CN104832218A - 一种用于涡轮叶片前缘气膜冷却的错位对冲气膜孔排结构 - Google Patents

一种用于涡轮叶片前缘气膜冷却的错位对冲气膜孔排结构 Download PDF

Info

Publication number
CN104832218A
CN104832218A CN201510187178.6A CN201510187178A CN104832218A CN 104832218 A CN104832218 A CN 104832218A CN 201510187178 A CN201510187178 A CN 201510187178A CN 104832218 A CN104832218 A CN 104832218A
Authority
CN
China
Prior art keywords
air film
film hole
hole
dislocation
radial
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN201510187178.6A
Other languages
English (en)
Inventor
刘存良
赵丹
朱惠人
罗瑜霞
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Northwestern Polytechnical University
Original Assignee
Northwestern Polytechnical University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Northwestern Polytechnical University filed Critical Northwestern Polytechnical University
Priority to CN201510187178.6A priority Critical patent/CN104832218A/zh
Publication of CN104832218A publication Critical patent/CN104832218A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Landscapes

  • Turbine Rotor Nozzle Sealing (AREA)

Abstract

本发明公开了一种用于涡轮叶片前缘气膜冷却的错位对冲气膜孔排结构，在涡轮叶片前缘区域加工出气膜冷却孔排；吸力面错位对冲气膜孔排与压力面错位对冲气膜孔排位于叶片前缘驻点错位对冲气膜孔排的两侧，各气膜孔截面形状由气膜孔入口等截面变化为气膜孔出口,且与涡轮叶片内冷通道相连通。气膜孔径向倾角为25～60°；气膜孔孔径为0.3～0.8mm；气膜孔排内同向倾斜孔的径向孔间距为3d～9d；气膜孔排内错位气膜孔中心线之间的流向距离为0.5d～d；相邻的两错位气膜孔的径向间距为3d～9d。错位对冲气膜孔排结构使得喷出的冷气在叶片前缘壁面上形成较为稳定的气膜覆盖区，改善了气膜冷却效果；且具有加工简便、成本低的特点。

Description

一种用于涡轮叶片前缘气膜冷却的错位对冲气膜孔排结构
技术领域
本发明涉及燃气轮机涡轮叶片技术领域，具体是一种用于涡轮叶片前缘气膜冷却的错位对冲气膜孔排结构。
技术背景
气膜冷却是应用在燃气轮机叶片上的冷却技术，即从压气机末级抽取高压冷气输运到叶片内部通道，冷气在通道内强化对流换热将一部分热量带走，同时一部分冷气从叶片壁上的气膜孔喷出，这股冷气在主流和流体科恩达效应的作用下向下游弯曲，粘附在壁面附近，形成温度较低的冷气膜，将壁面同高温燃气隔离，并带走部分高温燃气或明亮火焰对壁面的辐射热量，从而起到良好的保护作用，以达到叶片不被高温燃气烧坏的目的。目前同向倾斜的并排圆柱形孔气膜冷却是涡轮叶片前缘区域广泛采用的一种冷却保护方式，但是当圆柱形孔排内的气膜孔径向倾角方向一致时，会使得临近端壁区域处的气膜孔加工极其困难，甚至部分区域不能加工气膜孔，从而形成不能得到气膜保护的区域，隔热效果差。现代高效、大功率燃气轮机要求更高的燃气温度，在叶片前缘气膜冷却技术中采用传统的同向倾斜圆柱形孔排的不足就显得越来越突出。
发明内容
为了避免现有技术存在的不足，克服传统同向倾斜圆柱形孔排加工困难和部分区域隔热效果差的缺点，本发明提出一种用于涡轮叶片前缘气膜冷却的错位对冲气膜孔排结构。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:用于涡轮叶片前缘气膜冷却的错位对冲气膜孔排结构，在涡轮叶片前缘区域加工出气膜冷却孔排；吸力面错位对冲气膜孔排与压力面错位对冲气膜孔排位于叶片前缘驻点错位对冲气膜孔排的两侧，各气膜孔的两端分别形成气流的出口和入口，且与涡轮叶片内冷通道相连通，其特点是:气膜孔截面形状由气膜孔入口等截面变化为气膜孔出口,气膜孔沿涡轮叶片径向倾斜，同一排的上半部分气膜孔与下半部分气膜孔的倾斜方向相反，且上半部分气膜孔中心线与下半部分气膜孔中心线沿叶片流向有错位，形成错位对冲孔排结构。
各气膜孔径向倾斜角度α相同,各气膜孔孔径d相同，气膜孔径向倾斜角度为孔中心线在径向与叶片表面之间的夹角，径向倾斜角度α为25～60°，孔径d为0.3～0.8mm。
气膜孔排内同向倾斜孔的径向孔间距p1为3d～9d，气膜孔排内错位气膜孔中心线之间的流向距离s为0.5d～d，相邻的两错位气膜孔的径向间距p2为3d～9d。
气膜孔入口的四个顶点:a1、a2、a3、a4对应气膜孔出口的四个顶点:b1、b2、b3、b4，孔的侧壁面，包括面a1-a2-b2-b1-a1、面a1-a4-b4-b1-a1、面a2-a3-b3-b2-a2、面a3-a4-b4-b3-a3，均为圆弧面；气膜孔径向倾角为α，即孔中心线在径向与叶片表面之间的夹角；气膜孔孔径为d；气膜孔排内同向倾斜孔的径向孔间距为p1，即b1’点与d1’点之间的径向距离，也是b1点与d1点之间的径向距离；气膜孔排内错位气膜孔中心线之间的流向距离为s，即b2’点与b4点之间的流向距离；相邻的两错位气膜孔的径向间距为p2，即b1’点与b1点之间的径向距离。
有益效果
本发明提出的用于涡轮叶片前缘气膜冷却的错位对冲气膜孔排结构，所开气膜孔为圆柱形孔，孔截面形状由椭圆形入口等截面变化为椭圆形出口；气膜孔沿涡轮叶片径向倾斜，同一排的上半部分气膜孔与下半部分气膜孔的倾斜角度相同，倾斜方向相反，且上半部分气膜孔中心线与下半部分气膜孔中心线沿叶片流向有错位，形成错位对冲孔排结构。气膜孔径向倾角α为25～60°；气膜孔孔径d为0.3～0.8mm；气膜孔排内同向倾斜孔的径向孔间距p1为3d～9d；气膜孔排内错位气膜孔中心线之间的流向距离s为0.5d～d；相邻的两错位气膜孔的径向间距p2为3d～9d。错位对冲气膜孔排结构使得喷出的冷气在叶片前缘壁面上可形成较为稳定的气膜覆盖区，改善了气膜冷却效果。
本发明错位对冲气膜孔排结构与现有技术相比，克服了用于涡轮叶片前缘气膜冷却的传统同向倾斜孔排在临近端壁区域加工困难和隔热效果差的问题，具有加工简便、成本低的特点。
附图说明
下面结合附图和实施方式对本发明一种用于涡轮叶片前缘气膜冷却的错位对冲气膜孔排结构作进一步详细说明。
图1为本发明错位对冲气膜孔排位于叶片上部位示意图。
图2为错位对冲气膜孔排结构俯视图。
图3为错位对冲气膜孔排结构侧视图。
图4为错位对冲气膜孔排结构透视图。
图中:
1.前缘驻点错位对冲气膜孔排 2.吸力面错位对冲气膜孔排3.压力面错位对冲气膜孔排 4.涡轮叶片内冷通道 5.气膜孔入口 6.气膜孔出口
具体实施方式
本实施例是一种用于涡轮叶片前缘气膜冷却的错位对冲气膜孔排结构。
参阅图1～图4，涡轮叶片前缘气膜冷却的错位对冲气膜孔排结构，包括前缘驻点错位对冲气膜孔排1、吸力面错位对冲气膜孔排2、压力面错位对冲气膜孔排3、涡轮叶片内冷通道4；在涡轮叶片前缘区域加工出气膜冷却孔排，吸力面错位对冲气膜孔排2与压力面错位对冲气膜孔排3位于叶片前缘驻点错位对冲气膜孔排1的两侧，各气膜孔截面形状由气膜孔入口5等截面变化为气膜孔出口6,且与涡轮叶片内冷通道相连通；错位对冲气膜孔排结构使得喷出的冷气在叶片前缘壁面上形成较为稳定的气膜覆盖区。
实施例一:
本实施例是某型燃气轮机涡轮叶片前缘区域开有错位对冲气膜孔排结构。所开气膜孔为圆柱形孔，气膜孔截面形状由气膜孔入口等截面变化为气膜孔出口,气膜孔沿涡轮叶片径向倾斜，同一排的上半部分气膜孔与下半部分气膜孔的倾斜角度大小相同，但倾斜方向相反，而且上半部分气膜孔中心线与下半部分气膜孔中心线沿叶片流向有错位，形成错位对冲孔排结构。
气膜孔椭圆形入口的四个顶点:a1、a2、a3、a4对应椭圆形出口的四个顶点:b1、b2、b3、b4，孔的侧壁面，包括面a1-a2-b2-b1-a1、面a1-a4-b4-b1-a1、面a2-a3-b3-b2-a2、面a3-a4-b4-b3-a3，均为圆弧面；气膜孔径向倾角为α，即孔中心线在径向与叶片表面之间的夹角；气膜孔孔径为d；气膜孔排内同向倾斜孔的径向孔间距为p1；气膜孔排内错位气膜孔中心线之间的流向距离为s；相邻的两错位气膜孔的径向间距为p2。
错位对冲气膜孔排结构要求:
各气膜孔孔径d的数值大小相同，径向倾斜角度α的数值大小相同，气膜孔孔径d为0.3mm，气膜孔径向倾角α为25°；气膜孔排内同向倾斜孔的径向孔间距p1为3d，即0.9mm；气膜孔排内错位气膜孔中心线之间的流向距离s为0.5d，即0.15mm；相邻的两错位气膜孔的径向间距p2为3d，即0.9mm。
实施例二:
本实施例是某型燃气轮机涡轮叶片前缘区域开有错位对冲气膜孔排结构。所开气膜孔为圆柱形孔，气膜孔沿涡轮叶片径向倾斜，同一排的上半部分气膜孔与下半部分气膜孔的倾斜角度大小相同，但倾斜方向相反，而且上半部分气膜孔中心线与下半部分气膜孔中心线沿叶片流向有错位，形成错位对冲孔排结构。
气膜孔椭圆形入口的四个顶点:a1、a2、a3、a4对应椭圆形出口的四个顶点:b1、b2、b3、b4，孔的侧壁面，包括面a1-a2-b2-b1-a1、面a1-a4-b4-b1-a1、面a2-a3-b3-b2-a2、面a3-a4-b4-b3-a3，均为圆弧面；气膜孔径向倾角为α，即孔中心线在径向与叶片表面之间的夹角；气膜孔孔径为d；气膜孔排内同向倾斜孔的径向孔间距为p1；气膜孔排内错位气膜孔中心线之间的流向距离为s；相邻的两错位气膜孔的径向间距为p2。
错位对冲气膜孔排结构要求:
各气膜孔孔径d的数值大小相同，径向倾斜角度α的数值大小相同，气膜孔孔径d为0.5mm，气膜孔径向倾角α为45°；气膜孔排内同向倾斜孔的径向孔间距p1为6d，即3mm；气膜孔排内错位气膜孔中心线之间的流向距离s为0.75d，即0.375mm；相邻的两错位气膜孔的径向间距p2为6d，即3mm。
实施例三:
本实施例是某型燃气轮机涡轮叶片前缘区域开有错位对冲气膜孔排结构。所开气膜孔为圆柱形孔，气膜孔沿涡轮叶片径向倾斜，同一排的上半部分气膜孔与下半部分气膜孔的倾斜角度大小相同，但倾斜方向相反，而且上半部分气膜孔中心线与下半部分气膜孔中心线沿叶片流向有错位，形成错位对冲孔排结构。
气膜孔椭圆形入口的四个顶点:a1、a2、a3、a4对应椭圆形出口的四个顶点:b1、b2、b3、b4，孔的侧壁面，包括面a1-a2-b2-b1-a1、面a1-a4-b4-b1-a1、面a2-a3-b3-b2-a2、面a3-a4-b4-b3-a3，均为圆弧面；气膜孔径向倾角为α，即孔中心线在径向与叶片表面之间的夹角；气膜孔孔径为d；气膜孔排内同向倾斜孔的径向孔间距为p1；气膜孔排内错位气膜孔中心线之间的流向距离为s；相邻的两错位气膜孔的径向间距为p2。
错位对冲气膜孔排结构要求:
各气膜孔孔径d的数值大小相同，径向倾斜角度α的数值大小相同，气膜孔孔径d为0.8mm，气膜孔径向倾角α为60°；气膜孔排内同向倾斜孔的径向孔间距p1为9d，即7.2mm；气膜孔排内错位气膜孔中心线之间的流向距离s为d，即0.8mm；相邻的两错位气膜孔的径向间距p2为9d，即7.2mm。

Claims (3)

1.一种用于涡轮叶片前缘气膜冷却的错位对冲气膜孔排结构，在涡轮叶片前缘区域加工出气膜冷却孔排；吸力面错位对冲气膜孔排与压力面错位对冲气膜孔排位于叶片前缘驻点错位对冲气膜孔排的两侧，各气膜孔的两端分别形成气流的出口和入口，且与涡轮叶片内冷通道相连通，其特征在于:气膜孔截面形状由气膜孔入口等截面变化为气膜孔出口,气膜孔沿涡轮叶片径向倾斜，同一排的上半部分气膜孔与下半部分气膜孔的倾斜方向相反，且上半部分气膜孔中心线与下半部分气膜孔中心线沿叶片流向有错位，形成错位对冲孔排结构。
2.根据权利要求1所述的用于涡轮叶片前缘气膜冷却的错位对冲气膜孔排结构，其特征在于:各气膜孔径向倾斜角度α相同,各气膜孔孔径d相同，气膜孔径向倾斜角度为孔中心线在径向与叶片表面之间的夹角，径向倾斜角度α为25～60°，孔径d为0.3～0.8mm。
3.根据权利要求1所述的用于涡轮叶片前缘气膜冷却的错位对冲气膜孔排结构，其特征在于:气膜孔排内同向倾斜孔的径向孔间距p1为3d～9d，气膜孔排内错位气膜孔中心线之间的流向距离s为0.5d～d，相邻的两错位气膜孔的径向间距p2为3d～9d。
CN201510187178.6A 2015-04-20 2015-04-20 一种用于涡轮叶片前缘气膜冷却的错位对冲气膜孔排结构 Pending CN104832218A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201510187178.6A CN104832218A (zh) 2015-04-20 2015-04-20 一种用于涡轮叶片前缘气膜冷却的错位对冲气膜孔排结构

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201510187178.6A CN104832218A (zh) 2015-04-20 2015-04-20 一种用于涡轮叶片前缘气膜冷却的错位对冲气膜孔排结构

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN104832218A true CN104832218A (zh) 2015-08-12

Family

ID=53810359

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201510187178.6A Pending CN104832218A (zh) 2015-04-20 2015-04-20 一种用于涡轮叶片前缘气膜冷却的错位对冲气膜孔排结构

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN104832218A (zh)

Cited By (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105909318A (zh) * 2016-04-26 2016-08-31 西北工业大学 一种用于涡轮叶片气膜冷却出口上游扩张孔结构
CN106224010A (zh) * 2016-07-18 2016-12-14 西北工业大学 一种用于涡轮叶片的波纹形凹槽气膜喷射结构
CN106555617A (zh) * 2017-01-05 2017-04-05 西北工业大学 一种有斜下吹式气膜冷却孔的涡轮叶片
CN106761947A (zh) * 2016-11-28 2017-05-31 西北工业大学 一种用于涡轮叶片的漏斗型气膜孔结构
CN109613027A (zh) * 2018-11-29 2019-04-12 中国航发沈阳黎明航空发动机有限责任公司 对涡轮叶片进气边气膜孔x射线检测的工艺装置及方法
CN109736898A (zh) * 2019-01-11 2019-05-10 哈尔滨工程大学 一种交错复合角的叶片前缘气膜冷却孔结构
CN113107604A (zh) * 2021-04-13 2021-07-13 西北工业大学 一种带有凹槽喷淋前缘冷却的高压涡轮导叶结构
CN113719323A (zh) * 2021-07-09 2021-11-30 北京航空航天大学 一种燃气轮机涡轮叶片复合冷却结构
CN114151140A (zh) * 2021-11-25 2022-03-08 哈尔滨工程大学 一种应用于涡轮静叶的气膜冷却结构
CN115182787A (zh) * 2022-04-27 2022-10-14 上海交通大学 改善前缘旋流冷却能力的涡轮叶片及发动机

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1169175A (zh) * 1995-11-21 1997-12-31 三菱重工业株式会社 燃气轮机叶片
US20050265838A1 (en) * 2003-03-12 2005-12-01 George Liang Leading edge diffusion cooling of a turbine airfoil for a gas turbine engine
CN1724849A (zh) * 2004-07-05 2006-01-25 西门子公司 透平叶片
US8197210B1 (en) * 2007-09-07 2012-06-12 Florida Turbine Technologies, Inc. Turbine vane with leading edge insert
CN102943693A (zh) * 2012-11-29 2013-02-27 哈尔滨汽轮机厂有限责任公司 一种高效冷却的中低热值燃机透平动叶
CN203214108U (zh) * 2013-03-05 2013-09-25 中国航空工业集团公司沈阳发动机设计研究所 一种涡轮叶片前缘冷却结构

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1169175A (zh) * 1995-11-21 1997-12-31 三菱重工业株式会社 燃气轮机叶片
US20050265838A1 (en) * 2003-03-12 2005-12-01 George Liang Leading edge diffusion cooling of a turbine airfoil for a gas turbine engine
CN1724849A (zh) * 2004-07-05 2006-01-25 西门子公司 透平叶片
US8197210B1 (en) * 2007-09-07 2012-06-12 Florida Turbine Technologies, Inc. Turbine vane with leading edge insert
CN102943693A (zh) * 2012-11-29 2013-02-27 哈尔滨汽轮机厂有限责任公司 一种高效冷却的中低热值燃机透平动叶
CN203214108U (zh) * 2013-03-05 2013-09-25 中国航空工业集团公司沈阳发动机设计研究所 一种涡轮叶片前缘冷却结构

Cited By (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105909318A (zh) * 2016-04-26 2016-08-31 西北工业大学 一种用于涡轮叶片气膜冷却出口上游扩张孔结构
CN106224010A (zh) * 2016-07-18 2016-12-14 西北工业大学 一种用于涡轮叶片的波纹形凹槽气膜喷射结构
CN106761947A (zh) * 2016-11-28 2017-05-31 西北工业大学 一种用于涡轮叶片的漏斗型气膜孔结构
CN106761947B (zh) * 2016-11-28 2018-11-20 西北工业大学 一种用于涡轮叶片的漏斗型气膜孔结构
CN106555617A (zh) * 2017-01-05 2017-04-05 西北工业大学 一种有斜下吹式气膜冷却孔的涡轮叶片
CN106555617B (zh) * 2017-01-05 2018-07-10 西北工业大学 一种有斜下吹式气膜冷却孔的涡轮叶片
CN109613027A (zh) * 2018-11-29 2019-04-12 中国航发沈阳黎明航空发动机有限责任公司 对涡轮叶片进气边气膜孔x射线检测的工艺装置及方法
CN109736898A (zh) * 2019-01-11 2019-05-10 哈尔滨工程大学 一种交错复合角的叶片前缘气膜冷却孔结构
CN113107604A (zh) * 2021-04-13 2021-07-13 西北工业大学 一种带有凹槽喷淋前缘冷却的高压涡轮导叶结构
CN113719323A (zh) * 2021-07-09 2021-11-30 北京航空航天大学 一种燃气轮机涡轮叶片复合冷却结构
CN113719323B (zh) * 2021-07-09 2022-05-17 北京航空航天大学 一种燃气轮机涡轮叶片复合冷却结构
CN114151140A (zh) * 2021-11-25 2022-03-08 哈尔滨工程大学 一种应用于涡轮静叶的气膜冷却结构
CN115182787A (zh) * 2022-04-27 2022-10-14 上海交通大学 改善前缘旋流冷却能力的涡轮叶片及发动机

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN104832218A (zh) 一种用于涡轮叶片前缘气膜冷却的错位对冲气膜孔排结构
US9810073B2 (en) Turbine blade having swirling cooling channel and cooling method thereof
CN100485166C (zh) 一种开槽气膜冷却孔
WO2009088031A1 (ja) タービン翼の冷却構造
CN102140964B (zh) 一种提高离散孔气膜冷却效率的结构
CN106795771A (zh) 带有在燃气涡轮翼型的翼弦中部冷却腔中形成近壁冷却通道的***件的内部冷却***
CN106640211A (zh) 一种用于涡轮叶片气膜冷却的边倒圆孔结构
CN201650376U (zh) 应用于涡轮叶片气膜冷却技术的单入口-双出口孔结构
CN112746870B (zh) 一种间断的波浪肋冷却结构
US10408064B2 (en) Impingement jet strike channel system within internal cooling systems
CN104594956B (zh) 一种提高开槽气膜孔下游壁面气膜冷却效率的结构
CN105401983B (zh) 一种提高组件外部冷却效果的上游结构
WO2022227583A1 (zh) 一种具有弯转角度的气膜孔涡轮叶片
CN104895620A (zh) 一种用于气膜冷却的箭头型双孔单元结构
CN106224010B (zh) 一种用于涡轮叶片的波纹形凹槽气膜喷射结构
CN104949566B (zh) 一种螺旋折流板及其管壳式换热器
CN113356932B (zh) 一种用于涡轮叶片的气膜冷却复合孔结构及涡轮叶片
CN204404235U (zh) 一种带有冷却结构的燃气轮机燃烧室过渡段
CN216043896U (zh) 一种带梅花形扰流柱的层板冷却结构
CN105829654B (zh) 具有有沙漏状截面的冷却通道的部件和相应的涡轮机翼面部件
CN205225342U (zh) 提高组件外部冷却效果的上游结构
CN210773619U (zh) 一种内螺纹管结构、换热器以及空调器
CN216788487U (zh) 一种具有导流结构的气膜孔涡轮叶片
CN107191230B (zh) 一种叶片冷却微通道结构
CN106482538A (zh) 换热器

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
EXSB Decision made by sipo to initiate substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
RJ01 Rejection of invention patent application after publication

Application publication date: 20150812

RJ01 Rejection of invention patent application after publication