一種異型氣膜孔結(jié)構(gòu)及渦輪葉片的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型涉及一種異型氣膜孔結(jié)構(gòu)及渦輪葉片，包括中心直孔和斜向直孔；所述中心直孔和斜向直孔分別具有一個(gè)進(jìn)口和一個(gè)出口；各所述斜向直孔與所述中心直孔相交，使各所述斜向直孔和中心直孔的進(jìn)口共同形成擴(kuò)張型進(jìn)口結(jié)構(gòu)，各所述斜向直孔和中心直孔的出口共同形成擴(kuò)張型出口結(jié)構(gòu)。本實(shí)用新型冷卻效率較高，并且，加工工藝簡單和方便。
【專利說明】一種異型氣膜孔結(jié)構(gòu)及渦輪葉片【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及一種流體機(jī)械領(lǐng)域，特別是涉及一種異型氣膜孔結(jié)構(gòu)及設(shè)置有該異型氣膜孔結(jié)構(gòu)的渦輪葉片。
【背景技術(shù)】
[0002]目前先進(jìn)航空發(fā)動(dòng)機(jī)中渦輪葉片燃?xì)鉁囟冗h(yuǎn)超過葉片金屬材料的許用溫度，為了保證渦輪葉片長期安全可靠的工作，需要對(duì)渦輪葉片采用高效的冷卻技術(shù)以降低葉片溫度，同時(shí)盡可能減小葉片不同區(qū)域之間的溫差，減小葉片熱應(yīng)力。
[0003]氣膜冷卻作為一種高效的冷卻技術(shù)，廣泛應(yīng)用于燃?xì)廨啓C(jī)渦輪葉片以及燃燒室壁面冷卻。其基本原理是冷卻空氣通過氣膜孔流出，使得冷卻空氣覆蓋于葉片表面，從而達(dá)到隔熱的目的。目前氣膜冷卻技術(shù)主要采用離散孔形式，氣膜冷卻通常在孔與孔之間(縱向)的冷卻效率較低，在孔間距較大時(shí)，孔間的冷卻效率下降很快。對(duì)于離散孔形式的氣膜冷卻，提高冷卻效率的核心問題之一是增加縱向氣膜覆蓋并提高縱向平均的氣膜冷卻效率?，F(xiàn)有技術(shù)所采用的方法一般是通過較小的孔間距或擴(kuò)大孔出口的縱向尺寸達(dá)到，而增大孔出口的縱向尺寸就是構(gòu)建各種不同結(jié)構(gòu)的擴(kuò)張孔型。目前氣膜孔的結(jié)構(gòu)一般是圓形的氣膜孔或者帶有擴(kuò)張型的簸箕型氣膜孔或進(jìn)口和出口均為擴(kuò)張型的氣膜孔，圓形氣膜孔具有加工方便的優(yōu)點(diǎn)，但是氣膜冷卻效率不高；而簸箕型氣膜孔可以有較好的氣膜冷卻效率，但是進(jìn)口較小容易造成氣膜孔阻塞；進(jìn)口和出口均為擴(kuò)張型的氣膜孔盡管冷卻效率較高，但是，在加工該氣膜孔的時(shí)候，由于渦輪葉片結(jié)構(gòu)的原因，使得位于渦輪葉片內(nèi)壁的進(jìn)口的加工難度較大。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0004]本實(shí)用新型的目的是提出一種冷`卻效率較高且加工工藝簡單的異型氣膜孔結(jié)構(gòu)及渦輪葉片。
[0005]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型提供以下技術(shù)方案:
[0006]一種異型氣膜孔結(jié)構(gòu)，包括中心直孔和至少兩個(gè)斜向直孔；所述中心直孔和斜向直孔分別具有一個(gè)進(jìn)口和一個(gè)出口 ；各所述斜向直孔與所述中心直孔相交，使各所述斜向直孔和中心直孔的進(jìn)口共同形成擴(kuò)張型進(jìn)口結(jié)構(gòu)，各所述斜向直孔和中心直孔的出口共同形成擴(kuò)張型出口結(jié)構(gòu)。
[0007]進(jìn)一步地，各所述斜向直孔和中心直孔均包括方孔部及其兩側(cè)的半圓孔部。
[0008]進(jìn)一步地，每一個(gè)所述方孔部兩側(cè)的半圓孔部之間的距離范圍為0.01_3mm。
[0009]進(jìn)一步地,每一個(gè)所述半圓孔部的半徑范圍為0.l_2mm。
[0010]進(jìn)一步地，所述中心直孔的中心軸線與渦輪葉片的壁面之間的夾角范圍為1-90度。
[0011]進(jìn)一步地，所述斜向直孔與所述中心直孔的中心軸線之間的夾角范圍為1-80度。
[0012]一種包括上述各實(shí)施例中的異型氣膜孔結(jié)構(gòu)的渦輪葉片。[0013]基于上述技術(shù)方案，本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)是:
[0014]由于本實(shí)用新型設(shè)置了中心直孔和若干斜向直孔，各斜向直孔與中心直孔相交，使各斜向直孔和中心直孔的進(jìn)口共同形成擴(kuò)張型進(jìn)口結(jié)構(gòu)，各斜向直孔和中心直孔的出口共同形成擴(kuò)張型出口結(jié)構(gòu)，因此本實(shí)用新型所提供的氣膜孔結(jié)構(gòu)在加工的時(shí)候，只需要首先從渦輪葉片的外壁向內(nèi)壁方向開設(shè)一個(gè)中心直孔，然后采用相同的方式，以中心直孔為中心軸，在中心直孔的左側(cè)和右側(cè)分別開設(shè)斜向直孔，使各斜向直孔與中心直孔相交，同時(shí)使各斜向直孔和中心直孔的進(jìn)口共同形成擴(kuò)張型進(jìn)口結(jié)構(gòu)，且各斜向直孔和中心直孔的出口共同形成擴(kuò)張型出口結(jié)構(gòu)即可，因此與現(xiàn)有技術(shù)中進(jìn)口和出口也均為擴(kuò)張型結(jié)構(gòu)的氣膜孔加工工藝難度高相比，本實(shí)用新型所提供的氣膜孔結(jié)構(gòu)加工工藝將會(huì)更加簡單，從而在渦輪葉片上實(shí)際應(yīng)用時(shí)更加方便。另外，氣膜孔結(jié)構(gòu)的進(jìn)口和出口均為擴(kuò)張型，使得本實(shí)用新型冷卻效率較高。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0015]此處所說明的附圖用來提供對(duì)本實(shí)用新型的進(jìn)一步理解，構(gòu)成本申請的一部分，本實(shí)用新型的示意性實(shí)施例及其說明用于解釋本實(shí)用新型，并不構(gòu)成對(duì)本實(shí)用新型的不當(dāng)限定。在附圖中:
[0016]圖1為本實(shí)用新型所提供的異型氣膜孔結(jié)構(gòu)一實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0017]圖2為圖1中單個(gè)直孔的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0018]圖3為圖1中單個(gè)直孔的截面示意圖；
[0019]圖4為本實(shí)用新型所提供的異型氣膜孔結(jié)構(gòu)在平板上應(yīng)用的前視圖；
[0020]圖5為圖1的結(jié)構(gòu)剖視圖；
[0021]圖中標(biāo)識(shí):
[0022]1、第一斜向直孔；2、中心直孔；3、第二斜向直孔；4、方孔部；5、半圓孔部；6、擴(kuò)張型出口結(jié)構(gòu)；7、異型氣膜孔結(jié)構(gòu)的中心線；8、壁面；9、擴(kuò)張型進(jìn)口結(jié)構(gòu)；10、壁面；11、第二斜向直孔中半圓孔部的中心線；12、第一斜向直孔中半圓孔部的中心線；13、第一斜向直孔中半圓孔部的中心線；14、第二斜向直孔中半圓孔部的中心線；15、中心直孔中半圓孔部的中心線；16、中心直孔中半圓孔部的中心線。
【具體實(shí)施方式】
[0023]為使本實(shí)用新型實(shí)施的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合本實(shí)用新型實(shí)施例中的附圖，對(duì)本實(shí)用新型實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行更加詳細(xì)的描述。在附圖中，自始至終相同或類似的標(biāo)號(hào)表示相同或類似的元件或具有相同或類似功能的元件。所描述的實(shí)施例是本實(shí)用新型一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例。下面通過參考附圖描述的實(shí)施例是示例性的，旨在用于解釋本實(shí)用新型，而不能理解為對(duì)本實(shí)用新型的限制?；诒緦?shí)用新型中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本實(shí)用新型保護(hù)的范圍。下面結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型的實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)說明。
[0024]在本實(shí)用新型的描述中，需要理解的是，術(shù)語“中心”、“縱向”、“橫向”、“前”、“后”、“左”、“右”、“豎直”、“水平”、“頂”、“底”、“內(nèi)”、“外”等指示的方位或位置關(guān)系為基于附圖所示的方位或位置關(guān)系，僅是為了便于描述本實(shí)用新型和簡化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構(gòu)造和操作，因此不能理解為對(duì)本實(shí)用新型保護(hù)范圍的限制。
[0025]針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中圓形氣膜孔冷卻效率不高以及簸箕型氣膜孔易阻塞的缺點(diǎn)，本實(shí)用新型提供一種異型氣膜孔結(jié)構(gòu)，其包括中心直孔和至少兩個(gè)斜向直孔，所述中心直孔和每一個(gè)所述斜向直孔分別具有一個(gè)進(jìn)口和一個(gè)出口。各所述斜向直孔與所述中心直孔相交，使各所述斜向直孔和中心直孔的進(jìn)口共同形成擴(kuò)張型進(jìn)口結(jié)構(gòu)，各所述斜向直孔和中心直孔的出口共同形成擴(kuò)張型出口結(jié)構(gòu)。
[0026]本實(shí)用新型所提供的氣膜孔結(jié)構(gòu)在加工的時(shí)候，只需要首先從渦輪葉片的外壁向內(nèi)壁方向開設(shè)一個(gè)中心直孔，然后采用相同的方式，以中心直孔為中心軸，在中心直孔的左側(cè)和右側(cè)分別開設(shè)斜向直孔，使各斜向直孔與中心直孔相交，同時(shí)使各斜向直孔和中心直孔的進(jìn)口共同形成擴(kuò)張型進(jìn)口結(jié)構(gòu)，且各斜向直孔和中心直孔的出口共同形成擴(kuò)張型出口結(jié)構(gòu)即可，因此與現(xiàn)有技術(shù)中進(jìn)口和出口也均為擴(kuò)張型結(jié)構(gòu)的氣膜孔加工工藝難度高相t匕，本實(shí)用新型所提供的氣膜孔結(jié)構(gòu)加工工藝將會(huì)更加簡單，從而在渦輪葉片上實(shí)際應(yīng)用時(shí)更加方便。
[0027]當(dāng)然，通過若干直孔相交的方式形成異型氣膜孔，使異型氣膜孔結(jié)構(gòu)的進(jìn)口形成擴(kuò)張型結(jié)構(gòu)，此時(shí)進(jìn)口的面積得以增大，從而可以減少氣膜孔的阻塞，進(jìn)而降低氣膜失效的機(jī)率。另外，異型氣膜孔結(jié)構(gòu)的出口也形成擴(kuò)張型結(jié)構(gòu)，此時(shí)出口的面積也得到了增大，從而可以增加氣膜的覆蓋范圍，因此當(dāng)冷卻空氣通過氣膜孔流出時(shí)，可以使冷卻空氣較大面積地覆蓋于葉片表面，從而達(dá)到隔熱的目的，進(jìn)而提高了氣膜孔的氣膜冷卻效率。
[0028]圖1和圖5示出的是本實(shí)用新型所提供的異型氣膜孔結(jié)構(gòu)一實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖1和圖5所示，本實(shí)施例中包括第一斜向直孔1、中心直孔2和第二斜向直孔3，第一斜向直孔I和第二斜向直孔3均與中心直孔2相交，圖中，第一斜向直孔I和第二斜向直孔3對(duì)稱地分布在中心直孔2的兩側(cè)，形成擴(kuò)張型進(jìn)口結(jié)構(gòu)9和擴(kuò)張型出口結(jié)構(gòu)6。與現(xiàn)有技術(shù)中的圓形和簸箕型氣膜孔相比，本實(shí)用新型所提供的擴(kuò)張型進(jìn)口結(jié)構(gòu)9和擴(kuò)張型出口結(jié)構(gòu)6的面積都進(jìn)行了增大化處理，因此可以減少氣膜孔的阻塞，氣膜冷卻效率得到了增加。
[0029]上述實(shí)施例中，圖2和圖3示出的是單個(gè)直孔的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖2和圖3所示，第一斜向直孔1、中心直孔2和第二斜向直孔3均包括方孔部4及其兩側(cè)的半圓孔部5。方孔部4兩側(cè)的半圓孔部5之間的距離定義為d,即圖3中的兩側(cè)的半圓孔部5的圓心之間的距離，即每一個(gè)所述方孔部4兩側(cè)的半圓孔部5之間的距離定義為d。
[0030]可以調(diào)整單個(gè)直孔的通流面積，比如調(diào)整圖3中d的大小，可以調(diào)整方孔部4的通流面積，d的范圍為0.01?3mm ;也可以通過調(diào)整圖3中方孔部4兩側(cè)的半圓孔部5的半徑，即通過調(diào)整每一個(gè)所述半圓孔部5的半徑，來調(diào)整半圓孔部5的通流面積，所述半圓孔部5的半徑范圍為0.1?2mm。
[0031]需要說明的是，本實(shí)施例中d和半圓孔部5半徑的范圍主要是依據(jù)渦輪葉片的整體尺寸以及所需要開設(shè)的氣膜孔數(shù)量確定得到。
[0032]通過調(diào)整圖5中第一斜向直孔I的兩個(gè)半圓孔部5的中心線12和中心線13的距離，第二斜向直孔3的兩個(gè)半圓孔部5的中心線11和中心線14的距離，可以方便地調(diào)整氣膜孔結(jié)構(gòu)的擴(kuò)張部分同壁面的交界，從而調(diào)整進(jìn)口結(jié)構(gòu)9和出口結(jié)構(gòu)6的面積，有利于氣膜孔結(jié)構(gòu)適應(yīng)不同的進(jìn)、出口面積要求。
[0033]通過調(diào)整圖5中的中心直孔2的兩個(gè)半圓孔部5的中心線15和中心線16的距離來調(diào)整氣膜孔結(jié)構(gòu)的通流面積，而氣膜孔結(jié)構(gòu)的高度可以保持不變，便于冷卻氣體流量的控制。
[0034]如圖4所示，渦輪葉片具有壁面8和壁面10，本實(shí)用新型所提供的異型氣膜孔結(jié)構(gòu)的中心線7與所在壁面8和壁面10之間形成一定的角度，即中心直孔2的中心軸線與渦輪葉片的壁面8和壁面10之間的夾角，其可以在1-90度的范圍內(nèi)進(jìn)行選取，該夾角也與渦輪葉片的整體尺寸以及所需要開設(shè)的氣膜孔數(shù)量相關(guān)。
[0035]如圖5所不,第一斜向直孔1、中心直孔2和第二斜向直孔3之間也有一定的角度，第一斜向直孔I與中心直孔2的之間的角度范圍為I?80度，中心直孔2和第二斜向直孔3之間的角度范圍為I?80度，通過調(diào)整第一斜向直孔I與中心直孔2的之間的角度以及中心直孔2和第二斜向直孔3之間的角度，可以進(jìn)一步地調(diào)整氣膜孔結(jié)構(gòu)的進(jìn)出口的面積，從而調(diào)整氣膜孔出流的覆蓋范圍。
[0036]本實(shí)用新型所提供一種異型氣膜孔結(jié)構(gòu)的加工方法比較簡單，首先按照直孔的加工方法加工中心直孔，之后按照設(shè)計(jì)的幾何關(guān)系加工旁邊的斜向直孔即可達(dá)成。
[0037]本實(shí)用新型還提供一種包括上述各實(shí)施例中的異型氣膜孔結(jié)構(gòu)的渦輪葉片。所述渦輪葉片的其它部分與現(xiàn)有技術(shù)相同，在此不再展開描述。
[0038]最后應(yīng)當(dāng)說明的是:以上實(shí)施例僅用以說明本實(shí)用新型的技術(shù)方案而非對(duì)其限制；盡管參照較佳實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行了詳細(xì)的說明，所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解:依然可以對(duì)本實(shí)用新型的【具體實(shí)施方式】進(jìn)行修改或者對(duì)部分技術(shù)特征進(jìn)行等同替換；而不脫離本實(shí)用新型技術(shù)方案的精神，其均應(yīng)涵蓋在本實(shí)用新型請求保護(hù)的技術(shù)方案范圍當(dāng)中。
【權(quán)利要求】
1.一種異型氣膜孔結(jié)構(gòu)， 其特征在于: 包括中心直孔和至少兩個(gè)斜向直孔； 所述中心直孔和斜向直孔分別具有一個(gè)進(jìn)口和一個(gè)出口； 各所述斜向直孔與所述中心直孔相交，使各所述斜向直孔和中心直孔的進(jìn)口共同形成擴(kuò)張型進(jìn)口結(jié)構(gòu)，各所述斜向直孔和中心直孔的出口共同形成擴(kuò)張型出口結(jié)構(gòu)。
2.如權(quán)利要求1所述的異型氣膜孔結(jié)構(gòu)， 其特征在于: 各所述斜向直孔和中心直孔均包括方孔部及其兩側(cè)的半圓孔部。
3.如權(quán)利要求2所述的異型氣膜孔結(jié)構(gòu)， 其特征在于: 每一個(gè)所述方孔部兩側(cè)的半圓孔部之間的距離范圍為0.01-3mm。
4.如權(quán)利要求3所述的異型氣膜孔結(jié)構(gòu)， 其特征在于: 每一個(gè)所述半圓孔部的半徑范圍為0.l-2mm。
5.如權(quán)利要求2所述的異型氣膜孔結(jié)構(gòu)， 其特征在于: 所述中心直孔的中心軸線與渦輪葉片的壁面之間的夾角范圍為1-90度。
6.如權(quán)利要求5所述的異型氣膜孔結(jié)構(gòu)， 其特征在于: 所述斜向直孔與所述中心直孔的中心軸線之間的夾角范圍為1-80度。
7.一種包括如權(quán)利要求1-6中任一項(xiàng)所述的異型氣膜孔結(jié)構(gòu)的渦輪葉片。
【文檔編號(hào)】F01D5/18GK203584471SQ201320817159
【公開日】2014年5月7日 申請日期:2013年12月12日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月12日
【發(fā)明者】王輝 申請人:中航商用航空發(fā)動(dòng)機(jī)有限責(zé)任公司