一种带有连续直肋的涡轮叶片尾缘扰流半劈缝冷却结构.pdf

(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CN107013255A(43)申请公布日2017.08.04(21)申请号201710404034.0(22)申请日2017.06.01(71)申请人西北工业大学地址710072陕西省西安市友谊西路127号(72)发明人刘存良郭奇灵刘海涌叶林高超(74)专利代理机构西北工业大学专利中心61204代理人陈星(51)Int.Cl.F01D5/18(2006.01)权利要求书1页说明书4页附图4页(54)发明名称一种带有连续直肋的涡轮叶片尾缘扰流半劈缝冷却结构(57)摘要本发明公开了一种带有连续直肋的涡轮叶片尾缘扰流半劈缝冷却结构，将直肋结构应用于尾缘半劈缝壁面，在不增加气膜出流量的前提下，通过扰流结构提高气膜对流换热系数以及换热面积、增强半劈缝气膜冷却的对流换热强度，从而提高叶片尾缘的综合冷却效果。扰流半劈缝冷却结构是在叶片尾缘压力面切除部分壁面，保留叶片尾缘吸力面一侧的壁面与间隔的分隔肋形成多个半劈缝结构，设计合理，结构简单；其特点在于冷却气流从冷流出口中喷射出覆盖在半劈缝壁面上形成冷却气膜，有效地降低吸力面的最高温度和平均温度，避免涡轮叶片的吸力面高温烧蚀。在半劈缝壁面布置简单的直肋结构，具有良好的传热特性和较好的加工可实施性。CN107013255ACN107013255A权利要求书1/1页1.一种带有连续直肋的涡轮叶片尾缘扰流半劈缝冷却结构，包括叶片尾缘吸力面、叶片尾缘压力面、尾缘半劈缝壁面、分隔肋、连续直肋、冷流出口、冷流入口，其特征在于:在叶片尾缘压力面切除部分壁面，保留叶片尾缘吸力面一侧的壁面与间隔的分隔肋形成多个半劈缝结构，半劈缝结构的唇板厚度t与冷气出流缝高度s的比值为0.2～1.5，半劈缝倾斜角为0～15°,冷却气流从冷流出口中喷射出覆盖在尾缘半劈缝壁面上形成冷却气膜；所述连续直肋等间距均布设置在冷流出口部位的尾缘半劈缝壁面，且与相邻的两个分隔肋相连接，所述连续直肋的肋高h与冷气出流缝高度s比值为0.1～0.5，肋宽l与肋高h的比值为0.6～1.5，连续直肋的流向间距x与肋宽l的比值为6～10。2.根据权利要求1所述的带有连续直肋的涡轮叶片尾缘扰流半劈缝冷却结构，其特征在于:所述连续直肋的数量根据尾缘半劈缝壁面的流向长度L、连续直肋的流向间距x、肋宽l、肋高h确定。2CN107013255A说明书1/4页一种带有连续直肋的涡轮叶片尾缘扰流半劈缝冷却结构技术领域[0001]本发明属于燃气轮机涡轮叶片冷却技术领域，具体地说，涉及一种带有连续直肋的涡轮叶片尾缘扰流半劈缝冷却结构。背景技术[0002]提高涡轮进口温度是提高燃气轮机推力和效率的有效途径，但涡轮进口温度的提高会使得涡轮叶片承受更大的热负荷，过高的温度和热应力可能导致涡轮叶片无法正常工作。现代燃气轮机设计的进口温度已远远超过了所用材料的耐温极限，必须采用复杂的冷却技术来保证涡轮在高温的条件下正常运转。而涡轮叶片的尾缘处往往是高温部位，也最容易受热腐蚀而损坏，其冷却结构的设计难度更为突出，主要原因是叶片后部燃气侧流动往往已发展为湍流，使该部位外表面的换热强度很大，同时叶片吸力面的气膜冷却往往在前部，对后部产生的影响已经很小，在叶片内部，冷却气体经途中吸热到达尾部时温度也相对较高，冷却作用也相对较小。因此设计高效的尾缘气膜冷却结构是保证涡轮叶片稳定工作的重要措施。[0003]南京航空航天大学的李廷斌在文献“不同结构扰流柱对叶片尾缘气膜冷却的影响”中研究了不同结构的扰流柱对叶片尾缘气膜冷却传热的影响规律，设计了圆型、椭圆型、水滴I型、水滴II和水滴III型5种不同几何结构的扰流柱，研究结果表明：对于同种类型和排型的扰流柱，在相同的吹风比下，叶片尾缘气膜冷却效率随射缝高度的减小而增大；对于不同扰流柱，在相同的射缝高度和吹风比下，水滴型扰流柱叶片尾缘的气膜冷却效率均高于圆型和椭圆型扰流柱叶片尾缘的冷却效率。但是其对气膜冷却的研究仅限于针对涡轮叶片的压力面，而目前压力面的气膜冷却效率已高达近0.98，即接近极限，其并没有对吸力面侧的高温情况提出解决方案。因此发展和创新涡轮叶片尾缘高效冷却结构，在不增加冷气用量的基础上进一步提升冷却效果，对于先进高性能航空发动机的研制是非常必要和有意义的。发明内容[0004]为了避免现有技术存在的不足，本发明提出一种带有连续直肋的涡轮叶片尾缘扰流半劈缝冷却结构；将直肋结构应用于半劈缝壁面，在不增加气膜出流量的前提下，通过扰流结构提高气膜对流换热系数以及换热面积、增强半劈缝气膜冷却的对流换热强度，从而提高叶片尾缘的综合冷却效果。[0005]本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:包括叶片尾缘吸力面、叶片尾缘压力面、尾缘半劈缝壁面、分隔肋、连续直肋、冷流出口、冷流入口