一種渦輪導向葉片的分體式層板冷卻結構的制作方法
【專利摘要】一種渦輪導向葉片的分體式層板冷卻結構，涉及燃氣渦輪發(fā)動機，特別涉及一種對渦輪導向葉片進行葉背區(qū)域強化冷卻的分體式層板冷卻結構。其特征在于，層板冷卻結構位于葉片前腔區(qū)域，包括葉背，葉背內壁的擾流柱，卡槽結構，沖擊孔板；其中：沖擊孔板使用高溫合金板材，用扳金的方法壓制成型，擾流注和葉背整體鑄造。本實用新型的有益效果是：使用“沖擊一擾流一氣膜”的復合冷卻方式，增大了換熱面積，可以有效降低葉背熱點區(qū)域的壁面溫度，降低葉背燒蝕故障率，提高葉片的可靠性；可以減少冷卻空氣用量，由此減少發(fā)動機的性能損失；分體式層板結構易于加工，避開了狹小空腔結構鑄造難脫芯、易變形的難題，可以降低鑄造難度和生產成本。
【專利說明】一種渦輪導向葉片的分體式層板冷卻結構
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及燃氣渦輪發(fā)動機，特別涉及一種對渦輪導向葉片進行葉背區(qū)域強化冷卻的分體式層板冷卻結構。
【背景技術】
[0002]通常，燃氣渦輪發(fā)動機由壓氣機、燃燒室和渦輪三大部件組成，渦輪部件將高溫燃氣的內能轉化為機械能。目前，燃氣渦輪發(fā)動機的渦輪葉片需要在工作中承受遠超過基體材料熔點的溫度，通常情況下需要從壓力機引出溫度較低的高壓空氣進入葉片的空腔，作為冷卻氣對渦輪葉片進行冷卻。
[0003]通常，渦輪導向葉片由上緣板、下緣板和葉身構成，通過上、下緣板固定在機匣上，冷氣通常由上、下緣板處的空腔進入葉身進行冷卻。渦輪導向葉片葉身通常是由無余量精密鑄造而成，按區(qū)域可分為一個進氣邊、一個排氣邊、一個葉盆、一個葉背。葉身空腔內一般會設計出多個冷卻通道，根據葉片壁面不同區(qū)域的熱負荷的差異，設計出不同的冷卻結構對葉片進行有效冷卻，控制葉片壁面溫度在容許范圍內并盡量均勻。雖然渦輪冷卻技術已經得到了很大的發(fā)展，但是對葉片更高冷卻效果的需求不會止步。
[0004]渦輪導向葉片壁面和主流道中的高溫燃氣在工作中發(fā)生強烈的對流換熱，換熱的熱點區(qū)域包括進氣邊、排氣邊和葉背轉捩區(qū)域等。其中，葉背轉捩區(qū)域通常位于葉背側的葉片最大厚度附近，是葉片冷卻的難點。之前的冷卻的導向葉片主要使用單層壁，依賴氣膜冷卻的方式對其進行冷卻，很多情況下由于冷氣流量不足或者氣膜射流脫體，導致冷卻效果降低，葉片在此區(qū)域容易發(fā)生燒蝕故障。
實用新型內容
[0005]本實用新型的目的是:提供一種渦輪導向葉片的分體式層板冷卻結構，使用“沖擊一擾流一氣膜”的雙層復合冷卻方式，用于對葉背區(qū)域進行強化換熱，降低熱點區(qū)域的溫度。
[0006]渦輪導向葉片包含一個上緣板1、一個下緣板2和一個葉身3。在上、下緣板上各有一個空腔，冷氣由空腔處進入葉身3內進行冷卻。
[0007]其中:葉身3按區(qū)域可分為進氣邊4，葉盆5，葉背6和排氣邊7，葉身3是空心結構，分為兩腔:前腔9和后腔10，兩個空腔之間以一道隔墻11隔開。由上、下緣板進入的冷氣分別流入前腔9和后腔10，構成兩個獨立的冷氣環(huán)路，分別對葉身3不同區(qū)域進行冷卻。
[0008]本實用新型的技術方案是，提供了一種渦輪導向葉片的分體式層板冷卻結構。帶前腔9和后腔10的葉身3使用無余量精密鑄造成型。前腔9內，在葉背6的內壁鑄有2?5排固定高度的擾流柱12，擾流柱的截面形狀為圓形、菱形或水滴形；在葉背6的內壁有兩處卡槽結構13和14。使用厚度0.5?0.8mm的高溫合金板材按扳金的方法壓制沖擊孔板15,沖擊孔板15的外形和葉背6基本一致,沖擊孔板15安裝卡槽內，依靠卡槽13和14定位，并使用銷釘或用釬焊的方法固定。在沖擊孔板15上有2?4排孔徑一定的沖擊孔16。在葉背6上有2?4排擴張型氣膜孔17。
[0009]沖擊孔板15、卡槽13和14、帶擾流柱12的葉背6共同構成葉背分體式層板冷卻結構。工作中，進入前腔9的冷卻空氣從沖擊孔板15上的沖擊孔16進入層板結構內，直接撞擊葉背6的內壁，并經過擾流柱的組織作用在層板結構內流動，帶走燃氣傳至葉片內壁的大量熱量。冷卻空氣最終在擴張型氣膜孔17中膨脹并流出，在葉背6上覆蓋上一層冷卻氣膜，將高溫燃氣和葉片隔絕開來。相對于常規(guī)的圓形氣膜孔，由于擴張型氣膜孔17的膨脹作用，氣膜射流的動量減小，能夠有效減弱其射流脫體，并且氣膜覆蓋的區(qū)域更廣，冷卻效果更高，能更有效地降低葉背壁面溫度，從而降低葉背燒蝕故障率。
[0010]本實用新型的有益效果是:采用分體式層板冷卻結構，使用“沖擊一擾流一氣膜”的復合冷卻方式，增大了換熱面積，具有很高的冷卻效果，可以有效降低葉背熱點區(qū)域的壁面溫度，降低葉背燒蝕故障率，提高葉片的可靠性；可以減少冷卻空氣用量，由此減少發(fā)動機的性能損失；分體式層板結構易于加工，避開了狹小空腔結構鑄造難脫芯、易變形的難題，可以降低鑄造難度和生產成本。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0011]圖1渦輪導向葉片結構簡圖
[0012]圖2葉身截面圖
[0013]圖3層板結構放大圖
【具體實施方式】
[0014]下面通過具體的實施例對本實用新型作進一步詳細的描述。
[0015]本實施例提供了一種渦輪導向葉片的分體式層板冷卻結構。如附圖1-3所示，其特征在于:所述的層板冷卻結構位于葉片前腔9區(qū)域，包括葉背6，葉背內壁的擾流柱12，卡槽結構13和14,沖擊孔板15 ；
[0016]其中:沖擊孔板15使用高溫合金板材用扳金的方法壓制成型，沖擊孔板15的外形和葉背6 —致，厚度為0.6_，沖擊孔板15上有3排固定孔徑的沖擊孔16 ；
[0017]沖擊孔板15安裝在卡槽13和14內，內壁由擾流柱12頂住，使用卡槽結構13和14和擾流柱12進行定位，并在卡槽中使用釬焊的方式將其固定；
[0018]擾流柱12和葉身整體鑄造，所有擾流柱12的高度一致，截面形狀為菱形，擾流柱12的排數為5排；
[0019]在葉背6上有3排擴張型氣膜孔17 ；
[0020]擴張型氣膜孔17、沖擊孔16和擾流柱12有特定的分布規(guī)律。
【權利要求】
1.一種渦輪導向葉片的分體式層板冷卻結構，其特征在于，層板冷卻結構位于葉片前腔(9)區(qū)域，包括葉背(6)，葉背(6)內壁的擾流柱(12)，卡槽結構(13，14)，沖擊孔板(15)； 其中:沖擊孔板(15)使用高溫合金板材，用扳金的方法壓制成型，擾流注(12)和葉背(6)整體鑄造。
2.根據權利要求1所述的渦輪導向葉片的分體式層板冷卻結構，其特征在于，所述沖擊孔板(15)的外形和葉背(6) —致，厚度為0.5?0.8mm，沖擊孔板(15)上有2?4排固定孔徑的沖擊孔(16)。
3.根據權利要求1所述的渦輪導向葉片的分體式層板冷卻結構，其特征在于:所述沖擊孔板(15)安裝在卡槽(13，14)內，內壁由擾流柱(12)頂住，使用卡槽結構(13，14)和擾流柱(12)進行定位，并在卡槽中使用銷釘或釬焊的方式將其固定。
4.根據權利要求1所述的渦輪導向葉片的分體式層板冷卻結構，其特征在于:所述擾流柱(12)截面形狀為圓形、菱形或水滴形，高度一致，排數為2?5排。
5.根據權利要求1所述的渦輪導向葉片的分體式層板冷卻結構，其特征在于:擴張型氣膜孔(17)位于葉背(6)上，排數為2?4排。
【文檔編號】F01D9/02GK204024723SQ201420470155
【公開日】2014年12月17日 申請日期:2014年8月17日 優(yōu)先權日:2014年8月17日
【發(fā)明者】黎旭 申請人:中國航空工業(yè)集團公司沈陽發(fā)動機設計研究所