[发明专利]一种能形成前缘自锁涡的轴流式气冷涡轮叶型

说明书

技术领域

本发明涉及气冷涡轮叶片的叶型。

背景技术

气冷涡轮的工作原理如图1所示。高温高压气体从燃烧室出来向右侧流出。通流部分由很多级叶片组成，除进口导叶和出口导叶外，每级均包含动叶片和静叶片。运行时气体对叶片作功，热能转化为动能，带动涡轮转动。由于涡轮前几列叶片工作在高温高压环境下，对其材料要求很高，然而目前涡轮进口导叶前缘温度已经超出现有叶片材料的温度极限，所以要对叶片进行冷却来降低叶片的表面温度，从而延长叶片使用寿命。涡轮气膜冷却是目前高压涡轮叶片冷却方式的主流。利用从压气机抽取的冷气，通过在高压叶片表面打孔、开槽等形式在涡轮叶片表面排出，使其表面形成一层气膜，降低了叶片表面温度。从而为涡轮进口温度的进一步提高创造了有利条件。但是，现有气冷涡轮叶片的叶型直接影响冷气在叶片表面的流动，气流的掺混很大；而大冷气喷射量必然带来能量损失的增大；大量喷射冷气必然增加冷气喷射的部位，加大了叶片制造的难度。

发明内容

本发明为了解决冷气在现有气冷涡轮叶片的背弧流动时，气流掺混损失大；冷气喷射量大；冷气喷射位置多，叶片制造难度大的问题，提供了一种能形成前缘自锁涡的轴流式气冷涡轮叶型，解决上述问题的具体技术方案如下：

本发明的轴流式气冷涡轮叶片的叶型，其叶型的前缘处为凹陷形，在叶型的前缘处凹陷形的前端部设有一冷气喷射孔。

本发明的优点：

控制冷气喷射旋涡：当冷气经喷射孔喷射时，在冷气喷射位置附近会产生一个冷气旋涡，此旋涡控制在其叶型的前缘凹陷部分，使其轮廓上接近普通叶片流动；减少冷气喷射量：具有前缘自锁涡的高效气冷却叶片通过控制冷气旋涡在前缘的位置，使其在凹陷部位形成了一个冷气屏障，降低了凹陷部位叶片的壁面温度，使该部位不必再进行冷气喷射，减小了冷气的喷射量；在总冷气喷射量不变的情况下，本发明的叶型能够使掺混损失减小；增加了冷气喷射的通流能力，常规叶型冷气喷射后对主流流场的影响很大，本发明的叶型旋涡控制在叶型的凹陷部位，对主流流场的影响很小，提高了效率。

附图说明

图1是传统叶型的结构示意图，图2是本发明叶型的结构示意图，图3是图2的a部放大剖视图，图4是本发明叶型1积叠生成的叶片结构示意图，图5是传统叶片流场二维极限流线图，图6是新型叶片流场二维极限流线图。

具体实施方式

具体实施方式一：结合图2、图3描述本实施方式。本实施方式的叶型1，其叶型1的前缘处为凹陷形2，在叶型1的前缘处凹陷形2的前端部设有一冷气喷射孔3。

凹陷形2的剖面形状使得冷气旋涡得以拉伸并锁定，冷气旋涡完全锁定在叶型1表面凹陷部分内，使得主流沿叶型1的流动状况相对于传统气冷叶片的流动状况有较大的改善，提高了冷却效率。

具体实施方式二：本实施方式的凹陷形2位于叶型1前缘的背弧4上。

具体实施方式三：本实施方式的冷气喷射孔3也可为多个。

具体实施方式四：本实施方式的每个叶型1的前缘处至少有一个凹陷形2。

本发明的高效冷却涡轮叶片的设计程序如下：

首先设计一个常规气冷涡轮叶片；对该叶片进行气动计算，确定在叶型1前缘冷气喷射条件下，产生的冷气旋涡的大小和位置；经计算得到该叶型1凹陷位置、凹陷范围大小的优化方案；再根据试验结果进行调整。