CN113586167A - 一种具有气膜冷却结构的涡轮叶片 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种具有气膜冷却结构的涡轮叶片，包括：涡轮叶片本体以及设置在其内部的气膜冷却结构，涡轮叶片本体包括叶顶、叶根、叶片压力面和叶片吸力面，在叶片压力面与叶片吸力面的连接处分别形成叶片前缘和叶片尾缘；叶顶上开设有第一气孔和第二气孔，第一气孔和第二气孔均沿着涡轮叶片本体的高度方向，向叶根延伸，形成第一冷却通道和第二冷却通道，第一冷却通道和第二冷却通道的底部连通；第一冷却通道与叶片压力面、叶片吸力面和叶片前缘连接的壁面上设置有若干气膜通孔；第二冷却通道与叶片压力面连接的壁面上设置有若干气膜通孔。本发明的涡轮叶片，可以保证气膜尽可能多地全覆盖在叶片表面，对全叶片表面的冷却效果更好。

Description

一种具有气膜冷却结构的涡轮叶片

技术领域

本发明属于燃气轮机和航空航天发动机领域，具体涉及一种具有气膜冷却结构的涡轮叶片。

背景技术

为了提高燃气轮机或航空航天发动机热效率，进而提高发动机推力，增加入口主流燃气温度是最有效的方式之一。但是如今航空发动机燃烧室的出口温度已经远远超过涡轮叶片的耐受温度，需要设计合理高效的冷却方案以保证发动机涡轮的正常工作。

涡轮叶片的冷却主要分为内部冷却和外部冷却，外部冷却主要是指气膜冷却。气膜冷却的概念及主要原理于1971年提出，即在高温环境的叶片表面上的离散孔中引入二次气流(冷却气体)的形式，在表面上形成一层冷却气膜，将高温燃气与金属表面隔开，减小表面的热负荷，起到了保护叶片表面的作用。气膜冷却效率主要与气膜孔形状、气膜孔与壁面的夹角、气膜孔的长径比、吹风比、密度比等参数相关。气膜冷却的方式不止可以起到在外部隔绝高温燃气的作用，还可以通过内部的对流传热、冲击传热等方式强化对涡轮叶片的冷却。

目前，传统气膜冷却研究大多研究单排孔或双排孔的较多，该冷却结构对全叶片表面的冷却效果较差。

发明内容

为了解决现有技术中存在的上述问题，本发明提供了一种具有气膜冷却结构的涡轮叶片。本发明要解决的技术问题通过以下技术方案实现：

本发明提供了一种具有气膜冷却结构的涡轮叶片，包括：涡轮叶片本体以及设置在其内部的气膜冷却结构，其中，所述涡轮叶片本体包括叶顶、叶根以及位于所述叶顶与所述叶根之间的叶身，所述叶身由叶片压力面、和叶片吸力面围设而成，在所述叶片压力面与所述叶片吸力面的连接处分别形成叶片前缘和叶片尾缘；

所述叶顶上开设有第一气孔和第二气孔，所述第一气孔和所述第二气孔均沿着所述涡轮叶片本体的高度方向，向所述叶根延伸，形成第一冷却通道和第二冷却通道，所述第一冷却通道和所述第二冷却通道的底部连通；

所述第一冷却通道与所述叶片压力面、所述叶片吸力面和所述叶片前缘连接的壁面上设置有若干气膜通孔；

所述第二冷却通道与所述叶片压力面连接的壁面上设置有若干气膜通孔。

在本发明的一个实施例中，所述第一气孔靠近所述叶片前缘，作为冷却气体进口，所述第二气孔靠近所述叶片尾缘，作为冷却气体出口。

在本发明的一个实施例中，所述第一冷却通道与所述叶片前缘连接的壁面上设置的若干所述气膜通孔，形成第一气膜通孔组；

所述第一冷却通道与叶片压力面连接的壁面上设置的若干所述气膜通孔，形成第二气膜通孔组、第三气膜通孔组、第四气膜通孔组和第五气膜通孔组；

所述第一冷却通道与所述叶片吸力面连接的壁面上设置的若干所述气膜通孔，形成第七气膜通孔组和第八气膜通孔组；

所述第二冷却通道与所述叶片压力面连接的壁面上设置的若干所述气膜通孔，形成第六气膜通孔组；

其中，每组气膜通孔组中的若干所述气膜通孔均自上而下沿着所述涡轮叶片本体的高度方向平行排列。

在本发明的一个实施例中，所述气膜通孔的直径为0.6mm-1mm。

在本发明的一个实施例中，每组气膜通孔组中的所述气膜通孔的个数为11-13个，每组气膜通孔组中相邻的所述气膜通孔之间的间距为2mm-2.3mm。

在本发明的一个实施例中，所述第一气膜通孔组中的所述气膜通孔的长径比为6-10，流向角度75°-90°，复合角度为180°，其中，所述流向角度为所述气膜通孔的出口方向与所述涡轮叶片本体外表面的夹角，所述复合角度为所述气膜通孔的出口方向与主流燃气流动方向的夹角。

在本发明的一个实施例中，所述第二气膜通孔组中的所述气膜通孔的长径比为1.5-3，流向角度30°-45°，复合角度为15-20°；

所述第三气膜通孔组中的所述气膜通孔的长径比为1-2，流向角度45°-60°，复合角度为15-20°；

所述第四气膜通孔组中的所述气膜通孔的长径比为1.5-3，流向角度35°-50°，复合角度为15-20°；

所述第五气膜通孔组中的所述气膜通孔的长径比为2-4，流向角度30°-40°，复合角度为15-20°；

所述第七气膜通孔组中的所述气膜通孔的长径比为4-6，流向角度20°-30°，复合角度为15-20°；

所述第八气膜通孔组中的所述气膜通孔的长径比为3-5，流向角度25°-35°，复合角度为15-20°。

在本发明的一个实施例中，所述第六气膜通孔组中的所述气膜通孔的长径比为1.5-3，流向角度25°-40°，复合角度为10-20°。

在本发明的一个实施例中，所述第六气膜通孔组中的所述气膜通孔的复合角度偏向所述叶顶方向；

所述第一气膜通孔组、所述第二气膜通孔组、所述第三气膜通孔组、所述第四气膜通孔组、所述第五气膜通孔组、所述第七气膜通孔组和所述第八气膜通孔组中的所述气膜通孔的复合角度偏向所述叶根方向。

在本发明的一个实施例中，所述第一冷却通道和所述第二冷却通道的内壁与所述叶片压力面和所述叶片吸力面之间的距离相等；

所述第一冷却通道和所述第二冷却通道高度均为25mm-28mm，所述第一冷却通道和所述第二冷却通道之间的间距为5mm-6mm；

连通所述第一冷却通道和所述第二冷却通道的通道底部与所述叶根的之间的间距为2mm-5mm。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

本发明的具有气膜冷却结构的涡轮叶片，在叶片前缘、叶片压力面和叶片吸力面均设置有气膜通孔组，可以保证气膜尽可能多地全覆盖在叶片表面，可以降低叶片表面的热负荷，对全叶片表面的冷却效果更好。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其他目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举较佳实施例，并配合附图，详细说明如下。

附图说明

图1是本发明实施例提供的一种具有气膜冷却结构的涡轮叶片的立体透视图；

图2是本发明实施例提供的一种涡轮叶片本体的结构示意图；

图3是本发明实施例提供的一种具有气膜冷却结构的涡轮叶片的三视图；

图4是本发明实施例提供的气膜冷却结构的结构示意图；

图5是本发明实施例提供的流向角度和复合角度的示意图；

图6是本发明实施例提供的不同吹风比条件下涡轮叶片的表面温度分布曲线图；

图7是本发明实施例提供的吹风比1.3时涡轮叶片表面温度分布和冷却气体流线及中径面压力云图；

图8是本发明实施例提供的不同吹风比下叶片展向的侧向综合气膜冷却效率图。

具体实施方式

为了进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及具体实施方式，对依据本发明提出的一种具有气膜冷却结构的涡轮叶片进行详细说明。

有关本发明的前述及其他技术内容、特点及功效，在以下配合附图的具体实施方式详细说明中即可清楚地呈现。通过具体实施方式的说明，可对本发明为达成预定目的所采取的技术手段及功效进行更加深入且具体地了解，然而所附附图仅是提供参考与说明之用，并非用来对本发明的技术方案加以限制。

实施例一

请结合参见图1，图1是本发明实施例提供的一种具有气膜冷却结构的涡轮叶片的立体透视图；图2是本发明实施例提供的一种涡轮叶片本体的结构示意图。如图所示，本实施例的具有气膜冷却结构的涡轮叶片，包括：涡轮叶片本体10以及设置在其内部的气膜冷却结构，如图2所示，涡轮叶片本体10包括叶顶101、叶根102以及位于叶顶101与叶根102之间的叶身，叶身由叶片压力面103、和叶片吸力面104围设而成，在叶片压力面103与叶片吸力面104的连接处分别形成叶片前缘105和叶片尾缘106。

在本实施例中，涡轮叶片本体10的高度为30mm，宽度9.3mm，叶片整体呈中心对称状态。

进一步地，叶顶101上开设有第一气孔1011和第二气孔1012，第一气孔1011和第二气孔1012均沿着涡轮叶片本体10的高度方向，向叶根102延伸，形成第一冷却通道20和第二冷却通道30，第一冷却通道20和第二冷却通道30的底部连通。第一冷却通道20与叶片压力面103、叶片吸力面104和叶片前缘105连接的壁面上设置有若干气膜通孔40第二冷却通道30与叶片压力面103连接的壁面上设置有若干气膜通孔40。

在本实施例中，第一气孔1011靠近叶片前缘105，作为冷却气体进口，第二气孔1012靠近叶片尾缘106，作为冷却气体出口。第一冷却通道20作为冷却气体下降段，第二冷却通道30作为冷却气体上升段。

具体地，冷却气体叶顶101的第一气孔1011进入，沿着在第一冷却通道20向下流动，通过连通第一冷却通道20和第二冷却通道30的通道，流入靠近尾缘的第二冷却通道30，此时冷却气体向上流动。同时，冷却气体还会流入设置在第一冷却通道20和第二冷却通道30的壁面上的若干气膜通孔40中，最终流向涡轮叶片本体10的外表面，从气膜通孔40排出，以达到冷却涡轮叶片本体10的目的。

在本实施例中，第一冷却通道20、第二冷却通道30以及设置在第一冷却通道20和第二冷却通道30的壁面上的若干气膜通孔40，形成气膜冷却结构。

进一步地，请结合参见图3和图4，图3是本发明实施例提供的一种具有气膜冷却结构的涡轮叶片的三视图，其中，(a)图为主视图，(b)图为侧视图，(c)图为俯视图。图4是本发明实施例提供的气膜冷却结构的结构示意图，其中，(a)图为立体图，(b)图为主视图。如图所示，具体地，第一冷却通道20与叶片前缘105连接的壁面上设置的若干气膜通孔40，形成第一气膜通孔组401；第一冷却通道20与叶片压力面103连接的壁面上设置的若干气膜通孔40，形成第二气膜通孔组402、第三气膜通孔组403、第四气膜通孔组404和第五气膜通孔组405；第一冷却通道20与叶片吸力面104连接的壁面上设置的若干气膜通孔40，形成第七气膜通孔组407和第八气膜通孔组408；第二冷却通道30与叶片压力面103连接的壁面上设置的若干气膜通孔40，形成第六气膜通孔组406。

在本实施例中，每组气膜通孔组中的若干气膜通孔40均自上而下沿着涡轮叶片本体10的高度方向平行排列。因为叶片压力面103的冷却效果一般比叶片吸力面104差，因此，在叶片压力面103布置的气膜通孔组的数量多于叶片吸力面104的气膜通孔组的数量，在靠近叶片尾缘106的位置一般不布置气膜通孔组。

需要说明的是，由于叶片尾缘106相对于叶片前缘105、叶片压力面103和叶片吸力面104热负荷较小，且叶片压力面103和叶片吸力面104的气膜孔组中的冷气可以汇集在叶片尾缘，因此，在靠近叶片尾缘106的位置一般不布置气膜通孔组，另外，叶片尾缘106一般采用内部冷却方式。

可选地，气膜通孔40的直径为0.6mm-1mm，在本实施例中，气膜通孔40的直径为0.8mm。

可选地，每组气膜通孔组中的气膜通孔40的个数为11-13个，每组气膜通孔组中相邻的气膜通孔40之间的间距为2mm-2.3mm。

可选地，第一气膜通孔组401中的气膜通孔40的长径比为6-10，流向角度75°-90°，复合角度为180°。请参见图5，图5是本发明实施例提供的流向角度和复合角度的示意图，其中，(a)图为流向角度示意图，(b)图为复合角度示意图，如图所示，流向角度为气膜通孔40的出口方向与涡轮叶片本体10外表面的夹角，复合角度为气膜通孔40的出口方向与主流方向的夹角，在本实施例中，在第一冷却通道20中，冷却气体流向叶根102方向，在第二冷却通道30中，冷却气体流向叶顶101方向。

需要说明的是，主流指的是叶片外部的高温燃气，发动机叶片处于高温燃气的环境中，通过叶片表面开设气膜孔组，冷却气体通过气膜孔喷射在叶片表面上，防止叶片直接与高温燃气接触。一般，高温燃气称为主流气体，冷却气体有时称为二次流。

在本实施例中，第一气膜通孔组401中的气膜通孔40的长径比为7.8，相邻的气膜通孔40之间的间距为2.15mm，气膜通孔40的个数为13个，流向角度75°，复合角度为180°。

可选地，第二气膜通孔组402中的气膜通孔40的长径比为1.5-3，流向角度30°-45°，复合角度为15-20°。

在本实施例中，第二气膜通孔组402中的气膜通孔40的长径比为1.68，相邻的气膜通孔40之间的间距为2mm，气膜通孔40的个数为13个，流向角度42°，复合角度为15°。

可选地，第三气膜通孔组403中的气膜通孔40的长径比为1-2，流向角度45°-60°，复合角度为15-20°。

在本实施例中，第三气膜通孔组403中的气膜通孔40的长径比为1.25，相邻的气膜通孔40之间的间距为2.1mm，气膜通孔40的个数为13个，流向角度60°，复合角度为15°。

可选地，第四气膜通孔组404中的气膜通孔40的长径比为1.5-3，流向角度35°-50°，复合角度为15-20°。

在本实施例中，第四气膜通孔组404中的气膜通孔40的长径比为1.56，相邻的气膜通孔40之间的间距为2.15mm，气膜通孔40的个数为13个，流向角度48°，复合角度为15°。

可选地，第五气膜通孔组405中的气膜通孔40的长径比为2-4，流向角度30°-40°，复合角度为15-20°；

在本实施例中，第五气膜通孔组405中的气膜通孔40的长径比为2.2，相邻的气膜通孔40之间的间距为2.2mm，气膜通孔40的个数为12个，流向角度30°，复合角度为15°。

可选地，第七气膜通孔组407中的气膜通孔40的长径比为4-6，流向角度20°-30°，复合角度为15-20°。

在本实施例中，第七气膜通孔组407中的气膜通孔40的长径比为4，相邻的气膜通孔40之间的间距为2.1mm，气膜通孔40的个数为12个，流向角度20°，复合角度为15°。

可选地，第八气膜通孔组408中的气膜通孔40的长径比为3-5，流向角度25°-35°，复合角度为15-20°。

在本实施例中，第八气膜通孔组408中的气膜通孔40的长径比为3.12，相邻的气膜通孔40之间的间距为2.1mm，气膜通孔40的个数为13个，流向角度32°，复合角度为15°。

可选地，第六气膜通孔组406中的气膜通孔40的长径比为1.5-3，流向角度25°-40°，复合角度为10-20°。

在本实施例中，第六气膜通孔组406中的气膜通孔40的长径比为1.9，相邻的气膜通孔40之间的间距为2.2mm，气膜通孔40的个数为12个，流向角度36°，复合角度为10°。

需要说明的是，在本实施例中，第六气膜通孔组406中的气膜通孔40的复合角度偏向叶顶101方向，即冷却气体通过第六气膜通孔组406中的气膜通孔40吹向叶顶方向。第一气膜通孔组401、第二气膜通孔组402、第三气膜通孔组403、第四气膜通孔组404、第五气膜通孔组405、第七气膜通孔组407和第八气膜通孔组408中的气膜通孔40的复合角度偏向叶根102方向，即冷却气体通过上述气膜通孔组中的气膜通孔40吹向叶根方向。

进一步地，第一冷却通道20和第二冷却通道30的内壁与叶片压力面103和叶片吸力面104之间的距离相等。

可选地，第一冷却通道20和第二冷却通道30的型线按照叶片前缘105、叶片压力面103、叶片吸力面104的型线来建模，以保证冷却通道内壁面与叶片压力面103、叶片吸力面104的距离保持一致。

进一步地，可选地，第一冷却通道20和第二冷却通道30高度均为25mm-28mm，第一冷却通道20和第二冷却通道30之间的间距为5mm-6mm；连通第一冷却通道20和第二冷却通道30的通道底部与叶根102的之间的间距为2mm-5mm。

在本实施例中，第一冷却通道20和第二冷却通道30高度均为28mm，第一冷却通道20和第二冷却通道30之间的间距为5.65mm(图3中(a)图中L1的长度)；连通第一冷却通道20和第二冷却通道30的通道底部与叶根102的之间的间距(图3中(b)图中L2的长度)为2mm。

气膜冷却是一种直接对叶片表面进行保护的一个冷却方式，相比于内部的液冷，气膜冷却可以对一些曲率较大或曲率变化率较大的位置冷却效果较好。本实施例的具有气膜冷却结构的涡轮叶片，在叶片前缘、叶片压力面和叶片吸力面均设置有气膜通孔组，可以保证气膜尽可能多地全覆盖在叶片表面，可以降低叶片表面的热负荷，对全叶片表面的冷却效果更好。

实施例二

本实施例对实施例一的具有气膜冷却结构的涡轮叶片的冷却效果进行了模拟实验验证。

具体地，主流燃气和冷却气体都采用质量流量入口边界条件，主流流量保持100g/s不变，主流燃气入口温度1000K，冷却气体入口温度300K，通过调整冷却气体的质量流量模拟吹风比M＝1.3到M＝2.9的工况。吹风比表示冷却气体流与主流密度速度乘积的比值，吹风比的大小与冷却气体的排量线性相关，直接代表了冷却气体质量的消耗，用于表示冷却气体的注射率。

进一步地，对不同吹风比条件下涡轮叶片的表面温度分布进行了分析，请参见图6，图6是本发明实施例提供的不同吹风比条件下涡轮叶片的表面温度分布曲线图，如图所示，当吹风比为1.3时，叶片前缘处冷却效果不佳，叶片压力面与叶片吸力面冷却效果较好。叶片前缘处的叶片表面温度远大于其它吹风比工况下的温度，该吹风比下叶片吸力面的叶片温度和其它工况下的叶片表面温度偏差较小。主要是由于吹风比较小时，冷却气体入口压力较小，叶片前缘处主流气体滞止压力较大，造成冷却空气在叶片前缘处无法喷射出来，甚至造成主流气体喷入气膜通孔内。故在吹风比较小时，叶片前缘处冷却效果不好。但叶片压力面与叶片吸力面的冷却气体可以保证正常射流，温度下降明显。随着吹风比的增加，叶片前缘处的温度逐渐减小，但减小的趋势逐渐变缓。

当吹风比从2.5增加到2.9时，此时冷却气体消耗量过大，但对于叶片前缘的冷却效果影响有限。叶片压力面的叶片表面温度也随吹风比的增加呈减小趋势，当吹风比大于1.9时，吹风比的增加对于该部分的冷却效果影响有限。但叶片尾缘部分在较高吹风比的工况仍有较好的冷却效果，吹风比为1.3时叶片尾缘处的冷却效果有限，但仍远低于叶片前缘处的叶片温度。叶片吸力面的整体冷却效果较好，比较小的吹风比如1.3，仍有较好的冷却效果。

从图6还可以看出，在叶片压力面与叶片吸力面温度分布曲线图中，从叶片前缘向叶片尾缘的发展方向，温度并不是一直处于下降状态，而是会有先上升再下降的趋势，这主要是由于气膜通孔附近的气膜没有紧贴壁面，主流燃气会进入这个间隙，造成该区域表面温度上升，但吹离叶片表面的冷却气体会再附着到壁面，温度会继续向叶片尾缘方向下降。温度波动的区域占比较小，说明冷却气体从气膜通孔吹离到再附着的过程较快，这是因为叶片压力面有5组排气膜通孔，下游的气膜通孔发生的吹离，会由上游气膜通孔吹离的气体再附着在下游无气膜覆盖的区域。故全叶片表面气膜冷却的优势在于不会存在较大的无气膜覆盖区域，进而提高了叶片表面的整体冷却效果。

结合温度分布曲线可看出温度的最低点出现在叶片压力面的第五气膜通孔组处，这是因为该位置处于曲率变化处，冷却射流吹离的部分容易在该位置汇集，主流燃气会在该区域改变速度方向，该区域主流压力较高，第五气膜通孔组射流冷气不会发生吹离表面现象，会在表面形成稳定的气膜。结合上游气膜孔吹离的冷气再附着到该区域，形成叶片整体表面温度最低的区域。

请参见图7，图7是本发明实施例提供的吹风比1.3时涡轮叶片表面温度分布和冷却气体流线及中径面压力云图，如图所示，从冷却气体的流线分布可看出，在吹风比较小的情况下，冷却气体进入冷却通道之后几乎没有从叶片前缘位置的气膜通孔喷出，甚至出现主流气体从气膜通孔吹入叶片内部冷却腔的情况。从叶片表面的温度分布云图可见，叶片前缘位置的气膜通孔表面温度升高，这是主流燃气进入气膜通孔的结果。在该吹风比下叶身其余位置的冷却效果尚可。从左图的叶片中径截面主流压力分布云图中可以看出，主流燃气在前缘位置的压力最高，造成冷却气体无法在叶片前缘处形成气膜。为改善叶片前缘位置的气膜冷却效率，应尽可能增加吹风比，才能进一步冷却叶片前缘位置。

综合气膜冷却效率常用来衡量气热耦合叶片的气膜冷却效果。综合冷却效率的定义为：

其中T_∞为主流来流速度，T_w为叶片表面温度，T_c,i为冷却气体入口温度。

叶片设计最关心的是叶片表面温度，测量综合冷却效率φ的意义在于它包含了很多关心的参数，如绝热气膜冷却效率值、强化换热的影响效果、气热耦合的影响等。且综合气膜冷却效率的测量方法较为简单。根据综合冷却效率的定义，避免了测量冷却气流在气膜孔的出口温度，在测量方法上变得简单易操作，且减少了测量误差。

请参见图8，图8是本发明实施例提供的不同吹风比下叶片展向的侧向综合气膜冷却效率图。其中，侧向平均综合冷却效率是将叶片表面所在位置沿叶高位置对效率值进行积分平均，所得到的值作为该位置的侧向平均冷却效率。在本实施例中，数值模拟研究了M＝1.3到M＝2.9的吹风比下的综合气膜冷却效率分布。

研究发现针对该气膜冷却模型叶片压力面与叶片吸力面的气膜冷却效率分布相差不大。一般情况下对于任意的密度比，最高的有效度在叶片吸力面上产生，最低的有效度则产生在叶片压力面上。对于叶片压力面，较高的气膜有效度在高吹风比时的下游产生，这是因为上游的冷气在高吹风比时吹离表面，但由于叶片压力面为内凹形的表面，很快冷气在下游再附着于表面。叶片压力面由于曲率和静压力较大，使得从叶片压力面射流的冷却气体更容易脱离表面。为了提高叶片压力面气膜冷却效率值，采用增加布置气膜通孔组的方式来提高气膜冷却效率。从图中可以看出叶片压力面偏向尾缘的部分，存在一个冷却效率的极大值，该位置并没有布置气膜通孔组，这是因为在叶片压力面上游的气膜通孔组射流的冷却气体再附着于叶片压力面偏尾缘位置，并发生叠加，造成该位置存在一个气膜冷却效率的极大值。

综合气膜冷却效率分布图中存在一些极大值区域，正是气膜通孔对应的位置，叶片压力面的5组排气膜通孔和吸力面的2组排气膜通孔可以清楚地看到其所在位置。当吹风比为1.3时，冷却效率整体较低，其他的工况下冷却效率分布差异相对较小。对于上文分析的M＝2.5与M＝2.9的工况，较小的2.5的吹风比整体效率分布要大于2.9的吹风比，较大的吹风比产生较大的动量比，冷却气体无法附着于叶片表面，容易发生吹离现象，与主流气体进行参混，气膜冷却效率降低。在叶片吸力面的效率分布图中尤其可以看出这一点，M＝2.5的冷却效率也要大于M＝2.9的。

应当说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的物品或者设备中还存在另外的相同要素。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。“上”、“下”、“左”、“右”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发明和简化描述，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发明的限制。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种具有气膜冷却结构的涡轮叶片，其特征在于，包括：涡轮叶片本体(10)以及设置在其内部的气膜冷却结构，其中，所述涡轮叶片本体(10)包括叶顶(101)、叶根(102)以及位于所述叶顶(101)与所述叶根(102)之间的叶身，所述叶身由叶片压力面(103)、和叶片吸力面(104)围设而成，在所述叶片压力面(103)与所述叶片吸力面(104)的连接处分别形成叶片前缘(105)和叶片尾缘(106)；

所述叶顶(101)上开设有第一气孔(1011)和第二气孔(1012)，所述第一气孔(1011)和所述第二气孔(1012)均沿着所述涡轮叶片本体(10)的高度方向，向所述叶根(102)延伸，形成第一冷却通道(20)和第二冷却通道(30)，所述第一冷却通道(20)和所述第二冷却通道(30)的底部连通；

所述第一冷却通道(20)与所述叶片压力面(103)、所述叶片吸力面(104)和所述叶片前缘(105)连接的壁面上设置有若干气膜通孔(40)；

所述第二冷却通道(30)与所述叶片压力面(103)连接的壁面上设置有若干气膜通孔(40)。

2.根据权利要求1所述的具有气膜冷却结构的涡轮叶片，其特征在于，所述第一气孔(1011)靠近所述叶片前缘(105)，作为冷却气体进口，所述第二气孔(1012)靠近所述叶片尾缘(106)，作为冷却气体出口。

3.根据权利要求1所述的具有气膜冷却结构的涡轮叶片，其特征在于，

所述第一冷却通道(20)与所述叶片前缘(105)连接的壁面上设置的若干所述气膜通孔(40)，形成第一气膜通孔组(401)；

所述第一冷却通道(20)与叶片压力面(103)连接的壁面上设置的若干所述气膜通孔(40)，形成第二气膜通孔组(402)、第三气膜通孔组(403)、第四气膜通孔组(404)和第五气膜通孔组(405)；

所述第一冷却通道(20)与所述叶片吸力面(104)连接的壁面上设置的若干所述气膜通孔(40)，形成第七气膜通孔组(407)和第八气膜通孔组(408)；

所述第二冷却通道(30)与所述叶片压力面(103)连接的壁面上设置的若干所述气膜通孔(40)，形成第六气膜通孔组(406)；

其中，每组气膜通孔组中的若干所述气膜通孔(40)均自上而下沿着所述涡轮叶片本体(10)的高度方向平行排列。

4.根据权利要求1所述的具有气膜冷却结构的涡轮叶片，其特征在于，所述气膜通孔(40)的直径为0.6mm-1mm。

5.根据权利要求3所述的具有气膜冷却结构的涡轮叶片，其特征在于，每组气膜通孔组中的所述气膜通孔(40)的个数为11-13个，每组气膜通孔组中相邻的所述气膜通孔(40)之间的间距为2mm-2.3mm。

6.根据权利要求3所述的具有气膜冷却结构的涡轮叶片，其特征在于，所述第一气膜通孔组(401)中的所述气膜通孔(40)的长径比为6-10，流向角度75°-90°，复合角度为180°，其中，所述流向角度为所述气膜通孔(40)的出口方向与所述涡轮叶片本体(10)外表面的夹角，所述复合角度为所述气膜通孔(40)的出口方向与主流燃气流动方向的夹角。

7.根据权利要求6所述的具有气膜冷却结构的涡轮叶片，其特征在于，

所述第二气膜通孔组(402)中的所述气膜通孔(40)的长径比为1.5-3，流向角度30°-45°，复合角度为15-20°；

所述第三气膜通孔组(403)中的所述气膜通孔(40)的长径比为1-2，流向角度45°-60°，复合角度为15-20°；

所述第四气膜通孔组(404)中的所述气膜通孔(40)的长径比为1.5-3，流向角度35°-50°，复合角度为15-20°；

所述第五气膜通孔组(405)中的所述气膜通孔(40)的长径比为2-4，流向角度30°-40°，复合角度为15-20°；

所述第七气膜通孔组(407)中的所述气膜通孔(40)的长径比为4-6，流向角度20°-30°，复合角度为15-20°；

所述第八气膜通孔组(408)中的所述气膜通孔(40)的长径比为3-5，流向角度25°-35°，复合角度为15-20°。

8.根据权利要求6所述的具有气膜冷却结构的涡轮叶片，其特征在于，

所述第六气膜通孔组(406)中的所述气膜通孔(40)的长径比为1.5-3，流向角度25°-40°，复合角度为10-20°。

9.根据权利要求3所述的具有气膜冷却结构的涡轮叶片，其特征在于，所述第六气膜通孔组(406)中的所述气膜通孔(40)的复合角度偏向所述叶顶(101)方向；

所述第一气膜通孔组(401)、所述第二气膜通孔组(402)、所述第三气膜通孔组(403)、所述第四气膜通孔组(404)、所述第五气膜通孔组(405)、所述第七气膜通孔组(407)和所述第八气膜通孔组(408)中的所述气膜通孔(40)的复合角度偏向所述叶根(102)方向。

10.根据权利要求1所述的具有气膜冷却结构的涡轮叶片，其特征在于，

所述第一冷却通道(20)和所述第二冷却通道(30)的内壁与所述叶片压力面(103)和所述叶片吸力面(104)之间的距离相等；

所述第一冷却通道(20)和所述第二冷却通道(30)高度均为25mm-28mm，所述第一冷却通道(20)和所述第二冷却通道(30)之间的间距为5mm-6mm；

连通所述第一冷却通道(20)和所述第二冷却通道(30)的通道底部与所述叶根(102)的之间的间距为2mm-5mm。

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