應(yīng)用于葉片氣膜冷卻的孔-鋸齒槽結(jié)構(gòu)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及一種燃?xì)廨啓C(jī)渦輪葉片氣膜冷卻結(jié)構(gòu)，尤其是應(yīng)用于葉片氣膜冷卻的孔-鋸齒槽結(jié)構(gòu)，屬于燃?xì)廨啓C(jī)技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]氣膜冷卻是應(yīng)用在燃?xì)廨啓C(jī)葉片上的冷卻技術(shù)，即從壓氣機(jī)末級(jí)抽取高壓冷氣輸運(yùn)到葉片內(nèi)部通道，再?gòu)娜~片壁上的氣膜孔噴出，在高溫燃?xì)獾臄D壓作用下貼附在葉片表面，將高溫燃?xì)夂腿~片表面隔開(kāi)，以達(dá)到葉片不被高溫燃?xì)鉄龎牡哪康?。提高氣膜冷卻效率并使其橫向盡可能均勻是氣膜冷卻設(shè)計(jì)追求的目標(biāo)。目前的氣膜孔-橫向槽結(jié)構(gòu)如圖1所示，雖然在一定程度上提高了氣膜冷卻效率，但是冷氣從氣膜孔噴出后速度方向必須改變90度才能夠在槽內(nèi)有效擴(kuò)展，由于流動(dòng)的慣性是不容易實(shí)現(xiàn)的，導(dǎo)致冷氣橫向擴(kuò)展非常有限，冷氣從氣膜孔噴出后與燃?xì)鈸交焖纬傻膶?duì)漩渦結(jié)構(gòu)并沒(méi)有改變，高溫燃?xì)馊匀粫?huì)進(jìn)入氣膜底層，氣膜冷卻效率提高并不明顯。氣膜孔間距較大時(shí)，橫向槽對(duì)氣膜冷卻效果的改進(jìn)更弱，在孔間區(qū)域的氣膜冷卻效率接近O。從圖1可以看出，氣膜孔噴出的冷氣主要集中在氣膜孔出口下游，相鄰的氣膜孔之間區(qū)域的冷氣量會(huì)非常少。從結(jié)構(gòu)上來(lái)說(shuō)，由于氣膜孔出口通常要位于整個(gè)橫向槽內(nèi)，隨著氣膜孔傾斜角減小，橫向槽寬度必須增加，通常的槽寬度都是氣膜孔直徑的1.5倍以上，這會(huì)減弱葉柵的氣動(dòng)性能。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0003]針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，本實(shí)用新型提供了一種使冷氣從氣膜孔噴出后更容易向著橫向擴(kuò)展，冷熱流體摻混形成相對(duì)有利于氣膜貼附的孔-鋸齒槽氣膜冷卻結(jié)構(gòu)。
[0004]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型采用的技術(shù)方案是:應(yīng)用于葉片氣膜冷卻的孔-鋸齒槽結(jié)構(gòu)，包括位于渦輪葉片壓力面和吸力面上的氣膜孔和鋸齒槽，鋸齒槽的一端位于氣膜孔出口，靠近氣膜孔出口前沿一側(cè)沿著橫向修平；另一端位于氣膜孔下游。在葉片高度一定條件下，孔間距越大，鋸齒數(shù)目越少，鋸齒彎角越大；氣膜孔直徑越大，鋸齒槽越寬；氣膜孔設(shè)計(jì)吹風(fēng)比越大，鋸齒槽越深。
[0005]優(yōu)選的，所述的氣膜孔直徑D尺寸為0.2-lmm，氣膜孔間距P與氣膜孔直徑D比值為2-6。氣膜孔軸線與葉片壁面夾角β為20-90度。
[0006]優(yōu)選的，所述的鋸齒槽槽寬W為0.2-1.5mm,槽彎角α為30-150度，槽深H是氣膜孔直徑的0.3-1倍。
[0007]本實(shí)用新型的整體思路是利用鋸齒槽對(duì)氣膜孔出口冷氣的導(dǎo)流作用，冷氣速度方向改變小于90度就可以進(jìn)入槽內(nèi)，冷氣在槽內(nèi)流動(dòng)距離更遠(yuǎn)，與燃?xì)鈸交斓睦錃鈩?dòng)量更低。冷氣垂直穿入燃?xì)鈨?nèi)的能力降低，橫向擴(kuò)展能力升高。冷氣更容易貼附在壁面上，橫向氣膜冷卻效率分布更均勻。另一方面，利用鋸齒槽的導(dǎo)流作用改變冷氣與燃?xì)鈸交旌蟮牧鲌?chǎng)，使冷氣核心區(qū)的速度矢量指向壁面，提高橫向平均氣膜冷卻效率值。
[0008]本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)是:
[0009](I)橫向平均氣膜冷卻效率明顯提高，相比于橫向槽結(jié)構(gòu)，平均氣膜冷卻效率提高70-130% ο
[0010](2)孔間氣膜冷卻效率明顯提高，而孔中心下游氣膜冷卻效率并沒(méi)有明顯降低，氣膜冷卻效率橫向均勻性明顯改善。
[0011](3)鋸齒槽寬度可以設(shè)計(jì)的較小，更有利于減小槽的存在帶來(lái)的氣動(dòng)性能損失。
【附圖說(shuō)明】
[0012]圖1是已有渦輪葉片上的氣膜孔-橫向槽示意圖。
[0013]圖2是本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖
[0014]圖3平面上的氣膜孔-鋸齒槽結(jié)構(gòu)示意圖。
[0015]圖4是氣膜孔噴出的冷氣在鋸齒槽內(nèi)運(yùn)動(dòng)軌跡圖。
[0016]圖5是氣膜孔-鋸齒槽尺寸示意圖。
[0017]圖6是氣膜孔傾角和深度示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0018]下面將結(jié)合本實(shí)用新型實(shí)施例中的附圖，對(duì)本實(shí)用新型實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清晰、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本實(shí)用新型一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒緦?shí)用新型中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒(méi)有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本實(shí)用新型保護(hù)的范圍。
[0019]如圖2和圖3所示:應(yīng)用于葉片氣膜冷卻的孔-鋸齒槽結(jié)構(gòu)，包括位于渦輪葉片壓力面5和吸力面6前端的氣膜孔I和鋸齒槽2，鋸齒槽2的一端位于氣膜孔I出口，靠近氣膜孔I出口前沿一側(cè)沿著橫向修平；另一端位于氣膜孔I下游。在葉片高度一定條件下，孔間距越大，鋸齒數(shù)目越少，鋸齒彎角越大；氣膜孔直徑越大，鋸齒槽越寬；氣膜孔設(shè)計(jì)吹風(fēng)比越大，鋸齒槽越深。
[0020]本實(shí)施例是用于某發(fā)動(dòng)機(jī)的渦輪葉片氣膜冷卻結(jié)構(gòu)，葉片弦長(zhǎng)在50mm-100mm之間，葉片高度40_-200_之間。具體是在葉片壓力面或者吸力面的氣膜孔出口布置鋸齒槽，如圖4-圖6所示，氣膜孔I直徑D尺寸為0.2-lmm,氣膜孔間距與氣膜孔直徑比值2_6。氣膜孔軸線與葉片壁面夾角β為20-90度。鋸齒槽槽寬w為0.2-1.5mm，槽彎角α為30-150度，槽深H是氣膜孔直徑D的0.3-1倍。
[0021]本實(shí)用新型的氣動(dòng)工況要求是:氣膜孔噴氣速度與當(dāng)?shù)厝細(xì)馑俣缺戎翟?.5-2之間。當(dāng)冷氣從氣膜孔噴出后，在槽內(nèi)進(jìn)行有效擴(kuò)散的同時(shí)逐漸流出槽外，將冷氣有效的擴(kuò)展開(kāi)，與燃?xì)膺M(jìn)行摻混之前的冷氣速度明顯降低，更容易形成貼附性均勻并且靠近壁面的氣膜層。
[0022]實(shí)施例1
[0023]葉片弦長(zhǎng)在50mm，葉片高度40mm。在葉片壓力面開(kāi)有一排氣膜孔，氣膜孔I直徑D為0.2mm，孔間距P為0.4臟。氣膜孔軸線與葉片壁面夾角β為20度。槽寬w為0.2mm，槽彎角α為30度。槽深H為0.6mmo
[0024]本實(shí)施例的氣動(dòng)工況要求是:氣膜孔噴氣速度與當(dāng)?shù)厝細(xì)馑俣缺戎禐?.5。氣膜孔出口噴出的冷氣在鋸齒槽內(nèi)逐漸流出并與燃?xì)鈸交臁?br>[0025]實(shí)施例2
[0026]葉片弦長(zhǎng)在100mm，葉片高度200mm。在葉片吸力面開(kāi)有一排氣膜孔，氣膜孔直徑D為1mm，孔間距P為6mm。氣膜孔軸線與葉片壁面夾角β為90度。槽寬w為1.5mm,槽彎角α為150度。槽深H為1mm。
[0027]本實(shí)施例的氣動(dòng)工況要求是:氣膜孔噴氣速度與當(dāng)?shù)厝細(xì)馑俣缺戎禐?。氣膜孔出口噴出的冷氣在鋸齒槽內(nèi)逐漸流出并與燃?xì)鈸交臁?br>[0028]實(shí)施例3
[0029]葉片弦長(zhǎng)在70mm，葉片高度120mm。在葉片吸力面開(kāi)有一排氣膜孔，氣膜孔直徑D為0.5mm，孔間距P為2mm。氣膜孔軸線與葉片壁面夾角β為45度。槽寬w為0.7mm,槽彎角α為90度。槽深H為0.5mmo
[0030]本實(shí)施例的氣動(dòng)工況要求是:氣膜孔噴氣速度與當(dāng)?shù)厝細(xì)馑俣缺戎禐镮。氣膜孔出口噴出的冷氣在鋸齒槽內(nèi)逐漸流出并與燃?xì)鈸交臁?br>【主權(quán)項(xiàng)】
1.應(yīng)用于葉片氣膜冷卻的孔-鋸齒槽結(jié)構(gòu)，其特征在于:包括位于渦輪葉片壓力面和吸力面上的氣膜孔和鋸齒槽，鋸齒槽的一端位于氣膜孔出口，靠近氣膜孔出口前沿一側(cè)沿著橫向修平；另一端位于氣膜孔下游；在葉片高度一定條件下，孔間距越大，鋸齒數(shù)目越少，鋸齒彎角越大；氣膜孔直徑越大，鋸齒槽越寬；氣膜孔設(shè)計(jì)吹風(fēng)比越大，鋸齒槽越深。2.如權(quán)利要求1所述的應(yīng)用于葉片氣膜冷卻的孔-鋸齒槽結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述的氣膜孔直徑D尺寸為0.2-lmm,氣膜孔間距P與氣膜孔直徑D比值為2_6。3.如權(quán)利要求1所述的應(yīng)用于葉片氣膜冷卻的孔-鋸齒槽結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述氣膜孔的軸線與葉片壁面夾角β為20-90度。4.如權(quán)利要求1所述的應(yīng)用于葉片氣膜冷卻的孔-鋸齒槽結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述的鋸齒槽槽寬W為0.2-1.5mm,槽彎角α為30-150度，槽深H是氣膜孔直徑的0.3-1倍。
【專(zhuān)利摘要】應(yīng)用于葉片氣膜冷卻的孔-鋸齒槽結(jié)構(gòu)，包括位于渦輪葉片壓力面和吸力面上的氣膜孔和鋸齒槽，鋸齒槽的一端位于氣膜孔出口，靠近氣膜孔出口前沿一側(cè)沿著橫向修平；另一端位于氣膜孔下游。本實(shí)用新型利用鋸齒槽對(duì)氣膜孔出口冷氣的導(dǎo)流作用，冷氣速度方向改變小于90度就可以進(jìn)入槽內(nèi)，冷氣在槽內(nèi)流動(dòng)距離更遠(yuǎn)，與燃?xì)鈸交斓睦錃鈩?dòng)量更低。冷氣垂直穿入燃?xì)鈨?nèi)的能力降低，橫向擴(kuò)展能力升高。冷氣更容易貼附在壁面上，橫向氣膜冷卻效率分布更均勻。另一方面，利用鋸齒槽的導(dǎo)流作用改變冷氣與燃?xì)鈸交旌蟮牧鲌?chǎng)，使冷氣核心區(qū)的速度矢量指向壁面，提高橫向平均氣膜冷卻效率值。
【IPC分類(lèi)】F02C7/18
【公開(kāi)號(hào)】CN204877684
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201520523974
【發(fā)明人】李廣超, 張魏, 陳鈺愷, 寇志海, 趙國(guó)昌
【申請(qǐng)人】沈陽(yáng)航空航天大學(xué)
【公開(kāi)日】2015年12月16日
【申請(qǐng)日】2015年7月17日