[发明专利]高压涡轮转子叶片前缘冲击冷却结构及具有其的发动机

说明书

本发明公开了一种高压涡轮转子叶片前缘冲击冷却结构及具有其的发动机，涉及发动机技术领域。所述高压涡轮转子叶片前缘冲击冷却结构的叶片前缘(1)设置有冲击腔，所述冲击腔在叶片的高度方向被分割为多个相互独立的单元冲击腔(2)。所述发动机上的转子叶片包含如上所述的高压涡轮转子叶片前缘冲击冷却结构。本发明的优点在于：本发明的高压涡轮转子叶片前缘冲击冷却结构将原有的整体式冲击腔分割为多个单元冲击腔，每个单元冲击腔上均设置有单独的冲击孔及气膜孔，实现了叶片前缘不同区域冷气的独立控制，提高了冷气利用率，有利于提高发动机的性能；同时提高了叶片使用安全性，降低了叶片整体失效的风险。

技术领域

本发明涉及发动机技术领域，具体涉及一种高压涡轮转子叶片前缘冲击冷却结构及具有其的发动机。

背景技术

高压涡轮转子叶片长时间工作在高温、高压的环境中，环境恶劣，负荷大，特别是叶片前缘位置，是整个叶片热负荷最高的区域。设计时通常会在叶片前缘设计独立的冲击腔，通过冲击孔的高速射流对叶片前缘进行单独的冲击冷却，而后冷气经过前缘上设置的气膜孔流到叶片表面对叶片形成气膜保护。即使采用了单独的冲击加气膜复合冷却结构，叶片前缘位置仍是叶片热负荷最高的区域，一旦发生烧蚀形成缺口，大量的冷气将从缺口位置泄露，打乱整个叶片的冷气分配，造成叶片整体失效。

在现有设计中，叶片前缘冲击腔一般设计为一个整体。从冷却技术角度分析，该设计存在两方面的不足。一是，冲击腔为一个整体腔时不利与冷气的精细化调整。由于燃气温度沿叶高方向有温度梯度，每一部分需要的冷却强度不同，温度高的区域需要冷气多，温度低的区域适当减少冷气，整体腔无法实现冷气的独立控制。二是，一旦叶片前缘发生烧蚀形成缺口，大量的冷气将从缺口位置泄露，打乱整个叶片的冷气分配，造成叶片整体失效。

发明内容

本发明的目的是提供一种高压涡轮转子叶片前缘冲击冷却结构及具有其的发动机，实现叶片前缘不同区域冷气的独立控制，提高冷气利用率，提高叶片使用安全性，降低叶片整体失效风险，以解决或至少减轻背景技术中所存在的至少一处的问题。

本发明采用的技术方案是：提供一种高压涡轮转子叶片前缘冲击冷却结构，叶片前缘设置有冲击腔，所述冲击腔在叶片的高度方向被分割为多个相互独立的单元冲击腔。

优选地，所述单元冲击腔的侧壁包含靠近尾缘方向的第一侧壁和远离尾缘方向的第二侧壁，所述第一侧壁上设置有冲击孔，所述冲击孔的轴线垂直于所在第一侧壁；所述第二侧壁上设置有气膜孔，所述气膜孔的轴线在叶片的高度方向与所在第二侧壁形成一夹角。

优选地，每个所述单元冲击腔上设置有多个冲击孔，多个所述冲击孔在叶片的高度方向依次设置；每个所述单元冲击腔上设置有多个气膜孔，多个所述气膜孔在叶片的高度方向依次设置。

优选地，每个所述单元冲击腔在叶片高度方向的同一截面内设置有多个气膜孔，所述多个气膜孔中任意2个气膜孔的轴线形成一夹角，任意两个气膜孔在远离单元冲击腔的一端的距离大于靠近单元冲击腔的一端的距离。

优选地，所述单元冲击腔在垂直于叶片高度方向的截面设置为单向收缩截面，所述单向收缩截面是指：该截面自所述冲击孔所在第一侧面向所述气膜孔所在第二侧面逐渐收缩。

优选地，所述冲击腔通过隔肋分隔为多个单元冲击腔，所述隔肋与所述冲击腔的侧壁一体成型。

优选地，所述冲击腔通过隔肋分隔为多个单元冲击腔，所述隔肋以可拆卸方式安装在所述冲击腔内。

优选地，所述冲击腔的内侧壁上设置有多个隔肋安装部，多个所述隔肋安装部在叶片的高度方向均布设置。

优选地，所述冲击孔设置为锥形孔，所述锥形孔的小端开口朝向叶片前缘的内侧壁。

本发明还提供了一种发动机，所述发动机上的转子叶片包含如上所述的高压涡轮转子叶片前缘冲击冷却结构。