[发明专利]一种低热应力涡轮冷却导向叶片

说明书

本申请属于涡轮叶片冷却设计领域，为一种低热应力涡轮冷却导向叶片，在吸力侧板、压力侧板、前缘和尾缘之间设有冷却腔，在尾缘内开设有供冷却气流出的尾缝，每个冷却腔内均设有冲击板，冲击板为一侧开口的不封闭板体，冲击板位于冷却腔内燃气换热量大的一侧；位于冲击板一侧的叶片侧壁在冲击孔的作用下能够有效地提高换热强度，使得燃气换热量大的一部分叶片与燃气换热量小的一部分叶片外表面的温度大致相同，这样叶片的温度分布更为均匀，热应力较小，整体的冷却性能更好。同时，相比于冷气导管，冲击板的横截面更小，重量更轻，也即是说，本申请通过采用更轻的冷却结构取得了更好的冷却效果。

技术领域

本申请属于涡轮叶片冷却设计领域，特别涉及一种低热应力涡轮冷却导向叶片。

背景技术

航空发动机及燃气轮机的涡轮叶片工作在高温高压环境下，高压涡轮导向叶片位于燃烧室出口，其所处环境温度远高于叶片基体材料可承受温度，目前普遍采用冷却技术对叶片进行降温，以保证叶片正常工作。

图1、图2为涡轮冷却导向叶片结构示意图，目前涡轮冷却导向叶片多采用分腔供气，内部装配冷气导管，叶身布置气膜孔，冷却气体经冷气导管上的冲击孔流出，对叶片内壁形成冲击冷却，再经气膜孔流出，对叶片外壁形成气膜冷却。

涡轮冷却导向叶片的内部为冷却气体，外部为高温燃气，二者温差达800℃以上，叶片温度分布导致的热应力是影响导向叶片使用寿命的主要因素之一，降低热应力有助于提高叶片使用寿命。

涡轮冷却导向叶片的温度分布越均匀，温度梯度越小，热应力越小。影响涡轮冷却导向叶片温度分布的传热过程包括叶片外部的燃气与叶片基体之间的换热、叶片基体的导热以及叶片内部的冷气与叶片基体之间的换热。由于涡轮冷却导向叶片外部燃气在叶片不同位置的换热温度和换热系数是不同的，为使叶片的温度分布均匀，叶片内部冷气换热需要与外部燃气换热相适应。

在冷气导管上布置冲击孔，冷气通过冲击孔对叶片内壁面形成冲击冷却，可显著提高冷气与基体的换热系数，冲击孔的存在一方面可以提高换热强度，另一方面为冷气提供流通通道，保证足够的冷气流量。冲击孔的双重功能使得这种冷气导管结构在调解内部冷却换热强度上灵活性不足。当叶片外部不同位置燃气换热差别较大时，由于内部冷却结构不能与叶片外部燃气换热进行适应性匹配，会导致叶片的温度分布均匀性差，热应力大，降低叶片使用寿命。

因此，如何根据叶片不同位置处的换热性能进行适配性设计，提高冷气的利用率是一个需要解决的问题。

发明内容

本申请的目的是提供了一种低热应力涡轮冷却导向叶片，以解决现有技术中采用冷气导管对叶片进行冷却时灵活性不足，叶片温度分布均匀性差、寿命短的问题。

本申请的技术方案是：一种低热应力涡轮冷却导向叶片，，包括前缘、尾缘、吸力侧板和压力侧板，所述吸力侧板、压力侧板、前缘和尾缘之间设有冷却腔，所述冷却腔内设有冲击板，所述冲击板为一侧开口的不封闭板体，所述冲击板位于冷却腔内燃气换热量大的一侧，所述冲击板上开设有冲击孔，所述冲击板与冷却腔内壁之间设有定位结构，所述冲击板与叶片的上缘板与下缘板之间设有固定结构。

优选地，所述定位结构包括设于冷却腔内壁上的凸起和凸台，所述冲击板一侧侧边上设有弯折部，所述弯折部与凸起卡接配合，所述冲击板另一侧侧边与凸台搭接配合。

优选地，所述固定结构包括设于冲击板上下两侧的翻折板，所述上缘板和下缘板对应翻折板的位置处开设有缘板凹台，所述翻折板插设于缘板凹台内并且翻折板与缘板凹台焊接配合。