一种叉排扰流柱端面结构及涡轮气冷叶片的制作方法
【专利摘要】本实用新型涉及一种叉排扰流柱端面结构及涡轮气冷叶片，它包括涡轮气冷叶片的空腔内壁，叉排设置的扰流柱的端部设置在空腔内壁上，沿气流流动方向，在相邻两排扰流柱之间的空腔内壁上设置有凸起结构和凹坑结构，凸起结构设置在扰流柱后方的空腔内壁上，凹坑结构设置在扰流柱前方的空腔内壁上。本实用新型在扰流柱后方的空腔内壁上设置的凸起结构能够破坏气流经扰流柱后形成的涡，加强扰流柱后方的扰动，有利于扰流柱后方换热的强化；在扰流柱前方的空腔内壁上设置的凹坑结构能够使气流在凹坑内形成一定尺度和强度的涡，该涡能够加强扰流柱前方的扰动，有利于换热的强化；且凸起结构和凹坑结构的设置能够增加换热面积，增强换热效果。
【专利说明】一种叉排扰流柱端面结构及涡轮气冷叶片
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及涡轮发动机领域，尤其涉及一种叉排扰流柱端面结构及采用该结构的涡轮气冷叶片。
【背景技术】
[0002]随着航空发动机技术的飞跃发展，涡轮前进口温度逐步提高，这必然导致涡轮叶片所承受到的热负荷也相应增加，而使其材料承受更加严酷的热应力。为保证涡轮安全可靠的工作，除了不断发展新材料和新工艺以外，决定性的因素之一是对涡轮气冷叶片采用先进的高效强化冷却技术。
[0003]扰流柱冷却结构形式是一种经常在高压涡轮气冷叶片内冷通道中采用的强化冷却措施。扰流柱是以一定方式排列的柱形肋，不仅增加了换热面积，而且增加了不同区域气流的相互掺混，能显著增加换热效果。扰流柱冷却结构可见于叶片的各个部分，但在现在高压涡轮叶片当中主要应用于叶片尾缘区域。在该区域内采用扰流柱的冷却形式，不仅能增强冷却效果，而且对于叶片的结构强度也是有利的。
[0004]目前，航空发动机涡轮叶片内部通道采用的扰流柱结构形式中，经常采用的是叉排的圆柱形或水滴形等的扰流柱，端面是指叶片机体内表面。然而，这种常规的扰流柱冷却结构在换热强度上依旧存在提升空间。
实用新型内容
[0005]本实用新型的目的是提出一种叉排扰流柱端面结构及涡轮气冷叶片，进一步提高冷气对叶片内部的换热效果，进而提高叶片的使用寿命。
[0006]为实现上述目的，本实用新型提供了一种叉排扰流柱端面结构，它包括涡轮气冷叶片的空腔内壁，叉排设置的扰流柱的端部设置在所述空腔内壁上，沿气流流动方向，在相邻两排所述扰流柱之间的所述空腔内壁上设置有凸起结构和凹坑结构，所述凸起结构设置在所述扰流柱后方的所述空腔内壁上，所述凹坑结构设置在所述扰流柱前方的所述空腔内壁上。
[0007]进一步的，沿气流流动方向，在相邻两排所述扰流柱之间的所述空腔内壁上，在所述扰流柱后方的所述空腔内壁上设置有一个所述凸起结构，在所述扰流柱前方的所述空腔内壁上设置有一个所述凹坑结构，相邻两排所述扰流柱之间的所述空腔内壁上，所述凸起结构与所述凹坑结构间隔交替设置。
[0008]进一步的，沿气流流动方向，在相邻两排所述扰流柱之间的所述空腔内壁上，在所述扰流柱后方的所述空腔内壁上设置有两个所述凸起结构，在所述扰流柱前方的所述空腔内壁上设置有一个所述凹坑结构，相邻两排所述扰流柱之间的所述空腔内壁上，两个所述凸起结构与一个所述凹坑结构间隔交替设置。
[0009]进一步的，在所述扰流柱后方的所述空腔内壁上设置的两个所述凸起结构位于所述扰流柱后方形成的两个涡处。[0010]进一步的，所述凸起结构为球形凸起结构、弧形凸起结构、半圆柱形凸起结构中的其中一种。
[0011]进一步的,所述凹坑结构为球形凹坑结构、弧形凹坑结构、半圆柱形凹坑结构中的
其中一种。
[0012]为实现上述目的，本实用新型还提供了一种涡轮气冷叶片，它采用上述的叉排扰流柱端面结构。
[0013]基于上述技术方案，本实用新型在扰流柱后方的空腔内壁上设置的凸起结构能够破坏气流经扰流柱后形成的涡，进一步加强扰流柱后方的扰动，从而有利于扰流柱后方换热的强化；在扰流柱前方的空腔内壁上设置的凹坑结构能够使气流在凹坑内形成一定尺度和强度的涡，该涡能够加强扰流柱前方的扰动，从而有利于换热的强化；而且扰流柱后方的空腔内壁上设置的凸起结构和扰流柱前方的空腔内壁上设置的凹坑结构能够明显的增加换热面积，从而使换热效果得到增强。
【专利附图】
【附图说明】
[0014]此处所说明的附图用来提供对本实用新型的进一步理解，构成本申请的一部分，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。在附图中:
[0015]图1为本实用新型提供的叉排扰流柱端面结构的实施例一示意图；
[0016]图2为图1的A-A截面示意图；
[0017]图3为图1的B-B截面示意图；
[0018]图4为本实用新型提供的叉排扰流柱端面结构的实施例二示意图；
[0019]图5为图4的A-A截面示意图；
[0020]图6为图4的B-B截面示意图；
[0021]图7为本实用新型提供的叉排扰流柱端面结构的实施例三示意图；
[0022]图8为图7的A-A截面示意图；
[0023]图9为图7的B-B截面示意图；
[0024]图10为图7的C-C截面示意图。
【具体实施方式】
[0025]下面将结合本实用新型实施例中的附图，对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实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
[0026]现有技术中，航空发动机的涡轮气冷叶片的叶身内设置有空腔，空腔为冷气流动提供通道，空腔内通常设置有叉排的扰流柱结构，采用叉排的扰流柱结构，不仅增加了涡轮气冷叶片内的换热面积，而且增加了涡轮气冷叶片不同区域气流的相互掺混，能显著增加换热效果。
[0027]本实用新型中提到的端面是指涡轮气冷叶片的空腔内壁。
[0028]本实用新型提供的叉排扰流柱端面结构，其包括涡轮气冷叶片的空腔内壁2，叉排设置的扰流柱I的端部设置在空腔内壁2上，沿气流流动方向，在相邻两排扰流柱I之间的空腔内壁2上设置有凸起结构3和凹坑结构4，凸起结构3设置在扰流柱I后方的空腔内壁2上，凹坑结构4设置在扰流柱I前方的空腔内壁2上。
[0029]下面列举三个具体实施例，对本实用新型提供的叉排扰流柱端面结构进行进一步的详细说明。
[0030]实施例一:
[0031]如图1-3所示，沿气流流动方向，在相邻两排扰流柱I之间的空腔内壁2上，在扰流柱I后方的空腔内壁2上设置有一个凸起结构3，在扰流柱I前方的空腔内壁2上设置有一个凹坑结构4，由于扰流柱I采用叉排方式设置，因此，相邻两排扰流柱I之间的空腔内壁2上设置的凸起结构3和凹坑结构4间隔交替设置。
[0032]上述实施例中，凸起结构3可采用球形凸起结构、弧形凸起结构等。
[0033]上述实施例中，凹坑结构4可采用球形凹坑结构、弧形凹坑结构等。
[0034]实施例二:
[0035]如图4-6所示，沿气流流动方向，在相邻两排扰流柱I之间的空腔内壁2上，在扰流柱I后方的空腔内壁2上设置有一个凸起结构3，在扰流柱I前方的空腔内壁2上设置有一个凹坑结构4，由于扰流柱I采用叉排方式设置，因此，相邻两排扰流柱I之间的空腔内壁2上设置的凸起结构3和凹坑结构4间隔交替设置。
[0036]上述实施例中，凸起结构3可采用半圆柱形凸起结构。
[0037]上述实施例中，凹坑结构4可采用半圆柱形凹坑结构。
[0038]实施例三:
[0039]如图7-10所示，沿气流流动方向，在相邻两排扰流柱I之间的空腔内壁2上，在扰流柱I后方的空腔内壁2上设置有两个凸起结构3，在扰流柱I前方的空腔内壁2上设置有一个凹坑结构4，由于扰流柱I采用叉排方式设置，因此，相邻两排扰流柱I之间的空腔内壁2上，两个凸起结构3作为一个整体与一个凹坑结构4间隔交替设置。
[0040]上述实施例中，凸起结构3可采用球形凸起结构、弧形凸起结构等。
[0041]上述实施例中，凹坑结构4可采用球形凹坑结构、弧形凹坑结构等。
[0042]上述实例中，扰流柱I后方的空腔内壁2上设置的凸起结构3可为一个或两个，具体设置位置应在扰流柱I后方形成的两个涡处。
[0043]上述实例中，凸起结构3和凹坑结构4的形状尺寸应根据相邻两排扰流柱I之间的间距、空腔内壁2的壁厚来具体确定；在一些尖角位置可采用倒角结构。
[0044]本实用新型还提供了一种涡轮气冷叶片，其采用上述任一实施例所述的叉排扰流柱端面结构。
[0045]通过上述实施例，能够归纳得出本实用新型具有以下优点:
[0046]I)增强换热特性。在扰流柱后方的空腔内壁上设置的凸起结构能够破坏气流经扰流柱后形成的涡，进一步加强扰流柱后方的扰动，从而有利于扰流柱后方换热的强化；在扰流柱前方的空腔内壁上设置的凹坑结构能够使气流在凹坑内形成一定尺度和强度的涡，该涡能够加强扰流柱前方的扰动，从而有利于换热的强化。
[0047]2)增加换热面积。与常规扰流柱冷却结构换热端面相比，扰流柱后方的空腔内壁上设置的凸起结构和扰流柱前方的空腔内壁上设置的凹坑结构能够明显的增加换热面积，从而使换热效果得到增强。
[0048]综上所述，本实用新型提供的叉排扰流柱端面结构用于涡轮气冷叶片的尾缘区内冷通道中，能够增强换热效果，从而有效降低叶片的温度，使涡轮气冷叶片的使用寿命大幅提闻。
[0049]最后应当说明的是:以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非对其限制；尽管参照较佳实施例对本实用新型进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解:依然可以对本实用新型的【具体实施方式】进行修改或者对部分技术特征进行等同替换；而不脱离本实用新型技术方案的精神，其均应涵盖在本实用新型请求保护的技术方案范围当中。
【权利要求】
1.一种叉排扰流柱端面结构，其特征在于:它包括涡轮气冷叶片的空腔内壁，叉排设置的扰流柱的端部设置在所述空腔内壁上，沿气流流动方向，在相邻两排所述扰流柱之间的所述空腔内壁上设置有凸起结构和凹坑结构，所述凸起结构设置在所述扰流柱后方的所述空腔内壁上，所述凹坑结构设置在所述扰流柱前方的所述空腔内壁上。
2.如权利要求1所述的叉排扰流柱端面结构，其特征在于:沿气流流动方向，在相邻两排所述扰流柱之间的所述空腔内壁上，在所述扰流柱后方的所述空腔内壁上设置有一个所述凸起结构，在所述扰流柱前方的所述空腔内壁上设置有一个所述凹坑结构，相邻两排所述扰流柱之间的所述空腔内壁上，所述凸起结构与所述凹坑结构间隔交替设置。
3.如权利要求1所述的叉排扰流柱端面结构，其特征在于:沿气流流动方向，在相邻两排所述扰流柱之间的所述空腔内壁上，在所述扰流柱后方的所述空腔内壁上设置有两个所述凸起结构，在所述扰流柱前方的所述空腔内壁上设置有一个所述凹坑结构，相邻两排所述扰流柱之间的所述空腔内壁上，两个所述凸起结构与一个所述凹坑结构间隔交替设置。
4.如权利要求3所述的叉排扰流柱端面结构，其特征在于:在所述扰流柱后方的所述空腔内壁上设置的两个所述凸起结构位于所述扰流柱后方形成的两个涡处。
5.如权利要求1-4任一项所述的叉排扰流柱端面结构，其特征在于:所述凸起结构为球形凸起结构、弧形凸起结构、半圆柱形凸起结构中的其中一种。
6.如权利要求1-4任一项所述的叉排扰流柱端面结构，其特征在于:所述凹坑结构为球形凹坑结构、弧形凹坑结构、半圆柱形凹坑结构中的其中一种。
7.一种涡轮气冷叶片，其特征在于:它采用如权利要求1-6任一项所述的叉排扰流柱端面结构。
【文档编号】F01D5/18GK203584470SQ201320766160
【公开日】2014年5月7日 申请日期:2013年11月28日 优先权日:2013年11月28日
【发明者】冯晓星, 张洪, 白江涛, 王辉, 王克菲, 王晓增 申请人:中航商用航空发动机有限责任公司