一种具有冷却结构的涡轮导向叶片的制作方法

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1.本发明属于涡轮导向叶片领域，尤其涉及一种具有冷却结构的涡轮导向叶片。

背景技术：

2.随着航空发动机性能水平的提高，其涡轮前温度逐渐提升，随之而来的是涡轮导向叶片的热防护需求日益提高。目前1400k温度级下的涡轮导向叶片主要冷却形式是多腔强化对流冷却、气膜冷却与尾缘出流，大部分冷却叶片中采用其中一种或多种冷却形式的复合冷却设计。
3.该温度级下涡轮导向叶片常见冷却结构为多腔回流加局部气膜冷却形式。冷却气体径向通过前缘区肋化通道，实现前缘区对流换热。部分前缘区温度较高的叶片，采用对流换热与气膜冷却复合形式。叶身中段及尾缘主要采用蜿蜒肋化通道加气膜复合冷却结构。该技术方案已较为成熟，技术方案的可移植性较好。
4.上述技术方案的主要缺点在于：多腔回流结构对于大尺寸叶片冷却效果差，大尺寸叶片回流通道截面面积大，内腔壁面换热系数对于冷气流量变化不敏感。

技术实现要素：

5.为了克服上述现有技术存在的缺陷，本发明的目的在于解决现有技术中存在的：换热能力差以及换热不均的问题。为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
6.一种具有冷却结构的涡轮导向叶片，包括：
7.上缘板；
8.下缘板；
9.叶身，设置在所述上缘板与所述下缘板之间，内部具有冷却空腔；所述叶身具有叶身前缘以及叶身尾缘；所述叶身的冷却空腔内设有第一隔板以及第二隔板，所述第一隔板和所述第二隔板将所述叶身内部的冷却空腔分隔成第一腔室、第二腔室以及第三腔室，所述第一腔室位于所述第一隔板与所述叶身前缘之间，所述第二腔室位于所述第一隔板与所述第二隔板之间，所述第三腔室位于所述第二隔板与所述叶身尾缘之间；
10.内穿套筒，贯穿所述上缘板以及所述下缘板，与第二腔室的侧壁之间存在间隙；
11.还包括：第一气体流道，所述第一气体流道包括：若干个用于连通所述冷却空腔外部与所述第一腔室的供气孔、第一腔室、若干个贯穿所述第一隔板的第一冲击孔、第二腔室、若干个贯穿所述第二隔板的第二冲击孔、第三腔室以及若干个用于连通第三腔室与所述冷却空腔外部的尾缘排气孔。
12.进一步地，所述供气孔设于所述上缘板上。
13.进一步地，所述尾缘排气孔的路径为：从所述第三腔室最远离所述第二隔板处直至所述叶身尾缘最远离所述第二隔板处。
14.进一步地，所述尾缘排气孔的总流通面积小于第一冲击孔的总流通面积以及第二冲击孔的总流通面积。
15.进一步地，所述第三腔室内设置有扰流柱阵。
16.进一步地，所述扰流柱阵由若干个扰流柱列构成，所述扰流柱列由若干个直线等距分布的扰流柱构成，相邻的两个扰流柱列内的扰流柱交错排布，所述扰流柱垂直于所述气体流道的流通方向。
17.进一步地，所述第一腔室内设置有若干个扰流肋。
18.进一步地，所述扰流肋沿所述叶身前缘竖直等距排布。
19.进一步地，所述扰流肋贴合所述叶身前缘并一体化设置。
20.进一步地，所述下缘板上设置有连通所述叶身外部与所述第一腔室的下缘板排气孔。
21.还包括：第二气体流道，所述第二气体流道包括供气孔、第一腔室以及下缘板排气孔。
22.进一步地，所述叶身内还设有将所述第三腔室分隔出一个第四腔室的第三隔板。
23.所述第一气体流道还包括：若干个贯穿所述第三隔板的第三冲击孔。
24.进一步地，所述上缘板上还设置有连通所述叶身外部与所述第三腔室的上缘板尾缘供气孔。
25.进一步地，还包括：第三气体流道，所述第三气体流道包括上缘板尾缘供气孔、第三腔室以及尾缘排气孔，
26.本发明的技术效果和优点：
27.本技术中，采用通过冷却气流横向冲击导向叶片内的隔板的方式，对涡轮导向叶片进行冷却，相同环境下的冷却效果更佳；冷却腔体内具有扰流肋及扰流柱强化冷却，可扰乱气流，增加冷却气体与涡轮导向叶片的接触，从而提高冷却效果。
附图说明
28.图1为实施例1中一种具有冷却结构的涡轮导向叶片的结构示意图；
29.图2为实施例1中一种具有冷却结构的涡轮导向叶片的俯视图；
30.图3为实施例2中一种具有冷却结构的涡轮导向叶片的结构示意图；
31.图4为实施例3中一种具有冷却结构的涡轮导向叶片的结构示意图；
32.图5为实施例4中一种具有冷却结构的涡轮导向叶片的结构示意图；
33.图中：1、叶身；101、叶身前缘；102、叶身中段；103、叶身尾缘；104、第一隔板；105、第二隔板；106、第三隔板；2、上缘板；3、下缘板；4、第一腔室；5、第二腔室；6、第三腔室；7、供气孔；8、第一冲击孔；9、第二冲击孔；10、尾缘排气孔；11、扰流肋；12、内穿套筒；13、扰流柱；14、下缘板排气孔；15、第三冲击孔；16、第四腔室；17、上缘板尾缘供气孔。
具体实施方式
34.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
35.实施例1：
36.如图1和图2所示，一种具有冷却结构的涡轮导向叶片，包括：叶身1、上缘板2、下缘板3以及内穿套筒12，如图1所示，叶身1设置在所述上缘板2与所述下缘板3之间，三者一体化设置，构成完整的涡轮导向叶片，而内穿套筒12自上而下地贯穿上缘板2和下缘板3，并且内穿套筒12可拆卸地与上缘板2以及下缘板3固定连接；
37.如图1和图2所示，叶身1内部具有竖直的直柱形冷却空腔，冷却空腔的俯视截面形状与叶身1近似，并且冷却空腔前后方向上的壁厚从左到右逐渐减小，所述叶身1的冷却空腔内设有第一隔板104以及第二隔板105，所述第一隔板104和所述第二隔板105将所述叶身1内部的冷却空腔分隔成第一腔室4、第二腔室5以及第三腔室6；参阅图2，叶身1具有从左到右依次排列的叶身前缘101、叶身中段102以及叶身尾缘103，所述第一腔室位于所述第一隔板104与所述叶身前缘101之间，所述第二腔室位于所述第一隔板104与所述第二隔板105之间，所述第三腔室位于所述第二隔板105与所述叶身尾缘103之间。
38.需要说明的是，所述第一隔板104以及所述第二隔板105不与所述内穿套筒12接触，并且，叶身中段102也不与内穿套筒12接触，即，冷却气体可顺利通过第二腔室5与内穿套筒12的间隙。
39.参阅图1，上缘板2上设置有供气孔7，供气孔7连通涡轮导向叶片外部空间与第一腔室4，同时，第一隔板104上设置有若干个连通第一腔室4与第二腔室5的第一冲击孔8，第二隔板105上设置有若干个连通第二腔室5与第三腔室6的第二冲击孔9，以及，叶身尾缘103处设置有若干个尾缘排气孔10，供气孔7、第一腔室4、第一冲击孔8、第二冲击孔9以及尾缘排气孔10构成第一气流通道，即，涡轮导向叶片外部冷却气体通过供气孔7进入第一腔室4，首先对叶身前缘101进行冷却，随后通过第一冲击孔8进入第二腔室5，对叶身中段102进行冷却，接着通过第二冲击孔9进入第三腔室6，对叶身尾缘103进行冷却，最后通过尾缘排气孔10排出；
40.在通过气体冷却涡轮导向叶片的过程中，气流横向冲击第一隔板104和第二隔板105，与两个隔板大面积接触，可形成导向叶片展向均匀的温度场分布，可满足内穿套筒形式的导向叶片热防护需求，并且，气流率先冷却相对温度最高的叶身前缘101，可避免叶身前缘101局部温度过高。
41.在叶身尾缘103处，尾缘排气孔10的方向为从第三腔室6的最右侧顶端朝向叶身尾缘103的最右侧顶端，此种排布方式，可使气流通道的长度达到最长，冷却效果最好；
42.而为了提高气体与叶身前缘101、叶身中段102的接触，尾缘排气孔10的总流通面积小于第一冲击孔8的总流通面积以及第二冲击孔9的总流通面积。
43.如图1和图2所示，为进一步提高冷却效果，在第一腔室4内设置有若干个扰流肋11，以强化对流冷却，扰流肋11沿叶身前缘101竖直等距排布，扰流肋11贴合叶身前缘101并一体化设置。
44.参阅图1，第三腔室6内还设置有扰流柱阵，扰流柱阵由若干个横向等距分布的扰流柱列构成，扰流柱列由若干个竖直等距分布的扰流柱13构成，相邻的两个扰流柱列内的扰流柱13交错排布；扰流柱13垂直于气体流道的流通方向，从而通过绕流的方式增加冷却气体与涡轮导向叶片的接触，提升冷却效果。
45.在第一隔板104中，越是远离供气孔7，第一冲击孔8的孔径越大和/或第一冲击孔8的排布密度越大，通过第一冲击孔8的孔径变化和/或密度变化，使得通过第一隔板104通向
第二腔室5的冷却气体更加均匀，同时也可使第一腔室4远离供气孔7的位置区域接触到更多冷却气体，避免该位置区域局部温度过高。
46.实施例2：
47.参阅图3，由于在工作过程中，涡轮导向叶片的叶身前缘101区域的局部温度要高于其他区域，因此，在实施例1的基础上，本实施例提供的一种具有冷却结构的涡轮导向叶片，具有第二气体流道，用于加强叶身前缘101区域的冷却效果，具体的：
48.叶身前缘101区域的在下缘板3上设置有连通所述叶身1外部与所述第一腔室4的下缘板排气孔14，由此，供气孔7、第一腔室4以及下缘板排气孔14构成第二气体流道，即，气体通过供气孔7进入第一腔室4从下缘板排气孔14排出，可进一步增加冷却气体对叶身前缘101区域的局部冷却效果。
49.实施例3：
50.参阅图4，在实施例1的基础上，本实施例提供的一种具有冷却结构的涡轮导向叶片，具有第三隔板106以及与其对应的若干个第三冲击孔15，以增加冷却气体的冷却效果，具体的：
51.本实施例中，在原有的第三腔室6内设置一个第三隔板106，从原有的第三腔室6中分隔出一个第四腔室16，通过第三隔板106内的第三冲击孔15连通第三腔室6与第四腔室16，依次，增加冷却气体与涡轮导向叶片的接触面积，从而增加冷却效果；
52.另外，叶身尾缘103区域相比较其它区域，其结构强度较差，易凹陷，而通过设置第三隔板106，可提高叶身尾缘103区域的结构强度。
53.实施例4：
54.参阅图5，由于在工作过程中，冷却气体通过叶身前缘101和叶身中段102后，其温度升高，冷却效果降低，因此，在实施例1的基础上，本实施例提供的一种具有冷却结构的涡轮导向叶片，具有第三气体流道，用于提高叶身尾缘103区域的冷却效果，具体的：
55.在上缘板2上设置有连通涡轮导向叶片外部与所述第三腔室6的上缘板尾缘供气孔17，由此，上缘板尾缘供气孔17、第三腔室6以及尾缘排气孔10构成第三气体流道，冷却气体可通过上缘板尾缘供气孔17进入第三腔室6，最后通过尾缘排气孔10排出，以降低第三腔室6内部的气体温度，从而提高对于叶身尾缘103区域的冷却效果。
56.最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

技术特征：

1.一种具有冷却结构的涡轮导向叶片，其特征在于，包括：上缘板(2)；下缘板(3)；叶身(1)，设置在所述上缘板(2)与所述下缘板(3)之间，内部具有冷却空腔；所述叶身(1)具有叶身前缘(101)以及叶身尾缘(103)；所述叶身(1)的冷却空腔内设有第一隔板(104)以及第二隔板(105)，所述第一隔板(104)和所述第二隔板(105)将所述叶身(1)内部的冷却空腔分隔成第一腔室(4)、第二腔室(5)以及第三腔室(6)，所述第一腔室位于所述第一隔板(104)与所述叶身前缘(101)之间，所述第二腔室位于所述第一隔板(104)与所述第二隔板(105)之间，所述第三腔室位于所述第二隔板(105)与所述叶身尾缘(103)之间；内穿套筒(12)，贯穿所述上缘板(2)以及所述下缘板(3)，与第二腔室(4)的侧壁之间存在间隙；还包括：第一气体流道，所述第一气体流道包括：若干个用于连通所述冷却空腔外部与所述第一腔室(4)的供气孔(7)、第一腔室(4)、若干个贯穿所述第一隔板(104)的第一冲击孔(8)、第二腔室(5)、若干个贯穿所述第二隔板(105)的第二冲击孔(9)、第三腔室(6)以及若干个用于连通第三腔室(6)与所述冷却空腔外部的尾缘排气孔(10)。2.根据权利要求1所述的一种具有冷却结构的涡轮导向叶片，其特征在于，所述供气孔(7)设于所述上缘板(2)上。3.根据权利要求1所述的一种具有冷却结构的涡轮导向叶片，其特征在于，所述尾缘排气孔(10)的路径为：从所述第三腔室(6)最远离所述第二隔板(105)处直至所述叶身尾缘(103)最远离所述第二隔板(105)处。4.根据权利要求1所述的一种具有冷却结构的涡轮导向叶片，其特征在于，所述尾缘排气孔(10)的总流通面积小于第一冲击孔(8)的总流通面积以及第二冲击孔(9)的总流通面积。5.根据权利要求1所述的一种具有冷却结构的涡轮导向叶片，其特征在于，所述第三腔室(6)内设置有扰流柱阵。6.根据权利要求5所述的一种具有冷却结构的涡轮导向叶片，其特征在于，所述扰流柱阵由若干个扰流柱列构成，所述扰流柱列由若干个直线等距分布的扰流柱(13)构成，相邻的两个扰流柱列内的扰流柱(13)交错排布，所述扰流柱(13)垂直于所述气体流道的流通方向。7.根据权利要求1所述的一种具有冷却结构的涡轮导向叶片，其特征在于，所述第一腔室(4)内设置有若干个扰流肋(11)。8.根据权利要求7所述的一种具有冷却结构的涡轮导向叶片，其特征在于，所述扰流肋(11)沿所述叶身前缘(101)竖直等距排布。9.根据权利要求7所述的一种具有冷却结构的涡轮导向叶片，其特征在于，所述扰流肋(11)贴合所述叶身前缘(101)并一体化设置。10.根据权利要求1-9任一所述的一种具有冷却结构的涡轮导向叶片，其特征在于，所述下缘板(3)上设置有连通所述叶身(1)外部与所述第一腔室(4)的下缘板排气孔(14)。11.根据权利要求10所述的一种具有冷却结构的涡轮导向叶片，其特征在于，还包括：第二气体流道，所述第二气体流道包括供气孔(7)、第一腔室(4)以及下缘板排气孔(14)。
12.根据权利要求1-9任一所述的一种具有冷却结构的涡轮导向叶片，其特征在于，所述叶身(1)内还设有将所述第三腔室(6)分隔出一个第四腔室(16)的第三隔板(106)。13.根据权利要求12所述的一种具有冷却结构的涡轮导向叶片，其特征在于，所述第一气体流道还包括：若干个贯穿所述第三隔板(106)的第三冲击孔(15)。14.根据权利要求1-9任一所述的一种具有冷却结构的涡轮导向叶片，其特征在于，所述上缘板(2)上还设置有连通所述叶身(1)外部与所述第三腔室(6)的上缘板尾缘供气孔(17)。15.根据权利要求14所述的一种具有冷却结构的涡轮导向叶片，其特征在于，还包括：第三气体流道，所述第三气体流道包括上缘板尾缘供气孔(17)、第三腔室(6)以及尾缘排气孔(10)。

技术总结

本发明公开了一种具有冷却结构的涡轮导向叶片，包括：上缘板；下缘板；叶身；内穿套筒；第一气体流道，所述第一气体流道包括：若干个用于连通所述冷却空腔外部与所述第一腔室的供气孔、第一腔室、若干个贯穿所述第一隔板的第一冲击孔、第二腔室、若干个贯穿所述第二隔板的第二冲击孔、第三腔室以及若干个用于连通第三腔室与所述冷却空腔外部的尾缘排气孔。本申请中，采用通过冷却气流横向冲击导向叶片内的隔板的方式，对涡轮导向叶片进行冷却，相同环境下的冷却效果更佳。环境下的冷却效果更佳。环境下的冷却效果更佳。