[发明专利]涡轮转子叶片及具有其的涡轮机械

说明书

本发明提供一种涡轮转子叶片及具有其的涡轮机械。该涡轮转子叶片包括榫头以及设置于所述榫头的叶身；所述叶身包括：外壁，呈封闭状设置，所述外壁围设成容纳腔；以及呈三维结构布置的网格结构，设置于所述容纳腔中，并连接至所述外壁的内表面，所述网格结构具有多方向连通的气流通道，所述气流通道供冷却气流流动；其中，所述网格结构包括多个相互连接经线柱、纬线柱以及轴线柱。增加了冷却气流与外壁的接触面积，保证涡轮转子叶片的冷却效果，保证冷却气流的流通面积，同时还不会增加叶身的截面厚度，保证涡轮转子叶片的气动造型，降低涡轮转子叶片的重量，降低榫头的负荷，保证涡轮转子叶片的强度。

技术领域

本发明涉及发动机技术领域，特别是涉及一种涡轮转子叶片及具有其的涡轮机械。

背景技术

燃气涡轮发动机通常由压气机、燃烧室和涡轮部件三大部件组成，涡轮部件将高温燃气的内能转化为机械能。燃气涡轮发动机的涡轮转子叶片需要在高温的燃气情况下工作中，承受远超过基体材料熔点的温度，第一级涡轮转子叶片的承温能力决定了燃气涡轮发动机的涡轮前温度。为提高涡轮叶片的使用问题，通常情况下需要从压气机引出温度较低的高压空气进入叶片的空腔，高压空气作为冷却气对涡轮叶片进行冷却。

目前，涡轮转子叶片包含榫头、缘板、叶身和叶尖，在榫头底部有径向通道，冷气由径向通道进入叶身内进行冷却。涡轮转子叶片的叶身是空腔结构。根据涡轮转子叶片壁面不同区域的热负荷的差异，叶身的空腔内一般会设计出多个回转的冷却通道，冷气由径向通道通入叶片叶身内腔进行冷却。为了获得更好的冷却效果，通常使用复合冷却方式对涡轮转子叶片进行有效冷却，其包括在冷却通道内设置扰流肋或扰流柱等，以此保持叶片壁面温度在使用范围内并尽量均匀。但是由于回转通道的存在，为满足各通道的冷却流通面积的需求，叶身及叶尖不可避免地增大了截面厚度，影响了涡轮转子叶片的气动造型，并且使得涡轮转子叶片重量增大，带来较高的榫头和轮盘负荷，引出涡轮转子叶片的叶根处强度的问题。

发明内容

基于此，有必要针对目前通过回转通道实现流通导致的叶身厚度增加的问题，提供一种保证冷却效果且无需增加厚度的涡轮转子叶片及具有其的涡轮机械。

上述目的通过下述技术方案实现：

一种涡轮转子叶片包括榫头以及设置于所述榫头的叶身；所述叶身包括：

外壁，呈封闭状设置，所述外壁围设成容纳腔；以及

呈三维结构布置的网格结构，设置于所述容纳腔中，并连接至所述外壁的内表面，所述网格结构具有多方向连通的气流通道，所述气流通道供冷却气流流动；其中，所述网格结构包括多个相互连接经线柱、纬线柱以及轴线柱。

在其中一个实施例中，多个所述纬线柱间隔设置，并平行于所述外壁的内表面；

多个所述经线柱间隔设置，并垂直于所述外壁的内表面；

多个所述轴线柱间隔设置，并沿所述叶身的延伸方向设置。

在其中一个实施例中，所述经线柱、所述纬线柱以及所述轴线柱相互垂直设置。

在其中一个实施例中，所述经线柱相对于所述纬线柱倾斜设置，所述经线柱与所述轴线柱倾斜设置；所述纬线柱与所述轴线柱倾斜设置。

在其中一个实施例中，所述经线柱的截面形状为圆形、椭圆形或多边形；所述纬线柱的截面形状为圆形、椭圆形或多边形；所述轴线柱的截面形状为圆形、椭圆形或多边形；

所述经线柱、所述纬线柱以及所述轴线柱的截面形状相同或相异。

在其中一个实施例中，所述经线柱为中空结构；所述纬线柱为中空结构；所述轴线柱为中空结构。

在其中一个实施例中，所述网格结构的密度根据所述涡轮转子叶片的形状及载荷变化。