一种用于高温涡轮动叶尾缘的迷宫型内部冷却结构.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CN106870015A(43)申请公布日2017.06.20(21)申请号201710281945.9(22)申请日2017.04.26(71)申请人哈尔滨工业大学地址150000黑龙江省哈尔滨市南岗区西大直街92号(72)发明人罗磊王松涛杜巍(74)专利代理机构哈尔滨龙科专利代理有限公司23206代理人高媛(51)Int.Cl.F01D5/18(2006.01)权利要求书1页说明书5页附图6页(54)发明名称一种用于高温涡轮动叶尾缘的迷宫型内部冷却结构(57)摘要一种用于高温涡轮动叶尾缘的迷宫型内部冷却结构，属于涡轮传热领域。本发明的一种用于高温涡轮动叶尾缘的迷宫型内部冷却结构，其组成包括，涡轮榫头、涡轮叶身、涡轮叶片前缘及涡轮叶片尾缘，涡轮榫头与涡轮叶身连接；所述的用于高温涡轮动叶尾缘的迷宫型内部冷却结构还包括蛇形通道、尾缘劈缝、迷宫型隔墙单元及涡轮叶片尾缘的空腔，所述的蛇形通道设置在涡轮叶身内部并靠近涡轮叶片前缘设置，所述的迷宫型隔墙单元设置在涡轮叶片尾缘的空腔内部，所述的涡轮叶片尾缘区域设有尾缘劈缝，冷气从所述的尾缘劈缝流出。本发明用于高温涡轮动叶尾缘冷却，具有结构简单，加工方便的特点，同时能够减弱杂质在尾缘通道的堆积。CN106870015ACN106870015A权利要求书1/1页1.一种用于高温涡轮动叶尾缘的迷宫型内部冷却结构，其组成包括，涡轮榫头（1）、涡轮叶身（2）、涡轮叶片前缘（3）及涡轮叶片尾缘，所述的涡轮榫头（1）与涡轮叶身（2）连接；其特征在于：所述的用于高温涡轮动叶尾缘的迷宫型内部冷却结构还包括蛇形通道（4）、尾缘劈缝（6）、迷宫型隔墙单元（7）及涡轮叶片尾缘的空腔（8），所述的蛇形通道（4）设置在涡轮叶身（2）内部并靠近涡轮叶片前缘（3）设置，所述的迷宫型隔墙单元（7）设置在涡轮叶片尾缘的空腔（8）内部，所述的涡轮叶片尾缘区域设有尾缘劈缝（6），冷气从所述的尾缘劈缝（6）流出。2.根据权利要求1所述的一种用于高温涡轮动叶尾缘的迷宫型内部冷却结构，其特征在于：所述的蛇形通道（4）由多个并排设置并且依次沿叶高方向错位排布的隔板（5）构成。3.根据权利要求1或2所述的一种用于高温涡轮动叶尾缘的迷宫型内部冷却结构，其特征在于：所述的迷宫型隔墙单元（7）定义为：迷宫型隔墙单元（7）的高度H，迷宫型隔墙单元（7）的长度L，迷宫型隔墙单元（7）的宽度K，迷宫型隔墙单元（7）的横向节距S，迷宫型隔墙单元（7）的纵向节距Y，迷宫型隔墙单元（7）在同一涡轮叶片内的隔墙单元的长度L和宽度K的比值在2-6之间，横向相对节距为2.5-4，纵向相对节距为2.5-4。2CN106870015A说明书1/5页一种用于高温涡轮动叶尾缘的迷宫型内部冷却结构技术领域[0001]本发明涉及一种高温涡轮动叶尾缘的内部冷却结构，属于涡轮传热领域。背景技术[0002]随着航空发动机和燃气轮机技术的不断发展，涡轮入口温度已经达到2200K，并且朝着更高的入口温度发展。目前的金属材料很难在如此高的温度下长期稳定工作，因此有必要采用各种冷却措施，使得叶片表面的温度低于材料的耐受温度。对于涡轮动叶，涡轮叶片尾缘的传热面临着以下挑战：（1）尾缘高温，在涡轮的尾缘，由于涡的非定常脱落，会在尾缘产生很高的热负荷，这就需要在尾缘的冷却结构有很强的换热能力；（2）尾缘强度，对于动叶，面临的结构强度方面的压力要大于涡轮静叶。由于传热结构的添加，会消弱尾缘的强度，因此传热结构的设计要考虑涡轮强度的问题，这就限制了传热结构的形式；（3）径向串流，由于动叶的高速旋转，产生的离心力会迫使冷气向叶顶集聚，这样沿着涡轮径向的压力分布会不均匀，从而导致沿叶高方向的冷气分配出现问题。[0003]截至目前，尾缘冷却一般有两种方式：(1)圆柱扰流，这是目前使用最多的一种方式，比如E3发动机。这种冷却方式为沿着叶高方向布置多排圆柱，圆柱在这里主要起增加扰流的作用，起扰流作用主要是通过产生马蹄涡加强圆柱附近的扰动，从而强化尾缘换热。但是圆柱的扰流的能力是有限制的，因此在更高温度下使用圆柱面临很多困难；（2）交错肋，这种方式一般用于俄式发动机，比如AL-31。交错肋又称涡流矩阵，其是在上下壁面布置肋高为通道高度一半的特殊带肋通道，上下壁面的迷宫型隔墙单元相互接触，将整个流道划分为若干个子通道。这种冷却方式是经常用于叶片中部区域和尾缘的冷却。交错肋具有良好的冷却性能，但是流动阻力也非常大。同时交错肋的结构复杂，加工难度大，容易堵塞，造成局部的高温区。[0004]目前国内外的研究重点都是提升现有结构的换热能力，比如将圆柱改为椭圆形圆柱、泪滴型圆柱，改变交错肋的角度。这些研究仍然没有摆脱现有的结构，没有提出新的冷却方式