一种具有冷却结构的导向叶片.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CN106958461A(43)申请公布日2017.07.18(21)申请号201710334694.6(22)申请日2017.05.12(71)申请人中国航发北京航空材料研究院地址100095北京市海淀区北京81信箱(72)发明人张学军孙兵兵刘伟唐思熠秦仁耀(74)专利代理机构中国航空专利中心11008代理人李建英(51)Int.Cl.F01D9/02(2006.01)权利要求书1页说明书2页附图1页(54)发明名称一种具有冷却结构的导向叶片(57)摘要本发明属于涡轮发动机导向叶片设计技术领域，特别涉及一种具有冷却结构的导向叶片。在导向叶片的叶身内腔或缘板外壁处填充点阵单元，所述填充的点阵单元由杆件组成，每根杆件长度尺寸为3mm～10mm，杆件直径为0.5mm～5mm，点阵单元为四面体型或金字塔型或kagome构型，点阵单元在叶身内腔或缘板外壁的三维空间内周期性重复排列，各个点阵单元通过结点相互连接，将叶身内腔填满或覆盖缘板外壁，并与叶片内腔壁或缘板外壁相连。本发明的设计方法是在导向叶片的叶身内腔或缘板外壁处填充呈周期性重复排列的点阵单元，这些点阵单元通过结点相互连接并具有较高的孔隙率。本发明能进一步提高导向叶片的冷却效率，具有较大的应用前景。CN106958461ACN106958461A权利要求书1/1页1.一种具有冷却结构的导向叶片，其特征在于：在导向叶片的叶身内腔或缘板外壁处填充点阵单元，所述填充的点阵单元由杆件组成，每根杆件长度尺寸为3mm～10mm，杆件直径为0.5mm～5mm，点阵单元为四面体型或金字塔型或kagome构型，点阵单元在叶身内腔或缘板外壁的三维空间内周期性重复排列，各个点阵单元通过结点相互连接，将叶身内腔填满或覆盖缘板外壁，并与叶片内腔壁或缘板外壁相连。2.根据权利要求1所述的一种具有冷却结构的导向叶片，其特征在于：所述覆盖在导向叶片缘板外壁表面处的点阵结构为1～5层。2CN106958461A说明书1/2页一种具有冷却结构的导向叶片技术领域[0001]本发明属于涡轮发动机导向叶片设计技术领域，特别涉及一种具有冷却结构的导向叶片。背景技术[0002]燃气涡轮发动机的效率随着涡轮入口温度的提高而增加，目前的燃气温度已经远高于叶片材料的温度极限，必须对涡轮叶片进行有效的冷却才能保证燃气涡轮的正常工作。燃气轮机中的高温部件，如燃烧室、涡轮、尾喷管等的工作环境非常恶劣，由此造成高温部件的可靠性差、寿命短。据美国权威部门的统计，燃气轮机中的故障有60％以上出现在高温部件，并有不断上升的趋势。我国的一些燃气轮机高温部件的寿命只有几百小时，高温部件的材料费及加工费高昂，由此带来的经济损失十分严重。[0003]目前，涡轮发动机最常采用冷却结构是内部冷却结合气膜冷却，即在叶片表面制备出数量多而密的气膜孔，从叶片内腔向外喷出小股冷气在叶片外表面形成气膜，隔离热源并带走热量，同时叶片内腔通过冷却气流冷却，以降低叶片实际的工作温度。[0004]为达到优良的冷却效果，先进燃气轮机的叶片冷却结构已经非常复杂，但冷却效果仍显不足，由于冷效不足，易造成导孔处热障涂层剥落，导孔、缘板、叶身等处出现裂纹等缺陷，继续保持原有散热结构的前提下，提高构件的冷却能力已十分困难。发明内容[0005]本发明的目的是为克服现有燃气轮机导向叶片冷效不足，提供一种具有新型冷却结构的导向叶片。本发明的技术解决方案是，在导向叶片的叶身内腔或缘板外壁处填充点阵单元，所述填充的点阵单元由杆件组成，每根杆件长度尺寸为3mm～10mm，杆件直径为2mm～5mm。点阵单元为四面体型或金字塔型或kagome构型，点阵单元在叶身内腔或缘板外壁的三维空间内周期性重复排列，各个点阵单元通过结点相互连接，将叶身内腔填满或覆盖缘板外壁，并与叶片内腔壁或缘板外壁相连。[0006]本发明具有的优点和有益效果：本发明的点阵结构具有较高的表面积，且能通过金属杆单元和内部连通结构的流体对流传热，具有十分良好的主动传热特性，本发明利用点阵结构高散热特点，达到提高导向叶片冷却效率，提高构件使用寿命，延长翻修周期的目的。基本方法是：在导向叶片的叶身内腔、缘板外壁等处填充点阵结构，这些点阵单元必须相互连接并具有便于冷气流动的连接通道，再根据导向叶片冷气流动方向选取合适的点阵构型，并调整点阵方向，使冷气流动的阻力最小，最后根据导向叶片的结构和尺寸确定点阵单元的尺寸和填充数量。[0007]本发明的设计方法是在导向叶片的叶身内腔或缘板外壁处填充呈周期性重复排列的点阵单元，这些点阵单元通过结点相互连接并具有较高的孔隙率。本发明能进一步提高导向叶片的冷却效率，具有较大的应用前景。3CN106958461A说明书2/2页附图说明[0