[發明專利]一種新型氣膜冷卻開槽結構

有效

• 申請號: 201610228725.5
• 申請日: 2016-04-12
• 公開（公告）號: CN105822355B
• 公開（公告）日: 2017-08-29
• 發明（設計）人: 王進;翟鄭佳;崔沛;李倩倩;閔春華;朱恒宣
• 申請（專利權）人: 河北工業大學
• 主分類號: F01D5/18
• 分類號: F01D5/18
• 代理公司: 天津翰林知識產權代理事務所(普通合伙)12210
• 代理人: 李濟群,付長杰

技術領域

本發明涉及燃氣透平傳熱與冷卻技術領域，具體涉及一種新型氣膜冷卻開槽結構。

背景技術

目前，燃氣透平在航空、航海、交通運輸以及火力發電中有廣泛的應用，它的發展代表著一個國家的科學技術水平、軍事發展以及國家綜合實力。為進一步提高燃氣透平的經濟性，其中最有效的方法是提高燃氣透平的入口初始溫度，但是由于受到耐高溫材料的限制，燃氣透平的入口初始溫度提高后應采用一些有效的措施來降低高溫部件的工作環境溫度，以此來保證燃氣透平安全可靠的運行。在燃氣透平的冷卻系統中，氣膜冷卻技術應用的最為廣泛。

現有技術研究表明開槽氣膜孔結構能有效提高氣膜冷卻效率，開槽能夠降低氣膜孔出口處冷卻氣流的動量，減小冷卻氣對主流的穿透力，提高壁面氣膜冷卻效率。如專利號為ZL200710017790.4的中國專利公開了一種開槽氣膜冷卻孔，該氣膜冷卻孔包括第一橫槽和第二橫槽，第一橫槽上設有尖角舌片，保證了冷卻氣在第一橫槽內的橫向擴散，但對于橫槽下游的橫向冷卻保護作用有限，在吹風比大于1.0時的工況時冷卻效果明顯下降。

發明內容

針對現有結構的不足之處，本發明擬解決的技術問題是，提供一種新型氣膜冷卻開槽結構。該結構用以增大冷卻氣在氣膜孔下游壁面的覆蓋面積，提高壁面展向(x正半軸方向)氣膜冷卻效率，并改善壁面橫向(y軸方向)冷卻效率，適用于所有類型的帶有開槽結構的離散孔分布形式的氣膜冷卻技術。

本發明解決所述技術問題所采用的技術方案是：提供一種新型氣膜冷卻開槽結構，包括氣膜孔、橫向開槽和壁面，氣膜孔設在壁面的上游區域，橫向開槽開設在氣膜孔的出口處，其特征在于該結構在橫向開槽的下游槽壁上的中間位置開設有順流階梯，在順流階梯的兩側對稱布置導流面，所述順流階梯迎著來流方向的平面垂直于壁面，順流階梯的最低點和最高點分別與橫向開槽的底面和下游壁面平齊，順流階梯以過氣膜孔出氣孔中心且平行于壁面的中心線為軸對稱布置；所述導流面為與壁面呈15°-75°夾角的斜坡，所述順流階梯的一個階梯在沿壁面展向方向的最大投影縱向長度與氣膜孔孔徑的比值為0.25-1.0，順流階梯在沿壁面橫向方向的最大投影長度與氣膜孔孔徑的比值為1.0-4.0；導流面與橫向開槽的底面相交線的橫向寬度與氣膜孔孔徑的比值為1.0-4.0。

與現有技術(在氣膜孔處僅設計有開槽結構)相比，本發明在橫向開槽氣膜孔結構的基礎上于開槽結構下游槽壁上開設了順流階梯和導流面(斜坡)，順流階梯能夠降低開槽對冷卻氣在壁面展向方向流動的阻力，減小冷卻氣對主流的穿透力，使冷卻氣更貼近壁面流動，減小了反向渦對的強度，提高了壁面展向的冷卻效率。順流階梯兩側的導流面，減小主流與冷卻氣的摻混，對槽內的冷卻氣起到導流的作用，從而提高壁面橫向氣膜冷卻效率。本發明在開槽處設置順流階梯和斜坡不會出現因為吹風比大于1.0時而導致壁面氣膜冷卻效率明顯下降的現象。此外，本發明中所提出的結構也具有易加工、經濟實用等諸多優點，尤其在燃氣透平葉片及其端壁的冷卻保護方面，可以滿足實際工程中的應用需要，從而提高部件壽命和節約成本。

附圖說明

圖1本發明新型氣膜冷卻開槽結構的整體結構示意圖；

圖2本發明新型氣膜冷卻開槽結構的一種實施例俯視結構示意圖；

圖3本發明新型氣膜冷卻開槽結構的一種實施例主視結構示意圖；

圖4本發明新型氣膜冷卻開槽結構的一種實施例左視結構示意圖；

圖5本發明的開槽2提高氣膜冷卻效率的原理示意圖；

圖6吹風比為0.5的條件下的冷卻效率分布對比圖，其中，圖6a為現有結構的氣膜孔下游壁面冷卻效率分布，圖6b為本發明的氣膜孔下游壁面冷卻效率分布；

圖7吹風比為0.5時，現有結構與本發明的氣膜孔下游壁面中心線上冷卻效率的比較；

圖8吹風比為0.5時，圖8a為現有結構與本發明在壁面橫向x/d＝5處氣膜冷卻效率的比較，圖8b為現有結構與本發明在壁面橫向x/d＝10處氣膜冷卻效率的比較；

圖9本發明新型氣膜冷卻開槽結構中導流面22的俯視圖為直角梯形的整體結構示意圖；

圖10本發明新型氣膜冷卻開槽結構中順流階梯21的階梯數為1且具有傾斜表面的臺階的整體結構示意圖；

圖中，1-氣膜孔，2-橫向開槽(或開槽)，3-壁面，11-氣膜孔出氣孔，21-順流階梯，22-導流面。

具體實施方式：

以下結合具體實施例和附圖對本發明的結構作進一步的說明，但并不以此限制對本發明權利要求的保護范圍。