一種用于氣膜冷卻的箭頭型雙孔單元結(jié)構(gòu)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于燃氣輪機渦輪葉片技術(shù)領(lǐng)域，具體地說，涉及一種用于氣膜冷卻的箭頭型雙孔單元結(jié)構(gòu)。
技術(shù)背景
[0002]氣膜冷卻是應(yīng)用在燃氣輪機葉片上的冷卻技術(shù)，即從壓氣機末級抽取高壓冷氣輸運到葉片內(nèi)部通道，冷氣在通道內(nèi)強化對流換熱將一部分熱量帶走，同時一部分冷氣從葉片壁上的氣膜孔噴出，這股冷氣在主流和流體科恩達效應(yīng)的作用下向下游彎曲，粘附在壁面附近，形成溫度較低的冷氣膜，將壁面同高溫燃氣隔離，并帶走部分高溫燃氣或明亮火焰對壁面的輻射熱量，從而起到良好的保護作用，以達到葉片不被高溫燃氣燒壞的目的。目前渦輪葉片上主要是圓柱型孔，但是冷氣從圓柱型孔噴入高溫燃氣后形成的氣膜不連續(xù)，隔熱效果有限?，F(xiàn)代高效、大功率燃氣輪機要求更高的燃氣溫度，在氣膜冷卻技術(shù)中采用圓柱型孔的不足就顯得越來越突出。牛津大學(xué)在2000年提出了一種收縮縫型氣膜孔，當冷氣從內(nèi)部冷氣通道流入氣膜孔后，由于孔截面形狀的變化，冷氣逐漸向兩側(cè)擴展，厚度也逐漸減薄，使得冷氣從縫形出口噴出后易于貼附在葉片壁面上，而且由于這種孔型組成的孔排易形成連續(xù)的氣膜，從而取得好于圓柱形孔孔排的隔熱效果。但是該種截面漸變孔型的側(cè)壁面加工困難、成本高，而且當這種收縮縫型氣膜孔的展向擴張角較小時，冷氣噴出后的展向速度較小，易造成氣膜展向覆蓋范圍的不連續(xù)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]為避免現(xiàn)有技術(shù)中收縮縫型氣膜孔加工困難、成本高的不足，克服收縮縫型氣膜孔的展向擴張角較小時，冷氣在展向的覆蓋范圍偏小的問題，本發(fā)明提出一種用于氣膜冷卻的箭頭型雙孔單元結(jié)構(gòu)。
[0004]本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是:包括渦輪葉片內(nèi)冷通道、壓力面箭頭型氣膜孔、吸力面箭頭型氣膜孔，氣膜冷卻孔對稱設(shè)置在渦輪葉片兩側(cè)面上，其特點是，兩個箭頭方向相反的箭頭型氣膜冷卻孔構(gòu)成一個單元；壓力面箭頭型氣膜孔與吸力面箭頭型氣膜孔形狀相同，且與渦輪葉片內(nèi)冷通道相連通，箭頭型氣膜孔的中心線與渦輪葉片表面之間夾角α為25?60° ;箭頭型氣膜孔出口頂角^為60?120° ;箭頭型氣膜孔出口底角@2為15?30° ;單元結(jié)構(gòu)中兩個箭頭型氣膜孔出口相鄰頂點間距離P與孔出口側(cè)邊長I之比為sin(f3夕2);入口截面尺寸與出口截面尺寸相同。
[0005]氣膜孔的截面形狀由箭頭型氣膜孔入口至箭頭型氣膜孔出口均為等截面，箭頭型氣膜冷卻孔的側(cè)壁面均為平面。
[0006]本發(fā)明氣膜冷卻的箭頭型雙孔單元結(jié)構(gòu)中，對于單元結(jié)構(gòu)中的正向箭頭型氣膜孔，箭頭形入口的四個頂點:al，a2，a3，a4對應(yīng)箭頭形出口的四個頂點:bl，b2，b3，b4，對應(yīng)點直線相連?？椎膫?cè)壁面，包括面al-a2-b2-bl_al、面al-a4_b4-bl_al、面a2-a3-b3-b2-a2、面a3-a4-b4-b3-a3，均為平面，各平面只需平滑的由入口過渡到出口即可。氣膜孔出口處邊bl-b2與邊bl-b4等距；孔出口處邊b3-b2與邊b3-b4等距，長為I ;氣膜孔出口的頂角，即邊b3-b4與邊b3-b2所夾角為β 1;氣膜孔出口的兩個底角，即b2-bl邊與b2_b3邊所夾角和b4_bl邊與b4_b3邊所夾角相等，為β 2。
[0007]對于單元結(jié)構(gòu)中的反向箭頭型氣膜孔，箭頭形入口的四個頂點:al’，a2’，a3’，a4’對應(yīng)箭頭形出口的四個頂點:bl’，b2’，b3’，b4’，對應(yīng)點直線相連。孔的側(cè)壁面，包括面 al’ _a2’ _b2’ _bl’ _al’、面 al’ _a4’ _b4’ _bl’ _al’、面 a2’ _a3’ _b3’ _b2’ _a2’、面a3’ _a4’ _b4’ _b3’ _a3’，均為平面，各平面只需平滑的由入口過渡到出口即可。氣膜孔出口處邊bl’ -b2’與邊bl’ -b4’等距；孔出口處邊b3’ -b2’與邊b3’ -b4’等距，長為I ;氣膜孔出口的頂角，即邊b3’ -b4’與邊b3’ -b2’所夾角為β1;氣膜孔出口的兩個底角，即b2’ -bl’邊與b2’ -b3’邊所夾角和b4’ -bl’邊與b4’ -b3’邊所夾角相等，為β2。
[0008]單元結(jié)構(gòu)中的兩個箭頭型氣膜孔出口的相鄰邊:邊b3_b2與邊b2’ _b3’平行；相鄰頂點:b2點與b3’點間距離和b3點與b2’點間距離相等，為P。
[0009]箭頭型氣膜孔結(jié)構(gòu)要求:
[0010]箭頭型氣膜孔出口頂角β i的取值范圍為60?120° ;箭頭型氣膜孔出口底角β 2的取值范圍為15?30° ;兩個箭頭型氣膜孔出口相鄰頂點之間距離P為IsinW1/^);出口面積與入口面積之比為I ;出口截面尺寸與入口截面尺寸相同。
[0011]有益效果
[0012]本發(fā)明提出的一種用于氣膜冷卻的箭頭型雙孔單元結(jié)構(gòu)，采用在燃氣輪機渦輪葉片的壓力面和吸力面上分別設(shè)置箭頭型氣膜冷卻孔，兩個箭頭方向相反的箭頭型氣膜冷卻孔構(gòu)成一個單元，箭頭型氣膜孔的截面形狀由箭頭型氣膜孔入口等截面變化為箭頭型氣膜孔出口。燃氣輪機渦輪葉片上的箭頭型氣膜孔的中心線與葉片表面之間的夾角為25?60° ;氣膜孔箭頭型出口頂角^的范圍為60?120° ;氣膜孔箭頭型出口底角β 2的范圍為15?30°，改善了氣膜冷卻效果。
[0013]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，由于箭頭型氣膜孔為等截面孔型，且氣膜孔型側(cè)壁面均為平面，利用傳統(tǒng)的機械加工工藝一次性加工成型，操作工藝簡單，成本低；而且箭頭型雙孔單元結(jié)構(gòu)使得噴出的冷氣可覆蓋整個展向區(qū)域、無死區(qū)，具有冷卻效果好的特點。
【附圖說明】
[0014]下面結(jié)合附圖和實施方式對本發(fā)明一種用于氣膜冷卻的箭頭型雙孔單元結(jié)構(gòu)作進一步詳細說明。
[0015]圖1為本發(fā)明氣膜冷卻的箭頭型雙孔單元結(jié)構(gòu)部位示意圖。
[0016]圖2為本發(fā)明箭頭型雙孔單元結(jié)構(gòu)俯視圖。
[0017]圖3為本發(fā)明箭頭型氣膜孔結(jié)構(gòu)側(cè)視圖。
[0018]圖4為本發(fā)明箭頭型雙孔單元結(jié)構(gòu)透視圖。
[0019]圖中:
[0020]1.壓力面箭頭型氣膜孔2.吸力面箭頭型氣膜孔3.渦輪葉片內(nèi)冷通道4.箭頭型氣膜孔入口 5.箭頭型氣膜孔出口
【具體實施方式】
[0021]本實施例是一種用于氣膜冷卻的箭頭型雙孔單元結(jié)構(gòu)。
[0022]參閱圖1?圖4，氣膜冷卻的箭頭型雙孔單元結(jié)構(gòu)，包括渦輪葉片內(nèi)冷通道3、壓力面箭頭型氣膜孔1、吸力面箭頭型氣膜孔2，氣膜冷卻孔對稱設(shè)置在渦輪葉片兩側(cè)面上；兩個箭頭方向相反的箭頭型氣膜冷卻孔構(gòu)成一個單元；壓力面箭頭型氣膜孔與吸力面箭頭型氣膜孔形狀相同，且與渦輪葉片內(nèi)冷通道相連通，箭頭型氣膜孔入口 4截面尺寸與箭頭型氣膜孔出口 5截面尺寸相同。
[0023]實施例一:
[0024]本實施例是某型渦輪工作葉片上的箭頭型雙孔單元結(jié)構(gòu)。渦輪葉片的壓力面和吸力面上分別開有箭頭型雙孔單元結(jié)構(gòu)，兩個箭頭方向相反的箭頭型氣膜冷卻孔構(gòu)成一個單元；氣膜孔的中心線與葉片表面之間夾角α為25° ;所開氣膜孔的截面形狀均呈箭頭形，氣膜孔的截面形狀由入口處的箭頭形等截面變化為出口處的箭頭形。
[0025]對于單元結(jié)構(gòu)中的正向箭頭型氣膜孔，箭頭形入口的四個頂點:al，a2，a3，a4對應(yīng)箭頭形出口的四個頂點:bl，b2，b3，b4，對應(yīng)點直線相連?？椎膫?cè)壁面，包括面al_a2_b2_bl_al、面 al_a4_b4_bl_al、面 a2_a3_b3_b2_a2、面 a3_a4_b4_b3_a3，均為平面，各平面只需平滑的由入口過渡到出口。氣膜孔出口處邊bl-b2與邊bl-b4等距；孔出口處邊b3-b2與邊b3-b4等距，長為I ;氣膜孔出口的頂角，即邊b3-b4與邊b3-b2所夾角為β 1；氣膜孔出口的兩個底角，即b2-bl邊與b2-b3邊所夾角和b4-bl邊與b4-b3邊所夾角相等，為β2。
[0026]對于單元結(jié)構(gòu)中的反向箭頭型氣膜孔，箭頭形入口的四個頂點:al’，a2’，a3’，a4’