[发明专利]一种气冷涡轮的分支气膜孔结构

说明书

本发明公开了一种气冷涡轮的分支气膜孔结构，适用于燃气涡轮发动机热端部件冷却的气膜冷却，包括设置在被冷却壁面上的若干个分支气膜孔单元，所述分支气膜孔单元由一个主孔通路和一个从主孔中部斜侧向伸出的分支孔通路构成。主孔通路和分支孔通路与主流流向呈相反的展向夹角，两支冷气射流在主流卷吸和相互干涉作用下会形成反肾形涡对，该涡系结构有利于扩大冷气的横向覆盖面积，并可有效的防止热气从冷气膜两侧卷入下方，提高冷气膜的附着能力，提高气膜冷却的效果。本发明具有比圆柱形孔更高的气膜冷却效率，在高吹风比条件下优势更加明显。本发明的主要结构均为圆柱形，加工工艺简单，具备较高的工程实用价值。

技术领域

本发明属于燃烧室、涡轮等高温部件的冷却领域，涉及一种气膜孔结构，尤其涉及一种气冷涡轮的分支气膜孔结构，主要应用于燃气轮机的燃烧室、涡轮等高温部件的冷却。

背景技术

现代燃气涡轮发动机工作温度不断提高，对其热端部件的材料耐热性提出了极高的要求，然而仅靠提高材料耐热性已经不能满足需求，，目前还普遍在燃烧室、涡轮、机匣等高温部件设置气膜冷却结构，气膜冷却从压气机端抽取高压冷气，通过内部流道输送至热端部件内(如燃烧室、涡轮叶片、机匣等)，并由热端部件表面的气膜孔喷出，冷气在高温主流作用下形成冷气膜贴附在热端部件的壁面附近，可以隔绝主流热气并带走部分辐射热量，从而降低热端部件壁面的温度，避免高温气流对热端部件壁面的破坏。

传统的气膜冷却多采用简单的圆柱形气膜孔，圆柱形气膜孔加工简单，成本低，但是圆柱形气膜孔形成的冷气射流在主流热气的作用下会形成肾形涡对。如图1所示，1为圆柱形气膜孔冷气射流的涡核，图中注明了涡的旋转方向，2为主流热气，肾形涡对会将主流热气从冷气膜的两侧卷入下方(箭头方向3)，从而导致冷气膜与被冷却壁面的分离，使得下游壁面失去冷气的保护，对冷却效果是非常不利的。

要解决上述问题，一种方法是改变气膜孔的形状，采用如扇形孔，箭形孔，扩张孔等非等截面的成型孔，从而减小冷气出口流速，可以有效削弱肾形涡对的强度甚至改变涡系的形态，提高冷气膜的附着能力，从而获得比圆柱形气膜孔更好的冷却效果。但是非等截面的成型孔几何结构复杂，加工工艺复杂，耗费工时与加工成本远高于圆柱形气膜孔。

另一种方法是以圆柱形气膜孔为基础，采用多个孔的组合布置，利用多股冷气流的相互干涉，削弱有害的肾形涡对结构，达到提升气膜冷却效果的目的，这种方法成本较低，具有较高的工程应用价值，但是其冷气膜向展向扩散的能力、冷气膜的整体覆盖率仍有待提升。例如中国专利申请CN201710454453.5公开了一种树杈型气膜孔结构，在主气膜孔上游和左右两侧各增加一个分气膜孔，采用的仍是简单圆柱孔，加工难度与传统的圆柱形气膜孔无异，气膜冷却效果得到提升。然而，该树杈型气膜孔结构的不足之处在于，冷气气膜横向扩散能力不足，导致冷气覆盖面积较小，冷气利用率有待进一步提升，此外，树杈型气膜孔结构在进行布置时受限于其树杈型特殊结构，只能按照非交错的方式进行布置。

发明内容

针对现有技术的上述缺点和不足，本发明提出了一种气冷涡轮的分支气膜孔结构，是一种一个冷气入口、两个冷气出口的圆柱孔组合布置方式的气膜孔结构，利用主孔与分支孔流出的冷气在主流卷吸和相互干涉作用下，形成由内向下再向外侧旋转的反肾型涡对，可以有效防止主流热气从冷气膜两侧侵入冷气膜下方，防止冷气膜的吹离，此外，主孔与分支孔与主流方向呈一定夹角，这使得冷气膜具有较强的向展向扩散的能力，可以增加冷气膜的覆盖面积，显著提升整体气膜覆盖率，同时，主孔与分支孔均采用圆柱形孔，加工难度和成本与传统的圆柱形气膜孔相当，经济性与工程实用性强。

本发明为解决其技术问题所采用的技术方案为：

一种气冷涡轮的分支气膜孔结构，包括设置在被冷却壁面上的若干个分支气膜孔单元，其特征在于，所述分支气膜孔单元包括一主孔通路和一分支孔通路，所述主孔通路和分支孔通路的布置整体呈y形，其中，