本技術(shù)屬于渦輪導(dǎo)向葉片冷卻領(lǐng)域，具體是涉及到一種渦輪導(dǎo)向葉片冷卻結(jié)構(gòu)。

背景技術(shù)：

1、燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)是航空飛行器的主要?jiǎng)恿ρb置，提高渦輪前溫度可以大幅提高發(fā)動(dòng)機(jī)的推力并減少油耗。目前先進(jìn)燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪前燃?xì)鉁囟雀哌_(dá)1800k～2000k，而現(xiàn)代三代單晶高溫合金的最高耐溫不超過1400k。為保證渦輪葉片在極端惡劣的環(huán)境中正常、可靠、長期的工作，就必須對其采取有效的熱防護(hù)措施，包括噴涂隔熱涂層、開發(fā)新型耐高溫材料、采用先進(jìn)的葉片冷卻技術(shù)。噴涂隔熱涂層使葉片基體的降溫幅度一般不超過30k，且當(dāng)前的噴涂技術(shù)難以使涂層厚度保持均勻，小尺寸葉片噴涂熱障涂層對燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)性能的影響較大。新型材料的耐溫性以每年約8k的速度增加，遠(yuǎn)低于渦輪前燃?xì)鉁囟绕骄磕昙s20k的增長速度，且材料的成本隨其耐溫性的提高呈指數(shù)級(jí)增長。葉片冷卻技術(shù)的應(yīng)用對提高渦輪前燃?xì)鉁囟鹊男Ч蠲黠@。

2、燃機(jī)渦輪葉片通常采用的冷卻措施是從壓氣機(jī)引出一部分溫度較低的高壓空氣，高壓空氣通過空氣系統(tǒng)引入各級(jí)渦輪葉片冷氣腔，從而冷卻渦輪葉片。現(xiàn)役渦輪葉片常采用以強(qiáng)化對流冷卻、沖擊冷卻、氣膜冷卻及與熱障涂層相的冷卻方式。

3、對于傳統(tǒng)的燃機(jī)渦輪導(dǎo)向葉片冷卻技術(shù)設(shè)計(jì)而言，主要存在以下弊端：

4、1)對渦輪導(dǎo)向葉片的冷卻效率較低，需要大量的冷卻氣進(jìn)行冷卻才能夠到達(dá)期望的冷卻效果，同時(shí)冷卻氣體用量不斷加大導(dǎo)致參與循環(huán)做功的氣體減少，冷氣與燃?xì)獾膿交鞊p失增大，使得葉柵流道內(nèi)流動(dòng)與流場結(jié)構(gòu)更加復(fù)雜，對燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)性能不利；

5、2)渦輪導(dǎo)向葉片葉盆、葉背存在較大的溫差，側(cè)壁沿弦向具有較大的溫度梯度，冷卻氣通過一個(gè)冷卻氣入口進(jìn)入冷卻氣腔，自各個(gè)氣膜孔流出，難以對各個(gè)氣膜孔流出的冷卻氣量進(jìn)行控制，不能有效降低葉盆、葉背側(cè)的溫差，不能有效降低導(dǎo)向葉片側(cè)壁沿弦向的溫度梯度，不能夠有效克服導(dǎo)向葉片熱應(yīng)力引發(fā)非均勻性變形的問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本實(shí)用新型要解決的技術(shù)問題是提供一種結(jié)構(gòu)簡單且具有分區(qū)降溫且降溫效果好的渦輪導(dǎo)向葉片冷卻結(jié)構(gòu)。

2、本實(shí)用新型提供一種渦輪導(dǎo)向葉片冷卻結(jié)構(gòu)，包括上緣板、下緣板和葉身，所述葉身設(shè)置在所述上緣板和下緣板之間，且所述葉身內(nèi)部中空；

3、所述中空內(nèi)沿所述葉身的前緣至尾緣方向間隔設(shè)置有兩個(gè)間隔肋，分別為前間隔肋和后間隔肋，兩個(gè)所述間隔肋將所述中空分隔為三個(gè)冷卻腔，分別為前冷卻腔、中冷卻腔、后冷卻腔；

4、所述間隔肋上設(shè)置有連通相鄰兩個(gè)冷卻腔的流通孔，所述葉身的尾緣設(shè)置有連通后冷卻腔的尾緣槽；

5、所述上緣板或下緣板上設(shè)置有連通前冷卻腔的第一進(jìn)氣口，所述下緣板或上緣板上設(shè)置有連通中冷卻腔的第二進(jìn)氣口。

6、更進(jìn)一步地，所述葉身采用發(fā)汗材料制備。

7、更進(jìn)一步地，所述前冷卻腔中發(fā)汗材料的流通面積大于所述前間隔肋上的流通孔的流通面積，所述中冷卻腔中發(fā)汗材料的流通面積大于所述后間隔肋上的流通孔的流通面積。

8、更進(jìn)一步地，所述前間隔肋上的流通孔的流通面積大于所述后間隔肋上的流通孔的流通面積。

9、更進(jìn)一步地，所述流通孔在所述間隔肋上布置有多個(gè)，多個(gè)沿葉身的高度和/或厚度方向間隔布置。

10、更進(jìn)一步地，所述第一進(jìn)氣口與燃燒室內(nèi)環(huán)冷卻氣相連通，所述第二進(jìn)氣口與燃燒室外環(huán)冷卻氣相連通。

11、更進(jìn)一步地，所述尾緣槽內(nèi)間隔設(shè)置有多個(gè)槽孔肋，相鄰兩個(gè)槽孔肋之間形成尾緣槽孔。

12、更進(jìn)一步地，所述后冷卻腔沿前緣至尾緣方向?yàn)橹鹂s型結(jié)構(gòu)。

13、更進(jìn)一步地，所述后冷卻腔內(nèi)沿前緣至尾緣方向交錯(cuò)布置有多個(gè)繞流柱。

14、更進(jìn)一步地，所述后冷卻腔內(nèi)壁上與所述繞流柱交錯(cuò)設(shè)置有凸起。

15、本實(shí)用新型所提供的渦輪導(dǎo)向葉片冷卻結(jié)構(gòu)，具有以下效果：

16、一、兩個(gè)間隔肋一方面用于加強(qiáng)葉身的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，另一方面，可以傳遞葉盆和葉背的熱量，將壓力面的高溫傳導(dǎo)給吸力面，降低葉身由于熱應(yīng)力引發(fā)非均勻性變形，延長結(jié)構(gòu)使用壽命，再一方面，還可以將中空分隔為三個(gè)冷卻腔，且作為三個(gè)冷卻腔腔壁的一部分，減少冷卻腔的用材，保證葉片的重量。

17、二、在具體使用時(shí)，第一進(jìn)氣口注入的冷卻介質(zhì)的氣壓高于第二進(jìn)氣口注入的冷卻介質(zhì)的氣壓，一方面可以使前冷卻腔內(nèi)的冷卻介質(zhì)通過流通孔流入中冷卻腔，中冷卻腔的冷卻介質(zhì)通過流通孔流入后冷卻腔，后冷卻腔內(nèi)的冷卻介質(zhì)最后通過尾緣槽流出葉身，另一方面還可以對葉片的不同部位進(jìn)行分區(qū)降溫，使得葉片整體的溫度接近，降低葉身由于熱應(yīng)力引發(fā)非均勻性變形，延長結(jié)構(gòu)使用壽命。

18、三、流通孔的一端會(huì)吸入冷卻介質(zhì)，另一端會(huì)形成射流噴出冷卻介質(zhì)，均會(huì)增加冷卻腔內(nèi)的冷卻介質(zhì)的擾動(dòng)，進(jìn)而提高冷卻介質(zhì)與冷卻腔內(nèi)壁的接觸，進(jìn)而提高換熱效果。

技術(shù)特征：

1.一種渦輪導(dǎo)向葉片冷卻結(jié)構(gòu)，其特征是，包括上緣板(11)、下緣板(12)和葉身(13)，所述葉身(13)設(shè)置在所述上緣板(11)和下緣板(12)之間，且所述葉身(13)內(nèi)部中空(14)；

2.如權(quán)利要求1所述的渦輪導(dǎo)向葉片冷卻結(jié)構(gòu)，其特征是，所述葉身(13)采用發(fā)汗材料制備。

3.如權(quán)利要求2所述的渦輪導(dǎo)向葉片冷卻結(jié)構(gòu)，其特征是，所述前冷卻腔(16a)中發(fā)汗材料的流通面積大于所述前間隔肋(15a)上的流通孔(17)的流通面積，所述中冷卻腔(16b)中發(fā)汗材料的流通面積大于所述后間隔肋(15b)上的流通孔(17)的流通面積。

4.如權(quán)利要求3所述的渦輪導(dǎo)向葉片冷卻結(jié)構(gòu)，其特征是，所述前間隔肋(15a)上的流通孔(17)的流通面積大于所述后間隔肋(15b)上的流通孔(17)的流通面積。

5.如權(quán)利要求1-4任一項(xiàng)所述的渦輪導(dǎo)向葉片冷卻結(jié)構(gòu)，其特征是，所述流通孔(17)在所述間隔肋(15)上布置有多個(gè)，多個(gè)沿葉身(13)的高度和/或厚度方向間隔布置。

6.如權(quán)利要求1-4任一項(xiàng)所述的渦輪導(dǎo)向葉片冷卻結(jié)構(gòu)，其特征是，所述第一進(jìn)氣口(18)與燃燒室內(nèi)環(huán)冷卻氣相連通，所述第二進(jìn)氣口(19)與燃燒室外環(huán)冷卻氣相連通。

7.如權(quán)利要求1-4任一項(xiàng)所述的渦輪導(dǎo)向葉片冷卻結(jié)構(gòu)，其特征是，所述尾緣槽(114)內(nèi)間隔設(shè)置有多個(gè)槽孔肋(110)，相鄰兩個(gè)槽孔肋(110)之間形成尾緣槽孔(111)。

8.如權(quán)利要求1-4任一項(xiàng)所述的渦輪導(dǎo)向葉片冷卻結(jié)構(gòu)，其特征是，所述后冷卻腔(16c)沿前緣(133)至尾緣(134)方向?yàn)橹鹂s型結(jié)構(gòu)。

9.如權(quán)利要求8所述的渦輪導(dǎo)向葉片冷卻結(jié)構(gòu)，其特征是，所述后冷卻腔(16c)內(nèi)沿前緣(133)至尾緣(134)方向交錯(cuò)布置有多個(gè)繞流柱(112)。

10.如權(quán)利要求9所述的渦輪導(dǎo)向葉片冷卻結(jié)構(gòu)，其特征是，所述后冷卻腔(16c)內(nèi)壁上與所述繞流柱(112)交錯(cuò)設(shè)置有凸起(113)。

技術(shù)總結(jié)
本技術(shù)屬于渦輪導(dǎo)向葉片冷卻領(lǐng)域，具體是涉及到一種渦輪導(dǎo)向葉片冷卻結(jié)構(gòu)，包括上緣板、下緣板和葉身，所述葉身設(shè)置在所述上緣板和下緣板之間，且所述葉身內(nèi)部中空；所述中空內(nèi)沿所述葉身的前緣至尾緣方向間隔設(shè)置有兩個(gè)間隔肋，兩個(gè)所述間隔肋將所述中空分隔為三個(gè)冷卻腔；所述間隔肋上設(shè)置有連通相鄰兩個(gè)冷卻腔的流通孔，所述葉身的尾緣設(shè)置有連通后冷卻腔的尾緣槽；所述上緣板上設(shè)置有連通前冷卻腔的第一進(jìn)氣口，所述下緣板上設(shè)置有連通中冷卻腔的第二進(jìn)氣口。本技術(shù)具有結(jié)構(gòu)簡單、葉身結(jié)構(gòu)強(qiáng)度高、能夠分區(qū)降溫效果和降溫效果好的優(yōu)勢。

技術(shù)研發(fā)人員：王松,陳振奎,李偉,余藝平,王威
受保護(hù)的技術(shù)使用者：中國人民解放軍國防科技大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：20240515
技術(shù)公布日：2024/12/19