一种带凹坑的双子并排气膜孔及涡轮叶片制造技术

一种带凹坑的双子并排气膜孔，属于燃气轮机和航空发动机技术领域。所述凹坑的双子并排气膜孔包括双子孔以及设置于所述双子孔出口端的凹坑结构，双子孔包括两个径向部分相交的单圆孔，凹坑结构为由驼峰形壁面和凹形壁面围成的周向封闭结构；所述涡轮叶片包括涡轮叶片本体，涡轮叶片本体设置若干个带凹坑的双子并排气膜孔。所述带凹坑的双子并排气膜孔及涡轮叶片设计简单、加工方便，抗涡性和横向的覆盖面积均有很大提升，能够对冷却射流起到积聚作用，增强气膜的流向贴壁效果。增强气膜的流向贴壁效果。增强气膜的流向贴壁效果。

【技术实现步骤摘要】
一种带凹坑的双子并排气膜孔及涡轮叶片


[0001]本专利技术涉及燃气轮机和航空发动机
，特别涉及一种带凹坑的双子并排气膜孔及涡轮叶片。

技术介绍

[0002]根据热力学原理，提高涡轮进口温度是增加发动机推力、提高发动机效率的有效途径，但过高的温度会导致涡轮叶片材料发生蠕变甚至熔化，严重威胁发动机的安全性。因此，采取有效的降温措施至关重要。气膜冷却技术的应用不仅可以将高温燃气与壁面隔绝开，减少燃气与壁面的直接接触，还与叶片壁面进行直接换热，降低了叶片自身的温度，其作为保证汽轮机安全的有效方法，被工程师普遍采用。
[0003]在气膜冷却技术的发展过程中，单圆孔作为最经典的孔型一直沿用至今，但是，由于其射流过于集中，展向覆盖面积小，在高吹风比下气膜会与主流进行掺混，脱离叶片表面，从而限制了其冷却效果。而传统分叉孔会在与主孔的连接处形成锐角，冷却射流在此处动量较大，容易造成金属疲劳，且加工难度较高。
[0004]因此，为了解决单圆孔的展向覆盖差和冷却效果低以及传统分叉孔存在的问题，需要对气膜孔结构进行改进，来满足更高的设计要求。

技术实现思路

[0005]为了解决现有技术存在的问题，本专利技术提供了一种带凹坑的双子并排气膜孔及涡轮叶片，其设计简单、加工方便，抗涡性和横向的覆盖面积均有很大提升，能够对冷却射流起到积聚作用，增强气膜的流向贴壁效果。
[0006]为了实现上述目的，本专利技术的技术方案是：
[0007]一种带凹坑的双子并排气膜孔，包括双子孔以及设置于所述双子孔出口端的凹坑结构；
[0008]所述双子孔包括两个径向部分相交的单圆孔；
[0009]所述凹坑结构为由驼峰形壁面和凹形壁面围成的周向封闭结构。
[0010]进一步的，所述凹形壁面包括中间壁面以及垂直设置于中间壁面两端的侧壁面，所述中间壁面与交线A垂直，所述侧壁面与交线A平行，所述交线A为双子孔中心线在双子孔出口端所在平面的投影。
[0011]进一步的，两个所述单圆孔的孔壁相交于前交线和后交线，所述前交线与双子孔出口端所在平面的交点为前交点，所述后交线与双子孔出口端所在平面的交点为后交点。
[0012]进一步的，所述驼峰形壁面包括后凸圆弧壁面以及对称设置于后凸圆弧壁面两侧的两个前凸圆弧壁面，所述前凸圆弧壁面与凹形壁面通过样条曲线过渡连接。
[0013]进一步的，过所述前凸圆弧壁面的圆心和前交点的直线与交线A的夹角为α，α为50
°
～60
°
。
[0014]进一步的，所述单圆孔的直径为D；所述凹坑结构的深度H为0.5D～1D，宽度为L1；
所述后交点与中间壁面之间的垂直距离为L2；所述侧壁面与相邻的双子孔切线的距离为L3，L3为0.25D～1D；所述前凸圆弧壁面的顶点切线与双子孔出口端前缘切线的距离为L4，L4为0.75D～1D；组成双子孔的两个单圆孔的圆心距L5为0.5D～0.9D；所述双子孔的孔长度L为2D～8D；所述前凸圆弧壁面的直径为0.5D，所述后凸圆弧壁面的直径为0.75D。
[0015]进一步的，所述双子孔出口端所在平面与凹坑结构的底面共面，双子孔出口端所在平面与凹坑结构顶面平行，所述驼峰形壁面和凹形壁面均与双子孔出口端所在平面垂直。
[0016]进一步的，所述双子孔和凹坑结构整体为关于交线A的对称结构。
[0017]进一步的，所述双子孔中心线与主流呈倾斜布置，所述双子孔中心线与主流方向的夹角为15
°
～60
°
。
[0018]一种涡轮叶片，包括涡轮叶片本体，所述涡轮叶片本体设置若干个所述带凹坑的双子并排气膜孔。
[0019]本专利技术的有益效果：
[0020]1)本专利技术的带凹坑的双子并排气膜孔冷却结构，应用于燃气轮机、航空发动机的涡轮叶片的冷却系统中，既能够有效增加气膜的展项覆盖范围，又能够有效抑制高吹风比下气流的抬升，还有着简易的加工性；
[0021]2)本专利技术的带凹坑的双子并排气膜孔与传统圆孔相比，双子孔的抗涡性得到提升，且其横向的覆盖面积对比单圆孔也有很大提升，与传统分叉孔相比，双子坑孔所附带的特殊凹坑结构能够对冷却射流起到一定积聚作用，冷却射流在相同入射角度下，增强气膜的流向贴壁效果，在高吹风比下亦是如此，且相对于分叉孔等其他异形孔，双子坑孔加工难度大大降低，拥有极好的应用前景。
[0022]3)本专利技术的双子孔由两个圆柱形孔部分相交组成，圆心距L5为0.5D～0.9D，在增大其横向面积的同时考虑了加工的可行性；凹坑轮廓设置驼峰形壁面，包括两个前凸圆弧壁面和一个后凸圆弧壁面，前凸圆弧壁面直径为0.5D，后凸圆弧壁面直径为0.75D，冷气经过双子孔喷出后部分撞向凹坑壁面流向两侧，从两侧流出凹坑，部分跨过凹坑从中间流出，在外壁形成冷却气膜，起到对涡轮热端部件的冷却作用。
[0023]本专利技术的其他特征和优点将在下面的具体实施方式中部分予以详细说明。
附图说明
[0024]图1是本专利技术实施例提供的带凹坑的双子并排气膜孔的立体图；
[0025]图2是本专利技术实施例提供的带凹坑的双子并排气膜孔的俯视图；
[0026]图3是本专利技术实施例提供的带凹坑的双子并排气膜孔的侧向剖视图。
具体实施方式
[0027]下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术的一部分实施例，而不是全部的实施例。
[0028]在本专利技术的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本专利技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须
具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本专利技术的限制。
[0029]为了解决现有技术存在的问题，如图1至图3所示，本专利技术提供了一种带凹坑的双子并排气膜孔，包括双子孔以及设置于双子孔出口端的凹坑结构；
[0030]双子孔包括两个径向部分相交的单圆孔；
[0031]凹坑结构为由驼峰形壁面和凹形壁面围成的周向封闭结构。
[0032]本实施例用于涡轮叶片的带凹坑的双子并排气膜孔为异形孔，由双子孔和凹坑结构构成，凹坑结构与双子孔出口端连通。两个部分重合的单圆孔组成双子孔，单圆孔为圆柱形孔。凹坑结构在双子孔出口端上方，将双子孔出口端包围，双子孔类似为凹坑结构的内嵌孔。凹坑结构由前、后两部分构成，以双子孔出口端两个单圆孔的圆心连线为分界线，前部分为驼峰形壁面，后部分为凹形壁面。本实施例带凹坑的双子并排气膜孔对比于传统单圆孔气膜孔，其气冷效率和展向效率取得了非常大的提升，且对比一些异形孔，加工难度大大降低，可满足更高的设计需要。
[0033]凹形壁面包括中间壁面以及垂直设置于中间壁面两端的侧壁面，中间壁面与交线A垂直，所述侧壁面与交本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种带凹坑的双子并排气膜孔，其特征在于，包括双子孔以及设置于所述双子孔出口端的凹坑结构；所述双子孔包括两个径向部分相交的单圆孔；所述凹坑结构为由驼峰形壁面和凹形壁面围成的周向封闭结构。2.根据权利要求1所述的带凹坑的双子并排气膜孔，其特征在于，所述凹形壁面包括中间壁面以及垂直设置于中间壁面两端的侧壁面，所述中间壁面与交线A垂直，所述侧壁面与交线A平行，所述交线A为双子孔中心线在双子孔出口端所在平面的投影。3.根据权利要求2所述的带凹坑的双子并排气膜孔，其特征在于，两个所述单圆孔的孔壁相交于前交线和后交线，所述前交线与双子孔出口端所在平面的交点为前交点，所述后交线与双子孔出口端所在平面的交点为后交点。4.根据权利要求3所述的带凹坑的双子并排气膜孔，其特征在于，所述驼峰形壁面包括后凸圆弧壁面以及对称设置于后凸圆弧壁面两侧的两个前凸圆弧壁面，所述前凸圆弧壁面与凹形壁面通过样条曲线过渡连接。5.根据权利要求4所述的带凹坑的双子并排气膜孔，其特征在于，过所述前凸圆弧壁面的圆心和前交点的直线与交线A的夹角为α，α为50
°
～60
°
。6.根据权利要求4所述的带凹坑的双子并排气膜孔，其特征在于，所述单圆孔的直径为D；所述凹坑结构的深度H为0.5D～1D，宽度为...

【专利技术属性】
技术研发人员：贺业光，赵胜岩，李润东，张涛，杨天华，
申请(专利权)人：沈阳航空航天大学，
类型：发明
国别省市：