一种用于涡轮叶片的交叉型X气膜孔冷却结构.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CN109469512A(43)申请公布日2019.03.15(21)申请号201910006511.7(22)申请日2019.01.04(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魏建生付仲议(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3页(54)发明名称一种用于涡轮叶片的交叉型X气膜孔冷却结构(57)摘要本发明公开了一种用于涡轮叶片的交叉型X气膜孔冷却结构，是在气膜孔板上沿流向布置两排交叉型X气膜孔，且两排交叉型X气膜孔通过两个圆柱形气膜孔交叉而成，两个圆柱气膜孔的出口均沿展向有一定的倾斜角度。交叉型X气膜孔使得射流更加容易的分向两边，增加射流的展向覆盖；通过前后两排交叉型X气膜孔的相互作用，在气膜孔下游形成内卷对涡，使得离开交叉型X气膜孔的冷气紧紧贴覆在近壁面处，对气膜孔下游壁面形成有效地保护。交叉型X气膜孔有两个气膜孔入口，两股冷气会在两孔交汇区域形成掺混，使得交叉型X气膜孔的两个出口的出气量更加均匀；交叉型X气膜孔具有结构简单，易于加工，且气膜覆盖效果好的特点。CN109469512ACN109469512A权利要求书1/1页1.一种用于涡轮叶片的交叉型X气膜孔冷却结构，包括气膜孔板、上游X气膜孔、圆柱气膜孔、下游X气膜孔、压力面交叉型X气膜孔、吸力面交叉型X气膜孔、内冷通道，在涡轮叶片压力面上设有压力面交叉型X气膜孔，在涡轮叶片吸力面上设有吸力面交叉型X气膜孔，压力面交叉型X气膜孔和吸力面交叉型X气膜孔的两端分别形成气流的出口和入口，且与叶片内冷通道相通，其特征在于:在气膜孔板上沿流向布置两排交叉型X气膜孔，且两排气膜孔采用交叉型排布，X气膜孔是通过将两个圆柱形气膜孔交叉而成，两个圆柱形气膜孔的出口均沿展向有一定的倾斜角度，上游X气膜孔的两个孔出口中心点的距离为W,下游X气膜孔两个孔出口中心点的距离为V,其中W的值大于等于V的值；上游X气膜孔与下游X气膜孔的流向间距为P；上游X气膜孔的展向间距与下游X气膜孔的展向气膜孔间距均为S；上游X气膜孔和下游X气膜孔的圆柱孔交叉中心点的展向距离为0.5S；圆柱气膜孔的最小截面当量直径Df取值范围为0.3～2mm。2.根据权利要求1所述的用于涡轮叶片的交叉型X气膜孔冷却结构，其特征在于:所述上游X气膜孔的两个圆柱气膜孔交叉角度为α，取值范围为50～100°，上游X气膜孔流向倾角θ的取值范围为30～60°，下游X气膜孔的两个圆柱气膜孔交叉角度为β，取值范围为50～100°，下游X气膜孔的流向倾角γ的取值范围为30～60°。3.根据权利要求1所述的用于涡轮叶片的交叉型X气膜孔冷却结构，其特征在于:所述上游X气膜孔与下游X气膜孔的流向间距P，其范围为2Df～5Df，上游X气膜孔与下游X气膜孔的展向间距均为S，其范围为4Df～8Df。2CN109469512A说明书1/4页一种用于涡轮叶片的交叉型X气膜孔冷却结构技术领域[0001]本发明涉及燃气轮机涡轮叶片冷却技术，具体地说，涉及一种用于涡轮叶片的交叉型X气膜孔冷却结构。技术背景[0002]随着燃气轮机性能的提高，涡轮前进口温度不断提高，现有先进的航空发动机涡轮前进口温度已经超过了叶片材料所承受的最高温度，因此，必须使用有效的冷却措施才能保证涡轮叶片安全可靠的运行。气膜冷却是叶片上使用的典型冷却方式之一。气膜冷却就是在壁面附近沿切线或以一定角度射入一股低温气流，这股冷气在主流的压力和科恩达效应的作用下，贴附在壁面附近，形成温度较低的冷气膜，将壁面同高温燃气隔离，并带走部分高温燃气热量，从而起到良好的保护作用，这种技术为气膜冷却。[0003]圆柱气膜孔是最早出现的气膜孔型，国内外大量学者对其进行了广泛深入的研究发现将圆柱形孔布置在涡轮叶片上可有效地提升叶片的冷却效果。但是在随后的研究中发现圆柱孔射流的展向覆盖能力较弱，而且射流气体抬高使得近壁面无法形成有效的气膜覆盖。[0004]随着气膜冷却技术的发展，关于孔形的研究逐渐多起来。Thole和Haven等人研究发现扇形孔和前倾扇形孔等扩张形孔结构可有效地减弱射流在主流中的穿透能力，以及不利于对射流贴附壁面的外卷对涡的强度，扩张形孔的气膜冷却效果均远远好于圆柱形孔。虽然扩张孔可有效地提高冷却效果，但是相对于圆柱孔其加工较为复杂，而且最严重的是扩张形孔带来的气动损失要比圆柱孔大。发明内容[0005]为了避免现有技术存在的不足，本发明提出一种用于涡轮叶片的交叉型X气膜孔冷却结构；该交叉型X气膜孔冷却结构可继续提高射流的展向覆盖，并减小射流的气动损失，使得离开气膜孔的冷