一種帶條縫出口的渦輪葉片圓孔氣膜冷卻結(jié)構(gòu)的制作方法
【專利摘要】一種帶條縫出口的渦輪葉片圓孔氣膜冷卻結(jié)構(gòu)，是在氣膜孔出口處，按葉片高方向設(shè)置成條縫出口。該條縫出口至少有一道條縫板，將氣膜孔出口隔成兩道條縫。本發(fā)明將公知的氣膜冷卻出口結(jié)構(gòu)改為條縫出口結(jié)構(gòu)，降低冷卻工質(zhì)出口速度，消除由高速冷卻工質(zhì)產(chǎn)生的反向渦對，從而提高氣膜冷卻效率。這種結(jié)構(gòu)形式簡單，易于制造。
【專利說明】一種帶條縫出口的渦輪葉片圓孔氣膜冷卻結(jié)構(gòu)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明是針對燃氣輪機渦輪葉片外部冷卻技術(shù)而提出的，用于布置在渦輪葉片上，實現(xiàn)對葉片的有效冷卻。更具體地涉及一種帶條縫出口的渦輪葉片圓孔氣膜冷卻結(jié)構(gòu)。
【背景技術(shù)】
[0002]氣膜冷卻作為一種常用且重要的渦輪葉片外部冷卻方法，通過開設(shè)氣膜孔引進冷卻空氣并覆蓋在高溫的渦輪葉片的表面，形成一冷氣膜將高溫燃氣和渦輪葉片的表面隔開。目前研究重點主要集中在氣膜孔的結(jié)構(gòu)上，圖1和圖2是目前公知的兩種氣膜孔結(jié)構(gòu)。
[0003]圖1所示的氣膜孔由于在氣膜孔的出口處其流體速度較快，會產(chǎn)生反向渦對，使得氣膜脫離壁面，從而導(dǎo)致主流氣體接觸到葉片表面，冷卻效率降低。為了改善這一缺陷，產(chǎn)生了扇形孔和收縮擴張孔等結(jié)構(gòu)。相比之下，扇形孔和收縮擴張孔等雖然能使得冷卻效率得到較大提高，但因為氣膜孔的直徑太小，便利加工相對比較復(fù)雜。
[0004]圖2所示是在圖1的基礎(chǔ)上對氣膜孔作了進一步的改進，設(shè)計成帶橫向槽結(jié)構(gòu)的氣膜孔。該結(jié)構(gòu)能夠迫使氣膜側(cè)向流動，提高氣膜冷卻效率，然而在某些復(fù)合角度的氣膜孔結(jié)構(gòu)中，有無橫向槽對冷卻效率影響不大。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于提供一種帶條縫出口的渦輪葉片圓孔氣膜冷卻結(jié)構(gòu)，在滿足結(jié)構(gòu)強度的要求下，加工相對比較簡單，同時冷卻效率也維持在較高的水平。
[0006]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供的帶條縫出口的渦輪葉片圓孔氣膜冷卻結(jié)構(gòu)，是在氣膜孔出口處，按葉片高方向設(shè)置成條縫出口 ；該條縫出口至少有一道條縫板，將氣膜孔出口隔成至少兩道條縫。
[0007]所述的帶條縫出口的渦輪葉片圓孔氣膜冷卻結(jié)構(gòu)，其中，條縫出口的整體寬度為氣膜孔直徑的兩倍，條縫出口的高度為氣膜孔直徑的一到兩倍。
[0008]所述的帶條縫出口的潤輪葉片圓孔氣膜冷卻結(jié)構(gòu)，其中，條縫與流體流動方向的夾角為30?150°。
[0009]本發(fā)明將公知的氣膜冷卻出口結(jié)構(gòu)改為條縫出口結(jié)構(gòu)，降低冷卻工質(zhì)出口速度，消除由高速冷卻工質(zhì)產(chǎn)生的反向渦對，從而提高氣膜冷卻效率。這種結(jié)構(gòu)形式簡單，易于制造。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0010]圖1是公知的圓孔氣膜孔結(jié)構(gòu)示意圖。
[0011]圖2是公知的帶橫向槽的圓孔氣膜孔結(jié)構(gòu)示意圖
[0012]圖3是本發(fā)明帶垂直條縫出口的圓孔氣膜孔結(jié)構(gòu)示意圖。
[0013]圖4是本發(fā)明帶30°傾斜條縫出口的圓孔氣膜孔結(jié)構(gòu)示意圖。
[0014]圖5是圖3中條縫板和條縫出口的結(jié)構(gòu)示意圖。[0015]圖6是圖5的俯視圖。
[0016]圖7顯示的是不同氣膜孔結(jié)構(gòu)的冷卻效率云圖。
[0017]圖8是本發(fā)明帶條縫出口的渦輪葉片圓孔氣膜冷卻結(jié)構(gòu)中氣膜孔下游展向平均氣膜冷卻效率曲線圖。
[0018]附圖中標(biāo)記符號說明:
[0019]I葉片，2氣膜孔，3橫向槽，4條縫板，5條縫，6條縫出口。
【具體實施方式】
[0020]本發(fā)明是在公知的圓孔氣膜孔的基礎(chǔ)上進行了改進。
[0021]請參閱圖3，是本發(fā)明的帶條縫出口的渦輪葉片圓孔氣膜冷卻結(jié)構(gòu)的示意圖。公知的帶橫向槽結(jié)構(gòu)的氣膜孔中，葉片I在氣膜孔2的出口增加一橫向槽3，本發(fā)明在葉片I上氣膜孔2的出口處沿葉高的方向垂直地設(shè)成條縫出口 6。該條縫出口至少有一道條縫板4，使氣膜孔2的出口形成至少二個條縫5，條縫出口 6由條縫4和條縫5組成。較佳地，條縫板4可以設(shè)為兩道或三道。圖3中的條縫出口 6是以兩道條縫板4隔成三個條縫5為例。
[0022]更進一步地，本發(fā)明的條縫出口可以如圖4所示，條縫板的角度β與流體流動方向呈一夾角，該夾角推薦為30?150°。
[0023]實施例1
[0024]由于多個氣孔膜上的結(jié)構(gòu)對稱，因此本實施例僅選擇單個氣膜孔結(jié)構(gòu)進行說明。
[0025]請結(jié)合圖3和圖5，圓形氣膜孔角度為α，范圍在20?90°之間。氣膜孔長度一般為4?6D (D為氣膜孔直徑)，氣膜孔間距一般為3D。條縫出口 6的整體尺寸為WXH，W為條縫出口 6的整體寬度，沿流體流動的方向出為條縫出口 6的高度，沿氣膜孔高度方向。W的尺寸推薦2D，H的尺寸推薦I?2D。條縫板4的角度β與流體流動方向的夾角推薦為30 ?150°。
[0026]本例中，單個氣膜孔的直徑D為12.7mm，橫向槽的尺寸WXH為25.4X6.35mm，角度為90°，條縫出口 6是由兩道條縫板4和形成的三道條縫5組成，每道條縫5的寬度Pl為5.08mm,條縫的間距P2為10.16mm。
[0027]實施例2
[0028]請結(jié)合圖4和圖6，條縫板的角度β與流體流動方向的夾角為30?150°。其余同實施例1。
[0029]圖7顯示的是不同氣膜孔結(jié)構(gòu)的冷卻效率云圖。從圖中可以看出，公知的氣膜孔與帶橫向槽的氣膜孔的氣膜展向覆蓋面積基本相同，本發(fā)明帶垂直條縫出口和30度傾斜條縫出口的氣膜孔使得氣膜孔下游全部覆蓋。與公知的氣膜孔和帶橫向槽的氣膜孔相比，本發(fā)明帶條縫出口的氣膜孔結(jié)構(gòu)更能很好的保護葉片表面。
[0030]圖8顯示的是氣膜孔下游展向平均氣膜冷卻效率。從圖中可以看出，帶30度傾斜條縫出口的氣膜孔獲得較高的冷卻效率，公知的氣膜孔和帶橫向槽的氣膜孔冷卻效率相當(dāng)。與之相比，本發(fā)明帶垂直條縫出口和30°傾斜條縫出口的氣膜孔結(jié)構(gòu)使得冷卻效率分別提高了 53 ?92.85% 和 67.49% ?158.5%。
【權(quán)利要求】
1.一種帶條縫出口的渦輪葉片圓孔氣膜冷卻結(jié)構(gòu)，其特征是，在氣膜孔出口處，按葉片高方向設(shè)置成條縫出口 ；該條縫出口至少有一道條縫板，將氣膜孔出口隔成至少兩道條縫。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述帶條縫出口的渦輪葉片圓孔氣膜冷卻結(jié)構(gòu)，其中，條縫出口的整體寬度為氣膜孔直徑的兩倍，條縫出口的高度為氣膜孔直徑的一到兩倍。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述帶條縫出口的渦輪葉片圓孔氣膜冷卻結(jié)構(gòu)，其中，條縫與流體流動方向的夾角為30?150°。
【文檔編號】F01D5/18GK103696811SQ201310703625
【公開日】2014年4月2日 申請日期:2013年12月19日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月19日
【發(fā)明者】成克用, 淮秀蘭 申請人:中國科學(xué)院工程熱物理研究所