【技术实现步骤摘要】
本技术涉及涡轮叶片冷却技术，主要针对于改善涡轮叶片气膜冷却效率而采用的一种开槽气膜孔结构。
技术介绍
1、燃气轮机作为一种重要的动力机械，影响着现代社会的各个领域，而燃气轮机效率的提高要求更高的燃气温度和压缩比，目前新型燃气轮机涡轮进口温度已达到2000k以上，同时研究表明，高温材料的更新速度跟不上涡轮进口温度的增长速度，为了保证部件的正常使用，有效的冷却措施是重中之重。
2、而在现有的燃气轮机主要冷却技术中，气膜冷却具有良好的冷却效果，其在叶片的表面开设冷却孔，通过将内腔冷气沿气膜孔的方向喷入主流，同时在主流的压力和摩擦力的作用下，冷气流会沿着叶片表面方向粘附在壁面附近形成冷气膜，从而起到隔热作用。
3、对于气膜冷却来说，气膜孔的几何条件以及在气膜孔出口位置开设凹槽都对气膜冷却效率有着一定的影响，结构优异的气膜孔其出流效果比传统圆柱孔更佳，而气膜孔开槽能够降低气膜孔出口处冷却气流的动量，提高气膜冷却效率，降低表面换热系数，进而降低表面热流比，同时开槽后，冷却效率对吹风比的敏感程度有所降低。申请号为202022258560.0的中国专利技术专利公开了“一种改善涡轮叶片气膜冷却效率的新型开槽结构”，在横向开槽的下游槽壁上开设双阶梯状结构，增大了下游冷却气膜的覆盖面积，提高了壁面展向气膜冷却效率。这种结构虽然能够改善气膜冷却效率，不过更多是对气膜孔出口位置进行改进，没有对气膜孔入口结构进行改善。
技术实现思路
1、鉴于上述不足之处，本技术为提高叶片冷却效率提供一
2、为达到上述目的，本技术提出一种改善涡轮叶片气膜冷却效率的开槽气膜孔结构，该结构包括气膜孔、横向开槽和壁面，气膜孔设置在壁面上游区域，并由内部基准圆向入口方向上横向和纵向都扩张一定的角度α，内部基准圆是位于孔中心轴线的1/2冷却孔长度处，垂直于孔中心轴线。横向开槽设置于气膜孔的出口位置，该结构在下游槽壁设置成阶梯状，靠近槽底的阶梯称为第一阶梯，形状为圆弧状，最低点切线与槽底垂直，最高点切线与壁面平行，靠近壁面的阶梯称为第二阶梯，是一个连接第一阶梯最高点与下游壁面的斜面；上述的阶梯展向宽度与横向开槽展向宽度相同，所述结构的展向宽度为2d～3d，上游的开槽高度为0.8d～2d，下游第一阶梯圆弧的半径为0.5d～1d，第二阶梯斜面的高度为0.3d～1d。其中d为气膜孔的直径。
3、进一步地，所述阶梯状结构位于其对应的开槽气膜孔的下游区域。
4、进一步地，所述阶梯状结构为在展向宽度上对称的结构，且其展向宽度与横向开槽的展向宽度相同。
5、进一步地，所述气膜孔为入口扩张的圆柱形气膜孔。
6、进一步地，设置于壁面上的气膜孔为入口扩张的圆柱直孔，扩张角度α为5°～20°，气膜孔与主流流向之间的夹角β为20°～50°。
7、进一步地，第一阶梯的圆弧为一个圆的四分之一，其最低点切线与槽底垂直，最高点切线与壁面平行。
8、进一步地，设置第二阶梯的斜面与下游平面角度γ为120°～150°。
9、如上所述，本技术涉及到的冷却结构，能够达到以下效果：通过气膜孔入口位置的扩张能够使冷却气流更充分的进入，同时孔道逐渐收缩的形态能在一定程度上提高气动加速性能。在气膜孔出口位置的下游区域设置阶梯状的开槽结构，增加了气膜孔射流在阶梯状开槽结构内的展向流动，通过增加下游区域气膜的展向分布增加了气膜的覆盖面积，同时，射流流过圆弧状的第一阶梯与第二阶梯的斜面壁的时候会出现科恩达效应，促使冷却气体更好地贴附于壁面，减弱了横流与射流的掺混作用，不仅能够增强上游气流对下游气流的覆盖率，还提高了下游气膜的稳定性，从而改善了气膜冷却的效率。
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1.一种改善涡轮叶片气膜冷却效率的开槽气膜孔结构，包括气膜孔、横向开槽以及壁面，其特征在于入口扩张的气膜孔设于壁面上，横向开槽结构设于气膜孔的出口位置处，该结构在传统圆柱孔的入口处进行了扩张，同时将横向开槽的下游槽壁设置成双阶梯状结构，第一阶梯形状为圆弧状，最低点切线与槽底垂直，最高点切线与壁面平行，第二阶梯是一个斜面，连接第一阶梯最高点与下游壁面；上述开槽的展向宽度与壁面的宽度相同，展向宽度为2D～3D,上游的开槽高度为0.8D～2D，下游第一阶梯圆弧半径为0.5D～1D，第二阶梯斜面的高度为0.3D～1D。
2.根据权利要求1所述的一种改善涡轮叶片气膜冷却效率的开槽气膜孔结构，其特征在于所述双阶梯状结构的阶梯数量为2。
3.根据权利要求1所述的一种改善涡轮叶片气膜冷却效率的开槽气膜孔结构，其特征在于第一阶梯的形状为圆弧状，最低点切线与槽底垂直，最高点切线与壁面平行，且半径为0.5D～1D。
4.根据权利要求1所述的一种改善涡轮叶片气膜冷却效率的开槽气膜孔结构，其特征在于第二阶梯的外表面为斜面，其高度为0.3D～1D，与下游平面角度为120°
5.根据权利要求1所述的一种改善涡轮叶片气膜冷却效率的开槽气膜孔结构，其特征在于横向开槽在上游的槽宽为2D～3D。
6.根据权利要求1所述的一种改善涡轮叶片气膜冷却效率的开槽气膜孔结构，其特征在于横向开槽在上游的槽深为0.8D～2D。
7.根据权利要求1所述的一种改善涡轮叶片气膜冷却效率的开槽气膜孔结构，其特征在于所述气膜孔为位于孔中心轴线的1/2处的基准圆向入口方向上扩张5°～20°的圆形气膜孔。
8.根据权利要求1所述的一种改善涡轮叶片气膜冷却效率的开槽气膜孔结构，其特征在于所述气膜孔与主流流向之间的角度为20°～50°。
...【技术特征摘要】
1.一种改善涡轮叶片气膜冷却效率的开槽气膜孔结构，包括气膜孔、横向开槽以及壁面，其特征在于入口扩张的气膜孔设于壁面上，横向开槽结构设于气膜孔的出口位置处，该结构在传统圆柱孔的入口处进行了扩张，同时将横向开槽的下游槽壁设置成双阶梯状结构，第一阶梯形状为圆弧状，最低点切线与槽底垂直，最高点切线与壁面平行，第二阶梯是一个斜面，连接第一阶梯最高点与下游壁面；上述开槽的展向宽度与壁面的宽度相同，展向宽度为2d～3d,上游的开槽高度为0.8d～2d，下游第一阶梯圆弧半径为0.5d～1d，第二阶梯斜面的高度为0.3d～1d。
2.根据权利要求1所述的一种改善涡轮叶片气膜冷却效率的开槽气膜孔结构，其特征在于所述双阶梯状结构的阶梯数量为2。
3.根据权利要求1所述的一种改善涡轮叶片气膜冷却效率的开槽气膜孔结构，其特征在于第一阶梯的形状为圆弧状，最低点切线与槽底垂直，最高点切线与...
【专利技术属性】
技术研发人员：戴萍，王旭，张沛然，王少卿，周永洋，
申请(专利权)人：青岛科技大学，
类型：新型
国别省市：
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