[实用新型]一种涡轮叶片前缘冷却结构

说明书

技术领域

本实用新型涉及燃气涡轮发动机涡轮冷却叶片结构领域，特别涉及了一种涡轮叶片前缘冷却结构。 

背景技术

由于先进高温燃气涡轮发动机燃气温度较高，涡轮叶片需要采用先进高效冷却技术，特别是涡轮叶片前缘，由于感受的是燃气总温，使其成为涡轮叶片中感受燃气温度最高的区域。为使涡轮叶片强度寿命和工作可靠性满足要求，必须对叶片前缘进行高效冷却。 

高温燃气涡轮发动机涡轮叶片冷却方式主要是叶片内腔采用高效强迫对流冷却，即冲击冷却，叶片燃气侧流道表面采用气膜冷却。叶片内腔的强迫对流冷却使叶片内腔中的冷却空气能高效率的吸收燃气传导给叶片的热量，降低叶片壁面温度；叶片燃气侧流道表面采用气膜冷却，是在叶片外表面形成一层冷却气膜，将高温燃气与叶片壁面“隔离”开，显著减少燃气向叶片的传热，降低叶片壁面温度。 

高温燃气涡轮叶片必须采用气膜冷却方能使叶片壁面温度冷却到可使用的温度，燃气温度越高，气膜冷却的作用越重要。目前，高温燃气涡轮发动机涡轮叶片前缘区域的气膜冷却孔均采用圆柱形结构。圆柱形气膜孔加工方便、制造成本低，但冷却空气经圆柱形气膜孔排入燃气流道时较易脱离叶片前缘表面，弱化了涡轮叶片前缘气膜冷却效果；由于涡轮叶片前缘曲率较大，气膜覆盖较困难，并且圆柱 形气膜孔气膜覆盖区域较小，因此，涡轮叶片前缘采用圆柱形气膜孔时，气膜冷却效果较低。由于高温燃气涡轮发动机燃气温度高，涡轮叶片前缘需要采用更有效的气膜冷却，以改善叶片气膜冷却效果，降低叶片壁面温度。 

实用新型内容

本实用新型的目的是为了提高涡轮叶片前缘圆柱形气膜孔存在的气膜冷却效果，特提供了一种涡轮叶片前缘冷却结构。 

本实用新型提供了一种涡轮叶片前缘冷却结构，其特征在于：所述的涡轮叶片前缘冷却结构，包括榫头1，缘板2，叶身3，叶片前缘4，叶片尾缘5，叶片内部冷却腔6，圆柱形冷却孔7和圆锥形冷却孔8； 

叶身为轴流式叶型面，高温燃气流从叶片前缘4进入叶栅通道，绕叶型面的叶盆和叶背流动后从叶片尾缘5流出叶栅通道，将涡轮叶片包裹在高温燃气流中。引自发动机压气机的冷却空气从叶片榫头1底部冷却空气进气孔进入叶片内部冷却腔6，而后通过叶片前缘气膜孔排入燃气流道。 

由圆柱形冷却孔7和圆锥形冷却孔8复合组成叶片前缘气膜冷却气膜孔结构，圆柱形冷却孔7和圆锥形冷却孔8的轴线位于同一直线上，气膜孔轴线与叶片外壁面夹角α<60°，圆锥形气膜孔的锥度比，即气膜孔出口面积/圆柱形冷却孔面积的值1.3，圆柱形冷却孔直径大于0.25mm，圆柱形冷却孔的有效长度大于0.3mm。冷却空气由叶片内部冷却腔6进入圆柱形冷却孔7，而后通过圆锥形冷却孔8排入燃 气流道，涡轮叶片前缘冷却空气的进排气流路示意图如图1所示。 

气膜孔中的圆柱形冷却孔7和圆锥形冷却孔8用于控制通过气膜孔的冷却空气流量；圆柱形冷却孔7和圆锥形冷却孔8用于降低冷却空气排出气膜孔时的流速，增大冷却气膜在叶片前缘的覆盖面积，提高气膜冷却效果。 

本实用新型的优点： 

本实用新型所述的涡轮叶片前缘冷却结构，通过在涡轮叶片前缘采用圆锥形气膜孔，提高叶片前缘气膜冷却的有效性，改善高温涡轮叶片前缘冷却。 

附图说明

下面结合附图及实施方式对本实用新型作进一步详细的说明： 

图1为涡轮叶片前缘冷气进排气流路示意图。 

具体实施方式

实施例1 

本实施例提供了一种涡轮叶片前缘冷却结构，其特征在于：所述的涡轮叶片前缘冷却结构，包括榫头1，缘板2，叶身3，叶片前缘4，叶片尾缘5，叶片内部冷却腔6，圆柱形冷却孔7和圆锥形冷却孔8； 

叶身为轴流式叶型面，高温燃气流从叶片前缘4进入叶栅通道，绕叶型面的叶盆和叶背流动后从叶片尾缘5流出叶栅通道，将涡轮叶片包裹在高温燃气流中。引自发动机压气机的冷却空气从叶片榫头1底部冷却空气进气孔进入叶片内部冷却腔6，而后通过叶片前缘气膜孔排入燃气流道。 

由圆柱形冷却孔7和圆锥形冷却孔8复合组成叶片前缘气膜冷却气膜孔结构，圆柱形冷却孔7和圆锥形冷却孔8的轴线位于同一直线上，气膜孔轴线与叶片外壁面夹角α<60°，圆锥形气膜孔的锥度比，即气膜孔出口面积/圆柱形冷却孔面积的值1.3，圆柱形冷却孔直径大于0.25mm，圆柱形冷却孔的有效长度大于0.3mm。冷却空气由叶片内部冷却腔6进入圆柱形冷却孔7，而后通过圆锥形冷却孔8排入燃气流道，涡轮叶片前缘冷却空气的进排气流路示意图如图1所示。 

气膜孔中的圆柱形冷却孔7和圆锥形冷却孔8用于控制通过气膜孔的冷却空气流量；圆柱形冷却孔7和圆锥形冷却孔8用于降低冷却空气排出气膜孔时的流速，增大冷却气膜在叶片前缘的覆盖面积，提高气膜冷却效果。