[实用新型]一种提高涡轮叶片冷却效率的新型气膜孔结构

说明书

本实用新型涉及一种提高涡轮叶片冷却效率的新型气膜孔结构，该结构包括壁面、气膜孔、横向开槽。横向开槽设置于气膜孔的出口位置，该新型槽的特征在于上游设置成斜面，下游设置成双层阶梯状，靠近槽底的成为第一阶梯，靠近来流的设置为第二阶梯，第一阶梯和第二阶梯的最高点均于横流平面相切且第一、第二阶梯形状均为圆弧面。该冷却结构中的斜面与圆弧阶梯状结构，结构简单，加工便利且成本较低，可以有效起到强化气膜冷却的作用。

技术领域

本实用新型涉及涡轮动力装置中的冷却，针对于降低涡轮叶片温度而采用的一种开槽气膜冷却孔。

背景技术

燃气轮机效率的提高要求更高的燃气温度和压缩比。目前新型燃气轮机涡轮进口温度已达到2000K以上。燃气轮机耐热材料的研发周期长、投入大，因此冷却技术的发展对燃气轮机的发展起着至关重要的作用。相对于冲击冷却、层板冷却等冷却方式，气膜冷却是燃气轮机高温冷却的主要手段，气膜冷却对于冷却效果的意义更加明显。现有研究表明开槽气膜孔结构具有较好的气膜冷却性能。开槽气膜孔能够降低气膜孔出口处冷却气流的动量，提高气膜冷却效率，降低表面换热系数，进而降低表面热流比。开槽后，冷却效率对吹风比的敏感程度有所降低。有关实验研究表明在下游壁面上布置某种结构的凸起，通过一定高度的凸起来增加气膜横向覆盖面积和冷却气体贴附于壁面的作用，申请号为202022258560.0的中国发明专利公开了“一种新型气膜冷却开槽结构”，在横向开槽的下游槽壁上开设双阶梯状结构，增大了下游冷却气膜的覆盖面积，提高了壁面展向气膜冷却效率。这种结构虽然能够改善气膜冷却效率，不过没有考虑到上游的冷却气体对下游气膜孔的覆盖作用。

实用新型内容

由于针对上述的不足之处，本实用新型为提高叶片冷却效率提供一种新的开槽结构，该结构从下游和上游两处进行优化，促进气膜孔之间的横向冷却效率，以提高气膜的覆盖均匀性，增大覆盖面积，提高冷却效率，该结构适用于具有开槽结构的离散型孔的气膜冷却技术，该结构加工容易且加工成本低。

为达到上述目的，本实用新型提出一种提高涡轮叶片冷却效率的新型开槽结构，该结构包括气膜孔、横向开槽和壁面，横向开槽设置于气膜孔的出口位置，其特征在于该结构在横向开槽的上游区域设置一个斜平面的斜坡，在下游槽壁设置成阶梯状，靠近槽底的阶梯称为第一阶梯，其阶梯处形状为圆弧面。靠近来流的阶梯称为第二阶梯，其阶梯处外表面也是圆弧面，其最高点与壁面相切；所述阶梯展向宽度与横向开槽展向宽度相同，所述结构的展向宽度为1.5D～3D，上游开槽高度为2D～3D，第一阶梯高度为1D～1.5D，第一阶梯沿主流方向宽度为0.3D～0.5D，所述第二阶梯高度为1D～1.5D，对第一阶梯和第二阶梯的两个阶梯处进行倒圆角处理，其圆弧的半径为0.2D～0.6D。其中D为气膜孔的直径。

进一步地，所述气膜孔的上游区域。

进一步地，设置斜面与上游平面角度α为100°～120°。

进一步地，所述阶梯状结构位于其对应的开槽气膜孔的下游区域。

进一步地，所述阶梯状结构为在展向宽度上对称的结构，且其展向宽度与横向开槽的展向宽度相同。

进一步地，所述气膜孔为圆形气膜孔。

进一步地，设置于壁面上的气膜孔为圆柱直孔，其与主流流向之间的夹角β为30°～60°。

进一步地，第二阶梯的最高点与壁面相切且平顺过渡。