燃气涡轮冷却叶片.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局*CN102828781A*(12)发明专利申请(10)申请公布号CN102828781A(43)申请公布日2012.12.19(21)申请号201110163286.1(22)申请日2011.06.16(71)申请人中航商用航空发动机有限责任公司地址201109上海市闵行区虹梅南路5696号101室(72)发明人王智勇廖坚(74)专利代理机构北京市金杜律师事务所11256代理人楼仙英(51)Int.Cl.F01D5/18(2006.01)权利要求书权利要求书1页1页说明书说明书33页页附图附图22页(54)发明名称燃气涡轮冷却叶片(57)摘要一种燃气涡轮冷却叶片，包括叶片主体、冷却腔和多个扰流柱，其中，冷却腔由叶片主体的壁部形成用以供冷却流体从其中流过，扰流柱固定在冷却腔内，其特征在于：扰流柱具有供冷却流体流经的孔。通过在涡轮叶片内部加装柱身开孔的扰流柱，增加了冷却流体的流通面积减少了流动阻力，并且通过将孔设置为倾斜孔来产生射流，强化叶片内部的换热，使叶片保持在较低的温度水平，提高叶片的使用寿命。CN10287ACN102828781A权利要求书1/1页1.一种燃气涡轮冷却叶片，包括叶片主体、冷却腔和多个扰流柱，其中，所述冷却腔由所述叶片主体的壁部形成用以供冷却流体从其中流过，所述扰流柱固定在所述冷却腔内，其特征在于：所述扰流柱具有供所述冷却流体流经的孔。2.根据权利要求1所述的燃气涡轮冷却叶片，其特征在于，所述孔的中心线与未进入所述孔前的所述冷却流体的流动方向所在的直线相平行。3.根据权利要求1所述的燃气涡轮冷却叶片，其特征在于，所述孔的中心线与未进入所述孔前的所述冷却流体的流动方向所在的直线具有一倾斜角度。4.根据权利要求3所述的燃气涡轮冷却叶片，其特征在于，所述倾斜角度的范围在30-60°之间。5.根据权利要求3所述的燃气涡轮冷却叶片，其特征在于，所述倾斜角度大体上为45°。6.根据权利要求1所述的燃气涡轮冷却叶片，其特征在于，所述叶片主体的壁部具有压力侧壁部和吸力侧壁部，所述孔包括第一通孔和第二通孔，所述第一通孔用于所述冷却流体流经其后与所述压力侧壁部的表面形成射流，所述第二通孔用于所述冷却流体流经其后与所述吸力侧壁部的表面形成射流。7.根据权利要求1-6任一项所述的燃气涡轮冷却叶片，其特征在于，所述扰流柱为顺排或叉排布置。8.根据权利要求1-6任一项所述的燃气涡轮冷却叶片，其特征在于，所述冷却叶片还包括分割板，其用于将所述冷却腔分为两部分。9.根据权利要求7所述的燃气涡轮冷却叶片，其特征在于，所述冷却叶片还包括分割板，其用于将所述冷却腔分为两部分。2CN102828781A说明书1/3页燃气涡轮冷却叶片技术领域[0001]本发明涉及燃气涡轮发动机，尤其涉及燃气涡轮的叶片冷却技术领域。背景技术[0002]随着航空发动机技术的飞跃发展，航空发动机压气机增压比以及涡轮前进口温度均大幅提高，这必然导致涡轮叶片所受到的热负荷增加，而使其承受非常严重的热应力。为解决这个问题，除了不断发展新材料和新工艺以外，决定性的因素之一是对涡轮叶片采用先进的高效强化冷却技术。涡轮叶片的冷却技术主要从两个方面进行：一是强化涡轮叶片内部冷却空气的扰动，增加涡轮叶片内部的换热面积；二是在叶片表面采用气膜冷却，以有效阻隔高温燃气对涡轮叶片的对流换热。以往，为了在内部强化换热，大部分涡轮叶片采用在涡轮叶片内部加装粗糙肋片或者加装柱型扰流柱的结构。但这种结构存在如下不足之处：(1)冷却空气流经这种结构时流阻损失较大，使得在相同的进口压力下冷却空气不足以满足对涡轮叶片冷却的需求；(2)换热效果不佳，由于较大的流阻损失使得冷却空气较少，从而限制了换热效果。[0003]国内外对涡轮叶片内部强化换热技术进行了大量的研究，其技术核心以及所采取的措施均围绕着增大叶片内部的换热面积，强化叶片内部的冷却空气的扰动开展的。例如有人提出了在叶片内部采用三角形肋片和V形间断肋片的结构。也有人提出了在涡轮叶片内部采用圆柱形扰流柱以增强换热的结构形式。还有人提出了采用椭圆形扰流柱强化叶片内部换热的结构形式。以上这些叶片内部的结构形式均强化了冷却空气在叶片内部的扰动，传统的直肋片相比，换热均有所增强，但同时也反映出这些结构有着较大的流动阻力损失。发明内容[0004]为此，本发明旨在通过在涡轮叶片内部加装经过改型的扰流柱，该扰流柱在柱身上开孔增加了冷却流体的流通面积减少了流动阻力，并通过将扰流柱身的孔设置为倾斜孔来产生射流，强化叶片内部的换热，使叶片保持在较低的温度水平，提高叶片的使用寿命。[0005]在此，公开了一种燃气涡轮冷却叶片，包括叶片主体、冷却腔和多个扰流柱，其中，冷却腔由叶片主体的壁部形成用以供冷却流体从其中流过，扰流柱固定在冷却腔内