一種帶有葉片波浪狀凹陷尾緣半劈縫冷卻結(jié)構(gòu)的渦輪的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種渦輪，尤其涉及一種帶有葉片波浪狀凹陷尾緣半劈縫冷卻結(jié)構(gòu)的渦輪。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著人們對(duì)燃?xì)廨啓C(jī)可靠性和高效性的追求，提高渦輪前燃?xì)鉁囟纫殉蔀樘岣呷細(xì)廨啓C(jī)性能的重要技術(shù)途徑。然而，渦輪前溫度提高給燃?xì)廨啓C(jī)工作帶來(lái)一系列嚴(yán)重的問(wèn)題，對(duì)燃?xì)廨啓C(jī)熱端部件的高溫機(jī)械強(qiáng)度、熱穩(wěn)定性技術(shù)指標(biāo)和使用壽命提出了挑戰(zhàn)。葉片尾緣截面積較小，熱沉滯強(qiáng)，平均溫度最高，最容易出現(xiàn)葉片斷裂事故。因此，尋找高效可靠的方法對(duì)葉片尾緣進(jìn)行有效的冷卻對(duì)燃?xì)廨啓C(jī)安全穩(wěn)定的工作有著重要的意義。
[0003]渦輪葉片尾緣承受的熱負(fù)荷高，且內(nèi)冷通道空間受限，因此成為葉片冷卻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的難題。目前廣泛應(yīng)用于葉片尾緣的冷卻結(jié)構(gòu)有擾流柱、肋壁強(qiáng)化、半劈縫氣膜冷卻等。不過(guò)，這些結(jié)構(gòu)對(duì)葉片尾緣的冷卻效果還非常有限，對(duì)渦輪葉片的氣動(dòng)性能、與下游葉片的熱匹配性也有明顯影響。截至目前，還未見(jiàn)有關(guān)葉片尾緣的高效、高冷卻效率設(shè)計(jì)的報(bào)道。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于提供既能降低葉片尾緣溫度，又能均化下游葉片進(jìn)口氣流溫度分布，還可改善渦輪葉片氣動(dòng)性能的一種帶有葉片波浪狀凹陷尾緣半劈縫冷卻結(jié)構(gòu)的渦輪。
[0005]本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的:包括機(jī)匣、輪轂，在機(jī)匣和輪轂之間且沿圓周方向均勻安裝有葉片，所述葉片尾緣設(shè)置有半劈縫冷卻結(jié)構(gòu)，所述半劈縫冷卻結(jié)構(gòu)包括尾緣壓力邊和尾緣吸力邊，在尾緣壓力邊和尾緣吸力邊的連接處并沿葉片高度方向設(shè)置有交錯(cuò)式噴氣縫單元，尾緣吸力邊還設(shè)置沿葉片高度方向間隔排列的呈波浪狀的凹陷結(jié)構(gòu)。
[0006]本發(fā)明還包括這樣一些結(jié)構(gòu)特征:
[0007]1.所述葉片尾緣吸力邊端部形狀為橢圓形。
[0008]2.所述尾緣交錯(cuò)式噴氣縫單元的寬度小于當(dāng)?shù)厝~片的厚度，其高度與寬度之比為3.5?4.5，且交錯(cuò)式噴氣縫單元沿葉片高度方向設(shè)置有10?15個(gè)。
[0009]3.所述波浪狀凹陷結(jié)構(gòu)的波長(zhǎng)為葉片尾緣吸力邊厚度的6?10倍，且波浪狀凹陷結(jié)構(gòu)的波幅為葉片尾緣吸力邊厚度的0.6?1.4倍。
[0010]4.所述波浪狀凹陷結(jié)構(gòu)與葉片表面的交界處設(shè)置圓角。
[0011]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是:本發(fā)明通過(guò)在半劈縫冷卻結(jié)構(gòu)中采用若干交錯(cuò)式噴氣縫單元，增大了葉片尾緣部分與冷氣的換熱面積，從而進(jìn)一步降低了葉片尾緣的溫度，并且通過(guò)在葉片尾緣吸力邊端部開(kāi)設(shè)波浪狀凹陷結(jié)構(gòu)，重新組織了冷氣出流與主流的摻混，提高了下游葉片進(jìn)口氣流流動(dòng)以及溫度分布的均勻性，且由于恰當(dāng)?shù)睦錃獬隽髋c主流的摻混組織了葉片喉部下游區(qū)域的激波波系，降低了激波損失，從而改善了渦輪葉片氣動(dòng)性能。此外，本發(fā)明結(jié)構(gòu)也比較簡(jiǎn)單，易于工程實(shí)現(xiàn)。
【附圖說(shuō)明】
[0012]圖1是帶有葉片波浪狀凹陷尾緣半劈縫冷卻結(jié)構(gòu)的渦輪的子午視圖；
[0013]圖2是圖1所示渦輪葉片的剖視圖；
[0014]圖3是尾緣半劈縫冷卻結(jié)構(gòu)的局部視圖；
[0015]圖4是波浪狀凹陷尾緣結(jié)構(gòu)的局部視圖。
[0016]圖中:L為波浪狀凹陷結(jié)構(gòu)的波長(zhǎng)，W為波浪狀凹陷結(jié)構(gòu)的波幅。
【具體實(shí)施方式】
[0017]下面結(jié)合附圖與【具體實(shí)施方式】對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述。
[0018]結(jié)合圖1?圖4，本發(fā)明由輪轂、葉片和機(jī)匣組成，在輪轂和機(jī)匣之間沿圓周方向均勻安裝有葉片，在葉片的尾緣設(shè)有半劈縫冷卻結(jié)構(gòu)，其包括尾緣壓力邊I和尾緣吸力邊2，在尾緣壓力邊I和尾緣吸力邊2的連接處沿葉片高度方向設(shè)有交錯(cuò)式噴氣縫單元3，交錯(cuò)式噴氣縫的橫剖圖見(jiàn)圖3所示，在尾緣吸力邊2設(shè)置沿葉片高度方向間隔排列的呈波浪狀的凹陷結(jié)構(gòu)4。
[0019]制造本發(fā)明的帶有葉片波浪狀凹陷尾緣半劈縫冷卻結(jié)構(gòu)的渦輪，首先采用傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法設(shè)計(jì)好帶有尾緣半劈縫結(jié)構(gòu)的渦輪葉片?？紤]到葉片尾緣厚度對(duì)摻混損失影響較大，因而為了減少葉片尾緣區(qū)域的摻混損失，所述葉片尾緣吸力邊端部形狀可為橢圓形。然后，對(duì)于給定的葉片尾緣區(qū)域冷卻和強(qiáng)度等要求，設(shè)計(jì)葉片波浪狀凹陷尾緣半劈縫冷卻結(jié)構(gòu)。
[0020]具體的設(shè)計(jì)步驟如下:
[0021](I)根據(jù)葉片尾緣壓力邊的厚度，并根據(jù)葉片工作條件對(duì)其強(qiáng)度的要求，確定好交錯(cuò)式噴氣縫單元的寬度，并根據(jù)交錯(cuò)式噴氣縫單元的高度與寬度之比為3.5?4.5確定其高度，隨后根據(jù)葉片的高度確定交錯(cuò)式噴氣縫單元的個(gè)數(shù)。
[0022](2)根據(jù)渦輪葉片尾緣的流動(dòng)傳熱情況，確定葉片尾緣波浪狀凹陷結(jié)構(gòu)的波長(zhǎng)和波幅等參數(shù)。
[0023]需注意的是，所述葉片尾緣波浪狀凹陷結(jié)構(gòu)的波長(zhǎng)如果較大則對(duì)尾緣區(qū)域冷氣出流與主流的摻混的控制效果較弱，如果波長(zhǎng)較小，凹陷結(jié)構(gòu)增多，也不利于改善冷氣出流與主流的摻混。對(duì)于波浪狀凹陷結(jié)構(gòu)的波幅，如果太大，對(duì)葉片尾緣自身的性能損傷較大，反之，如果太小的話，對(duì)尾緣區(qū)域冷氣出流與主流的摻混的控制效果也較弱。因此，所述波浪狀凹陷結(jié)構(gòu)的波長(zhǎng)為葉片尾緣吸力邊厚度的6?10倍，且波浪狀凹陷結(jié)構(gòu)的波幅為葉片尾緣吸力邊厚度的0.6?1.4倍。
[0024]考慮到加工以及葉片尾緣區(qū)域流動(dòng)對(duì)光滑壁面的要求，所述波浪狀凹陷結(jié)構(gòu)與葉片尾緣表面的交界處采用圓角過(guò)渡。
[0025]值得注意的是，以上所有參數(shù)的最佳取值可借助于現(xiàn)有的計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)軟件數(shù)值模擬或者相關(guān)試驗(yàn)獲得。
[0026]—種帶有葉片波浪狀凹陷尾緣半劈縫冷卻結(jié)構(gòu)的渦輪，包括機(jī)匣、輪轂，在機(jī)匣和輪轂之間沿圓周方向均勻安裝有葉片，其特征是:在葉片尾緣設(shè)有半劈縫冷卻結(jié)構(gòu)，其包括尾緣壓力邊和尾緣吸力邊，在尾緣壓力邊和尾緣吸力邊的連接處沿葉片高度方向設(shè)有交錯(cuò)式噴氣縫單元，在尾緣吸力邊設(shè)置沿葉片高度方向間隔排列的呈波浪狀的凹陷結(jié)構(gòu)。
[0027]本發(fā)明還可以包括:
[0028]1、所述葉片尾緣吸力邊端部形狀為橢圓形。
[0029]2、所述尾緣交錯(cuò)式噴氣縫單元的寬度小于當(dāng)?shù)厝~片的厚度，其高度與寬度之比為3.5?4.5，且交錯(cuò)式噴氣縫單元沿葉片高度方向設(shè)置有10?15個(gè)。
[0030]3、所述波浪狀凹陷結(jié)構(gòu)的波長(zhǎng)為葉片尾緣吸力邊厚度的6?10倍，且波浪狀凹陷結(jié)構(gòu)的波幅為葉片尾緣吸力邊厚度的0.6?1.4倍。
[0031]4、所述波浪狀凹陷結(jié)構(gòu)與葉片表面的交界處采用圓角過(guò)渡。
[0032]本發(fā)明的目的在于提供一種帶有葉片波浪狀凹陷尾緣半劈縫冷卻結(jié)構(gòu)的渦輪，包括機(jī)匣、輪轂，在機(jī)匣和輪轂之間沿圓周方向均勻安裝有葉片，在葉片尾緣設(shè)有半劈縫冷卻結(jié)構(gòu)，其包括尾緣壓力邊和尾緣吸力邊，在尾緣壓力邊和尾緣吸力邊的連接處沿葉片高度方向設(shè)有交錯(cuò)式噴氣縫單元，在尾緣吸力邊設(shè)置沿葉片高度方向間隔排列的呈波浪狀的凹陷結(jié)構(gòu)。本發(fā)明設(shè)計(jì)的帶有葉片波浪狀凹陷尾緣半劈縫冷卻結(jié)構(gòu)的渦輪不僅增大了葉片尾緣部分與冷氣的換熱面積，從而進(jìn)一步降低了葉片尾緣的溫度，并且均化了下游葉片進(jìn)口氣流溫度分布，還改善了渦輪葉片氣動(dòng)性能。
[0033]以上所述的具體描述，對(duì)發(fā)明的目的、技術(shù)方案和有益效果進(jìn)行了進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明，所應(yīng)理解的是，以上所述僅為本發(fā)明的具體實(shí)施案例，用于解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明的保護(hù)范圍，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種帶有葉片波浪狀凹陷尾緣半劈縫冷卻結(jié)構(gòu)的渦輪，包括機(jī)匣、輪轂，在機(jī)匣和輪轂之間且沿圓周方向均勻安裝有葉片，其特征是:所述葉片尾緣設(shè)置有半劈縫冷卻結(jié)構(gòu)，所述半劈縫冷卻結(jié)構(gòu)包括尾緣壓力邊和尾緣吸力邊，在尾緣壓力邊和尾緣吸力邊的連接處并沿葉片高度方向設(shè)置有交錯(cuò)式噴氣縫單元，尾緣吸力邊還設(shè)置沿葉片高度方向間隔排列的呈波浪狀的凹陷結(jié)構(gòu)。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種帶有葉片波浪狀凹陷尾緣半劈縫冷卻結(jié)構(gòu)的渦輪，其特征是:所述葉片尾緣吸力邊端部形狀為橢圓形。3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種帶有葉片波浪狀凹陷尾緣半劈縫冷卻結(jié)構(gòu)的渦輪，其特征是:所述尾緣交錯(cuò)式噴氣縫單元的寬度小于當(dāng)?shù)厝~片的厚度，其高度與寬度之比為3.5?4.5，且交錯(cuò)式噴氣縫單元沿葉片高度方向設(shè)置有10?15個(gè)。4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種帶有葉片波浪狀凹陷尾緣半劈縫冷卻結(jié)構(gòu)的渦輪，其特征是:所述波浪狀凹陷結(jié)構(gòu)的波長(zhǎng)為葉片尾緣吸力邊厚度的6?10倍，且波浪狀凹陷結(jié)構(gòu)的波幅為葉片尾緣吸力邊厚度的0.6?1.4倍。5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種帶有葉片波浪狀凹陷尾緣半劈縫冷卻結(jié)構(gòu)的渦輪，其特征是:所述波浪狀凹陷結(jié)構(gòu)的波長(zhǎng)為葉片尾緣吸力邊厚度的6?10倍，且波浪狀凹陷結(jié)構(gòu)的波幅為葉片尾緣吸力邊厚度的0.6?1.4倍。6.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種帶有葉片波浪狀凹陷尾緣半劈縫冷卻結(jié)構(gòu)的渦輪，其特征是:所述波浪狀凹陷結(jié)構(gòu)與葉片表面的交界處設(shè)置圓角。7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種帶有葉片波浪狀凹陷尾緣半劈縫冷卻結(jié)構(gòu)的渦輪，其特征是:所述波浪狀凹陷結(jié)構(gòu)與葉片表面的交界處設(shè)置圓角。8.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種帶有葉片波浪狀凹陷尾緣半劈縫冷卻結(jié)構(gòu)的渦輪，其特征是:所述波浪狀凹陷結(jié)構(gòu)與葉片表面的交界處設(shè)置圓角。9.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種帶有葉片波浪狀凹陷尾緣半劈縫冷卻結(jié)構(gòu)的渦輪，其特征是:所述波浪狀凹陷結(jié)構(gòu)與葉片表面的交界處設(shè)置圓角。
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明提供一種帶有葉片波浪狀凹陷尾緣半劈縫冷卻結(jié)構(gòu)的渦輪，包括機(jī)匣、輪轂，在機(jī)匣和輪轂之間沿圓周方向均勻安裝有葉片，在葉片尾緣設(shè)有半劈縫冷卻結(jié)構(gòu)，其包括尾緣壓力邊和尾緣吸力邊，在尾緣壓力邊和尾緣吸力邊的連接處沿葉片高度方向設(shè)有交錯(cuò)式噴氣縫單元，在尾緣吸力邊設(shè)置沿葉片高度方向間隔排列的呈波浪狀的凹陷結(jié)構(gòu)。本發(fā)明設(shè)計(jì)的帶有葉片波浪狀凹陷尾緣半劈縫冷卻結(jié)構(gòu)的渦輪不僅增大了葉片尾緣部分與冷氣的換熱面積，從而進(jìn)一步降低了葉片尾緣的溫度，并且均化了下游葉片進(jìn)口氣流溫度分布，還改善了渦輪葉片氣動(dòng)性能。
【IPC分類(lèi)】F01D5/18, F01D5/14
【公開(kāi)號(hào)】CN105569740
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201610121266
【發(fā)明人】高杰, 鄭群, 付維亮, 王付凱, 岳國(guó)強(qiáng), 董平
【申請(qǐng)人】哈爾濱工程大學(xué)
【公開(kāi)日】2016年5月11日
【申請(qǐng)日】2016年3月3日