CN103696811A - 一种带条缝出口的涡轮叶片圆孔气膜冷却结构 - Google Patents

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Abstract

一种带条缝出口的涡轮叶片圆孔气膜冷却结构，是在气膜孔出口处，按叶片高方向设置成条缝出口。该条缝出口至少有一道条缝板，将气膜孔出口隔成两道条缝。本发明将公知的气膜冷却出口结构改为条缝出口结构，降低冷却工质出口速度，消除由高速冷却工质产生的反向涡对，从而提高气膜冷却效率。这种结构形式简单，易于制造。

Description

一种带条缝出口的涡轮叶片圆孔气膜冷却结构
技术领域
本发明是针对燃气轮机涡轮叶片外部冷却技术而提出的，用于布置在涡轮叶片上，实现对叶片的有效冷却。更具体地涉及一种带条缝出口的涡轮叶片圆孔气膜冷却结构。
背景技术
气膜冷却作为一种常用且重要的涡轮叶片外部冷却方法，通过开设气膜孔引进冷却空气并覆盖在高温的涡轮叶片的表面，形成一冷气膜将高温燃气和涡轮叶片的表面隔开。目前研究重点主要集中在气膜孔的结构上，图1和图2是目前公知的两种气膜孔结构。
图1所示的气膜孔由于在气膜孔的出口处其流体速度较快，会产生反向涡对，使得气膜脱离壁面，从而导致主流气体接触到叶片表面，冷却效率降低。为了改善这一缺陷，产生了扇形孔和收缩扩张孔等结构。相比之下，扇形孔和收缩扩张孔等虽然能使得冷却效率得到较大提高，但因为气膜孔的直径太小，便利加工相对比较复杂。
图2所示是在图1的基础上对气膜孔作了进一步的改进，设计成带横向槽结构的气膜孔。该结构能够迫使气膜侧向流动，提高气膜冷却效率，然而在某些复合角度的气膜孔结构中，有无横向槽对冷却效率影响不大。
发明内容
本发明的目的在于提供一种带条缝出口的涡轮叶片圆孔气膜冷却结构，在满足结构强度的要求下，加工相对比较简单，同时冷却效率也维持在较高的水平。
为实现上述目的，本发明提供的带条缝出口的涡轮叶片圆孔气膜冷却结构，是在气膜孔出口处，按叶片高方向设置成条缝出口；该条缝出口至少有一道条缝板，将气膜孔出口隔成至少两道条缝。
所述的带条缝出口的涡轮叶片圆孔气膜冷却结构，其中，条缝出口的整体宽度为气膜孔直径的两倍，条缝出口的高度为气膜孔直径的一到两倍。
所述的带条缝出口的涡轮叶片圆孔气膜冷却结构，其中，条缝与流体流动方向的夹角为30～150°。
本发明将公知的气膜冷却出口结构改为条缝出口结构，降低冷却工质出口速度，消除由高速冷却工质产生的反向涡对，从而提高气膜冷却效率。这种结构形式简单，易于制造。
附图说明
图1是公知的圆孔气膜孔结构示意图。
图2是公知的带横向槽的圆孔气膜孔结构示意图
图3是本发明带垂直条缝出口的圆孔气膜孔结构示意图。
图4是本发明带30°倾斜条缝出口的圆孔气膜孔结构示意图。
图5是图3中条缝板和条缝出口的结构示意图。
图6是图5的俯视图。
图7显示的是不同气膜孔结构的冷却效率云图。
图8是本发明带条缝出口的涡轮叶片圆孔气膜冷却结构中气膜孔下游展向平均气膜冷却效率曲线图。
附图中标记符号说明：
1叶片，2气膜孔，3横向槽，4条缝板，5条缝，6条缝出口。
具体实施方式
本发明是在公知的圆孔气膜孔的基础上进行了改进。
请参阅图3，是本发明的带条缝出口的涡轮叶片圆孔气膜冷却结构的示意图。公知的带横向槽结构的气膜孔中，叶片1在气膜孔2的出口增加一横向槽3，本发明在叶片1上气膜孔2的出口处沿叶高的方向垂直地设成条缝出口6。该条缝出口至少有一道条缝板4，使气膜孔2的出口形成至少二个条缝5，条缝出口6由条缝4和条缝5组成。较佳地，条缝板4可以设为两道或三道。图3中的条缝出口6是以两道条缝板4隔成三个条缝5为例。
更进一步地，本发明的条缝出口可以如图4所示，条缝板的角度β与流体流动方向呈一夹角，该夹角推荐为30～150°。
实施例1
由于多个气孔膜上的结构对称，因此本实施例仅选择单个气膜孔结构进行说明。
请结合图3和图5，圆形气膜孔角度为α，范围在20～90°之间。气膜孔长度一般为4～6D（D为气膜孔直径），气膜孔间距一般为3D。条缝出口6的整体尺寸为W×H，W为条缝出口6的整体宽度，沿流体流动的方向；H为条缝出口6的高度，沿气膜孔高度方向。W的尺寸推荐2D，H的尺寸推荐1～2D。条缝板4的角度β与流体流动方向的夹角推荐为30～150°。
本例中，单个气膜孔的直径D为12.7mm，横向槽的尺寸W×H为25.4×6.35mm，角度为90°，条缝出口6是由两道条缝板4和形成的三道条缝5组成，每道条缝5的宽度P1为5.08mm，条缝的间距P2为10.16mm。
实施例2
请结合图4和图6，条缝板的角度β与流体流动方向的夹角为30～150°。其余同实施例1。
图7显示的是不同气膜孔结构的冷却效率云图。从图中可以看出，公知的气膜孔与带横向槽的气膜孔的气膜展向覆盖面积基本相同，本发明带垂直条缝出口和30度倾斜条缝出口的气膜孔使得气膜孔下游全部覆盖。与公知的气膜孔和带横向槽的气膜孔相比，本发明带条缝出口的气膜孔结构更能很好的保护叶片表面。
图8显示的是气膜孔下游展向平均气膜冷却效率。从图中可以看出，带30度倾斜条缝出口的气膜孔获得较高的冷却效率，公知的气膜孔和带横向槽的气膜孔冷却效率相当。与之相比，本发明带垂直条缝出口和30°倾斜条缝出口的气膜孔结构使得冷却效率分别提高了53～92.85%和67.49%～158.5%。

Claims (3)

1.一种带条缝出口的涡轮叶片圆孔气膜冷却结构，其特征是，在气膜孔出口处，按叶片高方向设置成条缝出口；该条缝出口至少有一道条缝板，将气膜孔出口隔成至少两道条缝。
2.根据权利要求1所述带条缝出口的涡轮叶片圆孔气膜冷却结构，其中，条缝出口的整体宽度为气膜孔直径的两倍，条缝出口的高度为气膜孔直径的一到两倍。
3.根据权利要求1所述带条缝出口的涡轮叶片圆孔气膜冷却结构，其中，条缝与流体流动方向的夹角为30～150°。
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