一种涡轮转子叶片的前缘冷却结构及具有其的发动机.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CN106761951A(43)申请公布日2017.05.31(21)申请号201710048924.2(22)申请日2017.01.23(71)申请人中国航发沈阳发动机研究所地址110015辽宁省沈阳市沈河区万莲路1号(72)发明人黎旭(74)专利代理机构北京航信高科知识产权代理事务所(普通合伙)11526代理人周良玉(51)Int.Cl.F01D5/18(2006.01)权利要求书1页说明书4页附图3页(54)发明名称一种涡轮转子叶片的前缘冷却结构及具有其的发动机(57)摘要本发明公开了一种涡轮转子叶片的前缘冷却结构及具有其的发动机，涉及发动机技术领域。所述涡轮转子叶片的前缘冷却结构中转子叶片的前缘内腔(1)内设置有螺旋形扰流肋(11)，所述螺旋形扰流肋(11)在前缘内腔(1)内沿叶片的高度方向设置。所述发动机上的转子叶片包含如上所述的涡轮转子叶片的前缘冷却结构。本发明的优点在于：前缘内腔中设置了螺旋形扰流肋，相对于传统的水平扰流肋增大了对流换热面积，强化了内壁面附近的边界层分离和湍流混合，促使冷气在前缘内腔产生旋流，进一步强化内壁面和冷气的对流换热。对叶片前缘内腔进行了强化换热，提高了前缘区域的冷却效果，在不增加前缘冷气用量的同时起到降低叶片前缘温度的作用。CN106761951ACN106761951A权利要求书1/1页1.一种涡轮转子叶片的前缘冷却结构，其特征在于：转子叶片的前缘内腔(1)内设置有螺旋形扰流肋(11)，所述螺旋形扰流肋(11)在前缘内腔(1)内沿叶片的高度方向设置。2.如权利要求1所述的涡轮转子叶片的前缘冷却结构，其特征在于：所述螺旋形扰流肋(11)设置为多个螺旋圆弧段。3.如权利要求2所述的涡轮转子叶片的前缘冷却结构，其特征在于：所述前缘内腔(1)的侧壁包含靠近尾缘方向的第一侧壁(12)和远离尾缘方向的第二侧壁(13)，所述第一侧壁(12)上设置有冲击孔(2)，所述冲击孔(2)用于向所述前缘内腔(1)内输送冷气并冲击在所述第二侧壁(13)上；所述第二侧壁(13)上设置有气膜孔(3)，所述气膜孔(3)用于使所述前缘内腔(1)内的冷气流向叶片外表面。4.如权利要求3所述的涡轮转子叶片的前缘冷却结构，其特征在于：所述气膜孔(3)至少包含3个，其中一个设置在前缘驻点处，另外2个设置在所述前缘驻点的两侧，所述两侧分别是指靠近叶盆(4)的一侧以及靠近叶背(5)的一侧。5.如权利要求4所述的涡轮转子叶片的前缘冷却结构，其特征在于：多个所述螺旋圆弧段分别设置在前缘驻点的两侧，所述两侧分别是指靠近叶盆(4)的一侧以及靠近叶背(5)的一侧。6.如权利要求5所述的涡轮转子叶片的前缘冷却结构，其特征在于：所述螺旋圆弧段与所述前缘内腔(1)的侧壁一体成型。7.如权利要求6所述的涡轮转子叶片的前缘冷却结构，其特征在于：所述第一侧面(12)上设置有多个冲击孔，多个所述冲击孔在叶片的高度方向依次设置；所述第二侧壁(13)上设置有多个气膜孔，多个所述气膜孔在叶片的高度方向依次设置。8.如权利要求7所述的涡轮转子叶片的前缘冷却结构，其特征在于：所述第二侧壁在叶片高度方向的同一截面内设置有多个气膜孔，所述多个气膜孔中任意2个气膜孔的轴线形成一夹角，任意两个气膜孔在远离前缘内腔的一端的距离大于靠近前缘内腔的一端的距离。9.如权利要求8所述的涡轮转子叶片的前缘冷却结构，其特征在于：所述冲击孔设置为锥形孔，所述锥形孔的小端开口朝向叶片的前缘内腔。10.一种发动机，其特征在于：所述发动机上的转子叶片包含如权利要求1至9任一项所述的涡轮转子叶片的前缘冷却结构。2CN106761951A说明书1/4页一种涡轮转子叶片的前缘冷却结构及具有其的发动机技术领域[0001]本发明涉及发动机技术领域，具体涉及一种涡轮转子叶片的前缘冷却结构及具有其的发动机。背景技术[0002]通常，燃气涡轮发动机由压气机、燃烧室和涡轮三大部件组成，涡轮部件将高温燃气的内能转化为机械能。目前，燃气涡轮发动机的涡轮叶片需要在高温的燃气情况下工作，承受远超过基体材料熔点的温度，第一级涡轮叶片的承温能力决定了燃气涡轮发动机的涡轮前温度。通常情况下需要从压气机引出温度较低的高压空气进入叶片的空腔，作为冷却气对涡轮叶片进行冷却。[0003]叶身空腔内一般会设计出多个冷却通道，根据叶片壁面不同区域的热负荷的差异，设计出不同的冷却结构对叶片进行有效冷却，控制叶片壁面温度在使用范围内并尽量均匀。目前，涡轮转子叶片已经应用了复杂的内部冷却流路，使用尽可能少的冷气，达到尽可能高的冷却效果，从而提高发动机的整机效率。[0004]涡轮转子叶片叶身按区域可分为前缘、排气边、叶盆和叶背。对于叶片而言，前缘区域直接面对高温燃气来流方向