一种用于涡轮叶片的侧向气膜壁冷结构.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CN106640213A(43)申请公布日2017.05.10(21)申请号201611060059.5(22)申请日2016.11.28(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)发明人朱惠人孟通魏建生(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)发明名称一种用于涡轮叶片的侧向气膜壁冷结构(57)摘要本发明公开了一种用于涡轮叶片的侧向气膜壁冷结构，用于涡轮叶片冷却。在靠近涡轮叶片内冷却通道设置冲击冷却孔，冷气通过布置于叶片内部的壁冷腔对叶片外表面进行冲击冷却；气膜冷却孔位于壁冷腔侧壁面与冷气侧叶片壁面处，气膜冷却孔入口设置在壁冷腔侧壁面上且与壁冷腔连通,由壁冷腔供气。气膜冷却孔进气方式的改变使得冷却气流在气膜孔内靠近气膜孔下壁面，使得气膜出流后贴附壁面更强，气膜冷却效率大大提升。冷却气经过多次换热，首先通过冲击冷却孔对叶片外表面进行冲击冷却，然后流经气膜冷却孔对叶片进行内冷，最后在叶片外表面形成冷却气膜，冷气利用效率高，冷却效果好。气膜壁冷结构具有结构简单，易于加工的特点。CN106640213ACN106640213A权利要求书1/1页1.一种用于涡轮叶片的侧向气膜壁冷结构，包括冲击冷却孔、壁冷腔、气膜冷却孔，涡轮叶片壁厚为H，其特征在于:所述壁冷腔位于涡轮叶片壁内部；壁冷腔高度Hi的取值范围为0.4～0.6H，壁冷腔宽度W的取值范围为3～5mm；所述冲击冷却孔位于涡轮叶片内冷却通道与壁冷腔底面处,且冲击冷却孔垂直于冷气侧叶片壁面与壁冷腔相连通；冲击冷却孔直径Di的取值范围为0.2～0.3mm，冲击冷却孔长度Li的取值范围为0.2～0.3H，两排冲击冷却孔间距为1/3W；所述气膜冷却孔位于壁冷腔侧壁面与冷气侧叶片壁面处,气膜冷却孔入口设置在壁冷腔侧壁面上且与壁冷腔相连通,入口中心位置沿壁冷腔高度取值范围为0.3～0.7Hi，气膜冷却孔直径Df的取值范围为0.2～0.3mm，气膜冷却孔流向倾角θ的取值范围为20～60°。2.根据权利要求1所述的用于涡轮叶片的侧向气膜壁冷结构，其特征在于:所述冲击冷却孔与所述气膜冷却孔沿叶片展向间距相同。2CN106640213A说明书1/4页一种用于涡轮叶片的侧向气膜壁冷结构技术领域[0001]本发明涉及燃气轮机涡轮叶片的冷却技术，具体地说，涉及一种用于涡轮叶片的侧向气膜壁冷结构。技术背景[0002]燃气轮机广泛应用于航空器推进器，陆用、船用发电等各种工业用途。提高转子进口温度是改善燃气轮机发动机特性的关键技术，先进燃气轮机转子进口温度远比叶片材料的熔点高，因此涡轮叶片中需要先进的冷却技术。目前，涡轮叶片冷却中广泛采用冲击冷却、内部对流冷却和气膜冷却等冷却方式。冲击冷却是指低温气体通过冲击孔对叶片内部表面进行射流冲击。冷却气流冲击驻点区壁面上有很高的换热系数，因此可利用这种冷却方式进行重点冷却。内部对流冷却是指在叶片内部冷却气流经叶片内腔，通过对流换热吸收热量，从而达到降低叶片温度的目的。气膜冷却是指冷却气通过气膜孔流出，在叶片表面形成温度较低的冷气膜将壁面与高温燃气隔离，带走燃气的热量，从而起到对叶片的保护作用。[0003]目前，涡轮叶片气膜冷却中主要采用圆柱型气膜孔，上世纪八十年代，国外学者(Goldstein,R.J.,Eckert,E.R.G.,andBurggraf,F.1974“,EffectsofHoleGeometryandDensityonThree-DimensionalFilmCooling,”Int.JournalofHeat&MassTransfer,Vol.17,pp.595-607.)对圆柱型气膜孔内涡结构进行了分析研究，结果发现冷却气体从供气腔进入气膜孔时发生较大的气流转向，在气膜孔进口处气体弯管效应明显，在气膜孔内会形成较强的分离涡，从而影响气膜出流后的冷却效率。[0004]冲击冷却，内部冷却和气膜冷却通常在涡轮叶片中分别应用，叶片前缘等需要较强冷却的位置应用冲击冷却方式，叶片内部设置带绕流注的内冷通道，叶片压力面及吸力面应用气膜冷却。发明专利201410300743.0中公开了“一种应用于燃气轮机的冲击冷却结构”，通过布置与待冷却壁面相对的冲击衬套形成冲击通道，在冲击通道内设置气体回流口与导出区域，减少了横流作用，进而提高冷却效果。发明专利201510187277.4中公开了“一种箭头型的气膜冷却孔”，通过改变气膜孔型面，进而影响气体在气膜孔内及流出孔后的发展，从而提高气膜冷却效果。然而这些改进结构中，冷却气通常只经过一次利用即与主流燃气掺混