專利名稱：渦輪葉片微通道內(nèi)部冷卻系統(tǒng)的氣流通道結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種適用于航空發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪葉片微通道內(nèi)冷卻系統(tǒng)的氣流通道結(jié)構(gòu)， 該氣流通道結(jié)構(gòu)主要應(yīng)用在航空發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪葉片部分，可滿足航空發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪葉片冷 卻的需要。
背景技術(shù)：
發(fā)動(dòng)機(jī)的最主要性能指標(biāo)是推重比，隨著人們對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的性能要求不斷提高，對(duì) 推重比的要求也不斷提髙。而提高發(fā)動(dòng)機(jī)的推重比所采用的最有效的手段就是提高渦 輪前燃?xì)鉁囟取Ｎ覈?guó)預(yù)研的推重比10—級(jí)航空發(fā)動(dòng)機(jī)的渦輪前溫度約為1850K 1950K。而目前使用的各種材料在無(wú)冷卻的情況下，只能在1300。C左右才能維持其 較高的強(qiáng)度指標(biāo)。在高溫環(huán)境下的渦輪轉(zhuǎn)子能否安全可靠的工作，主要取決于轉(zhuǎn)子內(nèi) 各熱部件(渦輪葉片、渦輪盤(pán)、軸等)的溫度水平和溫度分布。另外，由于渦輪葉片 (工作葉片)在高轉(zhuǎn)速下工作(轉(zhuǎn)速可達(dá)15000rpm以上)，處于非常髙的離心力場(chǎng) 當(dāng)中。在如此惡劣的工作環(huán)境中，要保證葉片正常、可靠、長(zhǎng)期的工作，就必須對(duì)渦 輪葉片進(jìn)行有效的冷卻，保證葉片本身溫度在工作溫度下，又高的持久強(qiáng)度和抗腐蝕 能力，在保證可靠工作的同時(shí)盡可能少的使用冷卻氣體。因此，發(fā)明高效的冷卻結(jié)構(gòu) 以及與之相應(yīng)的氣流通道結(jié)構(gòu)是非常重要，也是非常必要的。目前所設(shè)計(jì)的常規(guī)渦輪 葉片多是在葉片的內(nèi)部布置各種形狀的肋片，用來(lái)增加內(nèi)部的擾動(dòng)，來(lái)提高換熱效果， 而在葉片的外表面常常布置一些直徑較小的氣膜孔，形成全氣膜覆蓋，通過(guò)這種方式 設(shè)計(jì)的渦輪葉片，其冷卻效果一般在0.6左右，隨著渦輪前燃?xì)鉁囟鹊奶岣?，這樣的 冷卻效果對(duì)葉片冷卻來(lái)說(shuō)已經(jīng)明顯的不夠，所以高效的渦輪冷卻結(jié)構(gòu)以及與之相應(yīng)的 氣流通道結(jié)構(gòu)的發(fā)明是非常重要和急迫的。 現(xiàn)有常用冷卻技術(shù)存在以下不足
U)冷卻效率并不總隨渦輪葉片冷卻空氣量的增加而增加，到了一定流量，冷卻 效率將很難再有提升。
(2成有常用冷卻技術(shù)對(duì)葉片葉弦中部冷卻較多，而對(duì)葉片后緣卻沒(méi)有冷卻或冷 卻很少，而這恰恰應(yīng)是重點(diǎn)冷卻的區(qū)域
(3鵬著渦輪前燃?xì)鉁囟鹊牟粩嗵岣?，特別是當(dāng)渦輪前燃?xì)鉁囟冗_(dá)到137CTC甚至更高，現(xiàn)有常用冷卻技術(shù)將難以滿足有效冷卻的需要，容易導(dǎo)致渦輪葉片熱疲勞損壞。
發(fā)明 內(nèi) 容
本發(fā)明涉及一種應(yīng)用于航空發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪葉片微通道內(nèi)冷卻系統(tǒng)的氣流通道結(jié)構(gòu)。
在兼顧葉片個(gè)部分冷卻的基礎(chǔ)上，高效的組織葉片內(nèi)部冷卻氣流使得葉片中部和尾部
應(yīng)用微槽道冷卻結(jié)構(gòu)。該通道結(jié)構(gòu)為在渦輪葉片中部，葉身上分成多個(gè)隔斷，每?jī)?br> 個(gè)隔斷之間密布有微小的通道；在葉片的尾部沿流向布置有微小通道，從葉片的根部
一直到葉片的尖部均勻的布置有上述微通道結(jié)構(gòu)。冷卻氣體從葉根進(jìn)入葉片中部微通 道，在微通道中進(jìn)行強(qiáng)烈的對(duì)流換熱，之后在葉尖的頂部轉(zhuǎn)折進(jìn)入葉片中部空腔，然 后部分冷卻空氣從葉尖處的氣膜孔對(duì)葉尖進(jìn)行氣膜冷卻，部分冷卻空氣經(jīng)由葉盆與葉 背之間的進(jìn)氣結(jié)構(gòu)進(jìn)入尾緣微小通道對(duì)尾緣進(jìn)行冷卻，部分冷卻空氣從隔斷上的氣膜 孔對(duì)葉片中部外表面進(jìn)行氣膜冷卻，部分冷卻空氣進(jìn)入前緣對(duì)前緣進(jìn)行沖擊和氣膜冷 卻。葉片整體通過(guò)微通道內(nèi)的冷卻以及外表面的氣膜冷卻來(lái)滿足葉片冷卻的要求。


圖1本發(fā)明葉片橫截面圖
圖2葉片氣流通道結(jié)構(gòu)圖 圖3葉片頂部結(jié)構(gòu)放大圖 圖4葉片尾緣冷氣通道放大剖面圖 圖5葉片尾緣冷氣進(jìn)氣通道左視圖 圖6微小槽道應(yīng)用熱學(xué)原理圖
圖中1、葉片前緣2、葉片外壁3、葉片中部隔斷4、微通道5、葉片中部6、 葉片中心腔7、前緣沖擊孔8、葉片頂部氣流通道9、葉片中部10、中部氣流通道 11、尾部微通道12、葉片尾緣13、尾部劈縫①冷氣從葉根進(jìn)入微通道中② 中部微通道③中部空腔 :葉片頂部氣膜孔 :冷氣從中心腔沖擊冷卻葉片前 緣 :前緣氣膜孔⑦葉片中部隔斷氣膜孔⑧尾部微通道⑨主燃?xì)?br> 具體實(shí)施例方式
下面將結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明。
本發(fā)明將t散通道技術(shù)應(yīng)用于渦輪葉片，發(fā)明一種應(yīng)用于航空發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪葉片微通 道內(nèi)冷卻系統(tǒng)的氣流通道結(jié)構(gòu)，其具體冷卻通道氣流流動(dòng)為 ①一②一③一④一⑨ 流過(guò)這些部位氣流對(duì)葉片中部和頂部進(jìn)行了冷卻； ①一②一③一⑦一⑨ 流過(guò)這些部位氣流對(duì)葉片中部和中部外表面進(jìn)行了冷卻； ①一②一③一⑤一⑥一⑨流過(guò)這些部位的氣流對(duì)葉片前緣進(jìn)行了冷卻； ①一②一③一⑧一⑨ 流過(guò)這些部位的氣流對(duì)葉片尾緣進(jìn)行了冷卻
冷卻氣體從葉根進(jìn)入10葉片中部微通道，在微通道中進(jìn)行高效的對(duì)流換熱，之 后在葉尖的頂部轉(zhuǎn)折進(jìn)入6葉片中部空腔，然后部分冷卻空氣從葉尖處的氣膜孔對(duì) 葉尖進(jìn)行氣膜冷卻，部分冷卻空氣經(jīng)由葉盆與葉背之間的進(jìn)氣結(jié)構(gòu)進(jìn)入11尾緣微小 通道對(duì)尾緣進(jìn)行冷卻，部分冷卻空氣從隔斷上的氣膜孔對(duì)葉片中部外表面進(jìn)行氣膜冷 卻，部分冷卻空氣進(jìn)入1前緣對(duì)前緣進(jìn)行沖擊和氣膜冷卻。葉片整體通過(guò)微通道內(nèi) 的冷卻以及外表面的氣膜冷卻來(lái)滿足葉片冷卻的要求。
權(quán)利要求
1、一種用于航空發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪葉片微通道內(nèi)冷卻系統(tǒng)的氣流通道結(jié)構(gòu)，它主要由4微通道結(jié)構(gòu)、6葉片中心腔、3葉片中部隔斷、⑦葉片中部隔斷氣膜孔等結(jié)構(gòu)組成，其特征在于葉片中部出現(xiàn)了由3葉片中部隔斷和6葉片中心腔外壁組成的小腔室(布置4微通道結(jié)構(gòu))、葉片中部形成了空腔(收集葉片中部4微通道結(jié)構(gòu)內(nèi)的冷卻氣體，同時(shí)向葉片頂部前緣尾緣提供冷卻氣體)、3葉片中部隔斷上布置了冷卻葉片中部的⑦氣膜孔，此種冷卻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)使得冷卻氣體從①葉片根部進(jìn)入到②葉片中部的微通道內(nèi)對(duì)葉片中部進(jìn)行冷卻，再由葉片葉尖處轉(zhuǎn)折進(jìn)入到③葉片中心腔內(nèi)，然后冷卻氣體分成④⑤⑦⑧四個(gè)部分分別對(duì)葉片的頂部(氣膜冷卻方式)、葉片中部表面(氣膜冷卻方式)、葉片前緣(沖擊加氣膜冷卻方式)和尾緣(微通道冷卻方式)進(jìn)行冷卻。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種應(yīng)用于航空發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪葉片微通道內(nèi)冷卻系統(tǒng)的氣流通道結(jié)構(gòu)，其特征在于冷卻氣體從葉根進(jìn)入葉片中部微通道，在微通道中進(jìn)行強(qiáng)烈的對(duì)流換熱，之后在葉尖的頂部轉(zhuǎn)折進(jìn)入葉片中部空腔，然后部分冷卻空氣從葉尖處的氣膜孔對(duì)葉尖進(jìn)行氣膜冷卻，部分冷卻空氣經(jīng)由葉盆與葉背之間的進(jìn)氣結(jié)構(gòu)進(jìn)入尾緣微小通道對(duì)尾緣進(jìn)行冷卻，部分冷卻空氣從隔斷上的氣膜孔對(duì)葉片中部外表面進(jìn)行氣膜冷卻，部分冷卻空氣進(jìn)入前緣對(duì)前緣進(jìn)行沖擊和氣膜冷卻。葉片整體通過(guò)微通道內(nèi)的冷卻以及外表面的氣膜冷卻來(lái)滿足葉片冷卻的要求。
文檔編號(hào)F01D5/18GK101285403SQ200810056400
公開(kāi)日2008年10月15日 申請(qǐng)日期2008年1月18日 優(yōu)先權(quán)日2008年1月18日
發(fā)明者丁水汀, 徐國(guó)強(qiáng), 翔 羅, 鄧宏武, 潔 聞, 智 陶, 馬世巖 申請(qǐng)人:北京航空航天大學(xué)