[实用新型]一种燃气涡轮发动机的高效冷却叶片

说明书

本实用新型公开了一种燃气涡轮发动机的高效冷却叶片，包含叶身、端壁和榫头，叶身呈中空柱体，包含压力面和吸力面；叶身内从叶片前缘至叶片尾缘依次设有第一至第三桥接梁，将叶身内部分割为气腔、第一至第三通道；吸力面上设有和气腔相通的第一异形气膜孔；压力面上设有和气腔相通的第二异形气膜孔、和第二通道相通的第三异形气膜孔、和第三通道相通的第四异形气膜孔；第一桥接梁上设有冲击射流孔；叶片前缘上设有喷淋孔；气腔、第二通道和第三异形气膜孔的连接通道、第三通道和第四异形气膜孔的连接通道内均设有换热结构。本实用新型在对叶片实施高效内部冷却的同时，发挥了换热结构对冷却气流流动的扰动作用，增强了气膜冷却的防护效果。

技术领域

本实用新型涉及航空、航天、动力机械等高热流密度的局部换热领域，尤其涉及一种燃气涡轮发动机的高效冷却叶片。

背景技术

在现代高性能燃气涡轮发动机中,提高涡轮进口温度是增加推重比,降低油耗率的有效措施。但是随着涡轮进口处燃气温度的提高,涡轮叶片的热负荷将不断增大。现代燃气涡轮发动机的涡轮进口处温度可达1900K,己超出了现有金属材料的允许使用温度,所以只有对涡轮叶片进行有效的冷却,使工作状态下涡轮叶片温度降低,才能使其正常安全地工作,并满足一定的寿命要求。此外，涡轮叶片(工作叶片)在高转速下工作时，处于非常高的离心场当中。在气动力、热应力以及巨大的离心力的共同作用下，叶片既需要足够的冷却，也需要保持在较高的强度水平上。

在现代涡轮叶片上，已基本形成了由内部冷却、外部冷却和热障涂层三个部分组成的综合冷却方式。外部冷却多采用气膜冷却和热障涂层结合的方式，内部冷却则采用对流、冲击冷却，多折弯带肋通道，带扰流柱通道等冷却结构。近年来, 针对气膜冷却的结构优化国内外开展了一系列的探索研究，发展出了如缝形孔、簸箕形孔、扇形孔、新月形孔以及锥形孔等多种多样的结构形式。此外，大量的已有研究表明，在内部冷却通道中增加粗糙肋以及扰流柱很大程度地提高了内部冷却通道的换热效果。

叶片前缘常采用冲击加气膜冷却的方式进行热防护，尾缘则采用扰流柱加劈缝出流等技术。在叶片中部，由于气动损失方面的考虑，往往采用较少气膜出流，形成了一块温度相对较高的区域。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是针对背景技术中涡轮叶片表面热负荷过高、威胁到燃气涡轮发动机的安全稳定运行的缺陷，提供一种燃气涡轮发动机的高效冷却叶片。

本实用新型为解决上述技术问题采用以下技术方案：

一种燃气涡轮发动机的高效冷却叶片，包含依次连接的叶身、端壁和榫头，所述榫头用于和所述涡轮盘连接；

所述叶身呈中空柱体，包含压力面和吸力面；

所述压力面和吸力面均呈弧面，其中，吸力面设置在压力面外，且吸力面的两侧分别和压力面的两侧连接，形成叶片前缘和叶片尾缘；

所述叶身内从叶片前缘至叶片尾缘依次设有第一至第三桥接梁，且所述第一至第三桥接梁均沿叶身伸展方向设置；

所述第一桥接梁呈弧面、沿着所述叶片前缘设置，和叶片前缘之间形成狭长的气腔；

所述第一至第三桥接梁将叶身内气腔以外的空间分割为第一通道、第二通道和第三通道；

所述端壁、榫头中沿叶身伸展方向依次设有通向第一通道、第二通道、第三通道的通孔；

所述吸力面在靠近叶片前缘处设有和所述气腔相通的第一气膜孔；

所述压力面在靠近叶片前缘处设有和所述气腔相通的第二气膜孔、在靠近叶片尾缘处设有和所述第三通道相通的第四气膜孔、在第二气膜孔和第四气膜孔之间设有和所述第二通道相通的第三气膜孔；

所述第一桥接梁上均匀设有若干和所述气腔相通的冲击射流孔；

所述叶片前缘上均匀设有若干和所述气腔相通的喷淋孔；