[發(fā)明專利]一種用于渦輪葉片的交叉型Y氣膜孔冷卻結(jié)構(gòu)

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201910007232.2
• 申請(qǐng)日: 2019-01-04
• 公開（公告）號(hào): CN109736897A
• 公開（公告）日: 2019-05-10
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 朱惠人;姚春意;張博倫;魏建生;付仲議
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 西北工業(yè)大學(xué)
• 主分類號(hào): F01D5/18
• 分類號(hào): F01D5/18
• 代理公司: 西北工業(yè)大學(xué)專利中心 61204
• 代理人: 陳星

本發(fā)明公開了一種用于渦輪葉片的交叉型Y氣膜孔冷卻結(jié)構(gòu)，是在氣膜孔板上沿流向布置兩排Y氣膜孔，且氣膜孔采用交叉型排布；Y氣膜孔通過將兩個(gè)圓柱形氣膜孔交叉相貫后延長(zhǎng)其交接面而成，兩個(gè)圓柱形氣膜孔的出口均沿展向有一定的傾斜角度。交叉型Y氣膜孔冷卻結(jié)構(gòu)使得射流更加容易的分向兩邊，增加射流的展向覆蓋，并減小射流的氣動(dòng)損失；通過前后兩排Y氣膜孔的相互作用，在氣膜孔下游形成內(nèi)卷對(duì)渦，使得離開Y氣膜孔的冷氣緊緊貼覆在近壁面處，對(duì)氣膜孔下游壁面形成有效保護(hù)。Y氣膜孔有一個(gè)氣膜孔入口，在通道中段分為兩股冷氣，使得Y氣膜孔兩個(gè)出口的出氣量更加均勻，Y氣膜孔具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于加工，且氣膜覆蓋效果好的特點(diǎn)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及燃?xì)廨啓C(jī)渦輪葉片的冷卻技術(shù)領(lǐng)域，具體地說，涉及一種用于渦輪葉片的交叉型Y氣膜孔冷卻結(jié)構(gòu)。

技術(shù)背景

燃?xì)廨啓C(jī)自問世以來，經(jīng)過幾十年的發(fā)展廣泛應(yīng)用于工業(yè)中。在工業(yè)應(yīng)用中，設(shè)計(jì)者們根據(jù)工程熱力循環(huán)原理逐漸提高了渦輪前溫度，這使得燃?xì)廨啓C(jī)的性能得到了有效提升。但是受限于渦輪葉片材料的耐熱程度，渦輪前的溫度達(dá)到了一個(gè)瓶頸，因此，必須對(duì)渦輪葉片進(jìn)行有效的冷卻才能保證燃?xì)廨啓C(jī)安全高效地工作。氣膜冷卻作為一種外部冷卻方式被廣泛應(yīng)用于渦輪葉片的冷卻設(shè)計(jì)中。氣膜冷卻的基本原理:在高溫部件上開縫槽或者小孔，沿一定方向向主流噴入冷氣，在主流的壓力和摩擦力作用下，射流彎曲覆蓋于高溫部件表面，形成溫度較低的冷氣膜，將壁面同高溫燃?xì)飧綦x，并帶走部分高溫燃?xì)饣蛎髁粱鹧鎸?duì)壁面的輻射熱量，從而對(duì)壁面起到良好的保護(hù)作用。

最初應(yīng)用在渦輪葉片上的氣膜冷卻孔是圓柱孔，Eckert等人較早地對(duì)圓柱氣膜孔的冷卻效果進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究，發(fā)現(xiàn)帶有復(fù)合角的圓柱孔具有良好的氣膜冷卻效果。隨著研究工作的深入，國(guó)內(nèi)外學(xué)者發(fā)現(xiàn)圓柱孔由于其結(jié)構(gòu)局限性，冷氣流的展向覆蓋效果不好；而且由于從圓柱孔射出的冷流法向動(dòng)量較大，導(dǎo)致射流在近壁面處冷卻效果較差。基于此，國(guó)內(nèi)外關(guān)于孔型的研究集中在異型孔上。Goldstein等學(xué)者研究發(fā)現(xiàn)扇形孔可降低冷氣流的法向動(dòng)量，增大了冷氣在渦輪葉片表面的覆蓋面積，最終改善了氣膜冷卻效率。為了更進(jìn)一步提高氣膜冷卻效果，收縮擴(kuò)張孔的冷卻孔結(jié)構(gòu)也被提出。值得注意的是，異型孔提供高冷卻效率的同時(shí)也增加了氣動(dòng)損失。

發(fā)明內(nèi)容

為了避免現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，本發(fā)明提出一種用于渦輪葉片的交叉型Y氣膜孔冷卻結(jié)構(gòu)；該結(jié)構(gòu)可繼續(xù)提高射流的展向覆蓋，并減小射流的氣動(dòng)損失，使得離開氣膜孔的冷氣緊緊貼覆在近壁面處，提升不同氣膜孔出口的出氣量均勻性，且易于加工制造。

本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是:包括氣膜孔板、上游Y氣膜孔、下游Y氣膜孔、圓柱氣膜孔、壓力面交叉型Y氣膜孔、吸力面交叉型Y氣膜孔、內(nèi)冷通道，在渦輪葉片壓力面上設(shè)有壓力面交叉型Y氣膜孔，在渦輪葉片吸力面上設(shè)有吸力面交叉型Y氣膜孔，壓力面交叉型Y氣膜孔和吸力面交叉型Y氣膜孔的兩端分別形成氣流的出口和入口，且與內(nèi)冷卻通道相通，其特征在于在氣膜孔板上沿流向布置兩排Y氣膜孔，且兩排氣膜孔采用交叉型排布，Y氣膜孔是通過將兩個(gè)圓柱形氣膜孔交叉相貫后延長(zhǎng)其交接面而成，兩個(gè)圓柱形氣膜孔的出口均沿展向有一定的傾斜角度，上游Y氣膜孔兩個(gè)孔出口中心點(diǎn)的距離為W,下游Y氣膜孔兩個(gè)孔出口中心點(diǎn)的距離為V，其中W的值大于等于V的值；上游Y氣膜孔與下游Y氣膜孔的流向間距為P；上游Y氣膜孔的展向間距與下游Y氣膜孔的展向間距均為S；上游Y氣膜孔和下游Y氣膜孔的圓柱孔交叉中心點(diǎn)的展向距離為0.5S；圓柱氣膜孔的最小截面當(dāng)量直徑D_f，取值范圍為0.5～1.5mm。

所述上游Y氣膜孔的兩個(gè)圓柱氣膜孔交叉角度為α，取值范圍為45～95°，上游Y氣膜孔流向傾角θ的取值范圍為30～60°，下游Y氣膜孔的兩個(gè)圓柱氣膜孔交叉角度為β，取值范圍為40～90°，下游Y氣膜孔的流向傾角γ的取值范圍為30～60°。

所述上游Y氣膜孔與下游Y氣膜孔的流向間距為P，其范圍為2D_f～5D_f，上游Y氣膜孔與下游Y氣膜孔的展向間距均為S，其范圍為4D_f～8D_f。