[发明专利]一种跨音速型气膜冷却孔

摘要

本发明公开了一种跨音速型气膜冷却孔。涡轮叶片吸力面气膜冷却孔和压力面气膜冷却孔的中心线与叶片表面之间夹角为30°-60°，跨音速型气膜冷却孔总体结构分为收缩段、喉部和扩张段。跨音速型气膜冷却孔收缩段中心线长度l₁为6～10倍喉部半径，从气膜冷却孔入口至喉部用维托辛斯基公式来计算壁面的型线；喉部是冷气从亚音速到超音速的过渡段，喉部截面积利用冷气流量来确定；从喉部到扩张段进行光滑过渡，采用一个基本相同的曲率半径，得到平滑的扩张段壁面，扩张段半顶角β为4°～6°，通过半顶角求得扩张段中心线长度l₂。跨音速型气膜冷却孔设计为收缩扩张形，当冷气流过气膜孔时，流速可由亚声速增加到超声速，保证气膜冷却效果。

主权项

一种跨音速型气膜冷却孔，包括涡轮叶片内冷通道、吸力面气膜冷却孔、压力面气膜冷却孔，其特征在于:所述气膜冷却孔为收缩扩张形结构，分为收缩段、喉部、扩张段，气膜冷却孔入口截面和出口截面为椭圆形，喉部截面为圆形，气膜冷却孔对称设置在涡轮叶片两侧面上,吸力面气膜冷却孔与压力面气膜冷却孔形状相同，且与涡轮叶片内冷通道相连通，吸力面气膜冷却孔和压力面气膜冷却孔的中心线分别与涡轮叶片表面之间夹角α为30°～60°，气膜冷却孔收缩段中心线长度为6～10倍喉部半径，气膜冷却孔入口至喉部壁面的型线按维托辛斯基公式进行:${\left(\frac{r_2}{r}\right)}^2=1-(1-\frac{1}{{(r_1/r_2)}^2})\frac{{[1-{(x/l_1)}^2]}^2}{{[1+\frac{1}{3}{(x/l_1)}^2]}^3}$式中，r为收缩段中任意垂直流动方向截面的半径，r₁为点o₁到线a₁‑b₁的垂直距离，x为收缩段中心线o₁‑o₂上任意点到点o₁的距离；气膜冷却孔喉部为冷气从亚音速到超音速的过渡段，喉部截面积计算采用公式:其中m为通过气膜孔的冷气流量，ρ为喉部气流的密度，T为喉部气流的温度；气膜冷却孔从喉部到扩张段光滑过渡为扩张段壁面，扩张段半顶角β为4°～6°，扩张段中心线为:式中r₃为点o₃到线b₂‑c₂的垂直距离，r₂为喉部垂直流动方向截面的半径。