葉片葉尖沖擊冷卻結(jié)構(gòu)以及航空發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪轉(zhuǎn)子的制作方法
【專(zhuān)利摘要】本實(shí)用新型公開(kāi)了一種葉片葉尖沖擊冷卻結(jié)構(gòu)以及航空發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪轉(zhuǎn)子，涉及航空發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)領(lǐng)域。解決了現(xiàn)有技術(shù)存在葉片的葉頂端面冷卻效果較差的技術(shù)問(wèn)題。該葉片葉尖沖擊冷卻結(jié)構(gòu)包括貫穿或出流口朝向葉片的葉頂端面的冷卻氣流通道，冷卻氣流通道的進(jìn)流口與葉片的內(nèi)部空腔相連通，且從冷卻氣流通道的出流口流出的冷卻氣流能在葉片的葉頂端面形成冷卻氣膜。該航空發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪轉(zhuǎn)子包括葉片以及本實(shí)用新型提供的葉片葉尖沖擊冷卻結(jié)構(gòu)。本實(shí)用新型用于提高葉片葉頂端面的冷卻效果。
【專(zhuān)利說(shuō)明】
葉片葉尖沖擊冷卻結(jié)構(gòu)以及航空發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪轉(zhuǎn)子
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本實(shí)用新型涉及航空發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種葉片葉尖沖擊冷卻結(jié)構(gòu)以及設(shè)置該葉片葉尖沖擊冷卻結(jié)構(gòu)的航空發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪轉(zhuǎn)子。
【背景技術(shù)】
[0002]航空發(fā)動(dòng)機(jī)采用高溫高壓燃?xì)馔苿?dòng)渦輪做功以提供動(dòng)力。渦輪葉片一直面對(duì)著高溫高壓燃?xì)?，工作環(huán)境十分惡劣，因此必須對(duì)渦輪葉片進(jìn)行有效地冷卻以降低葉片表面溫度，延長(zhǎng)使用壽命。
[0003]通常渦輪葉片多采用內(nèi)部沖擊、肋或擾流柱強(qiáng)化內(nèi)部冷卻和外部氣膜冷卻的復(fù)合冷卻結(jié)構(gòu)形式，但是諸多的冷卻結(jié)構(gòu)多是布置于葉身位置，對(duì)于轉(zhuǎn)子葉片葉尖區(qū)域則鮮有較為有效的冷卻結(jié)構(gòu)形式。
[0004]本
【申請(qǐng)人】發(fā)現(xiàn):現(xiàn)有技術(shù)至少存在以下技術(shù)問(wèn)題:
[0005]如圖1一圖4所示，現(xiàn)有技術(shù)中的渦輪轉(zhuǎn)子葉片I多采用凹槽狀的葉尖結(jié)構(gòu)，而對(duì)于該葉尖區(qū)域的冷卻僅依靠葉片I的壓力面靠近葉尖位置處的氣膜孔5噴出冷卻氣流(簡(jiǎn)稱(chēng):冷氣)實(shí)現(xiàn)。氣膜孔5的冷氣從氣膜孔5噴出后沿著壓力面I向下游流動(dòng)且隨著轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)會(huì)越過(guò)葉頂?shù)竭_(dá)葉頂端面(或稱(chēng):葉頂壁面)2上方區(qū)域，在此過(guò)程中冷氣與燃?xì)獍l(fā)生劇烈摻混作用，冷卻效果較差。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0006]本實(shí)用新型的至少一個(gè)目的是提出一種葉片葉尖沖擊冷卻結(jié)構(gòu)以及設(shè)置該葉片葉尖沖擊冷卻結(jié)構(gòu)的航空發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪轉(zhuǎn)子，解決了現(xiàn)有技術(shù)存在葉片的葉頂端面冷卻效果較差的技術(shù)問(wèn)題。
[0007]本實(shí)用新型提供的諸多技術(shù)方案中的優(yōu)選技術(shù)方案所能產(chǎn)生的諸多技術(shù)效果詳見(jiàn)下文闡述。
[0008]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型提供了以下技術(shù)方案:
[0009]本實(shí)用新型提供的葉片葉尖沖擊冷卻結(jié)構(gòu)，包括貫穿或出流口朝向葉片的葉頂端面的冷卻氣流通道，其中:
[0010]所述冷卻氣流通道的進(jìn)流口與葉片的內(nèi)部空腔相連通，且從所述冷卻氣流通道的出流口流出的冷卻氣流能在所述葉片的葉頂端面形成冷卻氣膜。
[0011]作為本實(shí)用新型前文或后文提供的任一技術(shù)方案或任一優(yōu)化后技術(shù)方案的優(yōu)化，所述冷卻氣流通道包括凹槽以及與所述凹槽相連通的沖擊孔。
[0012]作為本實(shí)用新型前文或后文提供的任一技術(shù)方案或任一優(yōu)化后技術(shù)方案的優(yōu)化，所述凹槽位于所述葉片的壓力面的葉頂外壁與所述葉頂端面的連接處。
[0013]作為本實(shí)用新型前文或后文提供的任一技術(shù)方案或任一優(yōu)化后技術(shù)方案的優(yōu)化，所述凹槽設(shè)置在所述葉頂端面上且其外端口形成所述冷卻氣流通道的出流口 ；所述沖擊孔的進(jìn)流口與所述葉片的內(nèi)部空腔相連通，所述沖擊孔的出流口與所述凹槽相連通。
[0014]作為本實(shí)用新型前文或后文提供的任一技術(shù)方案或任一優(yōu)化后技術(shù)方案的優(yōu)化，所述葉片的壓力面設(shè)置有氣膜孔，所述氣膜孔的進(jìn)流口與所述凹槽相連通，所述氣膜孔的出流口位于所述葉片的壓力面上。
[0015]作為本實(shí)用新型前文或后文提供的任一技術(shù)方案或任一優(yōu)化后技術(shù)方案的優(yōu)化，所述沖擊孔與所述氣膜孔為同軸孔。
[0016]作為本實(shí)用新型前文或后文提供的任一技術(shù)方案或任一優(yōu)化后技術(shù)方案的優(yōu)化，所述凹槽的內(nèi)壁面與所述葉頂端面的連接處設(shè)置有倒角或圓角。
[0017]作為本實(shí)用新型前文或后文提供的任一技術(shù)方案或任一優(yōu)化后技術(shù)方案的優(yōu)化，所述凹槽的寬度尺寸或所述凹槽與所述葉片的內(nèi)部空腔之間的分隔壁的厚度尺寸與所述葉片的壓力面的葉頂外壁的厚度尺寸的比值為0.8?1.2;和/或，所述凹槽的深度尺寸與所述葉片的壓力面的葉頂外壁的厚度尺寸的比值為1.5?3。
[0018]作為本實(shí)用新型前文或后文提供的任一技術(shù)方案或任一優(yōu)化后技術(shù)方案的優(yōu)化，所述沖擊孔的出流方向與所述葉片的壓力面的法向方向之間的夾角為0°?60°。
[0019]本實(shí)用新型實(shí)施例提供航空發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪轉(zhuǎn)子，包括葉片以及本實(shí)用新型任一技術(shù)方案提供的葉片葉尖沖擊冷卻結(jié)構(gòu)。
[0020]基于上述技術(shù)方案，本實(shí)用新型實(shí)施例至少可以產(chǎn)生如下技術(shù)效果:
[0021]由于本實(shí)用新型中葉片的內(nèi)部空腔內(nèi)的冷卻氣流可以通過(guò)冷卻氣流通道后直接在葉片的葉頂端面形成冷卻氣膜，該冷卻氣膜相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)中從氣膜孔噴出后沿著壓力面向下流動(dòng)的冷卻氣流在葉頂端面上方而成的冷卻氣膜而言，本實(shí)用新型形成的冷卻氣膜溫度更低，更貼近葉頂端面，且不易與燃?xì)獍l(fā)生劇烈摻混，所以冷卻效果更強(qiáng)，由此解決了現(xiàn)有技術(shù)存在葉片的葉頂端面冷卻效果較差的技術(shù)問(wèn)題。
【附圖說(shuō)明】
[0022]此處所說(shuō)明的附圖用來(lái)提供對(duì)本實(shí)用新型的進(jìn)一步理解，構(gòu)成本申請(qǐng)的一部分，本實(shí)用新型的示意性實(shí)施例及其說(shuō)明用于解釋本實(shí)用新型，并不構(gòu)成對(duì)本實(shí)用新型的不當(dāng)限定。在附圖中:
[0023]圖1為現(xiàn)有技術(shù)提供的渦輪葉片的整體結(jié)構(gòu)的示意圖；
[0024]圖2為圖1所示渦輪葉片的一張平面示意圖；
[0025]圖3為圖2所示渦輪葉片沿A-A線(xiàn)的剖視示意圖；
[0026]圖4為圖3的A部分的放大示意圖；
[0027]圖5為本實(shí)用新型實(shí)施例一種實(shí)施方式所提供的葉片葉尖的立體結(jié)構(gòu)的示意圖；
[0028]圖6為圖5所示葉片葉尖的局部剖視示意圖；
[0029]圖7為本實(shí)用新型實(shí)施例另一種實(shí)施方式所提供的葉片葉尖的局部剖視示意圖；
[0030]圖8為本實(shí)用新型實(shí)施例再一種實(shí)施方式所提供的葉片葉尖的局部剖視示意圖；
[0031]圖9為本實(shí)用新型實(shí)施例又一種實(shí)施方式所提供的葉片葉尖的局部剖視示意圖；
[0032]附圖標(biāo)記:1、葉片;2、葉頂端面;3、葉片內(nèi)腔壁面;4、葉片內(nèi)腔壁面;5、氣膜孔;6、冷卻氣流通道;61、沖擊孔;62、凹槽;621、凹槽內(nèi)壁面;622、凹槽內(nèi)壁面;623、凹槽內(nèi)壁面。
【具體實(shí)施方式】
[0033]下面可以參照附圖圖1?圖9以及文字內(nèi)容理解本實(shí)用新型的內(nèi)容以及本實(shí)用新型與現(xiàn)有技術(shù)之間的區(qū)別點(diǎn)。
[0034]本實(shí)用新型實(shí)施例提供了一種冷卻效果理想，方便加工制造的葉片葉尖沖擊冷卻結(jié)構(gòu)以及設(shè)置該葉片葉尖沖擊冷卻結(jié)構(gòu)的航空發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪轉(zhuǎn)子。
[0035]下面結(jié)合圖5?圖9對(duì)本實(shí)用新型提供的技術(shù)方案進(jìn)行更為詳細(xì)的闡述。
[0036]如圖5?圖9所示，本實(shí)用新型實(shí)施例所提供的葉片葉尖沖擊冷卻結(jié)構(gòu)，包括貫穿或出流口朝向葉片I的葉頂端面2的冷卻氣流通道6，其中:圖5 — 8中冷卻氣流通道6貫穿葉片I的葉頂端面2。圖9中冷卻氣流通道6的出流口朝向葉片I的葉頂端面2。
[0037]冷卻氣流通道6的進(jìn)流口與葉片I的內(nèi)部空腔相連通，且從冷卻氣流通道6的出流口流出的冷卻氣流能在葉片I的葉頂端面2形成冷卻氣膜。
[0038]由于本實(shí)用新型中葉片I的內(nèi)部空腔內(nèi)的冷卻氣流可以通過(guò)冷卻氣流通道6后直接在葉片I的葉頂端面2形成冷卻氣膜，該冷卻氣膜相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)中從氣膜孔5噴出后沿著壓力面向下流動(dòng)的冷卻氣流在葉頂端面2上方而成的冷卻氣膜而言，本實(shí)用新型形成的冷卻氣膜溫度更低，更貼近葉頂端面2，且不易與燃?xì)獍l(fā)生劇烈摻混，所以冷卻效果更強(qiáng)。
[0039]作為可選地實(shí)施方式，如圖5所示冷卻氣流通道6包括如圖6所示凹槽(或稱(chēng):中間凹槽)62以及與凹槽62相連通的沖擊孔61。凹槽62以及沖擊孔61相結(jié)合而形成的冷卻氣流通道6結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，方便加工、制造。凹槽62的出流口在從葉片的前緣至尾緣的方向上可以是不連續(xù)的。沖擊孔61在從葉片的前緣至尾緣的方向上可以分布有多個(gè)，且多個(gè)沖擊孔61可以沿從葉片的前緣至尾緣的方向互相連通。
[0040]如圖6所示，作為可選地實(shí)施方式，凹槽62位于葉片I的壓力面的葉頂外壁與葉頂端面2的連接處。在該位置設(shè)置凹槽62不僅加工位置容易快速確定，加工精度高，而且此處連接強(qiáng)度較高，設(shè)置凹槽62對(duì)葉片I的強(qiáng)度損失較小。
[0041 ]作為可選地實(shí)施方式，凹槽62設(shè)置在葉頂端面2上且其外端口形成冷卻氣流通道6的出流口；沖擊孔61的進(jìn)流口與葉片I的內(nèi)部空腔相連通，沖擊孔61的出流口與凹槽62相連通。凹槽62有利于冷卻氣流擴(kuò)散，由凹槽62的外端口流出的氣流可以形成覆蓋面積大，各處厚度均勻且更貼近葉頂端面2的冷卻氣膜，由此可以起到更為理想的冷卻效果。
[0042]葉片I內(nèi)部的冷卻氣流從沖擊孔61流出沖擊到凹槽62壁面，在此沖擊過(guò)程中進(jìn)行了高效的沖擊換熱，繼而冷卻氣流在凹槽62內(nèi)流動(dòng)，與兩側(cè)固體壁面進(jìn)行換熱，同時(shí)，凹槽62內(nèi)的冷卻氣流可從凹槽62上方溢出，對(duì)葉頂端面2形成有效的氣膜覆蓋。
[0043]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型使得葉尖冷卻氣流與固體壁面之間換熱面積增大，換熱系數(shù)增強(qiáng)，且冷卻氣流在葉頂?shù)母采w區(qū)域增加，多方面因素綜合使得本實(shí)用新型的葉尖冷卻結(jié)構(gòu)有著非常高的冷卻效率，能有效地降低葉尖區(qū)域的溫度。
[0044]作為可選地實(shí)施方式，葉片I的壓力面設(shè)置有氣膜孔5，氣膜孔5的進(jìn)流口與凹槽62相連通，氣膜孔5的出流口位于葉片I的壓力面上。由該氣膜孔5流出的冷卻氣流可以在葉片I的壓力面上形成冷卻氣膜，由此可以對(duì)葉片I的壓力面進(jìn)行冷卻，同時(shí)，由葉片I的壓力面向下流動(dòng)的冷卻氣流還可以在葉頂端面2上方也形成冷卻氣膜，由此可以實(shí)現(xiàn)對(duì)葉頂端面2的雙重冷卻。
[0045]凹槽62由凹槽內(nèi)壁面621、凹槽內(nèi)壁面622和凹槽內(nèi)壁面623三個(gè)面共同構(gòu)成，凹槽62是在鑄造葉型時(shí)同步鑄造實(shí)現(xiàn)。
[0046]沖擊孔61通過(guò)機(jī)械加工而成。在葉片I外表面進(jìn)行打孔定位，通過(guò)鉆孔技術(shù)向葉片I內(nèi)部打孔(該孔為定位孔)，穿過(guò)內(nèi)壁面622之后向前到達(dá)凹槽內(nèi)壁面623，繼續(xù)向內(nèi)直至打透葉片I內(nèi)腔壁面4，形成沖擊孔61。
[0047]作為可選地實(shí)施方式，沖擊孔61與氣膜孔5為同軸孔。同軸孔的結(jié)構(gòu)方便采用同一鉆頭快速加工制造，而且同軸孔對(duì)流經(jīng)的氣流造成的氣動(dòng)損失較少。
[0048]如圖8所示，作為可選地實(shí)施方式，凹槽62的內(nèi)壁面與葉頂端面2的連接處設(shè)置有倒角或圓角。倒角或圓角不僅可以減少氣動(dòng)損失，而且對(duì)經(jīng)過(guò)的冷卻氣流可以起到一定的導(dǎo)向作用，由此有利于冷卻氣流在葉頂端面2上形成冷卻效果較為理想的冷卻氣膜。
[0049]本實(shí)用新型在渦輪轉(zhuǎn)子葉片葉尖沖擊冷卻結(jié)構(gòu)中，優(yōu)選為對(duì)凹槽內(nèi)壁面623與葉頂端面2連接處的直角邊棱進(jìn)行導(dǎo)圓處理，這樣凹槽62內(nèi)冷氣在向后流動(dòng)時(shí)更易流出凹槽62進(jìn)而更好的覆蓋葉頂端面2。
[0050]如圖7所示，作為可選地實(shí)施方式，凹槽62的寬度尺寸S或凹槽62與葉片I的內(nèi)部空腔之間的分隔壁的厚度尺寸C與葉片I的壓力面的葉頂外壁的厚度尺寸B的比值為0.8?
1.2;和/或，凹槽62的深度尺寸H與葉片I的壓力面的葉頂外壁的厚度尺寸B的比值為1.5?3 ο上述尺寸比例不僅可以形成冷卻效果較為理想的冷卻氣流通道6，而且可以確保葉片I葉尖的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度可以滿(mǎn)足葉片I工作的需要。
[0051]作為可選地實(shí)施方式，沖擊孔61的出流方向與葉片I的壓力面的法向方向(葉片I外表面垂直方向)之間的夾角α為0°?60°。該夾角太大時(shí)，不利于從從沖擊孔61流出的冷卻氣流在葉頂端面2形成貼近葉頂端面2的冷卻氣膜，夾角太小時(shí)，葉頂外壁對(duì)冷卻氣流造成的氣動(dòng)損失太大，這會(huì)減慢冷卻氣膜的形成速度，降低冷卻效率。
[0052]本實(shí)用新型實(shí)施例提供的航空發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪轉(zhuǎn)子，包括葉片I以及本實(shí)用新型任一技術(shù)方案提供的葉片葉尖沖擊冷卻結(jié)構(gòu)。
[0053]航空發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪轉(zhuǎn)子工作于高溫高壓燃?xì)猸h(huán)境中，適宜采用本實(shí)用新型以實(shí)現(xiàn)對(duì)葉片I葉尖的有效冷卻，進(jìn)而提高航空發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪轉(zhuǎn)子的可靠性和使用壽命。
[0054]最后應(yīng)當(dāng)說(shuō)明的是:以上實(shí)施例僅用以說(shuō)明本實(shí)用新型的技術(shù)方案而非對(duì)其限制;盡管參照較佳實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行了詳細(xì)的說(shuō)明，所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解:依然可以對(duì)本實(shí)用新型的【具體實(shí)施方式】進(jìn)行修改或者對(duì)部分技術(shù)特征進(jìn)行等同替換;而不脫離本實(shí)用新型技術(shù)方案的精神，其均應(yīng)涵蓋在本實(shí)用新型請(qǐng)求保護(hù)的技術(shù)方案范圍當(dāng)中。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種葉片葉尖沖擊冷卻結(jié)構(gòu)，其特征在于，包括貫穿或出流口朝向葉片(I)的葉頂端面(2)的冷卻氣流通道(6)，其中: 所述冷卻氣流通道(6)的進(jìn)流口與葉片(I)的內(nèi)部空腔相連通，且從所述冷卻氣流通道(6)的出流口流出的冷卻氣流能在所述葉片(I)的葉頂端面(2)形成冷卻氣膜。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的葉片葉尖沖擊冷卻結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述冷卻氣流通道(6)包括凹槽(62)以及與所述凹槽(62)相連通的沖擊孔(61)。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的葉片葉尖沖擊冷卻結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述凹槽(62)位于所述葉片(I)的壓力面的葉頂外壁與所述葉頂端面(2)的連接處。4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的葉片葉尖沖擊冷卻結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述凹槽(62)設(shè)置在所述葉頂端面(2)上且其外端口形成所述冷卻氣流通道(6)的出流口；所述沖擊孔(61)的進(jìn)流口與所述葉片(I)的內(nèi)部空腔相連通，所述沖擊孔(61)的出流口與所述凹槽(62)相連通。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的葉片葉尖沖擊冷卻結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述葉片(I)的壓力面設(shè)置有氣膜孔(5)，所述氣膜孔(5)的進(jìn)流口與所述凹槽(62)相連通，所述氣膜孔(5)的出流口位于所述葉片(I)的壓力面上。6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的葉片葉尖沖擊冷卻結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述沖擊孔(61)與所述氣膜孔(5)為同軸孔。7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的葉片葉尖沖擊冷卻結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述凹槽(62)的內(nèi)壁面與所述葉頂端面(2)的連接處設(shè)置有倒角或圓角。8.根據(jù)權(quán)利要求4所述的葉片葉尖沖擊冷卻結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述凹槽(62)的寬度尺寸(S)或所述凹槽(62)與所述葉片(I)的內(nèi)部空腔之間的分隔壁的厚度尺寸(C)與所述葉片(I)的壓力面的葉頂外壁的厚度尺寸(B)的比值為0.8?1.2;和/或，所述凹槽(62)的深度尺寸(H)與所述葉片(I)的壓力面的葉頂外壁的厚度尺寸(B)的比值為1.5?3。9.根據(jù)權(quán)利要求2所述的葉片葉尖沖擊冷卻結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述沖擊孔(61)的出流方向與所述葉片(I)的壓力面的法向方向之間的夾角(α)為0°?60°。10.—種航空發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪轉(zhuǎn)子，其特征在于，包括葉片(I)以及權(quán)利要求1一 9任一所述的葉片葉尖沖擊冷卻結(jié)構(gòu)。
【文檔編號(hào)】F01D5/18GK205618204SQ201620459116
【公開(kāi)日】2016年10月5日
【申請(qǐng)日】2016年5月19日
【發(fā)明人】駱劍霞, 王曉增, 潘晴
【申請(qǐng)人】中航商用航空發(fā)動(dòng)機(jī)有限責(zé)任公司