一种台阶型收缩气膜孔结构.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CN106246238A(43)申请公布日2016.12.21(21)申请号201610589910.7(22)申请日2016.07.25(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)发明人朱惠人钱鑫段佳家魏建生孟通刘聪郭志中(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)发明名称一种台阶型收缩气膜孔结构(57)摘要本发明公开了一种台阶型收缩气膜孔结构，属于燃气轮机涡轮叶片技术领域；通过对单孔径圆柱形气膜孔出口应用台阶型收缩过渡的形式，连接一个较细的直圆孔，组合成稳定气膜孔出口流量的台阶型收缩气膜孔结构。台阶型收缩气膜孔能增强对声波效应的反馈作用，对主流压力波动携带的声波效应进行有效校正，以达到校正气膜孔出口质量流量，防止倒流的目的。台阶型收缩气膜孔结构具有加工简单便捷，成本较低的特点。有效地利用气膜孔结构，能大幅度提高气膜覆盖的稳定性，可提高燃气轮机高温部件气膜冷却效率，提高涡轮叶片、机匣的工作可靠性及寿命。CN106246238ACN106246238A权利要求书1/1页1.一种台阶型收缩气膜孔结构，对单孔径圆柱形气膜孔出口应用台阶型收缩过渡的形式，连接一个较细的直圆孔，组合成台阶型收缩气膜孔结构，其特征在于:包括细圆柱孔、粗圆柱孔，所述细圆柱孔具有流向倾角α,倾角α取值范围为0～90°，不具有展向倾角，细圆柱孔直径为D1，直径D1取值范围为0.1～1mm，细圆柱孔长度为L1，L1/D1＝0～10；所述粗圆柱孔具有流向倾角α,倾角α取值范围为0～90°，不具有展向倾角，粗圆柱孔直径为D2，直径D2取值范围为0.1～1mm，粗圆柱孔长度为L2，L2/D2＝0～10。2.根据权利要求1所述的台阶型收缩气膜孔结构，其特征在于:所述细圆柱孔流向倾角与所述粗圆柱孔流向倾角相同。3.根据权利要求1所述的台阶型收缩气膜孔结构，其特征在于:组合成台阶型收缩气膜孔的细圆柱孔直径小于粗圆柱孔直径。2CN106246238A说明书1/4页一种台阶型收缩气膜孔结构技术领域[0001]本发明涉及燃气轮机涡轮叶片技术领域，具体地说，涉及一种用于稳定气膜孔出口流量的台阶型收缩气膜孔结构。技术背景[0002]随着航空发动机的快速发展，涡轮进口温度不断提高，推重比10的一级发动机的涡轮进口温度已达到1900K～2000K，已远远超出了涡轮叶片材料的耐热极限。气膜冷却是应用在燃气轮机叶片上的冷却技术，即从压气机末级抽取高压冷气输运到叶片内部通道，冷气在通道内强化对流换热将一部分热量带走，同时一部分冷气从叶片壁上的气膜孔喷出，这股冷气在主流和流体科恩达效应的作用下向下游弯曲，粘附在壁面附近，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或明亮火焰对壁面的辐射热量，从而起到良好的保护作用，以达到叶片不被高温燃气烧坏的目的。[0003]目前，大部分涡轮部件的气膜孔是处于不稳定的压力波动。以涡轮叶片气膜冷却为例，由于处于上游的涡轮叶片压力面和吸力面压力的不同及叶片尾缘效应的影响，在环形燃气通道的周向会形成周期性压力的波动，对下游涡轮叶片前缘气膜孔的气膜冷却造成较大的影响；同样的情况也发生在涡轮机匣表面气膜冷却现象，由于叶片叶尖掠过机匣表面的影响，机匣壁面的压力也随时间呈现较大的波动，当叶片压力面接近该点时，其感受的压力会较高，当吸力面接近该点时，其感受的压力会较低。剧烈的主流压力波动导致了气膜孔出口质量流量也呈现了较大的波动，甚至出现了倒流与顺流交替出现的流动方式，不利于气膜的有效覆盖。因此，基于稳态边界条件下获得的孔型并不具备校正压力波动的特性，迫切需要一种孔型结构能够减弱主流压力波动效应，稳定气膜孔出口质量流量。[0004]ExploitationofAcousticEffectsinFilmCooling([J].JournalofEngineeringforGasTurbines&Power,2014,137(10):V05BT13A045.)的研究表明，对于受到主流压力波动影响的气膜孔而言，台阶型收缩气膜孔结构能稳定气膜孔出口质量流量，防止倒流现象，并能使得气膜覆盖更加稳定，提高气膜冷却效率的作用。台阶型收缩气膜孔的应用，为燃气轮机涡轮高温部件在复杂环境下工作提供更高的可靠性和使用寿命。发明内容[0005]为了避免主流压力波动的影响，稳定气膜孔出口质量流量，提高气膜冷却效率，本发明提出一种台阶型收缩气膜孔结构。[0006]本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:对单孔径圆柱形气膜孔出口应用台阶型收缩过渡的形式，连接一个较细的直圆孔