一種新型高壓渦輪動(dòng)葉空氣冷卻結(jié)構(gòu)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提出一種新型高壓渦輪動(dòng)葉空氣冷卻結(jié)構(gòu)。高溫渦輪空氣冷卻動(dòng)葉的葉身內(nèi)部有冷卻通道，葉片前緣處有帶肋冷卻通道，葉身中部設(shè)有蛇形冷卻通道，葉片尾緣處設(shè)有矩陣式冷卻通道，矩陣式冷卻通道后接有梳齒狀冷卻通道，梳齒狀冷卻通道與葉片外部相通，葉根底部有前進(jìn)氣口和后進(jìn)氣口。本發(fā)明具有如下有益效果：根據(jù)工作條件要求并考慮工藝性設(shè)計(jì)的高壓渦輪動(dòng)葉，為降低葉片工作溫度，在葉片前緣采用帶肋冷卻通道，在葉片中部采用蛇形冷卻通道，葉片尾緣采用矩陣式冷卻通道，這使葉片結(jié)構(gòu)較全矩陣式冷卻葉片簡(jiǎn)單，降低了制造難度，采用帶冠葉片，減少氣流的端部損失，提高了氣動(dòng)效率，同時(shí)減少了葉片的震動(dòng)，增加了葉片的壽命。
【專利說(shuō)明】
一種新型高壓渦輪動(dòng)葉空氣冷卻結(jié)構(gòu)
[0001 ] 技術(shù)領(lǐng)域:
本發(fā)明涉及燃?xì)廨啓C(jī)領(lǐng)域，具體涉及一種新型高壓渦輪動(dòng)葉空氣冷卻結(jié)構(gòu)。
[0002]【背景技術(shù)】:
隨著現(xiàn)代燃?xì)廨啓C(jī)技術(shù)的發(fā)展，燃?xì)廨啓C(jī)渦輪進(jìn)口溫度不斷提高，當(dāng)前耐熱材料的研發(fā)速度已不能滿足渦輪進(jìn)口溫度的要求，為保證渦輪葉片在高溫環(huán)境下正常運(yùn)行，達(dá)到設(shè)計(jì)壽命，必須采用先進(jìn)、高效的冷卻技術(shù)降低渦輪葉片溫度，葉片冷卻技術(shù)可分為內(nèi)部冷卻與外部冷卻兩種，內(nèi)部冷卻即冷卻空氣于葉片內(nèi)部通道強(qiáng)化對(duì)流換熱吸收葉片熱量，外部冷卻是指通過(guò)冷卻空氣隔絕高溫燃?xì)馀c葉身的直接接觸。動(dòng)葉為旋轉(zhuǎn)工作葉片，只能采用內(nèi)部冷卻技術(shù)，動(dòng)葉內(nèi)部的冷卻結(jié)構(gòu)主要有帶肋蛇形冷卻通道、矩陣式等，蛇形冷卻通道可以看作若干直通道流程與U形拐角連接組合而成的冷卻結(jié)構(gòu)，因其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單且冷卻效果較好，得到了廣泛的應(yīng)用，矩陣式冷卻通道首先由蘇聯(lián)設(shè)計(jì)并使用，其上下壁面的肋片交錯(cuò)布置，形成網(wǎng)格狀的結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)具有較大的換熱面積和較強(qiáng)的換熱能力，但流動(dòng)阻力也較大。
[0003]采用矩陣式冷卻通道的葉片冷卻效率較高，但因結(jié)構(gòu)復(fù)雜，導(dǎo)致葉片制造難度大，采用精密鑄造方法的高壓渦輪動(dòng)葉鑄造成功率僅在60%_70%，而采用蛇形冷卻通道的葉片因其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造難度較小。
[0004]
【發(fā)明內(nèi)容】
:
為了解決上述問(wèn)題，本發(fā)明旨在提出一種新型高壓渦輪動(dòng)葉空氣冷卻結(jié)構(gòu)。
[0005]本發(fā)明的技術(shù)方案是:一種新型高壓渦輪動(dòng)葉空氣冷卻結(jié)構(gòu)，包括高溫渦輪空氣冷卻動(dòng)葉葉片的樅樹形葉根、葉冠、葉型壓力面、葉型吸力面、葉片前緣和葉片尾緣，以及葉身向葉根、葉冠的過(guò)渡圓角，高溫渦輪空氣冷卻動(dòng)葉的葉身內(nèi)部有冷卻通道，葉片前緣處有帶肋冷卻通道，葉身中部設(shè)有蛇形冷卻通道，葉片尾緣處設(shè)有矩陣式冷卻通道，葉根底部有前進(jìn)氣口和后進(jìn)氣口，葉片尾緣采用雙尾緣設(shè)計(jì)，開有劈縫。
[0006]葉身前緣布置帶肋冷卻通道，所述的帶肋冷卻通道，起始于前進(jìn)氣孔，在葉身中貫通葉根和葉身前緣，并在接近葉冠處通過(guò)L形拐角后與矩陣式冷卻通道相連，該通道外形根據(jù)葉型壁厚度及葉型外部的沿徑向扭曲規(guī)律設(shè)計(jì)。
[0007]所述的蛇形冷卻通道，是由若干個(gè)直通道與的U形拐角連接組成，首個(gè)直通道起始于后進(jìn)氣孔，最后一個(gè)直通道與矩陣式冷卻通道相連，蛇形冷卻通道的設(shè)計(jì)與分布決定于葉型壁厚與葉片外部的扭曲規(guī)律。
[0008]所述的矩陣式冷卻通道，由葉片尾緣兩側(cè)壁面上的肋片在通道中交錯(cuò)而成，在矩陣式冷卻通道后接有梳齒狀冷卻通道，梳齒狀冷卻通道與葉片外部相通。
[0009]本發(fā)明具有如下有益效果:根據(jù)工作條件要求并考慮工藝性設(shè)計(jì)的高壓渦輪動(dòng)葉，為降低葉片工作溫度，在葉片前緣采用帶肋冷卻通道，在葉片中部采用蛇形冷卻通道，葉片尾緣采用矩陣式冷卻通道，這使葉片結(jié)構(gòu)較全矩陣式冷卻葉片簡(jiǎn)單，降低了制造難度，采用帶冠葉片，減少氣流的端部損失，提高了氣動(dòng)效率，同時(shí)減少了葉片的震動(dòng)，增加了葉片的壽命。
[0010]【附圖說(shuō)明】:
附圖1和附圖2是高溫渦輪空氣冷卻動(dòng)葉三維模型圖；
附圖3是附圖1的A向視圖；
附圖4是高溫渦輪空氣冷卻動(dòng)葉內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖。
[0011]圖中1-葉型壓力面，2-葉型吸力面，3-葉型前緣，4-葉型尾緣，5-葉冠，6-葉根，7_前進(jìn)氣口，8-后進(jìn)氣口，9-帶肋冷卻通道，10-蛇形冷卻通道10，11-梳齒狀冷卻通道，12-矩陣式冷卻通道。
[0012]【具體實(shí)施方式】:
下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明:
由圖1結(jié)合圖2?4所示，一種新型高壓渦輪動(dòng)葉空氣冷卻結(jié)構(gòu)，包括高溫渦輪空氣冷卻動(dòng)葉葉片的樅樹形葉根6、葉冠5、葉型壓力面1、葉型吸力面2、葉片前緣3和葉片尾緣4，以及葉身向葉根、葉冠的過(guò)渡圓角，高溫渦輪空氣冷卻動(dòng)葉的葉身內(nèi)部有冷卻通道，葉片前緣3處有帶肋冷卻通道9，葉身中部設(shè)有蛇形冷卻通道10，葉片尾緣4處設(shè)有矩陣式冷卻通道12，葉根6底部有前進(jìn)氣口 7和后進(jìn)氣口 8，葉片尾緣4采用雙尾緣設(shè)計(jì)，開有劈縫，用于冷卻空氣的流出。
[0013]葉身前緣3布置帶肋冷卻通道9，所述的帶肋冷卻通道9，起始于前進(jìn)氣孔7，在葉身中貫通葉根6和葉身前緣3，并在接近葉冠5處通過(guò)L形拐角后與矩陣式冷卻通道12相連，該通道外形根據(jù)葉型壁厚度及葉型外部的沿徑向扭曲規(guī)律設(shè)計(jì)，為增加冷卻效率，該通道帶肋。
[0014]所述的蛇形冷卻通道10，是由若干個(gè)直通道與的U形拐角連接組成，首個(gè)直通道起始于后進(jìn)氣孔8，最后一個(gè)直通道與矩陣式冷卻通道12相連，蛇形冷卻通道10的設(shè)計(jì)與分布決定于葉型壁厚與葉片外部的扭曲規(guī)律。
[0015]所述的矩陣式冷卻通道12，由葉片尾緣4兩側(cè)壁面上的肋片在通道中交錯(cuò)而成，在矩陣式冷卻通道12后接有梳齒狀冷卻通道11，梳齒狀冷卻通道11與葉片外部相通，冷卻空氣由該結(jié)構(gòu)中流出葉片。
[0016]部分冷卻空氣由前進(jìn)氣口7進(jìn)入葉片，流入帶肋冷卻通道9冷卻葉片前緣3后，經(jīng)過(guò)葉片上端冷卻通道對(duì)葉片中部上端進(jìn)行冷卻，進(jìn)入矩陣式冷卻通道12冷卻葉片尾緣上端后流入梳齒狀冷卻通道13，并從通道中流出葉片，對(duì)雙尾緣結(jié)構(gòu)上端進(jìn)行冷卻；另外的冷卻空氣由后進(jìn)氣口8進(jìn)入葉片，流入蛇形冷卻通道10，在對(duì)葉身中部下端冷卻后，進(jìn)入矩陣式冷卻通道12冷卻葉片尾緣下端后流入梳齒狀冷卻通道13，并從通道中流出葉片，對(duì)雙尾緣結(jié)構(gòu)下端進(jìn)行冷卻。
[0017]根據(jù)工作條件要求并考慮工藝性設(shè)計(jì)的高壓渦輪動(dòng)葉，為降低葉片工作溫度，在葉片前緣采用帶肋冷卻通道，在葉片中部采用蛇形冷卻通道，葉片尾緣采用矩陣式冷卻通道，這使葉片結(jié)構(gòu)較全矩陣式冷卻葉片簡(jiǎn)單，降低了制造難度，采用帶冠葉片，減少氣流的端部損失，提高了氣動(dòng)效率，同時(shí)減少了葉片的震動(dòng)，增加了葉片的壽命。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種新型高壓渦輪動(dòng)葉空氣冷卻結(jié)構(gòu)，包括高溫渦輪空氣冷卻動(dòng)葉葉片的樅樹形葉根(6)、葉冠(5)、葉型壓力面(1)、葉型吸力面(2)、葉片前緣(3)和葉片尾緣(4)，以及葉身向葉根、葉冠的過(guò)渡圓角，其特征在于:高溫渦輪空氣冷卻動(dòng)葉的葉身內(nèi)部有冷卻通道，葉片前緣(3)處有帶肋冷卻通道(9)，葉身中部設(shè)有蛇形冷卻通道(10)，葉片尾緣(4)處設(shè)有矩陣式冷卻通道(12)，葉根(6)底部有前進(jìn)氣口(7)和后進(jìn)氣口(8)，葉片尾緣(4)采用雙尾緣設(shè)計(jì)，開有劈縫。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種新型高壓渦輪動(dòng)葉空氣冷卻結(jié)構(gòu)，其特征在于:葉身前緣(3)布置帶肋冷卻通道(9)，所述的帶肋冷卻通道(9)，起始于前進(jìn)氣孔(7)，在葉身中貫通葉根(6)和葉身前緣(3)，并在接近葉冠(5)處通過(guò)L形拐角后與矩陣式冷卻通道(12)相連，該通道外形根據(jù)葉型壁厚度及葉型外部的沿徑向扭曲規(guī)律設(shè)計(jì)。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種新型高壓渦輪動(dòng)葉空氣冷卻結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述的蛇形冷卻通道(10)，是由若干個(gè)直通道與的U形拐角連接組成，首個(gè)直通道起始于后進(jìn)氣孔(8)，最后一個(gè)直通道與矩陣式冷卻通道(12)相連，蛇形冷卻通道(10)的設(shè)計(jì)與分布決定于葉型壁厚與葉片外部的扭曲規(guī)律。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種新型高壓渦輪動(dòng)葉空氣冷卻結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述的矩陣式冷卻通道(12)，由葉片尾緣(4)兩側(cè)壁面上的肋片在通道中交錯(cuò)而成，在矩陣式冷卻通道(12)后接有梳齒狀冷卻通道(11)，梳齒狀冷卻通道(11)與葉片外部相通。
【文檔編號(hào)】F01D5/18GK105888737SQ201610447986
【公開日】2016年8月24日
【申請(qǐng)日】2016年6月21日
【發(fā)明人】張立超, 何建元, 牛夕瑩, 侯隆安, 王志強(qiáng), 馬海紅, 趙旭東
【申請(qǐng)人】中國(guó)船舶重工集團(tuán)公司第七 三研究所