一種傾斜孔與垂直孔交錯排布的冷卻葉片的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種傾斜孔與垂直孔交錯排布的冷卻葉片,屬于燃氣輪機渦輪葉片冷卻領域,包括葉片,以及呈排狀設置在所述葉片上的氣膜孔,其中所述氣膜孔包括傾斜孔和垂直孔,所述傾斜孔的直徑大于所述垂直孔,所述傾斜孔與所述垂直孔交替排列在所述葉片上,本實用新型是利用垂直孔噴射冷氣動量改善傾斜孔噴射冷氣動量的流場,再讓傾斜孔噴射冷氣動量直接冷卻壁面,垂直孔垂直動量反向流動改善傾斜孔噴出的冷氣與燃氣摻混流場,使冷氣更容易貼附壁面,橫向氣膜冷卻效率分布更均勻。
【專利說明】
一種傾斜孔與垂直孔交錯排布的冷卻葉片
技術領域
[0001]本實用新型涉及一種燃氣輪機渦輪冷卻葉片,尤其是一種傾斜孔與垂直孔交錯排布的冷卻葉片。
【背景技術】
[0002]氣膜冷卻是應用在燃氣輪機葉片上的冷卻技術,即從壓氣機末級抽取高壓冷氣輸運到葉片內部通道,再從葉片壁上的氣膜孔噴出,在高溫燃氣的擠壓作用下貼附在葉片表面,將高溫燃氣和葉片表面隔開,以達到葉片不被高溫燃氣燒壞的目的。
[0003]目前的葉片上使用的是一排射流角度和尺寸相同,均勻排布的氣膜孔(如圖1所示),冷氣噴入燃氣后,在氣膜孔出口的下游會形成不利于氣膜覆蓋的反向對漩渦,將冷氣膜抬起而脫離壁面,在射流速度較大時這種現象更明顯,因此就很難將高溫燃氣和葉片表面隔開,出行葉片表面被高溫燃氣燒壞的情況。
[0004]還有一種氣膜孔是在一個主孔兩側附著有小支孔構成的一個氣膜孔冷卻單元,相當于一個進口和三個出口構成的分支孔結構(如圖2所示),三個孔中心線交于一點,通過支孔和主孔的連接位置來分配3個出口的冷卻流量,由于三個孔的中心線需要交于一點,而且三個孔都是傾斜設置,這對于尺寸小于Imm的氣膜孔來說,加工難度非常大,在實際生產加工過程中很難加工出符合要求的產品,極大的降低了生產的工作效率。
【實用新型內容】
[0005]本實用新型的技術任務是針對以上現有技術的不足,而提供一種傾斜孔與垂直孔交錯排布的冷卻葉片。
[0006]本實用新型解決其技術問題所采用的技術方案是:一種傾斜孔與垂直孔交錯排布的冷卻葉片,包括葉片,以及呈排狀設置在所述葉片上的氣膜孔,其中所述氣膜孔包括傾斜孔和垂直孔,所述傾斜孔的直徑大于所述垂直孔,在同一排上所述傾斜孔與所述垂直孔交替排布,垂直孔射流使傾斜孔射流更容易貼服在葉片壁面上,從而提高孔下游氣膜冷卻效率。
[0007]兩個相鄰所述傾斜孔的間距與所述傾斜孔的直徑比值在2-6之間,這是為了讓傾斜孔所噴出的冷氣能夠均勻覆蓋在葉片表面,所述傾斜孔與所述垂直孔的間距在0-0.5_之間,這是為了確保從垂直孔噴出的冷氣能夠更好的讓傾斜孔噴出的冷氣貼服在葉片表面。
[0008]所述垂直孔的直徑是傾斜孔直徑的0.5-0.8倍。保證更多的冷氣通過,起主要冷卻作用的斜孔流出,而通過輔助冷卻作用的垂直小孔流量相對少一些。即通過氣膜孔直徑控制流量分配,達到使用較少冷氣量有效改善氣膜冷卻效果的目的。
[0009]所述傾斜孔的直徑在0.2-lmm之間,所述垂直孔的直徑在0.16-0.8mm之間。
[0010]所述傾斜孔的直徑為0.2mm,相鄰兩個傾斜孔的孔間距為0.4mm,所述垂直孔的直徑為0.16mm,垂直孔出口處的中心位于傾斜孔出處中心上游0.1mm。[0011 ] 所述傾斜孔的直徑為0.5mm,相鄰兩個傾斜孔的孔間距為2mm,所述垂直孔的直徑為0.3mm,垂直孔出口處的中心與傾斜孔出處中心位于同一直線。
[0012]所述傾斜孔的直徑為0.2mm,相鄰兩個傾斜孔的孔間距為1.2mm,所述垂直孔的直徑為0.12mm,垂直孔出口處的中心位于傾斜孔出處中心下游0.1mm。
[0013]所述傾斜孔的軸線與所述葉片的夾角在20-60度之間。
[0014]所述傾斜孔的軸線與所述葉片的夾角為30度。
[0015]在所述葉片上至少設有兩排氣膜孔。
[0016]本實用新型的優點:垂直孔射流使傾斜孔射流更容易貼服在葉片壁面上,從而提高傾斜孔下游氣膜冷卻效率,在相同氣膜孔截面積,相同冷氣用量條件下,相比于相同射流角度排布的圓柱孔射流結構,平均氣膜冷卻效率提高30%-50 %,與一個入口和三個出口組成的分支孔相比,平均氣膜冷卻效率提高5%-10%。
[0017]由于該結構只有圓柱孔組成,并且有一半數量的氣膜孔垂直壁面,與傾斜孔和分支孔相比,降低了加工工藝的難度,提高了產品的合格率,在提高工作效率的同時,也降低了生產制造的成本。
【附圖說明】
[0018]圖1是現有技術中氣膜孔排列的結構示意圖。
[0019]圖2是現有技術中氣膜孔為一個入口和三個出口的結構示意圖。
[0020]圖3是實用新型的結構示意圖。
[0021]圖4是本實用新型冷氣流動的示意圖。
[0022]圖5是本實用新型垂直孔位于傾斜孔上游的結構示意圖。
[0023]圖6是本實用新型圖5中A處的放大圖。
[0024]圖7是本實用新型垂直孔與傾斜孔處于同一直線的結構示意圖。
[0025]圖8是本實用新型垂直孔位于傾斜孔下游的結構示意圖。
[0026]圖9是本實用新型圖8中B處的放大圖。
【具體實施方式】
[0027]下面結合說明書附圖對本實用新型做以下詳細說明。
[0028]如圖3-9所示,當葉片弦長在50mm-100mm之間,葉片高度40mm-200mm之間時,傾斜孔直徑尺寸為0.2-1臟,垂直孔直徑在0.16-0.8mm之間,垂直孔位于傾斜孔上游0-0.5mm,也可以位于傾斜孔下游0-0.5mm,也可以與傾斜孔位于同一條直線上,相鄰兩個傾斜孔的孔間距與孔徑比值在2-6之間。傾斜孔軸線與葉片壁面夾角20-60度。
[0029]實施例一:當葉片弦長在50mm,葉片高度40mm時,傾斜孔直徑為0.2mm,孔間距為
0.4_,垂直氣膜孔直徑為0.16_。垂直氣膜孔出口中心位于傾斜孔出口中心上游0.1mm,氣膜孔噴氣速度與當地燃氣速度比值為0.5。
[0030]實施例二:葉片弦長在100mm,葉片高度200mm時。傾斜孔直徑為0.5mm,孔間距為2_,垂直孔直徑為0.3_。垂直孔出口中心與傾斜孔出口中心位于同一條直線,氣膜孔噴氣速度與當地燃氣速度比值為2。
[0031]實施例三:葉片弦長在70mm,葉片高度120mm。在葉片吸力面開有一排大尺寸傾斜孔和小尺寸垂直孔交錯排布的氣膜冷卻結構,大尺寸傾斜氣膜孔直徑0.2mm,孔間距1.2mm,小尺寸垂直氣膜孔直徑0.12_。小尺寸垂直氣膜孔出口中心位于大尺寸傾斜氣膜孔出口中心下游0.1mm,氣膜孔噴氣速度與當地燃氣速度比值為I。
[0032]其工作原理是:本發明的整體思路是利用不同尺寸直徑的氣膜孔來調配冷氣流量,利用氣膜孔射流角度交錯排布改變氣膜孔出口下游流場,雖然垂直噴射的冷氣動量在壁面的貼服性較差,但是本發明沒有利用垂直孔噴射動量直接冷卻壁面,而是利用垂直孔噴射冷氣動量改善傾斜孔噴射冷氣動量的流場,再讓傾斜孔噴射冷氣動量直接冷卻壁面,垂直孔垂直動量反向流動改善傾斜孔噴出的冷氣與燃氣摻混流場,使冷氣更容易貼附壁面,橫向氣膜冷卻效率分布更均勻。
[0033]以上所述僅為本實用新型的實施例,并非因此限制本實用新型的專利范圍,凡是利用本實用新型說明書及附圖內容所作的等效結構或等效流程變換,或直接或間接運用在其他相關的技術領域,均同理包括在本實用新型的專利保護范圍內。
【主權項】
1.一種傾斜孔與垂直孔交錯排布的冷卻葉片,包括葉片,以及呈排狀設置在所述葉片上的氣膜孔,其特征在于:所述氣膜孔包括傾斜孔和垂直孔,所述傾斜孔的直徑大于所述垂直孔,在同一排上所述傾斜孔與所述垂直孔交替排布。2.根據權利要求1所述的傾斜孔與垂直孔交錯排布的冷卻葉片,其特征在于:兩個相鄰所述傾斜孔的間距與所述傾斜孔的直徑比值在2-6之間,所述傾斜孔與所述垂直孔的間距在0_0.5mm之間。3.根據權利要求1所述的傾斜孔與垂直孔交錯排布的冷卻葉片,其特征在于:所述垂直孔的直徑是傾斜孔直徑的0.5-0.8倍。4.根據權利要求1-3其中任意一項所述的傾斜孔與垂直孔交錯排布的冷卻葉片,其特征在于:所述傾斜孔的直徑在0.2-lmm之間,所述垂直孔的直徑在0.16-0.8mm之間。5.根據權利要求4所述的傾斜孔與垂直孔交錯排布的冷卻葉片,其特征在于:所述傾斜孔的直徑為0.2mm,相鄰兩個傾斜孔的孔間距為0.4mm,所述垂直孔的直徑為0.16mm,垂直孔出口處的中心位于傾斜孔出處中心上游0.1mm。6.根據權利要求4所述的傾斜孔與垂直孔交錯排布的冷卻葉片,其特征在于:所述傾斜孔的直徑為0.5mm,相鄰兩個傾斜孔的孔間距為2mm,所述垂直孔的直徑為0.3mm,垂直孔出口處的中心與傾斜孔出處中心位于同一直線。7.根據權利要求4所述的傾斜孔與垂直孔交錯排布的冷卻葉片,其特征在于:所述傾斜孔的直徑為0.2mm,相鄰兩個傾斜孔的孔間距為1.2mm,所述垂直孔的直徑為0.12mm,垂直孔出口處的中心位于傾斜孔出處中心下游0.1mm。8.根據權利要求1-3或5-7其中任意一項所述的傾斜孔與垂直孔交錯排布的冷卻葉片,其特征在于:所述傾斜孔的軸線與所述葉片的夾角在20-60度之間。9.根據權利要求8所述的傾斜孔與垂直孔交錯排布的冷卻葉片,其特征在于:所述傾斜孔的軸線與所述葉片的夾角為30度。10.根據權利要求8所述的傾斜孔與垂直孔交錯排布的冷卻葉片,其特征在于:在所述葉片上至少設有兩排氣膜孔。
【文檔編號】F01D5/18GK205689246SQ201620489682
【公開日】2016年11月16日
【申請日】2016年5月26日 公開號201620489682.1, CN 201620489682, CN 205689246 U, CN 205689246U, CN-U-205689246, CN201620489682, CN201620489682.1, CN205689246 U, CN205689246U
【發明人】張魏, 李廣超, 劉永泉, 寇志海, 張國臣, 趙國昌
【申請人】沈陽航空航天大學