CN208845235U - 一种具有复合异型槽气膜冷却结构的涡轮叶片 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种具有复合异型槽气膜冷却结构的涡轮叶片及其制备方法。所述涡轮叶片呈中空结构，其外壁具有若干内凹的第一槽体，每个第一槽体底部设置若干贯穿至涡轮叶片内壁的离散孔A；第一槽体为复合异型槽，沿深度方向至少由两部分组成，自第一槽体底部深度为H₁的部分为第一部分，剩余部分为第二部分，并且第二部分的至少一侧壁是由第一部分的同侧壁横向扩张形成。气体自离散孔A喷出后在第一槽体的第一部分充分发展，形成连续、均匀的正压气体，然后经第二部分传输至开口端偏向涡轮叶片外壁一侧流出，在涡轮叶片外壁形成连续的均匀贴附的气膜。

Description

一种具有复合异型槽气膜冷却结构的涡轮叶片

技术领域

本实用新型涉及用于航空发动机、燃气轮机等技术领域的涡轮叶片，具体涉及一种具有复合异型槽气膜冷却结构的涡轮叶片。

背景技术

航空发动机、燃气轮机工作效率提升的关键之一在于使用高的工作温度。叶片是航空发动机、燃气轮机等动力装置的核心部件，其中涡轮叶片作为热能转换的关键部件，需要工作于高温高压交变载荷下，既要能够承受高出自身熔点的工作温度，又要有足够强度来平衡离心力等机械载荷。为此，现代航空发动机、燃气轮机涡轮叶片需要采用耐高温基体材料，使用耐高温热障涂层，还要使用气膜冷却技术产生温度梯度。涡轮叶片材料一般为高温合金、单晶金属和陶瓷基复合材料等等。未来发动机涡轮前工作温度越来越高，与叶片材料耐受温度之间的温差需要先进的气膜冷却技术来承担。

涡轮叶片一般采用中空结构，使用气膜冷却结构进行叶片的主动温度控制，喷出冷气，隔离高温气体。气膜冷却孔的主要目的是建立贴附于叶片表面的气膜，希望均匀覆盖，紧密贴附。历史上所使用的气膜冷却结构早期为直圆孔，相对实心叶片取得显著的工作温度提升。但直圆孔的单孔降温保护面积偏小，吹风比大时气膜剥离严重，所以，先进的涡轮叶片目前已经广泛使用各种三维异型孔，以便相对简单孔大幅度增加单孔降温保护面积和在各种吹风比下的气膜贴附度。气膜冷却孔是离散分布的，孔的分布和形状决定了叶片表面气膜的均匀性，气膜覆盖的均匀性成为制约涡轮最大降温梯度的一大关键因素。

涡轮叶片必须在保证强度的前提下优化气膜孔设计。由于气动力学的需要，涡轮叶片形状扭曲，使用气膜冷却孔只能形成叶片表面的部分区域强力气膜覆盖，部分区域气模隔离效果薄弱甚至存在气膜覆盖空白区。使用多排密集的气膜孔可以提高冷却效果，但打孔太多会导致加工成本过高和可靠性下降，更严重的是，过多的气膜孔会降低叶片的结构强度。因此，使用离散气膜孔的叶片，其可靠温度保护梯度一般低于300度(Yahya,S M(2011).Turbines Compressors and Fans.New delhi:Tata McGraw-Hill Education,2010.pp.430–433.)。

如何革新气膜冷却结构，获得更高工作温度的涡轮叶片是动力系统长期研究的热点。为了改进离散气膜孔冷却效果均匀性差的问题，专利文献US20110097188A1等中将气膜冷却孔嵌入浅层盲槽中，盲槽与表面垂直，调节气膜孔喷射气流的表面效应，一定尺寸的盲槽结构会产生有益结果。上述研究均以冷却孔为主体形成初始气膜，表面浅槽或一定深度槽的作用是辅助性地调节气流，槽的长度方向与冷却孔的中心线方向一致。此类技术适当排布虽然可以改进气膜的均匀性，但并不能彻底解决叶片表面形成连续气膜的难题。此外，上述方案中，冷却气体先沿槽长方向喷射，然后依赖涡轮的旋转效应形成垂直于槽的气膜，对叶片气膜覆盖均匀性的改善有限。

实用新型内容

针对上述技术现状，本实用新型旨在提供一种涡轮叶片，呈中空结构，具有气膜冷却结构，冷却气体自其内壁经气膜冷却结构能够在其外壁形成连续、均匀的冷却气膜，可以实现高效冷却，对提高涡轮叶片的耐高温能力具有重要意义。

为了实现上述技术目的，本实用新型人经过长期的研究探索，在涡轮叶片的壁设置包括离散孔与槽体的气膜冷却结构，并且将槽体设计为由两部分形成的复合复合异型槽，即，沿着槽体深度方向，第一部分为中间扩展槽，用于将来自离散孔进入的冷却气体充分发展，形成连续、均匀的正压气体；第二部分为横向扩张槽，用于使该正压气体偏向涡轮叶片外壁一侧流出，在涡轮叶片的外壁形成连续的均匀贴附的冷却气膜。

即，本实用新型的技术方案为：一种具有复合异型槽气膜冷却结构的涡轮叶片，呈中空结构；所述涡轮叶片的外壁具有若干内凹的第一槽体，所述第一槽体包括槽体底部，以及沿着第一槽体长度方向的两侧壁；每个第一槽体底部设置若干贯穿至所述涡轮叶片内壁的离散孔A，所述离散孔A大体沿着该槽体的长度方向排列；

所述第一槽体的深度为H，所述第一槽体沿深度方向至少由两部分组成，自第一槽体底部深度为H₁的部分为第一部分，剩余的部分为第二部分，即，第二部分深度为H₂＝H-H₁；第二部分的至少一侧壁是由第一部分的同侧壁横向扩张形成。

在上述结构的涡轮叶片中，冷却气体自离散孔A进入第一槽体，在第一部分充分扩散、混合，形成均匀的正压气体后经第二部分传输至开口端部偏向所述涡轮叶片的外壁流出，在涡轮叶片的外壁形成均匀、连续的冷却气膜。

上述结构的涡轮叶片的制备方法不限，例如，利用3D打印技术制得，利用整体加工技术制得等。本实用新型还提供了一种制备上述具有复合异型槽气膜冷却结构的涡轮叶片的方法，首先，将所述涡轮叶片分为至少两部分；然后，在每部分的外壁制备所述第一槽体，在每部分的内壁制备所述离散孔A；最后，将各部分组合，形成所述具有复合异型槽气膜冷却结构的涡轮叶片。或者，在所述涡轮叶片的外壁依次加工形成第一槽体的第二部分、第一部分，以及离散孔A，得到所述具有复合异型槽气膜冷却结构的涡轮叶片。

所述加工工艺不限，包括机械加工、激光加工、电化学加工等。

为了进一步提高冷却气体的连续、均匀以及贴附性，本实用新型还提出一种优化的涡轮叶片结构。

即，一种具有复合异型槽气膜冷却结构的涡轮叶片，呈中空结构；所述涡轮叶片的外壁具有若干内凹的第一槽体，所述涡轮叶片的内壁具有若干内凹的第二槽体；所述第一槽体包括槽体底部，以及沿着槽体长度方向的两侧壁；所述第二槽体包括槽体底部，以及沿着槽体长度方向的两侧壁；每个第一槽体底部设置若干贯穿至第二槽体底部的离散孔A，所述离散孔A大体沿着该第一槽体的长度方向排列；

所述第一槽体的深度为H，所述第一槽体沿深度方向至少由两部分组成，自第一槽体底部深度为H₁的部分为第一部分，剩余的部分为第二部分，即，第二部分深度为H₂＝H-H₁；第二部分的至少一侧壁是由第一部分的同侧壁横向扩张形成。

在该优化的结构中，所述涡轮叶片的内壁设置第二槽体，第二槽体的引入有利于冷却气流高效传输至离散孔A，并形成正压，降低气体喷射孔的加工深度。

所述第二槽体的高度的选择以高效溅射冷却气体，形成正压为优化目标。

上述结构的涡轮叶片的制备方法不限，例如，利用3D打印技术制得，利用整体加工技术制得等。本实用新型还提供了一种制备上述具有复合异型槽气膜冷却结构的涡轮叶片的方法，首先，将所述涡轮叶片分为至少两部分；然后，在每部分的外壁制备所述第一槽体，在每部分的内壁制备所述第二槽体与离散孔A；最后，将各部分组合，形成所述具有复合异型槽气膜冷却结构的涡轮叶片。

所述加工工艺不限，包括机械加工、激光加工、电化学加工等。

为了进一步提高冷却气体的连续、均匀以及贴附性，本实用新型还提出另一种优化的涡轮叶片结构。

一种具有复合异型槽气膜冷却结构的涡轮叶片，呈中空结构；在所述涡轮叶片的内壁与外壁之间设置空心腔体；所述涡轮叶片的内壁设置若干贯穿至所述空心腔体的离散孔B；

所述涡轮叶片的外壁具有若干内凹的第一槽体，所述第一槽体包括槽体底部，以及沿着槽体长度方向的两侧壁；每个第一槽体底部设置若干贯穿至所述空心腔体的离散孔A，所述离散孔A大体沿着该槽体的长度方向排列；

所述第一槽体的深度为H，所述槽体沿深度方向至少由两部分组成，自槽体底部深度为H₁的部分为第一部分，剩余的部分为第二部分，即，第二部分深度为H₂＝H-H₁；第二部分的至少一侧壁是由第一部分的同侧壁横向扩张形成。

在该优化的结构中，所述涡轮叶片的内壁与外壁之间设置中空腔体，冷却气体首先经离散孔B进入空心腔体进行对流冷却，形成正压，然后经离散孔A进入所述第一槽体。

所述空心腔体的高度的选择以高效溅射冷却气体，形成正压为优化目标。

作为优选，所述离散孔B与离散孔A错位分布。

所述的离散孔B可以是直圆孔，也可以是扩散孔，也可以是复杂的三维异型孔。

作为优选，所述的离散孔B的开口端设置倒角过渡结构或者圆弧过渡结构，以避免尖锐结构造成应力集中现象，以及气体流通不畅等问题。

上述结构的涡轮叶片的制备方法不限，例如，利用3D打印技术制得，利用整体加工技术制得等。本实用新型还提供了一种制备上述具有复合异型槽气膜冷却结构的涡轮叶片的方法，首先，将所述涡轮叶片分为至少两部分；然后，在每部分的外壁制备所述第一槽体与离散孔A，在每部分的内壁制备所述离散孔B；最后，将各部分组合，形成所述具有复合异型槽气膜冷却结构的涡轮叶片。

所述加工工艺不限，包括机械加工、激光加工、电化学加工等。

作为优选，所述第一槽体沿深度方向的开口端部102的轴线与所述涡轮叶片外壁的法线夹角为α，10°≤α≤90°，优选为30°≤α≤80°，进一步优选为45°≤α≤70°。

作为优选，所述第一槽体的沿着槽体宽度方向的垂直截面中，第一部分的两侧壁为存间隔的两条直线段。每条直线段与槽底夹角优选为10°-170°，进一步优选为30°-150°，更优选为60°-120°。两条直线段可以互相平行，也可以形成一定夹。第二部分的侧壁可以是平直线段，也可以是弧线段，作为优选，第二部分的至少一侧壁为的弧线段。另外，作为优选，第一部分的至少一侧壁与第二部分的同侧壁的连接处为倒角过渡连接，或者为圆弧过渡连接，以实现平滑连接。

所述离散孔A的最大直径为d，所述第一槽体的最小宽度为D。作为优选，D≥d。作为优选，H≥2d，进一步优选为H≥3d，更优选为H≥4d。

作为优选，H₁>H₂；进一步优选为H₁：H₂≥2：1；更优选为H₁：H₂≥3：1，最优选为H₁：H₂≥4：1。

所述涡轮叶片的内壁与外壁可以互相平行，与可以呈一定夹角。

所述的离散孔A可以是直圆孔，也可以是扩散孔，也可以是复杂的三维异型孔。作为优选，所述的离散孔A的中心轴线与所述火焰筒外壁的夹角为θ。夹角α与夹角θ可以不同。作为优选，夹角θ以减少孔加工厚度为主，一般优选为0°≤θ≤60°，更优选为10°≤θ≤45°；夹角α以保障良好气膜贴附为主。

作为优选，所述的离散孔A的开口端设置倒角过渡结构或者圆弧过渡结构，以避免尖锐结构造成应力集中现象，以及气体流通不畅等问题。

各第一槽体、第二槽体在所述涡轮叶片外壁的设置不限，根据涡轮叶片外壁的实际形状可以是存间距平行排列，也可以是交错排列等，以使各第一槽体形成的连续气膜对涡轮叶片外壁形成全覆盖为主。

与现有技术相比，本实用新型在涡轮叶片的壁设置离散孔A与第一槽体，形成气膜冷却结构，并且第一槽体是由两部分形成的复合复合异型槽，沿着槽体深度方向，第一部分深度为H₁，形成中间扩展槽，第二部分深度为H₂，形成横向扩张槽，这样的结构具有如下有益效果：

(1)冷却气体自离散孔进入第一槽体后，由于第一槽体为两段形成的复合异型槽，具有较大深度，沿着第一槽体宽度方向的垂直截面呈狭长结构，如图1所示，来自各离散孔的扩散气体不仅会沿第一槽体长度方向扩展、混合，而且能够沿着第一槽体深度方向扩散、混合、相互叠加，即，能够在第一槽体的第一部分充分发展，从而形成连续、均匀的正压气体，然后经由第一槽体的第二部分传输至开口端，按照气膜贴附的气动需要对开口端的形状进行优化设计，使气体偏向涡轮叶片外壁一侧流出，在涡轮叶片外壁形成连续的均匀贴附的冷却气膜，并且由于第一槽体深度较大，由第一槽体开口端流出的冷却气体具有强大的气压，因此在涡轮叶片外壁形成的连续均匀的冷却气膜强力贴附在涡轮叶片的外壁。即，本实用新型中，复合异型槽结构的设置为连续、均匀、强力贴附的冷却气膜提供了必要条件。冷却气体自离散孔A进入第一槽体，在第一部分充分扩散、混合，形成均匀的正压气体后经第二部分传输至开口端部偏向涡轮叶片外壁流出，在涡轮叶片外壁形成均匀连续气膜。

(2)冷却气体经过本实用新型的涡轮叶片壁的气动仿真图如1所示，证实了本实用新型中冷却气体可以经离散孔A喷射至第一槽体，在第一槽体内扩展、混合，形成连续、均匀的正压气体，然后在涡轮叶片外壁形成全气膜覆盖。

(3)实验证实，当本实用新型的燃烧室中涡轮叶片处于高温热气环境中时，冷却气体能够在涡轮叶片外壁形成的全气膜覆盖，具有良好的冷却效果，等效冷却效率＝(燃气温度-火焰筒内距离火焰筒内壁一定距离处测得的温度)/(燃气温度-冷却气体温度)时，在冷却气体的吹风比M＝1.5情况下，本实用新型的涡轮叶片中，距离涡轮叶片外壁十毫米以上的距离处等效冷却效率为0.5以上，当冷却气体吹风比增大，等效冷却效率可提高至0.7以上。

(4)本实用新型的涡轮叶片应用广泛，包括用于航空发动机和燃气轮机飞机、飞行汽车和发电系统等。

附图说明

图1是冷却气体经过本实用新型的涡轮叶片的气动仿真图；

图2是本实用新型实施例1中涡轮叶片结构示意图；

图3是图2的水平截面的结构示意图；

图4是图3中的一个第一槽体的结构示意图；

图5是冷却气体在图3的一个第一槽体中的传输示意图；

图6是本实用新型实施例2中涡轮叶片结构示意图；

图7是本实用新型实施例3中涡轮叶片的水平截面结构示意图；

图8是图7中的一个第一槽体的结构示意图。

具体实施方式

下面结合实施例对本实用新型作进一步详细描述，需要指出的是，以下所述实施例旨在便于对本实用新型的理解，而对其不起任何限定作用。

图2-8中的附图标记为：14-离散孔B；15-中空腔体；100-涡轮叶片；101-涡轮叶片的外壁；102-涡轮叶片的内壁；105-第一槽体；106-分割线；107-第二槽体；301-槽体的第二部分；302-槽体的第一部分；400-离散孔A；500-第一槽体底部；501-第二槽体底部；600、700-第一槽体两侧壁；601、701-第二槽体两侧壁。

实施例1：

本实施例中，涡轮叶片100呈中空结构，其结构示意图如图2所示，图3是图2的水平截面的结构示意图。

涡轮叶片100的外壁101设置多个彼此存间隔互相平行的第一槽体105，第一槽体的长度可部分或整体贯穿涡轮叶片100的外壁101。

图4是图3中一个第一槽体105的放大结构示意图。

从图4中可以看出，每个第一槽体包括槽体底部500与槽体两侧壁600，700。每个第一槽体底部设置多个贯穿至涡轮叶片内壁102的离散孔A 400，本实施例中，涡轮叶片外壁101与涡轮叶片内壁102大体平行。如图1所示，这些离散孔A400大体沿着该第一槽体105的长度方向排列。

这些离散孔A的最大直径为d，第一槽体的深度为H，第一槽体的最小宽度为D，D≥d，并且H≥2d。

本实施例中，第一槽体沿深度方向由两部分组成，如图4所示，自第一槽体底部深度为H₁的部分为第一部分302，剩余部分为第二部分301，即，第二部分深度为H₂＝H-H₁。

本实施例中，第一部分302呈倾斜的柱体结构，在如图4所示的垂直截面中，第一部分302的两侧壁呈存间隔的两条直线段，两条直线段互相平行，每条直线段与槽底夹角为70°；第二部分的一个侧壁也为直线段，是由第一部分的同侧壁延伸形成，另一个侧壁呈弧线段，是由第一部分的同侧壁横向扩张形成。本实施例中，第二部分沿深度方向的开口端部的轴线与涡轮叶片的外壁101的法线之间的夹角α为30°。

本实施例中，H₁略大于H₂。

本实施例中，离散孔的中心轴线与涡轮叶片内壁102的法向之间的夹角θ为15°，并且孔的开口端设置圆弧过渡结构，以避免尖锐结构应力集中现象。

图5是冷却气体在图3的一个第一槽体中的传输示意图。涡轮叶片内壁102侧的冷却气体自离散孔A进入第一槽体后，来自各离散孔A的不仅会沿第一槽体长度方向扩展、混合，而且能够沿着第一槽体深度方向扩散、混合、相互叠加，即，能够在第一槽体的第一部分内充分发展，从而形成连续、均匀的正压气体，然后经由第一槽体的第二部分传输至开口端偏向涡轮叶片外壁一侧流出，在涡轮叶片外壁形成连续的均匀贴附的气膜，并且由于第一槽体深度较大，由第一槽体开口端流出的气体具有强大的气压，因此在涡轮叶片外壁形成的连续均匀的气膜强力贴附在涡轮叶片外壁。

本实施例中，制备上述涡轮叶片的方法为：首先，将该涡轮叶片100分为两部分，如图2所示，由分体Ⅰ和分体Ⅱ组合而成，其中分体Ⅰ和分体Ⅱ在分割线106处连结为一个完整涡轮叶片100；然后，在分体Ⅰ的外壁制备第一槽体105，在内壁制备离散孔A，在分体Ⅱ的外壁制备第一槽体105，在内壁制备离散孔A；最后，将分体Ⅰ和分体Ⅱ组合在分割线106处连结为一个完整涡轮叶片100。

实施例2：

本实施例中，涡轮叶片100呈中空结构，其结构示意图如图2所示，图3是图2的水平截面的结构示意图。

涡轮叶片100的外壁101设置多个彼此存间隔互相平行的第一槽体105，槽体的长度可部分或整体贯穿涡轮叶片100的外壁101。涡轮叶片的内壁102设置多个彼此存间隔互相平行的第二槽体107。

图6是图3中一个第一槽体105与第二槽体107的放大结构示意图。

从图6中可以看出，每个第一槽体包括第一槽体底部500与第一槽体两侧壁600，700。每个第二槽体107包括第二槽体底部501，以及沿着第二槽体长度方向的两侧壁601、701。每个第一槽体底部设置若干贯穿至第二槽体底部的离散孔A400，所述离散孔A400大体沿着该第一槽体105的长度方向排列。

这些离散孔A的最大直径为d，第一槽体的深度为H，第一槽体的最小宽度为D，D≥d，并且H≥2d。

本实施例中，第一槽体105沿深度方向由两部分组成，如图6所示，自第一槽体底部深度为H₁的部分为第一部分302，剩余部分为第二部分301，即，第二部分深度为H₂＝H-H₁。

本实施例中，第一部分302呈倾斜的柱体结构，在如图6所示的垂直截面中，第一部分302的两侧壁呈存间隔的两条直线段，两条直线段互相平行，每条直线段与槽底夹角为70°；第二部分的一个侧壁也为直线段，是由第一部分的同侧壁延伸形成，另一个侧壁呈弧线段，是由第一部分的同侧壁横向扩张形成。本实施例中，第二部分沿深度方向的开口端部的轴线与基体表面101的法线之间的夹角α为30°。

本实施例中，H₁略大于H₂。

本实施例中，离散孔A的中心轴线与涡轮叶片内壁102的法向之间的夹角θ为15°，并且孔的开口端设置圆弧过渡结构，以避免尖锐结构应力集中现象。

冷却气体在本实施例中的涡轮叶片壁的传输为：涡轮叶片内壁102侧的冷却气体首先传输至第二槽体，在第二槽体高效传输并形成正压后经离散孔A进入第一槽体，来自各离散孔A的冷却气体不仅会沿第一槽体长度方向扩展、混合，而且能够沿着第一槽体深度方向扩散、混合、相互叠加，即，能够在第一槽体的第一部分内充分发展，从而形成连续、均匀的正压气体，然后经由第一槽体的第二部分传输至开口端偏向涡轮叶片外壁一侧流出，在涡轮叶片外壁形成连续的均匀贴附的气膜，并且由于槽体深度较大，由槽体开口端流出的气体具有强大的气压，因此在涡轮叶片外壁形成的连续均匀的气膜强力贴附在涡轮叶片外壁。

本实施例中，制备上述涡轮叶片的方法为：首先，将该涡轮叶片100分为两部分，如图2所示，由分体Ⅰ和分体Ⅱ组合而成，其中分体Ⅰ和分体Ⅱ在分割线106处连结为一个完整涡轮叶片100；然后，在分体Ⅰ的外壁制备第一槽体105，在内壁制备第二槽体107与离散孔A，在分体Ⅱ的外壁制备第一槽体105，在内壁制备第二槽体107与离散孔A；最后，将分体Ⅰ和分体Ⅱ组合在分割线106处连结为一个完整涡轮叶片100。

实施例3：

本实施例中，涡轮叶片100呈中空结构，其结构示意图如图2所示，图7是图2的水平截面的结构示意图。

如图7所示，涡轮叶片100的内壁102与外壁101之间设置空心腔体15。涡轮叶片的内壁102设置若干贯穿至空心腔体15的离散孔B 14。

涡轮叶片100的外壁101设置多个彼此存间隔互相平行的第一槽体105，槽体的长度可部分或整体贯穿涡轮叶片100的外壁101。

图8是图7中一个第一槽体105的放大结构示意图。

从图8中可以看出，每个第一槽体105包括第一槽体底部500与第一槽体两侧壁600，700；每个第一槽体底部设置若干贯穿至空心腔体15的离散孔A 400。

本实施例中，涡轮叶片外壁101与涡轮叶片内壁102大体平行。如图1所示，这些离散孔A 400大体沿着该第一槽体的长度方向排列。

这些离散孔A的最大直径为d，第一槽体的深度为H，第一槽体的最小宽度为D，D≥d，并且H≥2d。

本实施例中，第一槽体沿深度方向由两部分组成，如图4所示，自第一槽体底部深度为H₁的部分为第一部分302，剩余部分为第二部分301，即，第二部分深度为H₂＝H-H₁。

本实施例中，第一部分302呈倾斜的柱体结构，在如图4所示的垂直截面中，第一部分302的两侧壁呈存间隔的两条直线段，两条直线段互相平行，每条直线段与槽底夹角为70°；第二部分的一个侧壁也为直线段，是由第一部分的同侧壁延伸形成，另一个侧壁呈弧线段，是由第一部分的同侧壁横向扩张形成。本实施例中，第二部分沿深度方向的开口端部的轴线与基体表面101的法线之间的夹角α为30°。

本实施例中，H₁略大于H₂。

本实施例中，离散孔A的中心轴线与涡轮叶片内壁102的法向之间的夹角θ为15°，并且孔的开口端设置圆弧过渡结构，以避免尖锐结构应力集中现象。

冷却气体在本实施例中的涡轮叶片壁的传输为：涡轮叶片内壁102侧的冷却气体首先经离散孔B进入中空腔体15，在中空腔体15高效传输并形成正压后经离散孔A进入第一槽体，来自各离散孔A的冷却气体不仅会沿第一槽体长度方向扩展、混合，而且能够沿着第一槽体深度方向扩散、混合、相互叠加，即，能够在第一槽体的第一部分内充分发展，从而形成连续、均匀的正压气体，然后经由第一槽体的第二部分传输至开口端偏向涡轮叶片外壁一侧流出，在涡轮叶片外壁形成连续的均匀贴附的气膜，并且由于槽体深度较大，由槽体开口端流出的气体具有强大的气压，因此在涡轮叶片外壁形成的连续均匀的气膜强力贴附在涡轮叶片内壁。

本实施例中，制备上述涡轮叶片的方法为：首先，将该涡轮叶片100分为两部分，如图2所示，由分体Ⅰ和分体Ⅱ组合而成，其中分体Ⅰ和分体Ⅱ在分割线106处连结为一个完整涡轮叶片100；然后，在分体Ⅰ的外壁制备第一槽体105与离散孔A，在内壁制备离散孔B，在分体Ⅱ的外壁制备第一槽体105与离散孔A，在内壁制备离散孔B；最后，将分体Ⅰ和分体Ⅱ组合在分割线106处连结为一个完整涡轮叶片100。

以上所述的实施例对本实用新型的技术方案进行了详细说明，应理解的是以上所述仅为本实用新型的具体实施例，并不用于限制本实用新型，凡在本实用新型的原则范围内所做的任何修改、补充或类似方式替代等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (24)

1.一种具有复合异型槽气膜冷却结构的涡轮叶片，其特征是：所述涡轮叶片呈中空结构；所述涡轮叶片的外壁具有若干内凹的第一槽体，所述第一槽体包括槽体底部，以及沿着第一槽体长度方向的两侧壁；每个第一槽体底部设置若干贯穿至所述涡轮叶片内壁的离散孔A，所述离散孔A大体沿着该槽体的长度方向排列；

所述第一槽体的深度为H，所述第一槽体沿深度方向至少由两部分组成，自第一槽体底部深度为H₁的部分为第一部分，剩余的部分为第二部分，即，第二部分深度为H₂＝H-H₁；第二部分的至少一侧壁是由第一部分的同侧壁横向扩张形成。

2.一种具有复合异型槽气膜冷却结构的涡轮叶片，其特征是：所述涡轮叶片呈中空结构；所述涡轮叶片的外壁具有若干内凹的第一槽体，所述涡轮叶片的内壁具有若干内凹的第二槽体；所述第一槽体包括槽体底部，以及沿着槽体长度方向的两侧壁；所述第二槽体包括槽体底部，以及沿着槽体长度方向的两侧壁；每个第一槽体底部设置若干贯穿至第二槽体底部的离散孔A，所述离散孔A大体沿着该第一槽体的长度方向排列；

所述第一槽体的深度为H，所述第一槽体沿深度方向至少由两部分组成，自第一槽体底部深度为H₁的部分为第一部分，剩余的部分为第二部分，即，第二部分深度为H₂＝H-H₁；第二部分的至少一侧壁是由第一部分的同侧壁横向扩张形成。

3.一种具有复合异型槽气膜冷却结构的涡轮叶片，其特征是：所述涡轮叶片呈中空结构；在所述涡轮叶片的内壁与外壁之间设置空心腔体；所述涡轮叶片的内壁设置若干贯穿至所述空心腔体的离散孔B；

所述涡轮叶片的外壁具有若干内凹的第一槽体，所述第一槽体包括槽体底部，以及沿着槽体长度方向的两侧壁；每个第一槽体底部设置若干贯穿至所述空心腔体的离散孔A，所述离散孔A大体沿着该槽体的长度方向排列；

所述第一槽体的深度为H，所述槽体沿深度方向至少由两部分组成，自槽体底部深度为H₁的部分为第一部分，剩余的部分为第二部分，即，第二部分深度为H₂＝H-H₁；第二部分的至少一侧壁是由第一部分的同侧壁横向扩张形成。

4.如权利要求1、2或3所述的具有复合异型槽气膜冷却结构的涡轮叶片，其特征是：所述第一槽体沿深度方向的开口端部的轴线与涡轮叶片外壁的法线夹角为α，10°≤α≤90°。

5.如权利要求4所述的具有复合异型槽气膜冷却结构的涡轮叶片，其特征是：30°≤α≤80°。

6.如权利要求4所述的具有复合异型槽气膜冷却结构的涡轮叶片，其特征是：45°≤α≤70°。

7.如权利要求1、2或3所述的具有复合异型槽气膜冷却结构的涡轮叶片，其特征是：所述第一槽体的沿着槽体宽度方向的垂直截面中，第一部分的两侧壁为存间隔的两条直线段。

8.如权利要求7所述的具有复合异型槽气膜冷却结构的涡轮叶片，其特征是：第一部分的每条直线段与槽底夹角为10°-170°。

9.如权利要求8所述的具有复合异型槽气膜冷却结构的涡轮叶片，其特征是：第一部分的每条直线段与槽底夹角为30°-150°。

10.如权利要求9所述的具有复合异型槽气膜冷却结构的涡轮叶片，其特征是：第一部分的每条直线段与槽底夹角为60°-120°。

11.如权利要求7所述的具有复合异型槽气膜冷却结构的涡轮叶片，其特征是：第二部分的至少一侧壁为弧线段。

12.如权利要求1、2或3所述的具有复合异型槽气膜冷却结构的涡轮叶片，其特征是：第一部分的至少一侧壁与第二部分的同侧壁的连接处为倒角过渡连接，或者为圆弧过渡连接。

13.如权利要求1、2或3所述的具有复合异型槽气膜冷却结构的涡轮叶片，其特征是：所述离散孔A的最大直径为d，所述第一槽体的深度为H，所述第一槽体的最小宽度为D，D≥d，并且H≥2d。

14.如权利要求13所述的具有复合异型槽气膜冷却结构的涡轮叶片，其特征是：H≥3d。

15.如权利要求14所述的具有复合异型槽气膜冷却结构的涡轮叶片，其特征是：H≥4d。

16.如权利要求1、2或3所述的具有复合异型槽气膜冷却结构的涡轮叶片，其特征是：所述的离散孔A是直圆孔或者是扩散孔。

17.如权利要求1、2或3所述的具有复合异型槽气膜冷却结构的涡轮叶片，其特征是：所述的离散孔A的中心轴线与基体表面A的夹角为θ，0°≤θ≤60°。

18.如权利要求17所述的具有复合异型槽气膜冷却结构的涡轮叶片，其特征是：10°≤θ≤45°。

19.如权利要求1、2或3所述的具有复合异型槽气膜冷却结构的涡轮叶片，其特征是：所述的离散孔A的开口端设置倒角过渡结构或者圆弧过渡结构。

20.如权利要求1、2或3所述的所述的具有复合异型槽气膜冷却结构的涡轮叶片，其特征是：各个第一槽体形成的连续气膜对基体表面形成全覆盖。

21.如权利要求1、2或3所述的具有复合异型槽气膜冷却结构的涡轮叶片，其特征是：H₁>H₂。

22.如权利要求21所述的具有复合异型槽气膜冷却结构的涡轮叶片，其特征是：H₁：H₂≥2：1。

23.如权利要求22所述的具有复合异型槽气膜冷却结构的涡轮叶片，其特征是：H₁：H₂≥3：1。

24.如权利要求23所述的具有复合异型槽气膜冷却结构的涡轮叶片，其特征是：H₁：H₂≥4：1。