一种用于高压涡轮动力叶片顶部的气膜冷却结构.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN110566283A(43)申请公布日2019.12.13(21)申请号201910951788.7(22)申请日2019.10.09(71)申请人西北工业大学地址710072陕西省西安市友谊西路127号(72)发明人朱惠人张博伦姚春意刘存良王亚州(74)专利代理机构西北工业大学专利中心61204代理人陈星(51)Int.Cl.F01D5/18(2006.01)权利要求书1页说明书4页附图2页(54)发明名称一种用于高压涡轮动力叶片顶部的气膜冷却结构(57)摘要本发明公开了一种用于高压涡轮动力叶片顶部的气膜冷却结构，由涡轮叶片、叶顶、内冷通道和气膜孔组成，在涡轮叶片的叶顶表面极限流线上和叶顶表面中后部中弧线上设置有气膜孔，气膜孔的两端分别形成气流的出口和入口，且与叶片前缘内冷通道、中弦内冷通道和尾缘内冷通道相通。叶顶表面极限流线上设置气膜孔处于叶顶间隙泄漏流的附着和再分离位置，冷气从气膜孔出来后成扇形分布，然后再汇入间隙主流，可避免燃气直接冲刷，减小其叶顶区域的流动损失，有效提升叶顶靠近尾缘区域的冷却效果。合理的气膜孔布局可有效地避免叶顶区域受间隙泄漏流的腐蚀，延长涡轮叶片的使用寿命，同时还可减小冷气量，提高发动机工作效率。CN110566283ACN110566283A权利要求书1/1页1.一种用于高压涡轮动力叶片顶部的气膜冷却结构，包括涡轮叶片、叶顶、第一气膜孔、第二气膜孔、前缘内冷通道、中弦内冷通道、尾缘内冷通道，在涡轮叶片叶顶上设有气膜孔，气膜孔的两端分别形成气流的出口和入口，且与叶片前缘内冷通道、中弦内冷通道和尾缘内冷通道相通；其特征在于:在涡轮叶片叶顶表面极限流线部位设有第一气膜孔，并且在叶顶表面中后部中弧线部位布置第二气膜孔；所述叶顶的叶片轴向弦长C,取值范围为25～55mm；所述第一气膜孔为圆柱形孔结构，第一气膜孔的孔径d为0.5～1.0mm，第一气膜孔与叶顶间夹角α为90°，第一气膜孔的数量n为6～9个，第一气膜孔沿极限流线上等间距分布，第一气膜孔的孔间距p为5d～8d；所述第二气膜孔为圆柱形孔结构，孔径D的取值范围为0.6～1.2mm，第二气膜孔与叶顶间夹角θ为90°，第二气膜孔的数量N为3～5个，第二气膜孔沿中弧线上等间距分布，第二气膜孔的孔间距P为5D～9D。2.根据权利要求1所述的用于高压涡轮动力叶片顶部的气膜冷却结构，其特征在于:所述第一气膜孔中沿流向第一个孔的圆心位置位于极限流线的起点；第一气膜孔中沿流向最后一个孔的圆心与第二气膜孔中沿流向第一个孔圆心的距离S为2～4d。2CN110566283A说明书1/4页一种用于高压涡轮动力叶片顶部的气膜冷却结构技术领域[0001]本发明涉及燃气轮机涡轮叶片的冷却技术领域，具体地说，涉及一种用于高压涡轮动力叶片顶部的气膜冷却结构。技术背景[0002]间隙泄漏流会高速冲刷高压涡轮动力叶片顶部，致使涡轮叶顶区域成为航空发动机中换热系数最高的区域之一。叶顶间隙高度非常小，因此叶顶间隙内部的流场结构与通道内的高温燃气存在明显的差别，相对来说间隙泄漏流的流动状态要更加复杂。为了有效减小叶顶区域的热负荷，保护叶顶不受高温燃气的腐蚀，国内外学者针对不同的叶顶形状以及气膜孔分布做了大量的实验以及数值模拟计算，研究了叶顶流动和换热机理。[0003]气膜孔布局会对叶顶的换热产生很大影响，2003年Kwak等人(HeatTransferCoefficientsandFilmCoolingEffectivenessontheSquealerTipofaGasTurbineBlade.JournalofTurbomachinery,2003,125(4):648-657.)实验测量了典型涡轮动力叶片叶顶区域的气膜冷却效率和换热系数，气膜孔布置在叶顶的中弧线上，并且该文章中研究了出流比和间隙高度等气动参数和结构参数对叶顶换热特性的影响。2004年Ahn等人(FilmCoolingEffectivenessonaGasTurbineBladeTipandShroundUsingPressureSensitivePaint.ASMEPaperGT-2003-53429.)利用压敏漆测试技术实验测量了凹槽和平顶叶顶的气膜冷却特性。2014年杜昆等人(凹槽状叶顶涡轮叶片传热特性的数值研究.推进技术,2014,35(5):618-623.)数值模拟了带气膜叶顶和光叶顶的换热特性。Zhang等人(ImpactofCoolingInjectionontheTransonicOver-TipLeakageFlowandSquealerAerothermalDesignOptimization.JournalofEnginee