[发明专利]一种气膜孔结构及涡轮叶片

说明书

本申请公开了一种气膜孔结构及涡轮叶片。包括：气膜孔本体；本申请将进气段作为气膜孔本体的气流进气孔部分，其靠近空间坐标系Z轴壁面竖直设置，其远离空间坐标系Z轴壁面倾斜设置，随着进气段截面面积增大，气流流动速度减慢；利用过渡段作为气流过渡孔部分，其壁面截面呈弧形形状，且开口方向相对设置，其靠近空间坐标系Z轴壁面与进气段、出气段的连接处均相切连接，减缓气流流出速度，加强冷却效果；利用出气段作为气流出气孔部分，其壁面相对空间坐标系Z轴倾斜设置，其靠近过渡段壁面平行设置，其远离过渡段的壁面结构呈簸箕形形状，由于气流出口处呈偏角形式和外界高温空气共同作用，使气膜孔本体内部形成漩涡，对气膜孔内部再次冷却。

技术领域

本发明公开一般涉及航空发动机涡轮叶片冷却设备技术领域，具体涉及一种气膜孔结构及涡轮叶片。

背景技术

随着人们对燃气轮机整机效率和推重比等性能指标的追求不断提高，涡轮部件的热负荷也不断增加，这就对叶片材料提出了严峻的挑战。而目前涡轮叶片的材料的使用已经到了一个瓶颈的状态，材料的耐热性已经达到了一个上限的状态，不能满足涡轮前温度快速提升下的涡轮叶片的性能需求，此时，若仍需要提高发动机的整机效率，就需要燃烧室产生更高的热量，使得涡轮叶片需承受更高的温度。所以，为了保证涡轮叶片的安全性和可靠性，必须发展高效的涡轮冷却技术。

目前，现有的涡轮冷却方法中，气膜冷却是冷却效率相对较高的一种方法。而对于气膜孔的结构形态主要有：圆柱形孔、圆锥形孔、缝形孔等，但孔内的具体结构大体上为截面积一样的圆形，对于叶片内部的换热的冷却，起不到太大的效果。因此，我们提出一种气膜孔结构，用以解决上述的涡轮叶片气膜孔冷却时，冷却气流无法充分与叶片内部接触，造成对叶片内部冷却换热能力不足的问题。

发明内容

鉴于现有技术中的上述缺陷或不足，期望提供一种保障冷却气流对涡轮叶片外壁的冷却与隔热，增强叶片内部冷却换热效果，结构简单且易于实现的气膜孔结构及涡轮叶片。

第一方面，本申请提供一种气膜孔结构，包括：气膜孔本体；依据所述气膜孔本体建立空间坐标系，空间坐标系的X轴与所述气膜孔本体的冷气进口平面平行设置，其Z轴与所述气膜孔本体的冷气出口平面垂直设置；

所述气膜孔本体包括：沿空间坐标系Z轴延伸方向从下至上依次设置的进气段、过渡段以及出气段；所述进气段相对靠近空间坐标系Z轴的壁面竖直设置，其远离空间坐标系Z轴的壁面倾斜设置；

所述过渡段的壁面截面呈弧形形状，且弧形壁面的开口方向相对设置；所述过渡段相对靠近空间坐标系Z轴的壁面与所述进气段、所述出气段的连接处均为相切设置；

所述出气段的壁面相对空间坐标系Z轴倾斜设置，所述出气段相对靠近所述过渡段一侧的壁面平行设置，且其相对远离所述过渡段一侧的壁面的截面呈簸箕形形状；所述出气段的气流出口处呈偏角形式。

根据本申请实施例提供的技术方案，所述出气段的平行壁面的中心线延长线与所述冷气出口形成的角度为30°。

根据本申请实施例提供的技术方案，所述出气段的平行壁面的中心线延长线与所述出气段相对远离空间坐标系Z轴且远离所述过渡段的壁面形成的角度为10°。

根据本申请实施例提供的技术方案，所述出气段的平行壁面处的直径长度等于所述进气段冷气进口处直径长度。

根据本申请实施例提供的技术方案，所述进气段的倾斜壁面与空间坐标系X轴延伸方向形成的角度为60°。

根据本申请实施例提供的技术方案，所述过渡段的最大直径长度等于所述进气段冷气进口处直径长度的4倍。

第二方面，本申请提供一种涡轮叶片，包括：叶片本体和交错排布在所述叶片本体上的上述的一种气膜孔结构。

根据本申请实施例提供的技术方案，所述叶片本体上设置有弧形槽，且其位于相邻的两个所述气膜孔结构之间。