[实用新型]气膜冷却结构

说明书

技术领域

本实用新型涉及燃气轮机的冷却技术，尤其涉及一种气膜冷却结构。

背景技术

用于燃气涡轮的涡轮叶片由于在运行中外表面暴露在高温气体中，所以为了防止涡轮叶片过热以为保证涡轮安全可靠的工作，除了不断发展新材料和新工艺以外，还需对涡轮叶片采用先进的高效冷却技术。

随着工业技术的飞跃发展，涡轮前进口温度逐步提高，这必然导致涡轮叶片所受到的热负荷急剧增加，而使其承受非常严重的热应力。以航空发动机为例，飞机发动机推力的提高很大程度上依赖于涡轮前总温的提高，根据计算，这一温度每提高55K，在发动机尺寸不变的条件下，发动机推力约可提高10%。涡轮入口温度以平均每年提高20K的速度增加，而金属耐温程度仅以每年约8K的速度增加，因此，即使发动机涡轮部件采用像单晶这样的耐高温材料，也不能完全取消冷却，先进的冷却可使高温部件承受更高的工作温度，使发动机寿命更长、可靠性更高。目前先进发动机的涡轮前进口温度己达到了2000K左右，比高压涡轮叶片金属材料的熔点高400K，可见冷却设计的重要性和迫切性。

现有的冷却技术主要包括叶片外部气膜隔热及叶片内部强化冷却两个方面。叶片外部气膜隔热冷却技术是通过在高温部件表面开设小孔，将冷却介质以横向射流的形式注入到主流中，在主流的作用下，射流弯曲并覆盖于高温部件表面，形成温度较低的冷气膜，从而将高温部件表面与热流体隔开，降低高温部件表面温度，对高温部件起到隔热和冷却的作用。

现有燃气轮机中的气膜冷却大都采用圆形孔、簸箕形孔、扇形孔等冷却方式。一般而言，气膜孔的出口面积越大，冷却效果越佳，然而气膜孔的结构强度也越差。在长时间的使用后，大出口的气膜孔可能会出现由于强度不足而气膜孔坍塌的问题，使得叶片变形，最后使得叶片失效，甚至导致发动机事故。

因此，本领域亟需一种具有良好的冷却效果又有足够强度的气膜冷却结构。

实用新型内容

根据本实用新型的一方面，提供了一种气膜冷却结构，包括：气膜孔，该气膜孔具有缝状出口，该缝状出口内设有至少一个支撑结构，该支撑结构的上端面和下端面分别抵触该缝状出口处的两个侧壁。

在一实例中，该气膜孔具有非缝状入口，该气膜孔从该非缝状入口渐变过渡至该缝状出口。

在一实例中，两个侧壁在该缝状出口处相互平行，至少一个支撑结构为支撑柱，该支撑柱的上端面和下端面相互平行。

在一实例中，该支撑柱包括以下至少一者：圆形支撑柱、菱形支撑柱、倒圆的棱形支撑柱、以及雨滴形支撑柱。

在一实例中，该缝状出口的端面与该缝状出口处的两个侧壁垂直。

在一实例中，该缝状出口内设有多个支撑结构，该多个支撑结构沿该缝状出口的长度方向均匀排列。

在一实例中，该缝状出口内设有一个支撑结构，该支撑结构被设置在沿该缝状出口的长度方向的正中间位置处。

在一实例中，该气膜孔的内壁上设有凸肋或凹槽。

根据本实用新型的气膜冷却结构，能够使喷入到高温部件表面的冷却气流在横向上形成更加均匀一致的冷却气膜覆盖，从而提高冷却效果。同时，本实用新型的气膜冷却结构还具有非常高的结构强度，不会因为大出口的气膜孔而出现因为强度不足导致的坍塌问题，有效地防止了高温部件的变形。

附图说明

以下结合附图和具体实施例对本实用新型作详细描述。注意，以下结合附图和具体实施例描述的诸方面仅是示例性的，而不应被理解为对本实用新型的保护范围进行任何限制。

图1是示出了气膜孔的冷却原理的示意图；

图2是示出了根据本实用新型的第一实施例的气膜冷却结构的仰视图；

图3是示出了根据本实用新型的第一实施例的气膜冷却结构的俯视图；

图4是示出了根据本实用新型的第一实施例的气膜冷却结构沿中截线的剖面图；

图5是示出了根据本实用新型的第二实施例的气膜冷却结构沿中截线的剖面图；

图6是示出了根据本实用新型的第三实施例的气膜冷却结构沿中截线的剖面图；以及

图7(a)-(d)示出了用于本实用新型的气膜冷却结构的支撑柱的截面形状。

具体实施方式