本發(fā)明屬于燃?xì)廨啓C(jī)高溫部件渦輪領(lǐng)域，涉及渦輪葉片前緣冷卻設(shè)計(jì)技術(shù)，具體涉及一種用于渦輪葉片前緣的冷卻結(jié)構(gòu)。

背景技術(shù)：

1、燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)是一種具有強(qiáng)大輸出功率和高熱效率的熱動(dòng)力裝置，其通常處于極為惡劣嚴(yán)苛的工作環(huán)境中，具備高溫、高壓和高轉(zhuǎn)速三大特點(diǎn)，現(xiàn)已廣泛應(yīng)用于現(xiàn)代軍事和工業(yè)。燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)研發(fā)過程中，為了提高燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的性能，使渦輪前溫度不斷提高，例如目前先進(jìn)航空渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)的渦輪進(jìn)口燃?xì)鉁囟纫呀?jīng)達(dá)到1800k～2050k，該溫度大大超過了現(xiàn)有高溫合金的承溫能力，而直接受到高溫燃?xì)鉀_擊的渦輪葉片前緣，其承受的溫度更高面臨著更大的挑戰(zhàn)，為了保證渦輪的安全運(yùn)行，必須實(shí)施有效的冷卻來降低高溫渦輪葉片前緣的金屬壁溫。

2、目前，通常采用沖擊冷卻、氣膜冷卻、沖擊氣膜組合冷卻等冷卻結(jié)構(gòu)來達(dá)到冷卻渦輪葉片前緣的目的，以保護(hù)燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)長期長時(shí)間安全可靠高效的工作?，F(xiàn)有的沖擊孔包括正對(duì)沖擊、旋流沖擊、圓柱型沖擊孔、錐型沖擊孔等，其中正對(duì)沖擊和旋流沖擊均存在內(nèi)壁面冷卻不均的問題，不均勻的溫度分布意味著溫度梯度大，從而極易引起葉片的熱疲勞斷裂，旋流沖擊雖然能一定程度上改善葉片壁面溫度分布的均勻性，但整個(gè)壁面的平均冷效會(huì)下降，達(dá)不到較好的冷卻性能。

3、因此，迫切需要一種能夠?qū)崿F(xiàn)渦輪葉片前緣高效冷卻的同時(shí)，改善壁面溫度分布的均勻性的新的結(jié)構(gòu)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、為了解決現(xiàn)有沖擊孔因冷卻不均導(dǎo)致葉片熱疲勞斷裂和冷卻性能低的技術(shù)問題，本發(fā)明公開了一種用于渦輪葉片前緣的冷卻結(jié)構(gòu)，所述冷卻結(jié)構(gòu)包括氣膜孔結(jié)構(gòu)和沖擊孔結(jié)構(gòu)，所述氣膜孔結(jié)構(gòu)設(shè)置在渦輪葉片前緣端部的壁面上，所述沖擊孔結(jié)構(gòu)設(shè)置在所述渦輪葉片的前緣沖擊板上，用于連通冷氣腔和沖擊腔。

2、其中，所述沖擊孔結(jié)構(gòu)包括多個(gè)沿葉高方向交叉布置的第一斜向沖擊孔和第二斜向沖擊孔，所述第一斜向沖擊孔和所述第二斜向沖擊孔的沖擊駐點(diǎn)分別位于所述氣膜孔結(jié)構(gòu)兩側(cè)的渦輪葉片前緣內(nèi)壁面的吸力側(cè)和壓力側(cè)。

3、進(jìn)一步地，所述第一斜向沖擊孔和所述第二斜向沖擊孔與所述前緣沖擊板的法線的夾角范圍為30°～45°。

4、更進(jìn)一步地，所述第一斜向沖擊孔和所述第二斜向沖擊孔與所述前緣沖擊板的法線的夾角相同。

5、進(jìn)一步地，所述第一斜向沖擊孔和所述第二斜向沖擊孔為兩頭寬中間窄的類沙漏型結(jié)構(gòu)。

6、更進(jìn)一步地，所述類沙漏型結(jié)構(gòu)包括圓柱段，所述圓柱段的兩端分別設(shè)有直徑逐漸增大的錐筒段。

7、優(yōu)選地，所述錐筒段的最大直徑為所述圓柱段直徑的1.2～2.0倍，其中，所述最大直徑為所述錐筒段上沿前緣沖擊板法線方向長度最小位置的直徑。

8、優(yōu)選地，所述圓柱段的軸線與所述錐筒段的軸線重合。

9、優(yōu)選地，所述圓柱段與所述錐筒段的長度比為0.5～1.5。

10、優(yōu)選地，所述圓柱段的長度為所述圓柱段的直徑的2～4倍。

11、進(jìn)一步地，所述氣膜孔結(jié)構(gòu)為多排多列氣膜孔結(jié)構(gòu)，沿葉高方向設(shè)置的每列前緣氣膜孔的數(shù)量等于所述第一斜向沖擊孔與所述第二斜向沖擊孔的數(shù)量之和。

12、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本說明書實(shí)施例采用的上述至少一個(gè)技術(shù)方案能夠達(dá)到的有益效果至少包括：本發(fā)明中將沖擊孔結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)為多個(gè)沿葉高方向交叉布置的第一斜向沖擊孔和第二斜向沖擊孔，可以增強(qiáng)了渦輪葉片前緣內(nèi)壁面的對(duì)流換熱系數(shù)，增大了沖擊影響的靶面面積，改善了前緣壁面的溫度均勻性，大大提高了渦輪葉片前緣附近的冷卻效果，降低了冷卻氣體的用量，對(duì)提高發(fā)動(dòng)機(jī)的性能和效率有積極的幫助作用。

技術(shù)特征：

1.一種用于渦輪葉片前緣的冷卻結(jié)構(gòu)，其特征在于，包括氣膜孔結(jié)構(gòu)和沖擊孔結(jié)構(gòu)，所述氣膜孔結(jié)構(gòu)設(shè)置在渦輪葉片前緣端部(6)的壁面上，所述沖擊孔結(jié)構(gòu)設(shè)置在所述渦輪葉片的前緣沖擊板(2)上，用于連通冷氣腔(1)和沖擊腔(5)；

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于渦輪葉片前緣的冷卻結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述第一斜向沖擊孔(3)和所述第二斜向沖擊孔(4)與所述前緣沖擊板(2)的法線的夾角范圍為30°～45°。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的用于渦輪葉片前緣的冷卻結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述第一斜向沖擊孔(3)和所述第二斜向沖擊孔(4)與所述前緣沖擊板(2)的法線的夾角相同。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于渦輪葉片前緣的冷卻結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述第一斜向沖擊孔(3)和所述第二斜向沖擊孔(4)為兩頭寬中間窄的類沙漏型結(jié)構(gòu)。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的用于渦輪葉片前緣的冷卻結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述類沙漏型結(jié)構(gòu)包括圓柱段(10)，所述圓柱段(10)的兩端分別設(shè)有直徑逐漸增大的錐筒段(20)。

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的用于渦輪葉片前緣的冷卻結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述錐筒段(20)的最大直徑為所述圓柱段(10)直徑的1.2～2.0倍，其中，所述最大直徑為所述錐筒段(20)上沿前緣沖擊板法線方向長度最小位置的直徑。

7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的用于渦輪葉片前緣的冷卻結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述圓柱段(10)的軸線與所述錐筒段(20)的軸線重合。

8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的用于渦輪葉片前緣的冷卻結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述圓柱段(10)與所述錐筒段(20)的長度比為0.5～1.5。

9.根據(jù)權(quán)利要求5所述的用于渦輪葉片前緣的冷卻結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述圓柱段(10)的長度為所述圓柱段(10)的直徑的2～4倍。

10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于渦輪葉片前緣的冷卻結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述氣膜孔結(jié)構(gòu)為多排多列氣膜孔結(jié)構(gòu)，沿葉高方向設(shè)置的每列前緣氣膜孔(7)的數(shù)量等于所述第一斜向沖擊孔(3)與所述第二斜向沖擊孔(4)的數(shù)量之和。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明提供了一種用于渦輪葉片前緣的冷卻結(jié)構(gòu)，包括氣膜孔結(jié)構(gòu)和沖擊孔結(jié)構(gòu)，所述氣膜孔結(jié)構(gòu)設(shè)置在渦輪葉片前緣端部的壁面上，所述沖擊孔結(jié)構(gòu)設(shè)置在所述渦輪葉片的前緣沖擊板上，用于連通冷氣腔和沖擊腔。所述沖擊孔結(jié)構(gòu)包括多個(gè)沿葉高方向交叉布置的第一斜向沖擊孔和第二斜向沖擊孔，所述第一斜向沖擊孔和所述第二斜向沖擊孔的沖擊駐點(diǎn)分別位于所述氣膜孔結(jié)構(gòu)兩側(cè)的渦輪葉片前緣內(nèi)壁面上。本發(fā)明的冷卻結(jié)構(gòu)能夠增強(qiáng)了渦輪葉片前緣內(nèi)壁面的對(duì)流換熱系數(shù)，增大了沖擊影響的靶面面積，改善了前緣壁面的溫度均勻性，大大提高了渦輪葉片前緣附近的冷卻效果，降低了冷卻氣體的用量，對(duì)提高發(fā)動(dòng)機(jī)的性能和效率有積極的幫助作用。

技術(shù)研發(fā)人員：李紅葉,杜強(qiáng),徐慶宗,徐光耀,劉昊陽,許家偉,謝亞廣,徐綱,朱俊強(qiáng)
受保護(hù)的技術(shù)使用者：中國科學(xué)院工程熱物理研究所
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/6