[实用新型]一种用于涡轮叶片前缘内冷通道的弯曲肋结构

说明书

本实用新型公开了一种用于涡轮叶片前缘内冷通道的弯曲肋结构，包括沿垂直于主流方向设置的弯曲肋，所述弯曲肋包括弯曲段和径直段；所述径直段靠近叶片前缘处沿一定弧度等截面伸长，形成弯曲段；所述弯曲肋沿主流方向呈“J”型；本实用新型提供的弯曲肋结构，可以有效增强前缘壁面处气流的扰动，强化换热区域覆盖面积大，进一步强化通道的换热能力，同时在保证前缘结构强度的情况下能够使前缘壁厚适当减薄，降低加工过程中高温合金的使用量，降低成本。

技术领域

本实用新型涉及燃气轮机涡轮叶片冷却技术领域，主要涉及一种用于涡轮叶片前缘内冷通道的弯曲肋结构。

背景技术

涡轮进口温度的提高可以有效的改善航空发动机的热力学效率以及输出功率，随着对发动机稳定性和高效性的追求，现代高性能航空发动机涡轮前燃气温度已经高达2000K，根据先进航空发动机未来的发展趋势，涡轮进口燃气温度仍需继续提升。

涡轮叶片常由于燃气温度过高而产生高温氧化现象，叶片前缘是产生烧蚀现象的主要部位之一。目前航空发动机的涡轮叶片主要由镍基高温复合材料制成，其最高工作温度约为1400K，仅仅依靠材料的发展不能满足技术要求，先进、高效、可靠稳定的冷却系统才是解决问题的关键所在，因此，寻找可靠的方法对叶片进行有效的冷却对航空发动机性能的提高有重要的意义。

目前，高效冷却技术的发展已经取得了许多进展，其中设置肋片是涡轮叶片冷却的有效措施。在叶片的内部冷却通道中，通常在壁面添加与冷却气流流向成一定夹角的粗糙肋，以此来产生扰流作用，从而达到强化换热的目的。

由于涡轮叶片前缘受到高温燃气的直接冲击，热负荷最大，故此部位的冷却结构设计较为困难，但在叶片前缘得到有效冷却后，涡轮进口温度就可以得到提升，能进一步提升燃气轮机的性能。对于燃气轮机涡轮叶片而言，在叶片前缘肋的设置不仅能够增强换热能力，而且能够增加该部位的强度。

发明内容

为了克服燃气轮机涡轮叶片现有内部冷却技术的不足，在降低前缘壁厚的情况下，能兼顾叶片前缘的强度，本实用新型提供一种适用于涡轮前缘部位的弯曲肋结构。

技术方案：为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案为：

一种用于涡轮叶片前缘内冷通道的弯曲肋结构，包括沿垂直于主流方向设置的弯曲肋，所述弯曲肋包括弯曲段和径直段；所述径直段靠近叶片前缘处沿一定弧度等截面伸长，形成弯曲段；所述弯曲肋沿主流方向呈“J”型。

进一步地，所述弯曲段设置于肋片靠近前缘端部，紧贴叶片前缘。

进一步地，所述弯曲段曲率为60°～120°。

进一步地，所述弯曲肋以等间距方式均匀重复设置于涡轮叶片前缘内冷通道中。

进一步地，所述弯曲肋截面为矩形，肋高为e，肋宽度w，且满足：

e/d∈[0.03,0.21]，w/L∈[0.03,0.21]

其中d为通道水力直径，L为通道长度。

进一步地，弯曲肋远离叶片的两条棱处设有第一倒角，倒角半径为R₁，弯曲肋与叶片相交的两条棱处设有第二倒角R₂，且R₁＝R₂∈[0.1e～0.5e]。

进一步地，所述弯曲肋沿主流方向设有若干通孔，通孔孔径R₃∈[0.3e～0.6e]。

有益效果：上述弯曲肋结构具有以下优点：

(1)在靠近前缘处的弯曲段以一定弧度与靠近前缘的内腔贴合，径直段则与远离前缘的腔壁贴合，沿主流方向肋看弯曲肋为J形。靠近前缘由于弯曲段的存在，使得弯曲肋不同于一般的长方体肋片，弯曲肋结构能够增强前缘壁面处气流的扰动，强化换热区域覆盖面积大，进一步强化通道的换热能力。