[发明专利]具有基于涡流效应内冷通道的涡轮叶片

说明书

一种具有基于涡流效应内冷通道的涡轮叶片。其内形成有冷却孔和涡流管；多个冷却孔沿展向形成在涡轮叶片本体的内部；涡流管设在叶根处或涡轮叶片本体的中部，包括喷嘴、涡流室、冷端管和热端管。本发明提供的具有基于涡流效应内冷通道的涡轮叶片具有如下有益效果：能够使高压气流产生漩涡，分离出温度相对更低的冷气流，能够有效改善冷气品质，提高涡轮叶片的冷却性能，缓解涡轮叶片等热端部件的温度水平，提高航空发动机的整体效率。

技术领域

本发明属于航空发动机涡轮叶片冷却技术和传热技术领域，特别是一种具有基于涡流效应内冷通道的涡轮叶片。

背景技术

涡流管具有没有运动的部件、成本低、免维护等优点，其工作原理为，高压气体首先进入涡流管的喷嘴，在喷嘴中膨胀并加速到音速，然后从切线方向射入涡流室，形成自由涡流。自由涡流的旋转角速度愈靠近中心愈大，由于角速度不同，在自由涡流的层与层之间就产生了摩擦。中心层的气流角速度最大，摩擦结果是将能量传递给外层角速度较低的气流，中心层的气流失去能量后，动能、速度和温度均降低，从而得到制冷需要的冷气流。而外层的气流获得动量后，动能增加，同时又与涡轮管的侧壁产生摩擦，将部分动能转换成热能，形成热气流。

航空发动机推力的提高，很大程度上依赖于涡轮前总温T3的提高，根据有关研究结果显示，在航空发动机尺寸不变的条件下，涡轮前总温T3提高55K，航空发动机推力约可提高10％。目前，推重比为10的航空发动机压气机增压比已达到30，涡轮进口燃气温度接近2000K，远超金属材料的极限温度。受制于金属材料的极限温度，要保证涡轮叶片能够正常、可靠地长期工作，就必须对其进行有效的冷却。因此，发展更先进的冷却技术、研究更高效的涡轮叶片冷却结构是非常有必要的，不但可以提高热端部件的承受温度，还能大大延长其使用寿命。可以说，冷却技术已经成为航空发动机发展的瓶颈。

发明内容

为了解决上述问题，本发明的目的在于提供一种具有基于涡流效应内冷通道的涡轮叶片。

为了达到上述目的，本发明提供的具有基于涡流效应内冷通道的涡轮叶片内形成有冷却孔和涡流管；其中，多个冷却孔沿展向形成在涡轮叶片本体的内部；涡流管设在叶根处，包括喷嘴、涡流室、冷端管和热端管；其中冷端管和热端管分别设在涡流室的两个相对侧面上，冷端管的外端连接在位于叶根处的冷却孔进口处，热端管的外端通外部空间；喷嘴设在涡流室上位于冷端管和热端管之间的某一侧面上，并且通过管路与高压气源相连。

所述的具有基于涡流效应内冷通道的涡轮叶片采用铸造或3D打印方式制成。

所述的多个冷却孔在涡轮叶片本体上以交叉或沿涡轮叶片本体弯曲弧线排布的方式间隔设置。

本发明提供的具有基于涡流效应内冷通道的涡轮叶片内形成有冷却孔和涡流管；其中，多个冷却孔沿展向形成在涡轮叶片本体的内部；涡流管设在涡轮叶片本体的中部，包括喷嘴、涡流室、冷端管和热端管；其中冷端管和热端管分别设在涡流室的两个相对侧面上，冷端管的外端与位于涡轮叶片本体前缘和尾缘处的冷却孔相连通，热端管的外端则与位于涡轮叶片本体中间部位的冷却孔相连通；喷嘴设在涡流室上位于冷端管和热端管之间的某一侧面上，并且通过管路与高压气源相连。

所述的具有基于涡流效应内冷通道的涡轮叶片采用铸造或3D打印方式制成。

所述的多个冷却孔在涡轮叶片本体上以交叉或沿涡轮叶片本体弯曲弧线排布的方式间隔设置。

本发明提供的具有基于涡流效应内冷通道的涡轮叶片具有如下有益效果：能够使高压气流产生漩涡，分离出温度相对更低的冷气流，能够有效改善冷气品质，提高涡轮叶片的冷却性能，缓解涡轮叶片等热端部件的温度水平，提高航空发动机的整体效率。

附图说明

图1为本发明提供的具有基于涡流效应内冷通道的涡轮叶片外形示意图

图2为本发明提供的具有基于涡流效应的内冷通道中涡流管结构示意图。