帶冷卻結(jié)構(gòu)的渦輪葉片及應(yīng)用其的燃?xì)廨啓C(jī)的制作方法
【專(zhuān)利摘要】一種帶冷卻結(jié)構(gòu)的渦輪葉片及應(yīng)用其的燃?xì)廨啓C(jī)。該渦輪葉片包括：葉片本體；以及冷卻插件，固定與所述葉片本體上，由形狀記憶合金材料制備；其中，所述冷卻插件經(jīng)過(guò)訓(xùn)練，相對(duì)于預(yù)設(shè)溫度以下，在預(yù)設(shè)溫度以上時(shí)，其形狀和/或結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，以增加所在區(qū)域的冷卻工質(zhì)的量或增強(qiáng)冷卻工質(zhì)的擾動(dòng)，從而達(dá)到強(qiáng)化換熱的目的。本發(fā)明可以提高冷卻工質(zhì)利用率和葉片表面溫度分布均勻性，保證燃?xì)廨啓C(jī)安全運(yùn)行。
【專(zhuān)利說(shuō)明】
帶冷卻結(jié)構(gòu)的渦輪葉片及應(yīng)用其的燃?xì)廨啓C(jī)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及流體動(dòng)力學(xué)及傳熱學(xué)技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種帶冷卻結(jié)構(gòu)的渦輪葉片及應(yīng)用其的燃?xì)廨啓C(jī)。
【背景技術(shù)】
[0002]燃?xì)廨啓C(jī)作為一種動(dòng)力裝置，可應(yīng)用于航空發(fā)動(dòng)機(jī)、陸地發(fā)電、船舶推進(jìn)等領(lǐng)域。為了保證有較高的熱效率和功率輸出，現(xiàn)代燃?xì)廨啓C(jī)設(shè)計(jì)的渦輪進(jìn)口運(yùn)行溫度很高，目前已經(jīng)達(dá)到2200K左右，遠(yuǎn)超出了當(dāng)前渦輪葉片材料的溫度極限。因此，必須采用相應(yīng)的保護(hù)措施，從而保證燃?xì)廨啓C(jī)安全和高效的運(yùn)行。目前，除了提高材料和絕熱層的溫度極限外，還必須配合復(fù)雜的冷卻技術(shù)，如:氣膜冷卻、沖擊射流冷卻、肋柱擾流冷卻等方法，來(lái)保持渦輪葉片的壽命和在高溫下的正常運(yùn)行。
[0003]在燃?xì)廨啓C(jī)中，葉片可根據(jù)其在渦輪不同位置或用于導(dǎo)向、旋轉(zhuǎn)等用途，分別采用氣膜冷卻結(jié)構(gòu)、沖擊冷卻結(jié)構(gòu)和肋片擾流結(jié)構(gòu);也可根據(jù)實(shí)際運(yùn)行工況及葉片所受熱負(fù)荷的大小綜合其中的兩種或者三種冷卻結(jié)構(gòu)。
[0004]為了保證合理的壽命，冷卻系統(tǒng)設(shè)計(jì)不僅涉及到葉片表面上的溫度水平，溫度梯度也要考慮，從而避免材料局部熱應(yīng)力過(guò)高導(dǎo)致葉片失效。而且，用于葉片冷卻的空氣來(lái)自壓氣機(jī)，過(guò)多的冷卻用氣量意味著做功用氣量減少，導(dǎo)致燃?xì)廨啓C(jī)熱效率低下。因此，掌握渦輪葉片冷卻技術(shù)，優(yōu)化渦輪葉片冷卻結(jié)構(gòu)，合理利用渦輪葉片冷卻系統(tǒng)，以使最小的冷卻工質(zhì)流量獲得最高的收益，已成為本領(lǐng)域技術(shù)人員不懈追求的目標(biāo)。
[0005]目前，對(duì)于傳統(tǒng)渦輪葉片，其冷卻結(jié)構(gòu)一旦設(shè)計(jì)加工成型并安裝在燃?xì)廨啓C(jī)上，在實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中不能根據(jù)渦輪內(nèi)部實(shí)際運(yùn)行工況和葉片表面溫度分布情況進(jìn)行實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)自行調(diào)整，不利于葉片表面溫度均勻分布，而且冷卻工質(zhì)利用率較低。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006](一)要解決的技術(shù)問(wèn)題
[0007]鑒于上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種帶冷卻結(jié)構(gòu)的渦輪葉片及應(yīng)用其的燃?xì)廨啓C(jī)。
[0008](二)技術(shù)方案
[0009]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了一種帶冷卻結(jié)構(gòu)的渦輪葉片。該渦輪葉片包括:葉片本體；以及冷卻插件，固定與所述葉片本體上，由形狀記憶合金材料制備;其中，所述冷卻插件經(jīng)過(guò)訓(xùn)練，相對(duì)于預(yù)設(shè)溫度以下，在預(yù)設(shè)溫度以上時(shí)，其形狀和/或結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，以增加所在區(qū)域的冷卻工質(zhì)的量或增強(qiáng)冷卻工質(zhì)的擾動(dòng)，從而達(dá)到強(qiáng)化換熱的目的。
[0010]根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面，還提供了一種燃?xì)廨啓C(jī)。該燃?xì)廨啓C(jī)包括:一個(gè)或多個(gè)的上述的渦輪葉片。
[0011](三)有益效果
[0012]從上述技術(shù)方案可以看出，本發(fā)明帶冷卻結(jié)構(gòu)的渦輪葉片及應(yīng)用其的燃?xì)廨啓C(jī)冷卻結(jié)構(gòu)中，能夠根據(jù)渦輪內(nèi)部實(shí)際運(yùn)行工況和葉片表面溫度分布現(xiàn)象進(jìn)行冷卻結(jié)構(gòu)形狀和/或結(jié)構(gòu)的自行調(diào)整，以增加所在區(qū)域的冷卻工質(zhì)的量或增強(qiáng)冷卻工質(zhì)的擾動(dòng)，從而提高冷卻工質(zhì)利用率和葉片表面溫度分布均勻性，同時(shí)保證燃?xì)廨啓C(jī)安全運(yùn)行。
【附圖說(shuō)明】
[0013]圖1A和圖1B分別為根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例氣膜冷卻渦輪葉片在預(yù)設(shè)溫度以下和預(yù)設(shè)溫度以上時(shí)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0014]圖2A為根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例沖擊冷卻渦輪葉片的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0015]圖2B為圖2A所示沖擊冷卻渦輪葉片中沖擊冷卻插件在圓形沖擊孔位置的剖面圖；
[0016]圖3A為渦輪葉片內(nèi)部通過(guò)肋片來(lái)增強(qiáng)冷卻工質(zhì)擾動(dòng)的示意圖；
[0017]圖3B為第一級(jí)渦輪葉片進(jìn)口處徑向溫度分布曲線(xiàn)；
[0018]圖4A?圖4C為根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的渦輪葉片內(nèi)部冷卻腔體中擾流肋片三種設(shè)置方式的示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0019]本發(fā)明中，針對(duì)葉片表面氣膜冷卻、葉片前緣沖擊冷卻和葉片內(nèi)部肋片擾流冷卻，對(duì)氣膜孔結(jié)構(gòu)、沖擊孔結(jié)構(gòu)、肋片擾流結(jié)構(gòu)分別進(jìn)行設(shè)計(jì)，據(jù)此對(duì)葉片復(fù)合冷卻結(jié)構(gòu)進(jìn)行綜合系統(tǒng)改進(jìn)，將其應(yīng)用于燃?xì)廨啓C(jī)。
[0020]在對(duì)本發(fā)明各實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)介紹之前，首先對(duì)所涉及到的通用概念進(jìn)行說(shuō)明:
[0021](I)本發(fā)明中，葉片冷卻通道中的冷卻工質(zhì)主要是空氣，也可以是氮?dú)?、氨氣或者航空煤油等其他冷卻工質(zhì)。
[0022](2)本發(fā)明中，優(yōu)選地，預(yù)設(shè)溫度以上為1000?1300 °C，預(yù)設(shè)溫度以下為300?1000-C。
[0023](3)本發(fā)明的葉片冷卻結(jié)構(gòu)中的形狀記憶合金材料優(yōu)選高溫類(lèi)型，例如Ru-Ta合金、Ru-Nb合金、Ru-Nb-Fe合金等覆蓋溫度區(qū)間為600?1300°C。也可是N1-Ak基形狀記憶高溫合金，Cu基形狀記憶高溫合金，T1-Ni基形狀記憶高溫合金，N1-Mn基形狀記憶高溫合金，Co基形狀記憶高溫合金，Zr基形狀記憶高溫合金等。
[0024]需要說(shuō)明的是，對(duì)于上述形狀記憶合金的每一種，合金中相應(yīng)組分和含量均為已知的。由于本發(fā)明只是涉及利用形狀記憶合金來(lái)加工，而未涉及形狀記憶合金材料的任何改變，此處不再對(duì)各種形狀記憶合金材料的成分進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明(詳細(xì)請(qǐng)參考http://baike.baidu.com/1ink?urI=pRw7MEJKRj_qfBYlY7hp_p_RkEV-TVvBTs ku3k7KMC_SVmCPCk_QWU8EvQ_3EIR9)。
[0025](4)對(duì)形狀記憶合金進(jìn)行記憶訓(xùn)練的方法對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員而言是公知的，此處不再贅述。此外，形狀記憶合金的變形溫度可以根據(jù)具體的發(fā)熱器件的熱流密度和溫度控制要求進(jìn)行選擇，可以通過(guò)改變形狀合金的材料配比實(shí)現(xiàn)，此處也不再詳細(xì)說(shuō)明。
[0026]基于上述，本發(fā)明提供了一種帶冷卻結(jié)構(gòu)的渦輪葉片。該渦輪葉片包括:葉片本體；以及冷卻插件，固定與葉片本體上，由形狀記憶合金材料制備；其中，冷卻插件經(jīng)過(guò)訓(xùn)練，相對(duì)于預(yù)設(shè)溫度以下，在預(yù)設(shè)溫度以上時(shí)，其形狀和/或結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，以增加所在區(qū)域的冷卻工質(zhì)的量或增強(qiáng)冷卻工質(zhì)的擾動(dòng)，從而達(dá)到強(qiáng)化換熱的目的。
[0027]為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合具體實(shí)施例，并參照附圖，對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。
[0028]一、氣膜冷卻渦輪葉片
[0029]本實(shí)施例中，渦輪葉片包括:葉片本體以及氣膜冷卻插件。其中，葉片本體采用氣膜孔結(jié)構(gòu)進(jìn)行冷卻，在氣膜孔的上方具有高溫形狀記憶合金材料的氣膜冷卻插件。
[0030]請(qǐng)參照?qǐng)D1A和圖1B，在葉片本體表面開(kāi)設(shè)有氣膜孔，冷卻工質(zhì)由氣膜孔吹出，流過(guò)葉片本體表面的氣膜孔下游區(qū)域，實(shí)現(xiàn)對(duì)葉片本體的冷卻，以保護(hù)氣膜孔下游區(qū)域的表面。
[0031]請(qǐng)繼續(xù)參照?qǐng)D1A和圖1B，在葉片本體上氣膜孔的位置開(kāi)設(shè)橫槽，該橫槽的延伸方向與工作流體來(lái)流方向垂直，并且，該橫槽的寬度大于氣膜孔的開(kāi)口寬度。經(jīng)由實(shí)驗(yàn)證明，單單該帶橫槽結(jié)構(gòu)的氣膜孔結(jié)構(gòu)能夠提高氣膜冷卻效率。
[0032]請(qǐng)繼續(xù)參照?qǐng)D1A和圖1B，在氣膜孔的上方具有形狀記憶合金材料的氣膜冷卻插件。該氣膜冷卻插件呈長(zhǎng)條形狀，焊接于橫槽的左側(cè)，其下表面貼附在橫槽的底面上。并且，該氣膜冷卻插件經(jīng)過(guò)訓(xùn)練，相比于預(yù)設(shè)溫度以下時(shí)下表面的面積，預(yù)設(shè)溫度以上時(shí)下表面的面積會(huì)發(fā)生收縮。
[0033]當(dāng)來(lái)流方向的工作流體溫度較低時(shí)，氣膜冷卻插件如圖1A所示，覆蓋住部分氣膜孔，從而冷卻工質(zhì)流量減少。隨著來(lái)流方向的工作流體溫度增大，達(dá)到預(yù)設(shè)溫度后，氣膜冷卻插件發(fā)生如圖1B所示形變，相對(duì)于預(yù)設(shè)溫度以下，氣膜冷卻插件的下表面面積變化導(dǎo)致氣膜孔出口的有效面積增加0.1S?1S，其中，S為預(yù)設(shè)溫度以下時(shí)氣膜孔出口的有效面積，從而擴(kuò)大了氣膜孔的出口面積，增加了冷卻工質(zhì)流量。
[0034]本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)清楚，本發(fā)明中氣膜孔的種類(lèi)不僅限于圓形孔，還可以包括方形孔，帶分支的圓形孔，縮擴(kuò)孔等。
[0035]二、沖擊冷卻渦輪葉片
[0036]本實(shí)施例中，渦輪葉片包括:葉片本體以及沖擊冷卻插件。其中，葉片本體內(nèi)部形成容置腔。沖擊冷卻插件位于該容置腔內(nèi)，由高溫形狀記憶合金材料制成，并且在其內(nèi)部形成冷卻工質(zhì)腔。并且，在沖擊冷卻插件的表面具有圓形沖擊孔。
[0037]請(qǐng)參照?qǐng)D2A和圖2B，冷卻工質(zhì)進(jìn)入沖擊冷卻插件的冷卻工質(zhì)腔后，經(jīng)過(guò)由圓形沖擊孔向外面吹出，沖擊冷卻葉片本體的內(nèi)表面。
[0038]當(dāng)葉片本體表面溫度處于預(yù)設(shè)溫度以上時(shí)，沖擊冷卻插件上的沖擊孔孔徑增大ID?4D，從而增大冷卻工質(zhì)流量，使得冷卻效率提高，其中D為預(yù)設(shè)溫度以下時(shí)沖擊孔的孔徑。沖擊冷卻插件上圓形沖擊孔的直徑根據(jù)葉片外表面溫度進(jìn)行自行調(diào)節(jié)，保證葉片本體處于安全溫度以下，且表面溫度分布均勻，提高冷卻工質(zhì)利用率。
[0039]同樣，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)清楚，本發(fā)明中沖擊孔的種類(lèi)不僅限于圓形孔，還可以包括方形孔，帶分支的圓形孔，縮擴(kuò)孔等。
[0040]三、內(nèi)部肋片冷卻的渦輪葉片
[0041]強(qiáng)化葉片內(nèi)部冷卻是其中一種冷卻方式，該方法是在葉片內(nèi)部表面布置各種形狀等擾流肋片來(lái)增強(qiáng)冷卻工質(zhì)擾動(dòng)，從而提高冷卻工質(zhì)與葉片之間的換熱。典型的葉片本體內(nèi)部的冷卻擾動(dòng)肋片結(jié)構(gòu)如圖3A所示。E代表冷卻擾動(dòng)肋片的肋高，S代表相鄰兩冷卻擾動(dòng)肋片的間距，H為葉片內(nèi)部冷卻通道的當(dāng)量直徑。
[0042]圖3B為第一級(jí)渦輪葉片進(jìn)口處徑向溫度分布曲線(xiàn)。如圖3B所示，葉片中上部溫度最高，葉片根部與頂部溫度相對(duì)較低，這將導(dǎo)致葉片表面溫度分布不均勻，從而產(chǎn)生較高的熱應(yīng)力。
[0043]本實(shí)施例中，渦輪葉片包括:葉片本體以及冷卻擾動(dòng)插件。其中，葉片本體內(nèi)部形成冷卻腔。冷卻擾動(dòng)插件包括固定于冷卻腔內(nèi)表面上的多個(gè)冷卻擾動(dòng)肋片。其中，冷卻擾動(dòng)肋片由經(jīng)過(guò)訓(xùn)練的高溫形狀記憶合金材料制成。
[0044]對(duì)于燃?xì)廨啓C(jī)渦輪內(nèi)部典型工況進(jìn)行研究分析，獲得葉片表面溫度分布，據(jù)此對(duì)高溫形狀記憶合金肋片進(jìn)行訓(xùn)練。當(dāng)葉片表面溫度分布不均勻時(shí)，經(jīng)過(guò)訓(xùn)練的形狀記憶合金肋片根據(jù)外部葉片表面溫度大小進(jìn)行形變，增強(qiáng)冷卻工質(zhì)擾動(dòng)，強(qiáng)化換熱，使得葉片表面高溫區(qū)域溫降增大，從而滿(mǎn)足葉片表面溫度分布均勻。
[0045]請(qǐng)參照?qǐng)D4A，在本發(fā)明的一實(shí)施例中，在待冷卻區(qū)域上，冷卻擾動(dòng)肋片的高度隨溫度的增高而增高。在這種情況下，溫度較高區(qū)域的冷卻擾動(dòng)肋片的高度大于溫度較低區(qū)域的冷卻擾動(dòng)肋片的高度，從而增大冷氣工質(zhì)的擾動(dòng)，強(qiáng)化換熱，在溫度較高區(qū)域?qū)崿F(xiàn)最大限度的冷卻。
[0046]根據(jù)圖3B的渦輪動(dòng)葉進(jìn)口處徑向溫度分布曲線(xiàn)可知，葉片中上部溫度最高，葉片根部與頂部溫度相對(duì)較低，因此，優(yōu)選地是需要在葉片中上部布置高度隨溫度的增高而增高的冷卻擾動(dòng)肋片。
[0047]需要注意的是，在增強(qiáng)冷卻擾動(dòng)的同時(shí)，還需要考慮冷卻工質(zhì)流動(dòng)阻力增大的代價(jià)。
[0048]仔細(xì)觀察圖4A所示的結(jié)構(gòu)可以看出，如果溫度較高區(qū)域的冷卻擾動(dòng)肋片高度相同，即使高度增高，其冷卻的效果在溫度較高區(qū)域的中部仍然不夠理想，在此提出如圖4B所示的結(jié)構(gòu)。
[0049]請(qǐng)參照?qǐng)D4B，在本發(fā)明的另一實(shí)施例中，待冷卻區(qū)域上具有交替排列的兩類(lèi)冷卻擾動(dòng)肋片。其中，第一類(lèi)肋片的高度在預(yù)設(shè)溫度以上時(shí)相對(duì)于預(yù)設(shè)溫度以下時(shí)增高，第二類(lèi)肋片的高度在預(yù)設(shè)溫度以上時(shí)相對(duì)于預(yù)設(shè)溫度以下時(shí)保持不變或者降低。從而在待冷卻區(qū)域上形成波浪式結(jié)構(gòu)。
[0050]需要注意的是，上述的交替排列并非限定于圖4B所示的一一交替排列，其還可以包括:兩個(gè)第一類(lèi)肋片之間具有多個(gè)第二類(lèi)肋片的情況。
[0051 ]請(qǐng)參照?qǐng)D4C，在本發(fā)明的再一個(gè)實(shí)施例中，待冷卻區(qū)域上，冷卻擾動(dòng)肋片在溫度升高時(shí)高度增加的同時(shí)，發(fā)生傾斜，方向與冷卻工質(zhì)來(lái)流方向相反，從而進(jìn)一步增強(qiáng)了在溫度較高區(qū)域冷卻工質(zhì)的擾動(dòng)，冷卻效果進(jìn)一步提升。
[0052]在圖4A和圖4B所示的結(jié)構(gòu)中，在預(yù)設(shè)溫度以上時(shí)，冷卻擾動(dòng)肋片在高度變化后依然滿(mǎn)足:E/H介于0.02?0.08之間。在圖4C所示的結(jié)構(gòu)中，傾斜角度A變化范圍90°?135°，其中A為傾斜后的冷卻擾動(dòng)肋片與冷卻工質(zhì)來(lái)流方向所成的角度。
[0053]對(duì)于圖4A?圖4C所示的結(jié)構(gòu)，可以?xún)H在內(nèi)部冷卻通道一面布置肋片，也可根據(jù)實(shí)際情況在通道其他表面布置肋片;肋片高度變化范圍僅針對(duì)方形通道，矩形通道需根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行設(shè)計(jì)。
[0054]其中，除了矩形肋之外，冷卻擾動(dòng)肋片還可以為:V形肋、間斷肋、斜肋、楔形肋，在此不一一列舉。
[0055]四、燃?xì)廨啓C(jī)
[0056]本發(fā)明的另一個(gè)方面還提供了一種燃?xì)廨啓C(jī)。該燃?xì)廨啓C(jī)具有渦輪葉片。該渦輪葉片可以為上述各個(gè)實(shí)施例其中之一的渦輪葉片。
[0057]至此，已經(jīng)結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明多個(gè)實(shí)施例進(jìn)行了詳細(xì)描述。依據(jù)以上描述，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)對(duì)本發(fā)明帶冷卻結(jié)構(gòu)的渦輪葉片及應(yīng)用其的燃?xì)廨啓C(jī)有了清楚的認(rèn)識(shí)。
[0058]需要說(shuō)明的是，在附圖或說(shuō)明書(shū)正文中，未繪示或描述的實(shí)現(xiàn)方式，均為所屬技術(shù)領(lǐng)域中普通技術(shù)人員所知的形式，并未進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。此外，上述對(duì)各元件和方法的定義并不僅限于實(shí)施例中提到的各種具體結(jié)構(gòu)、形狀或方式，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員可對(duì)其進(jìn)行簡(jiǎn)單地更改或替換。
[0059]還需要說(shuō)明的是，本文可提供包含特定值的參數(shù)的示范，但這些參數(shù)無(wú)需確切等于相應(yīng)的值，而是可在可接受的誤差容限或設(shè)計(jì)約束內(nèi)近似于相應(yīng)值。實(shí)施例中提到的方向用語(yǔ)，例如“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”等，僅是參考附圖的方向，并非用來(lái)限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。此外，除非特別描述或必須依序發(fā)生的步驟，上述步驟的順序并無(wú)限制于以上所列，且可根據(jù)所需設(shè)計(jì)而變化或重新安排。并且上述實(shí)施例可基于設(shè)計(jì)及可靠度的考慮，彼此混合搭配使用或與其他實(shí)施例混合搭配使用，即不同實(shí)施例中的技術(shù)特征可以自由組合形成更多的實(shí)施例。
[0060]綜上所述，本發(fā)明渦輪葉片的冷卻結(jié)構(gòu)可根據(jù)渦輪實(shí)際運(yùn)行工況和葉片外表面溫度進(jìn)行自行調(diào)整，從而保證葉片在安全溫度以下運(yùn)行，且表面溫度均勻分布，同時(shí)提高冷卻工質(zhì)利用率。并將其應(yīng)用于燃?xì)廨啓C(jī)，使得燃?xì)廨啓C(jī)在不同工況下都能夠安全可靠高效運(yùn)行，具有較強(qiáng)的實(shí)用價(jià)值，應(yīng)用前景廣闊。
[0061]以上所述的具體實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和有益效果進(jìn)行了進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明，所應(yīng)理解的是，以上所述僅為本發(fā)明的具體實(shí)施例而已，并不用于限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種帶冷卻結(jié)構(gòu)的渦輪葉片，其特征在于，包括: 葉片本體；以及 冷卻插件，固定與所述葉片本體上，由形狀記憶合金材料制備； 其中，所述冷卻插件經(jīng)過(guò)訓(xùn)練，相對(duì)于預(yù)設(shè)溫度以下，在預(yù)設(shè)溫度以上時(shí)，其形狀和/或結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，以增加所在區(qū)域的冷卻工質(zhì)的量或增強(qiáng)冷卻工質(zhì)的擾動(dòng)，從而達(dá)到強(qiáng)化換熱的目的。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的渦輪葉片，其特征在于: 所述葉片本體表面開(kāi)設(shè)有氣膜孔，在葉片本體上所述氣膜孔的位置開(kāi)設(shè)有條形槽； 所述冷卻插件為氣膜冷卻插件，該氣膜冷卻插件固定于所述條形槽的一側(cè)，其下表面貼附在所述條形槽的底面； 該氣膜冷卻插件由形狀記憶合金材料制備;經(jīng)過(guò)訓(xùn)練，相對(duì)于預(yù)設(shè)溫度以下，在預(yù)設(shè)溫度以上時(shí)，該氣膜冷卻插件的下表面的面積發(fā)生收縮，從而覆蓋所述氣膜孔出口的有效面積變小。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的渦輪葉片，其特征在于； 所述氣膜孔為:圓形孔、方形孔、帶分支的圓形孔或縮擴(kuò)孔;和/或所述條形槽為橫槽，該橫槽的延伸方向與工作流體來(lái)流方向垂直，并且，該橫槽的寬度大于氣膜孔的開(kāi)口寬度;和/或 相對(duì)于預(yù)設(shè)溫度以下，在預(yù)設(shè)溫度以上時(shí)，由于氣膜冷卻插件的下表面面積變化導(dǎo)致氣膜孔出口的有效面積增加0.1S1-1S1，其中，S1為預(yù)設(shè)溫度以下時(shí)氣膜孔出口的有效面積。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的渦輪葉片，其特征在于，所述葉片本體內(nèi)部形成容置腔； 所述冷卻插件為沖擊冷卻插件，該沖擊冷卻插件位于所述容置腔內(nèi)，在其內(nèi)部形成冷卻工質(zhì)腔，在所述冷卻插件的表面形成沖擊孔； 所述沖擊冷卻插件由形狀記憶合金材料制備;經(jīng)過(guò)訓(xùn)練，相對(duì)于預(yù)設(shè)溫度以下，在預(yù)設(shè)溫度以上時(shí)，所述沖擊冷卻插件的沖擊孔的孔徑增大。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的渦輪葉片，其特征在于: 所述沖擊孔為圓形孔、方形孔、帶分支的圓形孔或縮擴(kuò)孔;和/或相對(duì)于預(yù)設(shè)溫度以下，在預(yù)設(shè)溫度以上時(shí)，所述沖擊孔的孔徑增大量介于ID?4D之間，其中，D為預(yù)設(shè)溫度以下時(shí)沖擊孔的孔徑。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的渦輪葉片，其特征在于，所述葉片本體內(nèi)部形成冷卻腔； 所述冷卻擾動(dòng)插件包括固定于冷卻腔內(nèi)表面上的多個(gè)冷卻擾動(dòng)肋片； 所述冷卻擾動(dòng)肋片由形狀記憶合金材料制備;經(jīng)過(guò)訓(xùn)練，相對(duì)于預(yù)設(shè)溫度以下，在預(yù)設(shè)溫度以上時(shí)，至少部分的冷卻擾動(dòng)肋片的高度發(fā)生變化，以增強(qiáng)所在區(qū)域的冷卻工質(zhì)擾動(dòng)。7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的渦輪葉片，其特征在于，所述高度發(fā)生變化的冷卻擾動(dòng)肋片中，在預(yù)設(shè)溫度以上時(shí)，高度變化范圍E/Η為0.02?0.08，肋片間距S/E為8?12，其中，E為冷卻擾動(dòng)肋片的肋高，H為通道當(dāng)量直徑，S為相鄰兩冷卻擾動(dòng)肋片的間距。8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的渦輪葉片，其特征在于，所述多個(gè)冷卻擾動(dòng)肋片包括:第一類(lèi)肋片和第二類(lèi)肋片，經(jīng)過(guò)訓(xùn)練，相對(duì)于預(yù)設(shè)溫度以下，在預(yù)設(shè)溫度以上時(shí): 所述第一類(lèi)肋片的高度增高； 所述第二類(lèi)肋片的高度在預(yù)設(shè)溫度以上不變或降低； 所述第一類(lèi)肋片和第二類(lèi)肋片交替排列，從而在預(yù)設(shè)溫度以上時(shí)，在兩者所在的區(qū)域形成波浪式結(jié)構(gòu)。9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的渦輪葉片，其特征在于: 所述第一類(lèi)肋片和第二類(lèi)肋片一一交替排列;或 兩個(gè)第一類(lèi)肋片之間具有多個(gè)第二類(lèi)肋片。10.根據(jù)權(quán)利要求6所述的渦輪葉片，其特征在于，經(jīng)過(guò)訓(xùn)練，相對(duì)于預(yù)設(shè)溫度以下，所述高度發(fā)生變化的冷卻擾動(dòng)肋片在預(yù)設(shè)溫度以上時(shí)，發(fā)生傾斜，方向與冷卻工質(zhì)來(lái)流方向相反。11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的渦輪葉片，其特征在于，在預(yù)設(shè)溫度以上時(shí)，傾斜后的冷卻擾動(dòng)肋片與冷卻工質(zhì)來(lái)流方向的角度A介于90°?135°之間。12.—種燃?xì)廨啓C(jī)，其特征在于，包括:一個(gè)或多個(gè)的權(quán)利要求1至11中任一項(xiàng)所述的渦輪葉片。
【文檔編號(hào)】F01D5/18GK106014489SQ201610557109
【公開(kāi)日】2016年10月12日
【申請(qǐng)日】2016年7月15日
【發(fā)明人】成克用, 淮秀蘭, 李勛鋒, 蔡軍, 王永偉
【申請(qǐng)人】中國(guó)科學(xué)院工程熱物理研究所