[發明專利]一種具有復合異型槽氣膜冷卻結構的渦輪葉片及其制備方法

有效

• 申請號: 201810911051.8
• 申請日: 2018-08-10
• 公開（公告）號: CN108843404B
• 公開（公告）日: 2023-02-24
• 發明（設計）人: 張文武;郭春海;張天潤;王玉峰
• 申請（專利權）人: 中國科學院寧波材料技術與工程研究所;寧波大艾激光科技有限公司
• 主分類號: F01D5/18
• 分類號: F01D5/18
• 代理公司: 寧波元為知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 33291
• 代理人: 單英

1.一種能夠在外壁形成連續、均勻、強力貼附的冷卻氣膜的渦輪葉片，其特征是：所述渦輪葉片呈中空結構；所述渦輪葉片的外壁具有若干內凹的第一槽體，所述渦輪葉片的內壁具有若干內凹的第二槽體；所述第一槽體包括槽體底部，以及沿著槽體長度方向的兩側壁；所述第二槽體包括槽體底部，以及沿著槽體長度方向的兩側壁；每個第一槽體底部設置若干貫穿至第二槽體底部的離散孔A，所述離散孔A大體沿著該第一槽體的長度方向排列；

所述第一槽體的深度為H，所述第一槽體沿深度方向至少由兩部分組成，自第一槽體底部深度為H₁的部分為第一部分，剩余的部分為第二部分，即，第二部分深度為H₂=H-H₁；

所述離散孔A的最大直徑為d，所述第一槽體的最小寬度為D，D＞d；

并且，H≥4d，H₁≥2H₂，來自各離散孔A的擴散氣體進入第一槽體后不僅會沿第一槽體長度方向擴展、混合，而且能夠沿著第一槽體深度方向擴散、混合、相互疊加，即，能夠在第一槽體的第一部分充分發展，從而形成連續、均勻的正壓氣體，然后經由第一槽體的第二部分傳輸至開口端，使氣體偏向渦輪葉片外壁一側流出，在渦輪葉片外壁形成連續的均勻貼附的冷卻氣膜；

第一部分呈傾斜的柱體結構；所述第一槽體的沿著槽體寬度方向的垂直截面中，第一部分的兩側壁為存間隔的兩條直線段，第二部分的一個側壁也為直線段，是由第一部分的同側壁沿所述同側壁直線延伸方向相同的方向延伸形成，另一個側壁呈弧線段，是由第一部分的同側壁橫向擴張形成；

所述渦輪葉片處于高溫熱氣環境中時，在冷卻氣體的吹風比 M=1.5 情況下，距離渦輪葉片外壁十毫米以上的距離處等效冷卻效率為 0.5 以上。

2.如權利要求1所述的渦輪葉片的制備方法，其特征是：首先，將所述渦輪葉片分為至少兩部分；然后，在每部分的外壁制備所述第一槽體，在每部分的內壁制備所述第二槽體與離散孔A；最后，將各部分組合，形成所述的渦輪葉片。

3.一種能夠在外壁形成連續、均勻、強力貼附的冷卻氣膜的渦輪葉片，其特征是：所述渦輪葉片呈中空結構；在所述渦輪葉片的內壁與外壁之間設置空心腔體；所述渦輪葉片的內壁設置若干貫穿至所述空心腔體的離散孔B；

所述渦輪葉片的外壁具有若干內凹的第一槽體，所述第一槽體包括槽體底部，以及沿著槽體長度方向的兩側壁；每個第一槽體底部設置若干貫穿至所述空心腔體的離散孔A，所述離散孔A大體沿著該槽體的長度方向排列；

所述第一槽體的深度為H，所述槽體沿深度方向至少由兩部分組成，自槽體底部深度為H₁的部分為第一部分，剩余的部分為第二部分，即，第二部分深度為H₂=H-H₁；

所述離散孔A的最大直徑為d，所述第一槽體的最小寬度為D，D＞d；

并且，H≥4d，H₁≥2H₂，來自各離散孔A的擴散氣體進入第一槽體后不僅會沿第一槽體長度方向擴展、混合，而且能夠沿著第一槽體深度方向擴散、混合、相互疊加，即，能夠在第一槽體的第一部分充分發展，從而形成連續、均勻的正壓氣體，然后經由第一槽體的第二部分傳輸至開口端，使氣體偏向渦輪葉片外壁一側流出，在渦輪葉片外壁形成連續的均勻貼附的冷卻氣膜；

第一部分呈傾斜的柱體結構；所述第一槽體的沿著槽體寬度方向的垂直截面中，第一部分的兩側壁為存間隔的兩條直線段，第二部分的一個側壁也為直線段，是由第一部分的同側壁沿所述同側壁直線延伸方向相同的方向延伸形成，另一個側壁呈弧線段，是由第一部分的同側壁橫向擴張形成；

所述渦輪葉片處于高溫熱氣環境中時，在冷卻氣體的吹風比 M=1.5 情況下，距離渦輪葉片外壁十毫米以上的距離處等效冷卻效率為 0.5 以上。

4.如權利要求3所述的渦輪葉片的制備方法，其特征是：首先，將所述渦輪葉片分為至少兩部分；然后，在每部分的外壁制備所述第一槽體與離散孔A，在每部分的內壁制備所述離散孔B；最后，將各部分組合，形成所述的渦輪葉片。

5.如權利要求1或3所述的渦輪葉片，其特征是：所述第一槽體沿深度方向的開口端部的軸線與渦輪葉片外壁的法線夾角為α，10°≤α≤90°。