[发明专利]一种带热障涂层的涡轮叶片横向槽气膜冷却结构

说明书

本发明公开了一种带热障涂层的涡轮叶片横向槽气膜冷却结构，涉及燃气轮机技术领域，包括涡轮叶片本体，所述涡轮叶片本体的内部设置有冷气腔一和冷气腔二两个部分。通过涂敷热障涂层实现将排气膜孔埋入横向槽的制备，在冷却气体由冷气腔流出排气膜孔后，横向槽结构使得冷却气体与主流充分掺混，形成具有良好展向均匀性及贴壁性的气流，一方面有利于冷却气体流动带走叶片表面的热量，另一方面在叶片表面形成一层气膜，阻隔高温主流向叶片的热量传导，从而极大地提高了气膜冷却效率，本发明的高效叶片冷却结构能够有效降低叶片在服役过程中的温度，为涡轮进口前燃气温度的提升做出巨大贡献，为高效的燃气轮机及航空发动机的发展提供了坚实的基础。

技术领域

本发明涉及燃气轮机技术领域，尤其涉及一种带热障涂层的涡轮叶片横向槽气膜冷却结构。

背景技术

提高涡轮进口温度是改善燃气涡轮发动机热力循环效率和经济性的基本技术途径，但同时也导致热端部件面临着日益尖锐的热防护需求和技术挑战，为保障热端部件能够在更严酷的热环境中安全稳定地工作，关键的应对策略是不断发展耐高温材料体系和高效热防护技术。

如中国专利CN108979734B所公开的一种带有旋流的涡轮叶片多通道冷却结构和装置，其第二冷却通道和第三冷却通道通过切向槽/横向槽形成旋流通道，增大了涡轮叶片冷却传热系数，改善了冷却通道的传热不均匀性，极大地提高了涡轮叶片的冷却效果，然而在其使用时还存在以下问题：

由于目前的叶片冷却结构的综合冷却效率较低，高温热量容易向涡轮叶片传导，导致整体的隔热效果较差。

发明内容

本发明的目的在于提供一种带热障涂层的涡轮叶片横向槽气膜冷却结构，解决了上述背景技术中提出的技术问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种带热障涂层的涡轮叶片横向槽气膜冷却结构，包括涡轮叶片本体，所述涡轮叶片本体的内部设置有冷气腔一和冷气腔二两个部分，所述涡轮叶片本体的外表面设置有热障涂层，所述涡轮叶片本体上开设有横向槽，所述涡轮叶片本体的一侧设置有叶片前缘，所述涡轮叶片本体的另一侧设置有吸力面和压力面，所述吸力面和压力面上开设有若干排气膜孔。

所述冷气腔一和冷气腔二通过设置的排气膜孔与涡轮叶片本体的外部环境连通，所述冷气腔一和冷气腔二与涡轮叶片本体的外表面形状相适配，所述冷气腔一和冷气腔二与涡轮叶片本体外表面之间的距离为1mm。

优选的，所述排气膜孔与涡轮叶片本体外表面之间的夹角θ为35°。

优选的，所述排气膜孔的内径D为0.6mm，所述排气膜孔的长径比为3D，所述排气膜孔之间的间距为2D。

优选的，所述横向槽的宽径比WC/D为2.5D，所述横向槽的深径比HC/D为0.25-0.75D。

优选的，所述热障涂层制备的横向槽的宽度中心与排气膜孔的顶部出口中心相互对齐，所述排气膜孔的顶部出口中心线与涡轮叶片本体表面垂直设置。

优选的，所述横向槽沿涡轮叶片本体厚度方向的几何形状相同。

优选的，所述热障涂层具有双层结构，所述双层结构包括中间层和陶瓷顶层。

优选的，所述中间层的下方设置有金属粘结表面，所述中间层附着于金属粘结表面上。

与相关技术相比较，本发明提供的一种带热障涂层的涡轮叶片横向槽气膜冷却结构具有如下有益效果：