方向与冷气流路中冷气的流动方向的夹角介于20°到70°之间。
7、方形喷嘴3分别与u型冷却通道1和旋流腔4的压力面侧相切，既降低了流动损失，又使得冷气切向射入旋流腔4中形成旋流。
8、方形喷嘴3的倾斜方向与扰流肋2保持一致，一方面减少流动损失，另一方面更容易在旋流腔4中形成指向叶顶方向的冷气旋流。
9、方形喷嘴3并非是连续的，而是被多个分隔件10隔开，分隔件10的流向尺寸、位置与当地的倾斜扰流肋流向截面保持一致，分隔件10高度则为0.5到3倍的倾斜扰流肋肋高；分割件10的存在增加了结构的稳定性也减小了颗粒逃逸出旋流腔的概率。
10、旋流腔4顶部逐渐收缩，最终尺寸与叶顶除尘孔相当。
11、u型冷却通道弯头6处布置具有中空扰流柱7，中空扰流柱柱体能够增强冷气的湍流度，提高冷气的换热能力，其中的中空通道能供收缩后的旋流腔顶部通过并直达叶顶除尘孔8。
12、方形喷嘴3从进气流路的第一、第二肋之间开始逐个布置，数量在3个到7个之间。
13、本专利技术与现有技术相比，具有如下有益效果：
14、(1)冷气在旋流腔中形成的旋流为腔体内壁面赋予了更高的近壁面切向速度，使得颗粒难以在旋流腔中发生沉积。
15、(2)本专利技术结构紧凑，布置在u型冷却通道之间的旋流腔并不会挤占其他冷却结构的空间。
16、(3)本专利技术利用旋转和肋诱导二次流，将相较于冷气具有更高斯托克斯数的颗粒物引导至特定区域，从而便于分离。
17、(4)本专利技术在第一、第二根扰流肋之间就开始布置的方形喷嘴，相较于弯头布置的传统除尘孔能够更早地将颗粒从u型冷却通道中分离，减少了颗粒物在叶片内部的沉积概率。
18、(5)本专利技术利用叶顶除尘孔，在有限的冷气消耗下，显著降低了内部冷却通道中的颗粒物浓度，并改善了冷却通道间的换热情况，优化叶片整体的传热均匀性。
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1.一种内部冷却通道带防尘结构的涡轮动叶，其特征在于：在涡轮动叶(9)内部的U型冷却通道(1)之间开设旋流腔(4)，并通过带肋U型冷却通道压力面侧的方形喷嘴(3)将U型冷却通道(1)和旋流腔(4)连通；携带着颗粒污染物的冷气进入由压力面向吸力面旋转的涡轮动叶(9)内部的U型冷却通道(1)之后，在科氏力的作用下，颗粒物将会朝着旋转方向的相反侧发生偏移，汇聚在U型冷却通道(1)压力面侧的肋间区域，随后在与冷气流动方向成锐角的位于U型冷却通道(1)上的倾斜扰流肋(2)的诱导下，颗粒物向着倾斜扰流肋(2)的前缘方向移动，随后通过由分隔件(10)间隔形成的方形喷嘴(3)进入旋流腔(4)；裹挟着颗粒物的冷气在旋流腔(4)中螺旋前进，一方面强化了涡轮动叶腔体内壁面的强制对流换热能力，另一方面增大的近壁面切向速度导致颗粒物难以在旋流腔(4)内沉积；旋流腔顶部为收缩段(5)，通过在U型冷却通道弯头(6)布置的中空扰流柱(7)的中空通道到达叶顶除尘孔(8)，最终颗粒污染物被排出涡轮动叶(9)，叶片内部冷气的清洁度显著提升。
2.根据权利要求1所述的内部冷却通道带防尘结构的涡轮动叶，其特征
3.根据权利要求1所述的内部冷却通道带防尘结构的涡轮动叶，其特征在于：旋流腔(4)布置在U型冷却通道(1)之间，并通过方形喷嘴(3)与U型冷却通道(1)的进气流路相连。
4.根据权利要求1所述的内部冷却通道带防尘结构的涡轮动叶，其特征在于：U型冷却通道(1)中的倾斜扰流肋(2)在进气流路中沿冷气流向指向旋流腔(4)，且扰流肋(2)的延伸方向与冷气流路中冷气的流动方向的夹角介于20°到70°之间。
5.根据权利要求1所述的内部冷却通道带防尘结构的涡轮动叶，其特征在于：方形喷嘴(3)分别与U型冷却通道(1)和旋流腔(4)的压力面侧相切，既降低了流动损失，又使得冷气切向射入旋流腔(4)中形成旋流。
6.根据权利要求1所述的内部冷却通道带防尘结构的涡轮动叶，其特征在于：方形喷嘴(3)的倾斜方向与扰流肋(2)保持一致，一方面减少流动损失，另一方面更容易在旋流腔(4)中形成指向叶顶方向的冷气旋流。
7.根据权利要求1所述的内部冷却通道带防尘结构的涡轮动叶，其特征在于：方形喷嘴(3)并非是连续的，而是被多个分隔件(10)隔开，分隔件(10)的流向尺寸、位置与当地的倾斜扰流肋流向截面保持一致，分隔件(10)高度则为0.5到3倍的倾斜扰流肋肋高；分割件(10)的存在增加了结构的稳定性也减小了颗粒逃逸出旋流腔的概率。
8.根据权利要求1所述的内部冷却通道带防尘结构的涡轮动叶，其特征在于：旋流腔(4)顶部逐渐收缩，最终尺寸与叶顶除尘孔相当。
9.根据权利要求1所述的内部冷却通道带防尘结构的涡轮动叶，其特征在于：U型冷却通道弯头(6)处布置具有中空扰流柱(7)，中空扰流柱柱体能够增强冷气的湍流度，提高冷气的换热能力，其中的中空通道能供收缩后的旋流腔顶部通过并直达叶顶除尘孔(8)。
10.根据权利要求1所述的内部冷却通道带防尘结构的涡轮动叶，其特征在于：方形喷嘴(3)从进气流路的第一、第二肋之间开始逐个布置，数量在3个到7个之间。
...【技术特征摘要】
1.一种内部冷却通道带防尘结构的涡轮动叶，其特征在于：在涡轮动叶(9)内部的u型冷却通道(1)之间开设旋流腔(4)，并通过带肋u型冷却通道压力面侧的方形喷嘴(3)将u型冷却通道(1)和旋流腔(4)连通；携带着颗粒污染物的冷气进入由压力面向吸力面旋转的涡轮动叶(9)内部的u型冷却通道(1)之后，在科氏力的作用下，颗粒物将会朝着旋转方向的相反侧发生偏移，汇聚在u型冷却通道(1)压力面侧的肋间区域，随后在与冷气流动方向成锐角的位于u型冷却通道(1)上的倾斜扰流肋(2)的诱导下，颗粒物向着倾斜扰流肋(2)的前缘方向移动，随后通过由分隔件(10)间隔形成的方形喷嘴(3)进入旋流腔(4)；裹挟着颗粒物的冷气在旋流腔(4)中螺旋前进，一方面强化了涡轮动叶腔体内壁面的强制对流换热能力，另一方面增大的近壁面切向速度导致颗粒物难以在旋流腔(4)内沉积；旋流腔顶部为收缩段(5)，通过在u型冷却通道弯头(6)布置的中空扰流柱(7)的中空通道到达叶顶除尘孔(8)，最终颗粒污染物被排出涡轮动叶(9)，叶片内部冷气的清洁度显著提升。
2.根据权利要求1所述的内部冷却通道带防尘结构的涡轮动叶，其特征在于：涡轮动叶(9)连同其内部的冷却结构均处于由压力面指向吸力面方向的旋转条件下，方形喷嘴(3)布置在u型冷却通道的压力面侧，保证颗粒物能在科氏力的作用下被引导至靠近方形喷嘴的位置。
3.根据权利要求1所述的内部冷却通道带防尘结构的涡轮动叶，其特征在于：旋流腔(4)布置在u型冷却通道(1)之间，并通过方形喷嘴(3)与u型冷却通道(1)的进气流路相连。
4.根据权利要求1所述的内部冷却通道带防尘结构的涡轮动叶，其特征在于：u型冷却通道...
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