本发明专利技术提供一种瓣状气膜冷却结构，包括：内部贯通的主圆柱孔和辅圆柱孔，主圆柱孔的中轴线和辅圆柱孔的中轴线之间存在展向偏角，瓣状气膜冷却结构的冷气入口端为主圆柱孔的冷气入口端，瓣状气膜冷却结构的冷气出口端为主圆柱孔的冷气出口端和辅圆柱孔的冷气出口端共同形成的连通孔洞。膜孔出口面积增加，喷出的冷气沿流向和展向的覆盖面积增加。由于该气膜孔结构冷气射流增加向两侧的流动，其出口动量降低，离开气膜孔的冷气能很好的贴覆在近壁区域，沿流向冷却效率的衰减程度大大降低，对气膜孔下游区域的冷却效果大大增强。仅采用圆柱形气膜孔的加工方式，采用不同尺寸的刀具直接加工而成，加工成本较低，适用于叶片不同位置的气膜冷却。置的气膜冷却。置的气膜冷却。
【技术实现步骤摘要】
一种瓣状气膜冷却结构及涡轮叶片
[0001]本说明书涉及涡轮叶片气膜冷却
，具体涉及一种瓣状气膜冷却结构及涡轮叶片。
技术介绍
[0002]提高涡轮前温度是目前提升燃气轮机工作性能的主要技术途径之一，然而当前涡轮叶片材料可承受温度极限远远低于涡轮前的燃气温度，在一定程度上限制了燃气轮机工作效率的提升。为保证燃气轮机高效安全运行，必须对涡轮叶片进行有效的冷却。气膜冷却技术作为涡轮叶片中广泛应用的冷却技术，其原理为将压气机末级引过来的高压冷气经过空气系统流路输送到涡轮叶片内冷通道内，流经叶片表面离散气膜孔时，冷气从气膜孔喷出。受主流的压力和康达效应的影响下，气膜孔喷出的冷气在叶片表面附着，在靠近壁面附近形成一层低温气膜，避免了高温燃气与金属叶片直接接触，同时冷气与主流的掺混作用带走部分高温燃气的热量，从而对涡轮叶片形成保护，有效的防止涡轮叶片在高热负荷工作条件下烧蚀。
[0003]当前涡轮叶片中主要采用的是圆柱形气膜孔，但其存在展向覆盖面积小、高吹风比下易吹离壁面等问题，对涡轮叶片的气膜保护效果较差。为了匹配燃气轮机性能提升带来的涡轮前温度的升高，必须采用冷却效果更佳的气膜孔结构对涡轮叶片表面进行冷却。针对上述问题，国内外学者开展了大量气膜孔孔型的研究，Goldstein发现出口扩张型气膜孔出口扩张减少射流出口动量，增加展向覆盖面积，可以显著改善三维气膜冷却效果。Sargison提出了收缩
‑
扩张孔结构，其出流结构类似二维缝，在降低孔内损失的同时获得了更好的冷却效率。虽然优化后孔型相比圆柱孔可以有效的提升冷效，但限于目前的加工水平，优化孔型用于真实叶片难度较大，成本较高，目前国内涡轮叶片仍以圆柱形气膜孔为主要气膜冷却元件。
技术实现思路
[0004]有鉴于此，本说明书实施例提供一种瓣状气膜冷却结构及涡轮叶片，以达到加工简单，提高涡轮叶片冷却效果的目的。
[0005]本说明书实施例提供以下技术方案：
[0006]一种瓣状气膜冷却结构，包括：
[0007]内部贯通的主圆柱孔和辅圆柱孔，主圆柱孔的中轴线和辅圆柱孔的中轴线之间存在展向偏角，瓣状气膜冷却结构的冷气入口端为主圆柱孔的冷气入口端，瓣状气膜冷却结构的冷气出口端为主圆柱孔的冷气出口端和辅圆柱孔的冷气出口端共同形成的连通孔洞。
[0008]进一步地，辅圆柱孔至少为两个，两个辅圆柱孔沿主圆柱孔的中轴线对称分布。
[0009]进一步地，主圆柱孔的直径为D1，D1为0.45mm至1.5mm。
[0010]进一步地，辅圆柱孔的直径为D2，且0.6D1≤D2≤0.8D1。
[0011]进一步地，主圆柱孔的径向长度为L1，且2.8D1≤L1≤8D1。
[0012]进一步地，辅圆柱孔的径向长度为L2，且0.6L1≤L2≤0.8L1。
[0013]进一步地，展向偏角β为4
°
至8
°
。
[0014]进一步地，主圆柱孔和辅圆柱孔具有相同的流向倾角α，α为30
°
至55
°
。
[0015]进一步地，涡轮叶片包括多个瓣状气膜冷却结构。
[0016]进一步地，涡轮叶片的吸力面和压力面均可设置瓣状气膜冷却结构。
[0017]与现有技术相比，本说明书实施例采用的上述至少一个技术方案能够达到的有益效果至少包括：
[0018]瓣状气膜冷却结构存在两侧对称的辅气膜孔结构，随着气膜孔冷气出口端面积的增加，喷出的冷气沿流向和展向的覆盖面积也随之增加，由于该瓣状气膜孔结构冷气射流增加向两侧的流动，其出口动量降低，离开气膜孔的冷气能很好的贴覆在近壁区域，沿流向冷却效率的衰减程度大大降低，对气膜孔下游区域的冷却效果大大增强。加工方面仅采用圆柱形气膜孔的加工方式，采用不同尺寸的圆柱形刀具直接加工而成，不需要专用的刀具，加工成本较低，适用于叶片不同位置的气膜冷却。瓣状气膜冷却结构采用辅圆柱孔孔径小于主圆柱孔孔径的设计，气膜孔入口端仍保持传统圆柱孔结构，仅在出口端进行扩张，从而获得良好的气膜冷却效果。由于未改变入口的结构，该孔型可在不改变涡轮叶片气膜孔布局的条件下，直接对现有圆柱形气膜孔涡轮叶片进行改造，大大降低了设计以及制造成本。同时，辅圆柱孔和主圆柱孔为一个整体，避免了由于出口段孔径的增大降低涡轮叶片整体结构强度的问题。
附图说明
[0019]为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
[0020]图1是本专利技术实施例瓣状气膜冷却结构的整体结构示意图；
[0021]图2是本专利技术实施例瓣状气膜冷却结构的冷气入口端和冷气出口端结构立体图；
[0022]图3是本专利技术实施例瓣状气膜冷却结构的流向倾角和径向长度示意图；
[0023]图4是本专利技术实施例在涡轮叶片冷却通道的应用位置示意图；
[0024]图5是本专利技术实施例瓣状气膜冷却结构的效果示意图。
[0025]附图标记说明：1、叶片内部第一冷却通道；2、叶片内部第二冷却通道；3、叶片内部第三冷却通道；4、吸力面第一气膜孔；5、吸力面第二气膜孔；6、压力面第一气膜孔；7、压力面第二气膜孔；8、主圆柱孔；9、辅圆柱孔。
具体实施方式
[0026]下面结合附图对本申请实施例进行详细描述。
[0027]以下通过特定的具体实例说明本申请的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本申请的其他优点与功效。显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。本申请还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本申请的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可
以相互组合。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
[0028]要说明的是，下文描述在所附权利要求书的范围内的实施例的各种方面。应显而易见，本文中所描述的方面可体现于广泛多种形式中，且本文中所描述的任何特定结构及/或功能仅为说明性的。基于本申请，所属领域的技术人员应了解，本文中所描述的一个方面可与任何其它方面独立地实施，且可以各种方式组合这些方面中的两者或两者以上。举例来说，可使用本文中所阐述的任何数目和方面来实施设备及/或实践方法。另外，可使用除了本文中所阐述的方面中的一或多者之外的其它结构及/或功能性实施此设备及/或实践此方法。
[0029]还需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本申请的基本构想，图式中仅显示与本申请中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种瓣状气膜冷却结构，其特征在于，包括：内部贯通的主圆柱孔(8)和辅圆柱孔(9)，主圆柱孔(8)的中轴线和辅圆柱孔(9)的中轴线之间存在展向偏角，所述瓣状气膜冷却结构的冷气入口端为主圆柱孔(8)的冷气入口端，所述瓣状气膜冷却结构的冷气出口端为主圆柱孔(8)的冷气出口端和辅圆柱孔(9)的冷气出口端共同形成的连通孔洞。2.根据权利要求1所述的瓣状气膜冷却结构，其特征在于，辅圆柱孔(9)至少为两个，两个辅圆柱孔(9)沿主圆柱孔(8)的中轴线对称分布。3.根据权利要求1所述的瓣状气膜冷却结构，其特征在于，主圆柱孔(8)的直径为D1，D1为0.45mm至1.5mm。4.根据权利要求3所述的瓣状气膜冷却结构，其特征在于，辅圆柱孔(9)的直径为D2，且0.6D1≤D2≤0.8D1。5.根据权利要求3所述的瓣状气膜冷却结构，其...
【专利技术属性】
技术研发人员：刘昊阳，杜强，徐庆宗，徐光耀，陈大为，王沛，刘军，李红叶，
申请(专利权)人：中国科学院工程热物理研究所，
类型：发明
国别省市：
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