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(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN108412555A(43)申请公布日2018.08.17(21)申请号201810215273.6(22)申请日2018.03.15(71)申请人哈尔滨工业大学地址150001黑龙江省哈尔滨市南岗区西大直街92号(72)发明人陈浮俞建阳王亚博付云峰(74)专利代理机构哈尔滨市阳光惠远知识产权代理有限公司23211代理人刘景祥(51)Int.Cl.F01D5/14(2006.01)F01D5/18(2006.01)权利要求书1页说明书4页附图4页(54)发明名称阵列的凹腔射流改善叶顶泄漏流动及换热的涡轮动叶片(57)摘要本发明提供了一种阵列的凹腔射流改善叶顶泄漏流动及换热的涡轮动叶片,包括叶片本体,在叶片本体的叶顶从叶片本体的前缘到尾缘设有若干个凹腔射流结构,每个凹腔射流结构均包括棱柱型凹腔和射流管,所述的射流管设置在棱柱型凹腔的底面,射流管连通外部的棱柱型凹腔和叶片本体内部的冷却气体通道,射流管与相应的棱柱型凹腔底面之间设有夹角,所述棱柱型凹腔的最大高度与叶片本体高度的比值为0.5%-4%。本发明相比于具有凹腔结构的涡轮动叶栅的叶顶,能够进一步抑制叶顶间隙泄漏流动,削弱叶栅吸力面一侧的泄露涡强度,降低由叶顶间隙泄漏引起的能量损耗;这种自冷却的凹腔射流结构也能够有效改善凹腔侧壁和叶顶表面的换热特性。CN108412555ACN108412555A权利要求书1/1页1.一种阵列的凹腔射流改善叶顶泄漏流动及换热的涡轮动叶片,其特征在于:包括叶片本体(3),在所述的叶片本体(3)的叶顶(104)从叶片本体(3)的前缘到尾缘设有若干个凹腔射流结构(4),每个所述的凹腔射流结构(4)均包括棱柱型凹腔(101)和射流管(102),所述的射流管(102)设置在棱柱型凹腔(101)的底面,所述的射流管(102)连通外部的棱柱型凹腔(101)和叶片本体(3)内部的冷却气体通道,所述的射流管(102)与相应的棱柱型凹腔(101)底面之间设有夹角αc,所述棱柱型凹腔(101)的最大高度d与叶片本体(3)高度H的比值为0.5%-4%。2.根据权利要求1所述的阵列的凹腔射流改善叶顶泄漏流动及换热的涡轮动叶片,其特征在于:所述棱柱型凹腔(101)为正棱柱型凹腔或斜棱柱型凹腔。3.根据权利要求2所述的阵列的凹腔射流改善叶顶泄漏流动及换热的涡轮动叶片,其特征在于:所述棱柱型凹腔(101)的布置方向为棱柱的边或角正对叶片几何进气角方向、叶栅压力面型线方向或叶栅吸力面型线方向。4.根据权利要求3所述的阵列的凹腔射流改善叶顶泄漏流动及换热的涡轮动叶片,其特征在于:叶顶间隙高度为h,棱柱型凹腔(101)的底面边长L为1.25-2.5h,棱柱型凹腔(101)的高度d不大于4.0h,射流管(102)的管径Dc不大于0.5h。5.根据权利要求4所述的阵列的凹腔射流改善叶顶泄漏流动及换热的涡轮动叶片,其特征在于:所述夹角αc在30°-90°范围内。6.根据权利要求5所述的阵列的凹腔射流改善叶顶泄漏流动及换热的涡轮动叶片,其特征在于:所述棱柱型凹腔(101)为正六棱柱凹腔,所述正六棱柱凹腔的底面边长L为2h,所述的正六棱柱凹腔高度d为h,所述的射流管(102)的管径Dc为0.5h,所述的射流管(102)的轴线与正六棱柱凹腔底面之间的夹角αc为30°。2CN108412555A说明书1/4页阵列的凹腔射流改善叶顶泄漏流动及换热的涡轮动叶片技术领域[0001]本发明创造属于涡轮叶片领域,尤其是涉及一种阵列的凹腔射流改善叶顶泄漏流动及换热的涡轮动叶片。背景技术[0002]航空发动机的高性有赖于提高涡轮进口的燃气温度,却恶化了涡轮第一级导/动叶片的热环境。涡轮动叶片与机匣之间的叶顶间隙提供了叶片离心运动和受热膨胀所需的径向裕度,有效保障了涡轮动叶片和机匣之间近乎无摩擦的相对运动。通道内的高温流体在叶顶横向压力梯度驱使下加速进入间隙,在间隙内发生分离、再附等过程后,从吸力面一侧流出并参与形成泄露涡。泄漏流动增加了流经涡轮动叶片的燃气能量损耗,是造成涡轮动叶气动损失的重要来源。而加速进入间隙的通道内高温流体进一步恶化了叶顶附近的换热条件,增大了叶顶区域的热负荷。因此,如何降低叶顶间隙泄漏流量和叶顶热负荷已成为涡轮动叶叶顶造型的关键评价指标。[0003]对于无围带涡轮动叶片,降低叶顶间隙泄漏流量和叶顶热负荷的主要控制手段有:叶顶几何造型、迷宫密封、叶顶射流等。叶顶几何造型和迷宫密封都是削弱无围带动叶叶顶间隙泄漏的重要方法。其中,凹槽叶顶造型与迷宫密封的作用相似,已得到广泛的应用和研究。该结构能降低间隙泄漏量和叶顶区域的热负荷,提高涡轮效率。利用叶顶射流来控制叶顶间隙泄漏流动的研究是在涡轮动叶叶顶表面布置冷气射流管