[实用新型]一种带有截断肋的尾缘半劈缝的涡轮叶片结构

说明书

本实用新型提出一种带有截断肋的尾缘半劈缝的涡轮叶片结构，包括叶片前缘，叶片吸力面，叶片压力面，尾缘半劈缝表面，分隔肋和唇板；在叶片尾缘区域切除部分压力侧壁面，保留叶片尾缘区域吸力侧壁面，并与分隔肋形成多个尾缘半劈缝结构；在尾缘半劈缝壁面上设置有若干截断肋，截断肋的长度方向垂直于低温气体来流方向；沿截断肋长度方向，由若干截断肋构成一排截断肋；单个截断肋的长度为冷气矩形出口宽度的1/4～1/3，截断肋的高度为冷气矩形出口高度的1/5～1/2；沿低温气体来流方向，相邻两排截断肋之间的间距与截断肋度比值为4～10。本实用新型有效降低了叶片压力侧与吸力侧在尾缘处的表面温度，实现了提高尾缘半劈缝冷却结构综合冷却效果的目的。

技术领域

本实用新型属于燃气轮机涡轮叶片冷却技术领域，具体涉及一种带有截断肋的尾缘半劈缝的涡轮叶片结构。

背景技术

涡轮作为燃气涡轮发动机的重要部件，其推力特性以及循环效率可以通过提高燃气涡轮前温度进行有效地改善。研究报告表明，在保持发动机尺寸不变的情况下，涡轮进口温度每提高56℃，发动机推力能够增加8～13％，发动机循环效率能够提高2～4％，因此不断地提高涡轮前温度是燃气轮机的发展方向之一，为了保证涡轮叶片在超限高温服役环境下有足够的安全可靠性和服役寿命，必须对其采取高效的冷却措施。

由于压力面与吸力面的燃气速度在涡轮叶片尾缘部位都达到了相当高的值，而且都处于湍流状态，从而使得尾缘部位的燃气对流换热强度非常大。但是随着航空发动机燃气温度的不断提高，传统半劈缝结构的冷却能力逐渐地趋于极限，高压涡轮叶片尾缘烧蚀现象时常出现。因此发展和创新涡轮叶片尾缘高效冷却结构，在不增加冷气用量的基础上进一步提升冷却效果，对于先进高性能航空发动机的研制是非常有必要和有意义的。

在文献“扰流柱对叶片尾缘对流换热特性的影响”(航空动力学报，2007年，第10期，18-22页)中，作者使用红外测温技术测量了布有四种不同扰流柱(圆柱形，椭圆形，水滴型I，水滴型II)的内冷通道对涡轮叶片尾缘换热系数的影响，研究结果表明在大吹风下，圆柱型扰流柱的叶片尾缘气膜冷却对流换热系数最大。尽管在内部冷却通道布置圆柱形扰流柱可以加强涡轮叶片尾缘的换热系数，但日渐提高的涡轮前温度要求叶片尾缘需要更高效的冷却结构，因此在不增加冷气用量的基础上，发展更为高效的尾缘冷却结构是非常有必要的。

发明内容

为了进一步提升叶片尾缘的冷却效果，本实用新型提供了一种带有截断肋的尾缘半劈缝的涡轮叶片结构。

本实用新型的技术方案为：

所述一种带有截断肋的尾缘半劈缝的涡轮叶片结构，包括叶片前缘，叶片吸力面，叶片压力面，冷流进口，叶片内部冷却腔，尾缘半劈缝表面，分隔肋和唇板；

在叶片尾缘区域切除部分压力侧壁面，保留叶片尾缘区域吸力侧壁面，并与分隔肋形成多个尾缘半劈缝结构；

用于冷却尾缘半劈缝表面的低温气体由叶片内部冷却腔通过冷流进口供给，低温气体能够从分隔肋之间形成的矩形出口喷出，喷出的气体覆盖在布置有分隔肋的半劈缝表面，能够将从叶片压力面上方流经半劈缝表面的高温燃气与半劈缝表面隔离开来，同时通过热传导对叶片吸力侧壁面进行冷却；

半劈缝结构中的唇板高度与分隔肋之间形成的矩形出口的高度比为0.2～1.5，半劈缝结构中压力侧的主流方向与冷气流动方向夹角为5～15°；

其特征在于：在尾缘半劈缝壁面上设置有若干截断肋，截断肋的长度方向垂直于低温气体来流方向；沿截断肋长度方向，由若干截断肋构成一排截断肋；单个截断肋的长度为冷气矩形出口宽度的1/4～1/3，截断肋的高度为冷气矩形出口高度的1/5～1/2；沿低温气体来流方向，相邻两排截断肋之间的间距与截断肋度比值为4～10。

进一步的，沿低温气体来流方向，截断肋在半劈缝表面布置的总排数为四排，排布方式为顺排或者交错排。

有益效果