[发明专利]一种新型气膜冷却开槽结构

说明书

技术领域

本发明涉及燃气透平传热与冷却技术领域，具体涉及一种新型气膜冷却开槽结构。

背景技术

目前，燃气透平在航空、航海、交通运输以及火力发电中有广泛的应用，它的发展代表着一个国家的科学技术水平、军事发展以及国家综合实力。为进一步提高燃气透平的经济性，其中最有效的方法是提高燃气透平的入口初始温度，但是由于受到耐高温材料的限制，燃气透平的入口初始温度提高后应采用一些有效的措施来降低高温部件的工作环境温度，以此来保证燃气透平安全可靠的运行。在燃气透平的冷却系统中，气膜冷却技术应用的最为广泛。

现有技术研究表明开槽气膜孔结构能有效提高气膜冷却效率，开槽能够降低气膜孔出口处冷却气流的动量，减小冷却气对主流的穿透力，提高壁面气膜冷却效率。如专利号为ZL200710017790.4的中国专利公开了一种开槽气膜冷却孔，该气膜冷却孔包括第一横槽和第二横槽，第一横槽上设有尖角舌片，保证了冷却气在第一横槽内的横向扩散，但对于横槽下游的横向冷却保护作用有限，在吹风比大于1.0时的工况时冷却效果明显下降。

发明内容

针对现有结构的不足之处，本发明拟解决的技术问题是，提供一种新型气膜冷却开槽结构。该结构用以增大冷却气在气膜孔下游壁面的覆盖面积，提高壁面展向(x正半轴方向)气膜冷却效率，并改善壁面横向(y轴方向)冷却效率，适用于所有类型的带有开槽结构的离散孔分布形式的气膜冷却技术。

本发明解决所述技术问题所采用的技术方案是：提供一种新型气膜冷却开槽结构，包括气膜孔、横向开槽和壁面，气膜孔设在壁面的上游区域，横向开槽开设在气膜孔的出口处，其特征在于该结构在横向开槽的下游槽壁上的中间位置开设有顺流阶梯，在顺流阶梯的两侧对称布置导流面，所述顺流阶梯迎着来流方向的平面垂直于壁面，顺流阶梯的最低点和最高点分别与横向开槽的底面和下游壁面平齐，顺流阶梯以过气膜孔出气孔中心且平行于壁面的中心线为轴对称布置；所述导流面为与壁面呈15°-75°夹角的斜坡，所述顺流阶梯的一个阶梯在沿壁面展向方向的最大投影纵向长度与气膜孔孔径的比值为0.25-1.0，顺流阶梯在沿壁面横向方向的最大投影长度与气膜孔孔径的比值为1.0-4.0；导流面与横向开槽的底面相交线的横向宽度与气膜孔孔径的比值为1.0-4.0。

与现有技术(在气膜孔处仅设计有开槽结构)相比，本发明在横向开槽气膜孔结构的基础上于开槽结构下游槽壁上开设了顺流阶梯和导流面(斜坡)，顺流阶梯能够降低开槽对冷却气在壁面展向方向流动的阻力，减小冷却气对主流的穿透力，使冷却气更贴近壁面流动，减小了反向涡对的强度，提高了壁面展向的冷却效率。顺流阶梯两侧的导流面，减小主流与冷却气的掺混，对槽内的冷却气起到导流的作用，从而提高壁面横向气膜冷却效率。本发明在开槽处设置顺流阶梯和斜坡不会出现因为吹风比大于1.0时而导致壁面气膜冷却效率明显下降的现象。此外，本发明中所提出的结构也具有易加工、经济实用等诸多优点，尤其在燃气透平叶片及其端壁的冷却保护方面，可以满足实际工程中的应用需要，从而提高部件寿命和节约成本。

附图说明

图1本发明新型气膜冷却开槽结构的整体结构示意图；

图2本发明新型气膜冷却开槽结构的一种实施例俯视结构示意图；

图3本发明新型气膜冷却开槽结构的一种实施例主视结构示意图；

图4本发明新型气膜冷却开槽结构的一种实施例左视结构示意图；

图5本发明的开槽2提高气膜冷却效率的原理示意图；

图6吹风比为0.5的条件下的冷却效率分布对比图，其中，图6a为现有结构的气膜孔下游壁面冷却效率分布，图6b为本发明的气膜孔下游壁面冷却效率分布；

图7吹风比为0.5时，现有结构与本发明的气膜孔下游壁面中心线上冷却效率的比较；

图8吹风比为0.5时，图8a为现有结构与本发明在壁面横向x/d＝5处气膜冷却效率的比较，图8b为现有结构与本发明在壁面横向x/d＝10处气膜冷却效率的比较；

图9本发明新型气膜冷却开槽结构中导流面22的俯视图为直角梯形的整体结构示意图；

图10本发明新型气膜冷却开槽结构中顺流阶梯21的阶梯数为1且具有倾斜表面的台阶的整体结构示意图；

图中，1-气膜孔，2-横向开槽(或开槽)，3-壁面，11-气膜孔出气孔，21-顺流阶梯，22-导流面。

具体实施方式：

以下结合具体实施例和附图对本发明的结构作进一步的说明，但并不以此限制对本发明权利要求的保护范围。