配置有气膜孔的冷却结构及涡轮叶片制造技术

本公开提供一种配置有气膜孔的冷却结构及涡轮叶片，冷却结构包括基体及形成于基体上的气膜孔。气膜孔的出气端设置有扩张段，扩张段的表面设置有由多个凸出部形成的凸出部阵列，通过对通过气膜孔的射流进行扰动形成波浪形流动气流，以削弱流场中形成于气膜孔的出气端附近的肾形涡的强度。涡轮叶片包括由基体形成的叶片，叶片内设置有容纳冷却气通过的气体流道，基体上设置有多个气膜孔与气体流道连通，这样的涡轮叶片兼具冷却结构的优点，具有较好的冷却效果。较好的冷却效果。较好的冷却效果。

【技术实现步骤摘要】
配置有气膜孔的冷却结构及涡轮叶片


[0001]本公开的至少一种实施例涉及燃气轮机
，更具体地，涉及一种配置有气膜孔的冷却结构及涡轮叶片。

技术介绍

[0002]提高涡轮进口温度是提高航空发动机效率的最直接方法，目前，民用大涵道比航空发动机涡轮的进口温度已超过2000K(开尔文)，该温度远高于叶片所用材料可承受的最高温度，为此，现有涡轮叶片多利用气膜冷却技术以维持叶片在高温状态下的正常工作。
[0003]现有的气膜冷却技术中，常用的离散式的气膜孔多被构造成圆柱形，该结构的气密孔具有结构简单、叶片强度高及热应力小等优点，但也存在冷却效果低、气膜覆盖面积小等不足。基于上述不足，如何对于气膜孔的形状进行设计，以增加气膜覆盖面积并降低气膜冷却损失，成为亟待解决的问题。

技术实现思路

[0004]为解决现有技术中的所述以及其他方面的至少一种技术问题，本公开提供一种配置有气膜孔的冷却结构及涡轮叶片。通过在气膜孔的出气端设置的扩张段，可避免通过气膜孔的射流过于集中，扩张段的表面设置的凸出部可对射流进行扰动，从而削弱形成于流场内的肾形涡的强度，以提升气膜的附壁能力，提高叶片冷却效果。
[0005]本公开的实施例一方面提供一种配置有气膜孔的冷却结构，包括基体，上述基体内设置有多个沿上述基体的厚度方向倾斜延伸的气膜孔，上述气膜孔的进气端形成于上述基体的内表面上，上述气膜孔的出气端形成于上述基体的外表面上；上述气膜孔的出气端设置有扩张段，上述扩张段被构造成向远离上述进气端的方向扩张，上述扩张段的表面均匀设置有多个凸出部，以对通过上述气膜孔的气流进行扰动，削弱流场中形成于上述气膜孔的出气端附近的肾形涡的强度。
[0006]在一种示意性的实施例中，沿上述基体的厚度方向的截面中，上述扩张段的表面的延伸方向与上述气膜孔的轴线形成夹角，以使上述扩张段的沿上述基体的厚度方向的斜率小于气膜孔。
[0007]在一种示意性的实施例中，多个上述凸出部沿上述扩张段的长度方向和/或宽度方向均匀排布，以形成凸出部阵列。
[0008]在一种示意性的实施例中，多个上述凸出部沿上述扩张段的宽度方向顺次排布形成排阵列，多个排阵列沿上述扩张段的长度方向错位设置形成行阵列，以使排阵列中的凸出部位于相邻的排阵列中的两个凸出部之间，以引导通过气膜孔的气体形成沿气流展向延伸的波浪形流动气流，以抑制肾形涡的进一步发展。
[0009]在一种示意性的实施例中，上述凸出部的迎风侧的表面圆滑设置。
[0010]在一种示意性的实施例中，上述凸出部的迎风侧被构造成沿通过气膜孔的气体的气流展向延伸弧形结构。
[0011]在一种示意性的实施例中，至少一部分上述凸出部的高度被构造成大致相同。
[0012]在一种示意性的实施例中，多个上述气膜孔沿气流流向和/或气流展向间隔排布，以形成气膜孔阵列。
[0013]本公开的实施例另一方面提供一种涡轮叶片，包括由基体形成的叶片，上述叶片内设置有容纳冷却气通过的气体流道，上述基体上设置有多个气膜孔，上述气膜孔的进气端与上述气体流道连通，以容纳上述冷却气经上述气膜孔流出，使上述叶片的外表面的至少一部分区域形成气膜。
[0014]在一种示意性的实施例中，多个上述气膜孔沿主流的气流展向均匀间隔设置，以形成排阵列形式的气膜孔阵列。
[0015]根据本公开提供的配置有气膜孔的冷却结构及涡轮叶片，通过在气膜孔的出气端设置的扩张段，可避免通过气膜孔的射流过于集中，扩张段的表面设置的凸出部可对射流进行扰动，从而削弱形成于流场内的肾形涡的强度并抑制肾形涡的进一步发展，以增强气膜的附壁能力，提高对叶片的冷却效果。并且，扩张段的表面设置的凸出部，还可进一步减少射流流动流阻，降低气动损失。
附图说明
[0016]图1是根据本公开的一种示意性的实施例的配置有气膜孔的冷却结构的俯视图；
[0017]图2是图1所示的示意性实施例的配置有气膜孔的冷却结构沿基体的厚度方向截面图；
[0018]图3是图1所示的扩张段的俯视视角的局部放大图，其中示出了凸出部；
[0019]图4是图2所示的扩张段的测试视角的局部放大图，其中示出了凸出部；
[0020]图5是应用图1所示的示意性的实施例的配置有气膜孔的冷却结构所形成肾形涡的示意图；以及
[0021]图6是现有技术中的应用圆柱形的气膜孔的冷却结构在流场中形成的肾形涡的示意图。
[0022]所述附图中，附图标记含义具体如下：
[0023]1、气膜孔；
[0024]11、进气端；
[0025]12、过渡段；
[0026]13、出气端；
[0027]131、凸出部；
[0028]2、基体；
[0029]3、主流；
[0030]4、射流；
[0031]5、肾形涡；以及
[0032]6、波浪形流动气流。
具体实施方式
[0033]为使本公开的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照
附图，对本公开作进一步的详细说明。
[0034]在此使用的术语仅仅是为了描述具体实施例，而并非意在限制本公开。在此使用的术语“包括”、“包含”等表明了所述特征、步骤、操作和/或部件的存在，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、步骤、操作或部件。
[0035]在此使用的所有术语包括技术和科学术语具有本领域技术人员通常所理解的含义，除非另外定义。应注意，这里使用的术语应解释为具有与本说明书的上下文相一致的含义，而不应以理想化或过于刻板的方式来解释。
[0036]在使用类似于“A、B和C等中至少一个”这样的表述的情况下，一般来说应该按照本领域技术人员通常理解该表述的含义来予以解释例如，“具有A、B和C中至少一个的系统”应包括但不限于单独具有A、单独具有B、单独具有C、具有A和B、具有A和C、具有B和C、和/或具有A、B、C的系统等。在使用类似于“A、B或C等中至少一个”这样的表述的情况下，一般来说应该按照本领域技术人员通常理解该表述的含义来予以解释例如，“具有A、B或C中至少一个的系统”应包括但不限于单独具有A、单独具有B、单独具有C、具有A和B、具有A和C、具有B和C、和/或具有A、B、C的系统等。
[0037]在气膜冷却技术中，气膜冷却效率不仅受吹风比、密度比、主流雷诺数等流动参数的影响，还与气膜孔的几何形状及相关参数关系密切。现有的圆柱形的气膜孔存在使射流过于集中的不足，会导致在气膜孔的出气端附近形成较强的肾形涡，以使得主流从肾形涡的两侧被卷吸至射流底下，从而导致气膜的附壁能力降低，进而降低气膜孔的冷却效果。
[0038]为此，现有技术中常通过设置较为复杂的异形的气膜孔，以对射流进行扰动，这样虽然会提升气膜孔的附壁能力，但往往伴随着流阻的升高，从而导致较大的气动损失。
[0039]基于现有技术的上述不足，如何设计气膜孔，以使其在不提升流阻的前提下，可较为有效的提升气膜的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种配置有气膜孔的冷却结构，适用于涡轮叶片，其特征在于，包括基体(2)，所述基体(2)内设置有多个沿所述基体(2)的厚度方向倾斜延伸的气膜孔(1)，所述气膜孔(1)的进气端(11)形成于所述基体(2)的内表面上，所述气膜孔(1)的出气端(13)形成于所述基体(2)的外表面上；所述气膜孔(1)的出气端(13)设置有扩张段，所述扩张段被构造成向远离所述进气端(11)的方向扩张，所述扩张段的表面均匀设置有多个凸出部(131)，以对通过所述气膜孔(1)的气流进行扰动，削弱流场中形成于所述气膜孔(1)的出气端(13)附近的肾形涡(5)的强度。2.根据权利要求1所述的冷却结构，其特征在于，沿所述基体(2)的厚度方向的截面中，所述扩张段的表面的延伸方向与所述气膜孔(1)的轴线形成夹角，以使所述扩张段的沿所述基体(2)的厚度方向的斜率小于气膜孔(1)。3.根据权利要求2所述的冷却结构，其特征在于，多个所述凸出部(131)沿所述扩张段的长度方向和/或宽度方向均匀排布，以形成凸出部阵列。4.根据权利要求3所述的冷却结构，其特征在于，多个所述凸出部(131)沿所述扩张段的宽度方向顺次排布形成排阵列，多个排阵列沿所述扩张段的长度方向错位设置形成行阵列，...

【专利技术属性】
技术研发人员：李国庆，李辉，刘浩，张深，李昂，张燕峰，卢新根，
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：