一种涡轮导向冷却叶片的制作方法

本发明涉及燃气涡轮发动机，尤其涉及一种涡轮导向冷却叶片。

背景技术：

1、众所周知，提高涡轮前燃气温度已成为提高燃气涡轮发动机性能的重要技术途径，所以，现代航空发动机为了追求高功率、高性能、低油耗，不断提高涡轮前燃气温度，从而导致涡轮部件热负荷严重超出材料耐温水平。在航空发动机中，热端部件主要依靠与冷气对流换热来实现降温，为此必须采取各种强化换热结构或阻隔热燃气对热端部件加热的措施以达到冷气用量少、冷气效果佳的目的。

2、目前国内外应用较多的冷却技术主要包括：径向通道对流冷却、气膜冷却等。其中，叶片径向通道对流冷却是最简单的冷却形式，冷却气体在通道内流动，通过对流换热吸收热量，达到降低叶片本体温度的目的，而且简单易加工，出于强化换热考虑，在实际应用上经常对通道内壁进行粗糙处理，在腔内布置横肋或斜肋，通过增加近壁区流体湍流度来强化换热，但是在相同换热量下，存在冷气用量大等缺点。气膜冷却是由壁面上的气膜孔喷出冷气来阻隔主燃气流对壁面加热的一种冷却方式，膜冷却虽然可以降低叶片温度，但同时也增加了冷气用量，并带来与主流燃气的掺混损失。因此，现有涡轮二级导向叶片难以满足涡轮1800k进口温度的耐高温需求，叶片前缘、尾缘温度过高，高温烧蚀、裂纹等故障时常发生的情况。

技术实现思路

1、本发明目的在于提供一种涡轮导向冷却叶片，用以解决上述技术问题。

2、为实现上述目的，本发明提供一种涡轮导向冷却叶片，所述冷却叶片包括：叶背和叶盆围合形成的叶腔、多个隔板；其中，多个隔板将叶腔划分为多个腔；

3、第一腔为独立提供冷气流路的腔，且第一腔设置于冷却叶片的前缘；其余腔为提供冷气廻流流路的腔，且其余腔设置于冷却叶片的中弦区；冷却叶片的尾缘为锯齿状结构，且在尾缘开设多个尾缘中孔；在各腔内及腔之间的过渡段均布置粗糙肋。

4、本发明的技术效果和优点：

5、1、冷气从第一腔进气口进入前腔，流经前腔内壁的前缘、叶盆和叶背部位分布的粗糙肋，对受燃气直接冲击的叶片前缘进行强化对流冷却，取得良好的冷却效果的同时，冷气从下缘板流出后用于发动机空气系统封严，冷气得以高效重复利用；

6、2、在叶片中弦设置的带有两个u型过渡段的三腔廻流蜿蜒通道，不仅增加换热面积，同时可以使冷气在叶片内腔滞留时间加长，充分冷却叶片叶身中弦区域，使得叶身温度分布更加均匀；

7、3、第四腔分布的两根加强筋，不仅可以加强叶片强度，同时可以合理分配冷气出流，充分冷却叶片尾缘；

8、4、尾缘处设置的不同孔径尾缘中孔的分布，能够有效保证叶根区域的出流，保证叶片叶根尾缘区域得到有效冷却；

9、5、叶盆侧尾缘中孔出流位置的锯齿状结构不仅可以加强叶片的强度，同时可以有效组织叶片出流情况，降低冷气与主流燃气的掺混损失。综上所述，本发明的涡轮二级导向冷却叶片温度分布均匀，热应力小，冷却结构简单易加工，能够消耗较少的冷气量达到理想的冷却效果。

10、本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在说明书以及附图中所指出的结构来实现和获得。

技术特征：

1.一种涡轮导向冷却叶片，其特征在于，所述冷却叶片包括：叶背和叶盆围合形成的叶腔、多个隔板；其中，多个隔板将叶腔划分为多个腔；

2.根据权利要求1所述的冷却叶片，其特征在于，所述隔板的数量为3；

3.根据权利要求2所述的冷却叶片，其特征在于，第一隔板与叶背、叶盆连接，且第一隔板、叶背、叶盆围合形成第一腔。

4.根据权利要求2所述的冷却叶片，其特征在于，第二隔板、第三隔板均与叶背、叶盆连接，通过第二隔板和第三隔板依次形成第二腔、第三腔、第四腔；

5.根据权利要求3所述的冷却叶片，其特征在于，所述第一腔还包括：第一进气口和第一出气口；

6.根据权利要求4所述的冷却叶片，其特征在于，所述第二腔还包括：第二进气口；

7.根据权利要求3所述的冷却叶片，其特征在于，第一腔中的叶背和叶盆直肋肋宽l1为0.4-0.8mm，肋间距s1为3.5-5.5mm；第一腔中的前缘肋肋宽l0为0.4-0.8mm，肋间距s0为3.5-5.5mm。

8.根据权利要求4所述的冷却叶片，其特征在于，第二腔中的叶背和叶盆侧直肋肋宽l2为0.2-0.5mm，肋间距s2为2-4mm；第三腔中的叶背和叶盆侧直肋肋宽l3为0.25-0.55mm，肋间距s3为3-5mm；第四腔中的叶背和叶盆侧直肋肋宽l4为0.4-0.6mm，肋间距s4为4-6mm。

9.根据权利要求4所述的冷却叶片，其特征在于，所述第四腔包括：在靠近叶背处设有加强筋。

10.根据权利要求1所述的冷却叶片，其特征在于，所述多个尾缘中孔的孔径不同。

技术总结
本发明公开了一种涡轮导向冷却叶片，包括：叶背和叶盆围合形成的叶腔、多个隔板；其中，多个隔板将叶腔划分为多个腔；第一腔为独立提供冷气流路的腔，且第一腔设置于冷却叶片的前缘；其余腔为提供冷气廻流流路的腔，且其余腔设置于冷却叶片的中弦区；冷却叶片的尾缘为锯齿状结构，且在尾缘开设多个尾缘中孔；在各腔内及腔之间的过渡段均布置粗糙肋。本发明冷气进入前腔，流经前腔内壁的前缘、叶盆和叶背部位分布的粗糙肋，对受燃气直接冲击的叶片前缘进行强化对流冷却，取得良好的冷却效果的同时，冷气从下缘板流出后用于发动机空气系统封严，冷气得以高效重复利用。

技术研发人员：王漳军,李炜,薛树林,孙瑞嘉,贺宜红
受保护的技术使用者：中国航发湖南动力机械研究所
技术研发日：
技术公布日：2024/4/22