本發(fā)明屬于燃輪機(jī)設(shè)計，特別涉及一種動葉葉身帶有球形鼓包的微細(xì)管陣?yán)鋮s結(jié)構(gòu)及燃?xì)廨啓C(jī)。

背景技術(shù)：

1、隨著燃?xì)廨啓C(jī)性能指標(biāo)的不斷提高及其工作使用邊界的不斷拓寬，渦輪進(jìn)口溫度不斷增加，對高負(fù)荷條件下長時間連續(xù)工作的渦輪葉片材料耐溫等級和冷卻結(jié)構(gòu)設(shè)計提出更高要求。

2、在現(xiàn)役發(fā)動機(jī)運(yùn)行和新發(fā)動機(jī)研制過程中，渦輪葉片存在著較難冷卻的區(qū)域，特別是尺寸空間相對狹小、流動相對復(fù)雜的端壁及葉頂?shù)任恢脴O易形成冷卻“盲區(qū)”甚至“死區(qū)”，這些位置的金屬溫度均接近葉片合金的耐熱極限，類似現(xiàn)象在國外研究人員開展燃?xì)廨啓C(jī)設(shè)計與試驗時也有報道。西門子等公司瞬態(tài)液晶測量和數(shù)值計算獲得的渦輪動葉表面溫度分布顯示：在葉身、端壁和葉頂處出現(xiàn)明顯的局部高溫區(qū)。這些難以冷卻的局部高溫區(qū)域極易導(dǎo)致渦輪葉片發(fā)生局部燒蝕，給渦輪葉片冷卻設(shè)計帶來了極大的困難。加之隨著發(fā)動機(jī)使用環(huán)境的拓寬、性能要求的提高，渦輪進(jìn)口溫度不斷提高，進(jìn)一步增大了渦輪葉片冷卻結(jié)構(gòu)的設(shè)計難度。

3、因此，在傳統(tǒng)大尺度冷卻結(jié)構(gòu)難以滿足冷卻“盲區(qū)”、“死區(qū)”降溫需求的情況下，創(chuàng)新和發(fā)展渦輪葉片的高效冷卻結(jié)構(gòu)，在不增加冷氣用量的基礎(chǔ)上進(jìn)一步提升冷卻效果，對于先進(jìn)高性能燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)研制具有重要的科學(xué)意義和實用價值。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明實施例提供一種動葉葉身帶有球形鼓包的微細(xì)管陣?yán)鋮s結(jié)構(gòu)及燃?xì)廨啓C(jī)，能夠解決燃?xì)廨啓C(jī)高壓渦輪動葉受結(jié)構(gòu)尺寸空間以及冷卻空氣用量限制，導(dǎo)致葉身溫度分布不均勻，引發(fā)葉片燒蝕、裂紋等故障的問題，避免渦輪葉片超溫運(yùn)行，引起渦輪葉片失效無法工作。

2、本發(fā)明的一個實施例中，提供一種動葉葉身帶有球形鼓包的微細(xì)管陣?yán)鋮s結(jié)構(gòu)，冷卻空氣通過動葉葉身帶有球形鼓包的微細(xì)管陣?yán)鋮s結(jié)構(gòu)對渦輪動葉葉身進(jìn)行冷卻，所述冷卻結(jié)構(gòu)，包括：沿高壓渦輪動葉葉身壁厚中線布置的冷卻通道，在所述冷卻通道高度方向設(shè)置球形鼓包強(qiáng)化換熱的管排結(jié)構(gòu)，所述冷卻通道包括前緣部分球形鼓包微細(xì)管陣?yán)鋮s通道和中后部分球形鼓包微細(xì)管陣?yán)鋮s通道；

3、所述管排結(jié)構(gòu)中，每個管排的圓管部分直徑取值為0.1mm～1mm，球形鼓包的直徑為圓管部分直徑的1.5倍～2倍，每個冷卻管路的球形鼓包的間隔距離為1.5倍～3倍圓管部分直徑，管排之間的間隔距離為1倍～2倍的圓管段直徑。

4、本發(fā)明實施例中，較小直徑的管排配合鼓包結(jié)構(gòu)可以成倍的增大冷卻通道的換熱面積，同時也可以成倍的增加對流換熱系數(shù)，從而實現(xiàn)葉身的強(qiáng)化冷卻。通過直徑較小的球形鼓包微細(xì)管陣將冷卻空氣輸送至動葉葉身任意需要冷卻的位置，不僅可以實現(xiàn)葉身冷卻需求的精準(zhǔn)定制化輸送，從而實現(xiàn)有針對性地對葉身高溫區(qū)進(jìn)行重點冷卻，滿足動葉葉身局部冷卻降溫需求。

5、所述冷卻通道的截面為圓形，冷卻空氣沿動葉葉片的高度方向流動。

6、本發(fā)明的又一個實施例中，所述前緣部分球形鼓包微細(xì)管陣?yán)鋮s通道設(shè)置在渦輪動葉前緣帶有氣膜孔冷卻結(jié)構(gòu)的區(qū)域，渦輪前緣部分的球形鼓包微細(xì)管陣?yán)鋮s通道采用非等間距布置。

7、本發(fā)明實施例中，為滿足高壓渦輪動葉前緣冷卻需求，需保留前緣氣膜孔冷卻結(jié)構(gòu)，為避免球形鼓包微細(xì)管陣?yán)鋮s結(jié)構(gòu)與氣膜孔冷卻結(jié)構(gòu)干涉，前緣部分的球形鼓包微細(xì)管陣?yán)鋮s通道為非等間距布置。

8、本發(fā)明的又一個實施例中，渦輪前緣部分的球形鼓包微細(xì)管陣?yán)鋮s通道采用彎曲結(jié)構(gòu)，而非直通道結(jié)構(gòu)形式。

9、進(jìn)一步地，所述前緣部分球形鼓包微細(xì)管陣?yán)鋮s通道和中后部分球形鼓包微細(xì)管陣?yán)鋮s通道構(gòu)成完整的微細(xì)管陣?yán)鋮s結(jié)構(gòu)，配合渦輪動葉的前緣氣膜冷卻結(jié)構(gòu)和尾緣排氣結(jié)構(gòu)，構(gòu)成高壓渦輪動葉的冷卻系統(tǒng)。

10、進(jìn)一步地，所述帶有球形鼓包的冷卻圓管布置在內(nèi)腔冷卻通道外靠近外壁一側(cè)，即帶有球形鼓包的圓管布置在葉身靠近葉柵通道的通流表面，將帶有球形鼓包的冷卻通道布置在靠近高溫燃?xì)獾耐ǖ辣砻妗?/p>

11、進(jìn)一步地，所述葉身帶有球形鼓包微細(xì)管陣?yán)鋮s結(jié)構(gòu)中，所述渦輪動葉的中后部分設(shè)置球形鼓包微細(xì)管陣?yán)鋮s通道后，取消渦輪動葉中后部原有的氣膜冷卻結(jié)構(gòu)。

12、進(jìn)一步地，所述中后部分球形鼓包微細(xì)管陣?yán)鋮s通道布置在動葉葉身的中后部區(qū)域，中后部分的球形鼓包微細(xì)管陣?yán)鋮s通道設(shè)置為非等間距布置，或根據(jù)動葉葉身高溫度區(qū)域的位置，增加該區(qū)域的管排數(shù)量，有針對性地強(qiáng)化高溫區(qū)域的冷卻。

13、進(jìn)一步地，渦輪動葉葉身帶球形鼓包的微細(xì)管陣?yán)鋮s結(jié)構(gòu)，通過動葉葉身頂部直接排出冷卻空氣，動葉葉身的內(nèi)部設(shè)置為空心結(jié)構(gòu)。

14、本發(fā)明的又一個實施例中，提供一種燃?xì)廨啓C(jī)，所述燃?xì)廨啓C(jī)包括以上任一項所述的一種動葉葉身帶有球形鼓包的微細(xì)管陣?yán)鋮s結(jié)構(gòu)。

15、本發(fā)明所帶來的有益效果如下：

16、從上述方案可以看出，本發(fā)明實施例提供一種動葉葉身帶有球形鼓包的微細(xì)管陣?yán)鋮s結(jié)構(gòu)及燃?xì)廨啓C(jī)，冷卻空氣通過動葉葉身帶有球形鼓包的微細(xì)管陣?yán)鋮s結(jié)構(gòu)對渦輪動葉葉身進(jìn)行冷卻，所述冷卻結(jié)構(gòu)，包括：沿高壓渦輪動葉葉身壁厚中線布置的冷卻通道，在所述冷卻通道高度方向設(shè)置球形鼓包強(qiáng)化換熱的管排結(jié)構(gòu)，所述冷卻通道包括前緣部分球形鼓包微細(xì)管陣?yán)鋮s通道和中后部分球形鼓包微細(xì)管陣?yán)鋮s通道。本發(fā)明技術(shù)方案，能夠解決燃?xì)廨啓C(jī)高壓渦輪動葉受結(jié)構(gòu)尺寸空間以及冷卻空氣用量限制，導(dǎo)致葉身溫度分布不均勻，引發(fā)葉片燒蝕、裂紋等故障的問題，避免渦輪葉片超溫運(yùn)行，引起渦輪葉片失效無法工作。

技術(shù)特征：

1.一種動葉葉身帶有球形鼓包的微細(xì)管陣?yán)鋮s結(jié)構(gòu)，冷卻空氣通過動葉葉身帶有球形鼓包的微細(xì)管陣?yán)鋮s結(jié)構(gòu)對渦輪動葉葉身進(jìn)行冷卻，其特征在于，所述冷卻結(jié)構(gòu)，包括：沿高壓渦輪動葉葉身壁厚中線布置的冷卻通道，在所述冷卻通道高度方向設(shè)置球形鼓包強(qiáng)化換熱的管排結(jié)構(gòu)，所述冷卻通道包括前緣部分球形鼓包微細(xì)管陣?yán)鋮s通道和中后部分球形鼓包微細(xì)管陣?yán)鋮s通道；

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種動葉葉身帶有球形鼓包的微細(xì)管陣?yán)鋮s結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述前緣部分球形鼓包微細(xì)管陣?yán)鋮s通道設(shè)置在渦輪動葉前緣帶有氣膜孔冷卻結(jié)構(gòu)的區(qū)域，渦輪前緣部分的球形鼓包微細(xì)管陣?yán)鋮s通道采用非等間距布置。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種動葉葉身帶有球形鼓包的微細(xì)管陣?yán)鋮s結(jié)構(gòu)，其特征在于，渦輪前緣部分的球形鼓包微細(xì)管陣?yán)鋮s通道采用彎曲結(jié)構(gòu)，而非直通道結(jié)構(gòu)形式。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種動葉葉身帶有球形鼓包的微細(xì)管陣?yán)鋮s結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述前緣部分球形鼓包微細(xì)管陣?yán)鋮s通道和中后部分球形鼓包微細(xì)管陣?yán)鋮s通道構(gòu)成完整的微細(xì)管陣?yán)鋮s結(jié)構(gòu)，配合渦輪動葉的前緣氣膜冷卻結(jié)構(gòu)和尾緣排氣結(jié)構(gòu)，構(gòu)成高壓渦輪動葉的冷卻系統(tǒng)。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種動葉葉身帶有球形鼓包的微細(xì)管陣?yán)鋮s結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述帶有球形鼓包的冷卻圓管布置在內(nèi)腔冷卻通道外靠近外壁一側(cè)，即帶有球形鼓包的圓管布置在葉身靠近葉柵通道的通流表面，將帶有球形鼓包的冷卻通道布置在靠近高溫燃?xì)獾耐ǖ辣砻妗?/p>

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種動葉葉身帶有球形鼓包的微細(xì)管陣?yán)鋮s結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述葉身帶有球形鼓包微細(xì)管陣?yán)鋮s結(jié)構(gòu)中，所述渦輪動葉的中后部分設(shè)置球形鼓包微細(xì)管陣?yán)鋮s通道后，取消渦輪動葉中后部原有的氣膜冷卻結(jié)構(gòu)。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種動葉葉身帶有球形鼓包的微細(xì)管陣?yán)鋮s結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述中后部分球形鼓包微細(xì)管陣?yán)鋮s通道布置在動葉葉身的中后部區(qū)域，中后部分的球形鼓包微細(xì)管陣?yán)鋮s通道設(shè)置為非等間距布置，或根據(jù)動葉葉身高溫度區(qū)域的位置，增加該區(qū)域的管排數(shù)量，有針對性地強(qiáng)化高溫區(qū)域的冷卻。

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種動葉葉身帶有球形鼓包的微細(xì)管陣?yán)鋮s結(jié)構(gòu)，其特征在于，渦輪動葉葉身帶球形鼓包的微細(xì)管陣?yán)鋮s結(jié)構(gòu)，通過動葉葉身頂部直接排出冷卻空氣，動葉葉身的內(nèi)部設(shè)置為空心結(jié)構(gòu)。

9.一種燃?xì)廨啓C(jī)，其特征在于，所述燃?xì)廨啓C(jī)包括如權(quán)利要求1至8任一項所述的一種動葉葉身帶有球形鼓包的微細(xì)管陣?yán)鋮s結(jié)構(gòu)。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明提供一種動葉葉身帶有球形鼓包的微細(xì)管陣?yán)鋮s結(jié)構(gòu)及燃?xì)廨啓C(jī)，冷卻空氣通過動葉葉身帶有球形鼓包的微細(xì)管陣?yán)鋮s結(jié)構(gòu)對渦輪動葉葉身進(jìn)行冷卻，所述冷卻結(jié)構(gòu)，包括：沿高壓渦輪動葉葉身壁厚中線布置的冷卻通道，在所述冷卻通道高度方向設(shè)置球形鼓包強(qiáng)化換熱的管排結(jié)構(gòu)，所述冷卻通道包括前緣部分球形鼓包微細(xì)管陣?yán)鋮s通道和中后部分球形鼓包微細(xì)管陣?yán)鋮s通道。本發(fā)明技術(shù)方案，能夠解決燃?xì)廨啓C(jī)高壓渦輪動葉受結(jié)構(gòu)尺寸空間以及冷卻空氣用量限制，導(dǎo)致葉身溫度分布不均勻，引發(fā)葉片燒蝕、裂紋等故障的問題，避免渦輪葉片超溫運(yùn)行，引起渦輪葉片失效無法工作。

技術(shù)研發(fā)人員：牛夕瑩,劉言明,徐波,候隆安,劉慶鶴,李翔宇,高春祥,陳鵬,宋惠華,傅琳,毛冬巖,徐偉建
受保護(hù)的技術(shù)使用者：中國船舶集團(tuán)有限公司第七〇三研究所
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/11/14