CN2098556U - 涡轮转子冷却叶片 - Google Patents

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凌长明
陶文铨
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Abstract

一种涡轮转子冷却叶片，包括一联接端及其上的 成一定角度扭曲的叶身，叶身中开有一个或并列的数 个封闭的冷却腔，冷却腔的内壁上配置有厚度不等的 吸液芯并注有适量的工质，从而在其内部形成了一旋 转热管结构，具有冷却效果好，无气动损失的特点。

Description

本实用新型涉及一种涡轮转子叶片，特别涉及一种用于航空发动机的涡轮转子冷却叶片。
在航空发动机中，为保证涡轮在尽可能高的温度下安全运转，需要对涡轮转子叶片进行冷却，现有的航空涡轮叶片的冷却方法是采用从压气机中压出的高压空气作冷却剂，让冷却空气从叶片根部流入叶片内腔，然后从叶尖、叶片尾缘、叶盆或叶背上的气膜孔流出，从而达到冷却叶片的效果，此方法存在如下问题：一、用空气作冷却剂，换热系数小、冷却效果差；二、冷却空气本身的温度较高，所以，冷却效果差；三、冷却空气流入叶栅通道带来气动损失。为了解决一、二两个问题，国外采用在冷却空气中参入一定比例的水份的技术方案，但这要求飞机上装载大量的用来作冷却消耗的水，显然影响飞机的航程和运载能力，且此方案不能解决第三个问题。
本实用新型的目的旨在克服上述现有技术的不足，提出了一种其内部具有旋转热管结构的涡轮转子叶片，具有冷却效果好、无气动损失的特点。
本实用新型包括一可与涡轮轮盘相配合的联接端，联接端的上部是叶根、成一定角度扭曲的叶身，叶身中开有一个或并列的数个封闭的冷却腔；冷却腔的一部分在叶身内，即是冷却腔的热端，另一部分深入至联接端，即是冷却腔的冷端；冷却腔从叶根至叶尖处的内壁上配置有厚度不等的吸液芯；冷却腔内注有适量的冷却工质，对冷却工质的要求是：在热端压力下，饱和温度即汽化温度比叶片的承受极限温度低；在冷端压力下，饱和温度即冷凝温度在常温以上，例如，工质可采用水银、水等，冷却腔冷端的内壁上配置有导流壳，以保证冷凝后的冷却工质流向吸液芯。
由于涡轮转子的离心作用，液态冷却工质沿吸液芯向叶尖方向运动，此时，由于冷却腔在叶身内的部分是热端，则液态冷却工质由于高温加热被不断蒸发成气态冷却工质，气态冷却工质被压到冷端，在冷端被冷却而凝成液态冷却工质，液态冷却工质又沿吸液芯流向叶尖，如此反复，形成了液态冷却工质在热端蒸发吸热变成汽态流向冷端，在冷端冷凝放热再变成液态的循环流动过程，使热量不断地从热端被带到冷端，然后传递给冷端冷却流带走，达到对叶片进行冷却的效果。
由此可见：一、本实用新型的冷却过程是通过蒸发和冷凝过程完成的；二、本实用新型冷端外壁采用的冷却流体不需要是有较高温度的高压冷却气体，如可采用水等，且冷端外壁还可采用利于换热的异形型面，这两个特点都使得冷却效率大为提高；三、冷却过程是通过冷却介质在封闭的冷却腔和轮盘内循环而形成，所以没有冷却剂流入主流场影响气动性能。
图1是本实用新型的变形剖视图。
图2是P－P视图。
图3是Q－Q视图。
图4是G视图。
参照附图，本实用新型包括配合为一体的叶尖（1）、叶身（2）、叶根（3）和可与汽轮机轮盘相配合的联接端（4），叶身（2）中开有一个或并列的数个封闭的冷却腔（5），冷却腔（5）深入至联接端（4）内；冷却腔（5）的（ABCD）部分为热端。（AED）部分为冷端，热端（ABCD）的内壁上配置有厚度不等的吸液芯（6）；冷却腔（5）内注有工质（7），冷却腔（5）的（AED）内壁上配置有导流壳（8）。
最佳实施例：
一、叶身（2）内开有一个冷却腔（5），吸液芯（6）采用由镍铬合金制成的空隙率不均匀的各向异性的材料；在靠近叶尖（1）处，吸液芯（6）薄一些；工质（7）为水银。
二、叶身（2）内开有三个冷却腔（5），吸液芯（6）采用GE1541丝钢型多孔材料。在靠近叶根（3）的部位，多孔材料的空隙率比靠近叶尖（1）部位的空隙率高；多孔材料的孔径比靠近叶尖（1）部位的孔径小。吸液芯（6）从叶根（3）至叶尖（1）越来越薄，工质（7）为水。

Claims (9)

1、涡轮转子冷却叶片，包括一可与涡轮轮盘相配合的联接端，联接端的上部是叶根、成一定角度扭曲的叶身和叶尖，本实用新型的特征是，叶身中开有一个或并列的数个封闭的冷却腔，冷却腔的一部分在叶身内，即是冷却腔的热端，另一部分深入至联接端内，即是冷却腔的冷端，冷却腔从叶根至叶尖处的内壁上配置有厚度不等的吸液芯，冷却腔内注有冷却工质。
2、根据权利要求1的所述的涡轮转子冷却叶片，其特征在于，所述的吸液芯从叶根至叶尖处越来越薄。
3、根据权利要求1所述的涡轮转子冷却叶片，其特征在于，所述的冷却工质是在热端压力下饱和温度即汽化温度比叶片的承受极限温度低且在冷端压力下饱的温度即冷凝温度在常温以上的液体。
4、根据权利要求2所述的涡轮转子冷却叶片，其特征在于，所述的吸液芯是由镍铬合金制成的空隙率不均匀的各向异性材料组成。
5、根据权利要求2所述的涡轮转子冷却叶片，其特征在于，所述的吸液芯是由GE1541丝钢型多孔材料组成
6、根据权利要求3所述的涡轮转子冷却叶片，其特征在于，所述的冷却工质是水。
7、根据权利要求3所述的涡轮转子冷却叶片，其特征在于，所述的冷却工质是水银。
8、根据权利要求5所述的涡轮转子冷却叶片，其特征在于，所述的吸液芯在靠近叶根部位的空隙率比靠近叶尖部位的空隙率高，多孔材料的孔径比靠近叶尖部位的孔径小。
9、根据权利要求1所述的涡轮转子冷却叶片，其特征在于，所述的冷却腔冷端的内壁上配置有导流壳。
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