本發(fā)明涉及燃氣輪機葉片冷卻領域，特別涉及一種渦輪葉片。

背景技術：

在先進的航空發(fā)動機中，渦輪葉片多采用帶凹槽的葉尖結構，以減少葉尖間隙的泄漏，提高渦輪工作效率。對于這種結構而言，葉頂及凹槽側壁面的冷卻設計受到一定限制。

目前，渦輪葉片葉尖區(qū)域的冷卻主要依靠葉片內部的回轉通道對葉頂?shù)睦鋮s，以及部分排布在葉片壓力面靠近葉頂區(qū)域的離散氣膜孔冷卻。內部回轉通道中的冷氣通過對流換熱的形式帶走部分熱量，而排布在壓力面靠近葉頂區(qū)域的氣膜孔出流的冷氣越過葉頂，對葉頂形成局部保護。

由于凹槽的特殊結構形式，壓力面離散孔出流的冷氣在橫越葉頂時，難以保證較好的貼附性，冷卻效率極低。

此外，凹槽側壁面通常并未采取冷卻措施。承受著較大熱負荷的渦輪葉片葉尖及凹槽側壁面往往因得不到有效冷卻而出現(xiàn)局部高溫區(qū)。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明要解決的技術問題是為了克服現(xiàn)有技術中渦輪葉片承受較大熱負荷，容易出現(xiàn)局部高溫區(qū)的缺陷，提供一種渦輪葉片。

本發(fā)明是通過下述技術方案來解決上述技術問題的：一種渦輪葉片，其特點在于，所述渦輪葉片包括葉片主體和葉尖，所述葉尖設置在所述葉片主體的上方，所述葉尖上設有凹槽，在所述葉片主體的前緣區(qū)域內設有一空腔，所述空腔從所述渦輪葉片的葉頂沿所述渦輪葉片的徑向延伸；

所述葉片主體的前緣區(qū)域內還設有一內腔，所述內腔從所述渦輪葉片的葉頂沿所述渦輪葉片的徑向延伸，且所述內腔與所述空腔之間開設有至少一個冷氣進氣孔，在所述空腔靠近所述葉頂處開設有冷氣排氣孔，使得冷氣由所述內腔經(jīng)由所述冷氣進氣孔流入所述空腔，對所述空腔的內外壁面進行對流換熱， 之后所述冷氣由所述冷氣排氣孔排出。

較佳地，所述冷氣進氣孔和所述冷氣排氣孔的角度為可調式，所述冷氣進氣孔和所述冷氣排氣孔的截面形狀為圓形或多邊形氣膜孔。

較佳地，所述冷氣進氣孔和所述冷氣排氣孔的角度調整范圍為0°-60°。

較佳地，所述冷氣進氣孔分布在所述空腔的下部。

較佳地，所述冷氣進氣孔的直徑為0.1mm-1mm。

較佳地，所述空腔的寬度為所述葉片的內外壁的厚度的1/5-1/3。

較佳地，所述空腔的高度為所述葉片的高度的1％-10％。

較佳地，所述空腔的截面形狀為扇形、方形、圓形或多邊形。

較佳地，所述冷氣排氣孔的直徑為0.1mm-1mm。

較佳地，所述空腔內設置有擾流柱或擾流肋。

本發(fā)明的積極進步效果在于：

本發(fā)明渦輪葉片采用了新型的葉尖冷卻結構，對凹槽側壁及葉頂區(qū)域進行冷卻，降低其溫度水平。這樣可以有效地冷卻渦輪葉片葉尖區(qū)域，降低其溫度水平。

附圖說明

本發(fā)明上述的以及其他的特征、性質和優(yōu)勢將通過下面結合附圖和實施例的描述而變的更加明顯，在附圖中相同的附圖標記始終表示相同的特征，其中：

圖1為本發(fā)明渦輪葉片的整體結構示意圖。

圖2為本發(fā)明渦輪葉片的分解結構示意圖。

圖3為本發(fā)明渦輪葉片中所述葉片前緣區(qū)域的徑向截面剖視圖。

圖4為圖3中A部分的局部放大圖。

圖5為本發(fā)明渦輪葉片中空腔結構的剖面圖。

具體實施方式

為讓本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點能更明顯易懂，以下結合附圖對本發(fā)明的具體實施方式作詳細說明。

在下面的描述中闡述了很多具體細節(jié)以便于充分理解本發(fā)明，但是本發(fā)明還可以采用其它不同于在此描述的其它方式來實施，因此本發(fā)明不受下面公開 的具體實施例的限制。

圖1為本發(fā)明渦輪葉片的整體結構示意圖。圖2為本發(fā)明渦輪葉片的分解結構示意圖。圖3為本發(fā)明渦輪葉片中所述葉片前緣區(qū)域的徑向截面剖視圖。圖4為圖3中A部分的局部放大圖。圖5為本發(fā)明渦輪葉片中空腔結構的剖面圖。

如圖1至圖5所示，本發(fā)明的一個實施例中公開了一種渦輪葉片，其可以解決凹槽側壁區(qū)域的冷卻問題和進一步提高葉頂區(qū)域的氣膜覆蓋效果，適用于帶凹槽結構葉片的葉尖冷卻。本發(fā)明所述渦輪葉片可通過整體鑄造方法加工，所述渦輪葉片包括葉片主體和葉尖20，將葉尖20設置在所述葉片主體的上方，并在葉尖20上設有凹槽21，在所述葉片主體的前緣區(qū)域10內設有一空腔11，將空腔11從所述渦輪葉片的葉頂15沿所述渦輪葉片的徑向延伸。同樣地，在所述葉片主體的前緣區(qū)域10內還設有一內腔12，將內腔12從所述渦輪葉片的葉頂15沿所述渦輪葉片的徑向延伸。內腔12與葉頂15之間設有一貫通孔16，直接連通外部和內腔12，這里的貫通孔16主要用于起到除塵作用，能夠將渦輪葉片中的灰塵在氣流的作用下帶出。

特別地，在內腔12與空腔11之間開設有至少一個冷氣進氣孔13，使得冷氣由內腔12流入空腔11，對空腔11的外壁面111和內壁面112進行對流換熱，之后再進入葉頂15的凹槽內，從而對葉頂15進行保護。特別地，將冷氣進氣孔13分布在空腔11的下部。另外，在空腔11靠近葉頂15處開設有冷氣排氣孔14，冷氣由冷氣排氣孔14排出。

此處的冷氣進氣孔13和冷氣排氣孔14的角度均設置為可調式，調整的范圍為0°-60°。冷氣進氣孔13和冷氣排氣孔14的截面形狀為圓形或多邊形氣膜孔，例如各類異形氣膜孔。這種結構不僅可用于葉片前緣葉尖區(qū)域的冷卻，同樣也適用于葉頂其他部位(如葉片中弦和尾緣的葉尖區(qū)域)的冷卻。

在使用過程中，冷氣通過冷氣進氣孔13進入空腔11，同時對空腔11的外壁面111進行沖擊冷卻，之后沿徑向流至葉頂15，沿程與空腔11的內壁面112及外壁面111進行對流換熱，最終通過葉頂15上的凹槽側壁面上的冷氣排氣孔14流出(即空腔11靠近葉頂15處)，從而形成氣膜冷卻，對葉頂15進行保護。

需要說明的是，此處空腔11的截面形狀為扇形、方形、圓形或多邊形，例如各類異型結構，其結構并不受本實施例的限制。優(yōu)選地，在空腔11內還可 以設置擾流柱或擾流肋(圖中未示)，以滿足不同的冷卻需求。

此外，冷氣進氣孔的直徑為0.1mm-1mm，通過調整孔徑可控制冷氣孔的通流能力?？涨?1的寬度W為所述渦輪葉片的內外壁的厚度Wo的1/5-1/3。同時，空腔11具有一定的高度，通?？涨?1的高度為所述渦輪葉片的高度的1％-10％。當然，冷氣排氣孔14同樣也可根據(jù)需要設計為圓形或異形孔，孔徑范圍為0.1mm-1mm，其出流角度可調節(jié)，以保證冷氣出流后對葉頂壁面的貼附性。

綜上所述，本發(fā)明渦輪葉片可以大幅度地提高葉尖區(qū)域的冷卻效果，改善該區(qū)域出現(xiàn)的局部高溫區(qū)。其具有如下諸多優(yōu)勢：

一、冷氣在由葉片內腔通過沖擊孔后對葉片外壁面進行沖擊冷卻，降低了沖擊區(qū)域附近的溫度。

二、冷氣在沖擊之后沿著空腔徑向流動，對前緣葉尖區(qū)域進行對流換熱。

三、達到葉尖凹槽位置之后，冷氣由凹槽內壁上的氣孔沖出，附著到葉頂形成氣膜冷卻。

因此，本發(fā)明渦輪葉片能夠對葉尖區(qū)域進行有效冷卻，并可對葉頂區(qū)域形成氣膜保護，該冷卻結構的設計使得冷氣利用率高，對葉片冷卻更有利。

雖然以上描述了本發(fā)明的具體實施方式，但是本領域的技術人員應當理解，這些僅是舉例說明，本發(fā)明的保護范圍是由所附權利要求書限定的。本領域的技術人員在不背離本發(fā)明的原理和實質的前提下，可以對這些實施方式作出多種變更或修改，但這些變更和修改均落入本發(fā)明的保護范圍。