本申請涉及燃?xì)廨啓C(jī)渦輪葉片，尤其涉及一種氣膜冷卻導(dǎo)葉結(jié)構(gòu)。

背景技術(shù)：

1、燃?xì)廨啓C(jī)渦輪葉片承受很高的熱負(fù)荷，需要采用葉片冷卻技術(shù)對葉片基底金屬材料進(jìn)行降溫。氣膜冷卻是關(guān)鍵的外部冷卻技術(shù)，圓柱形氣膜孔是常規(guī)采用的氣膜孔。對于渦輪導(dǎo)葉，其上下端壁固定在內(nèi)緣環(huán)和外緣環(huán)之間，內(nèi)緣環(huán)和外緣環(huán)由于軸向的相互約束無法大變形，因此葉片的受熱膨脹在沿葉高方向上是受限制的，這導(dǎo)致渦輪導(dǎo)葉在工作時受到壓應(yīng)力，而軸向傾斜的圓柱形氣膜孔會造成較大的應(yīng)力集中，在孔的尖銳邊緣產(chǎn)生較大的熱應(yīng)力，提高了氣膜冷卻孔的失效風(fēng)險。因此需要降低氣膜孔的應(yīng)力集中，提高氣膜冷卻孔和渦輪導(dǎo)葉的使用壽命。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、有鑒于此，本申請實(shí)施例提供一種氣膜冷卻導(dǎo)葉結(jié)構(gòu)，至少部分解決現(xiàn)有技術(shù)中氣膜冷卻渦輪導(dǎo)葉上圓柱形氣膜孔周圍應(yīng)力集中的問題。

2、本申請實(shí)施例提供一種氣膜冷卻導(dǎo)葉結(jié)構(gòu)，所述氣膜冷卻導(dǎo)葉結(jié)構(gòu)包括導(dǎo)葉本體，導(dǎo)葉本體內(nèi)部設(shè)有供氣腔，導(dǎo)葉本體的吸力面且靠近前緣的位置設(shè)有多排吸力面氣膜孔，導(dǎo)葉本體的前緣設(shè)有多排前緣氣膜孔，導(dǎo)葉本體的壓力面設(shè)有多排壓力面氣膜孔，導(dǎo)葉本體的尾緣設(shè)有尾緣劈縫，吸力面氣膜孔、前緣氣膜孔、壓力面氣膜孔以及尾緣劈縫分別與供氣腔連通；吸力面氣膜孔設(shè)置為沿導(dǎo)葉本體的軸向傾斜的橢圓孔，前緣氣膜孔設(shè)置為沿導(dǎo)葉本體的徑向傾斜的圓柱孔，多排壓力面氣膜孔中靠近前緣的一排壓力面氣膜孔設(shè)置為沿導(dǎo)葉本體的徑向和軸向均傾斜的橢圓孔，多排壓力面氣膜孔中余下的壓力面氣膜孔設(shè)置為沿導(dǎo)葉本體的軸向傾斜的橢圓孔，各橢圓孔的長軸與導(dǎo)葉本體的徑向平行。

3、根據(jù)本申請實(shí)施例的一種具體實(shí)現(xiàn)方式，所述供氣腔包括第一供氣腔和第二供氣腔，第一供氣腔靠近導(dǎo)葉本體的前緣，第二供氣腔靠近導(dǎo)葉本體的尾緣，多排壓力面氣膜孔中沿導(dǎo)葉本體的徑向和軸向均傾斜的壓力面氣膜孔、吸力面氣膜孔以及前緣氣膜孔分別與第一供氣腔連通，多排壓力面氣膜孔中余下的壓力面氣膜孔以及尾緣劈縫分別與第二供氣腔連通。

4、根據(jù)本申請實(shí)施例的一種具體實(shí)現(xiàn)方式，吸力面氣膜孔的軸線與氣膜孔所在位置的葉片表面軸向切線形成的夾角范圍為30°-60°，吸力面氣膜孔的長軸半徑是短軸半徑的3-4倍。

5、根據(jù)本申請實(shí)施例的一種具體實(shí)現(xiàn)方式，前緣氣膜孔的軸線與導(dǎo)葉本體的徑向形成的夾角范圍為25°-45°。

6、根據(jù)本申請實(shí)施例的一種具體實(shí)現(xiàn)方式，壓力面氣膜孔設(shè)置為三排，分別為壓力面第一氣膜孔、壓力面第二氣膜孔以及壓力面第三氣膜孔，壓力面第一氣膜孔為靠近前緣的一排壓力面氣膜孔，壓力面第三氣膜孔靠近尾緣，壓力面第二氣膜孔設(shè)置在壓力面第一氣膜孔與壓力面第三氣膜孔中間，每排壓力面氣膜孔的傾斜角度不同。

7、根據(jù)本申請實(shí)施例的一種具體實(shí)現(xiàn)方式，壓力面第一氣膜孔的軸線與氣膜孔所在位置的葉型弧線的切線形成的夾角范圍為35°-60°，壓力面第一氣膜孔的軸線與導(dǎo)葉本體的徑向形成的夾角范圍為45°-70°，壓力面第一氣膜孔的長軸半徑是短軸半徑的3-4倍。

8、根據(jù)本申請實(shí)施例的一種具體實(shí)現(xiàn)方式，壓力面第二氣膜孔的軸線與氣膜孔所在位置的葉型弧線的切線形成的夾角范圍為25°-45°，壓力面第二氣膜孔的長軸半徑是短軸半徑的3-4倍。

9、根據(jù)本申請實(shí)施例的一種具體實(shí)現(xiàn)方式，壓力面第三氣膜孔的軸線與氣膜孔所在位置的葉型弧線的切線形成的夾角范圍為20°-60°，壓力面第三氣膜孔的長軸半徑是短軸半徑的3-4倍。

10、根據(jù)本申請實(shí)施例的一種具體實(shí)現(xiàn)方式，尾緣劈縫設(shè)置為矩形劈縫。

11、根據(jù)本申請實(shí)施例的一種具體實(shí)現(xiàn)方式，前緣氣膜孔設(shè)置為七排，吸力面氣膜孔設(shè)置為兩排。

12、有益效果：

13、本申請實(shí)施例中的氣膜冷卻導(dǎo)葉結(jié)構(gòu)，通過在渦輪導(dǎo)葉的壓力面和吸力面布置橢圓形氣膜孔，使氣膜孔在受壓應(yīng)力的軌跡上呈現(xiàn)長軸平行于主應(yīng)力方向的橢圓形，達(dá)到了降低氣膜孔周圍應(yīng)力集中系數(shù)的目的，從而有效的降低了熱應(yīng)力集中，降低了氣膜孔的失效風(fēng)險，提高了綜合冷卻效率，延長了葉片使用壽命。

技術(shù)特征：

1.一種氣膜冷卻導(dǎo)葉結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述氣膜冷卻導(dǎo)葉結(jié)構(gòu)包括導(dǎo)葉本體，導(dǎo)葉本體內(nèi)部設(shè)有供氣腔，導(dǎo)葉本體的吸力面(30)且靠近前緣的位置設(shè)有多排吸力面氣膜孔，導(dǎo)葉本體的前緣設(shè)有多排前緣氣膜孔，導(dǎo)葉本體的壓力面(40)設(shè)有多排壓力面氣膜孔，導(dǎo)葉本體的尾緣設(shè)有尾緣劈縫(13)，吸力面氣膜孔、前緣氣膜孔、壓力面氣膜孔以及尾緣劈縫(13)分別與供氣腔連通；吸力面氣膜孔設(shè)置為沿導(dǎo)葉本體的軸向傾斜的橢圓孔，前緣氣膜孔設(shè)置為沿導(dǎo)葉本體的徑向傾斜的圓柱孔，多排壓力面氣膜孔中靠近前緣的一排壓力面氣膜孔設(shè)置為沿導(dǎo)葉本體的徑向和軸向均傾斜的橢圓孔，多排壓力面氣膜孔中余下的壓力面氣膜孔設(shè)置為沿導(dǎo)葉本體的軸向傾斜的橢圓孔，各橢圓孔的長軸與導(dǎo)葉本體的徑向平行。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氣膜冷卻導(dǎo)葉結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述供氣腔包括第一供氣腔(15)和第二供氣腔(14)，第一供氣腔(15)靠近導(dǎo)葉本體的前緣，第二供氣腔(14)靠近導(dǎo)葉本體的尾緣，多排壓力面氣膜孔中沿導(dǎo)葉本體的徑向和軸向均傾斜的壓力面氣膜孔、吸力面氣膜孔以及前緣氣膜孔分別與第一供氣腔(15)連通，多排壓力面氣膜孔中余下的壓力面氣膜孔以及尾緣劈縫(13)分別與第二供氣腔(14)連通。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氣膜冷卻導(dǎo)葉結(jié)構(gòu)，其特征在于，吸力面氣膜孔的軸線與氣膜孔所在位置的葉片表面軸向切線形成的夾角范圍為30°-60°，吸力面氣膜孔的長軸半徑是短軸半徑的3-4倍。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氣膜冷卻導(dǎo)葉結(jié)構(gòu)，其特征在于，前緣氣膜孔的軸線與導(dǎo)葉本體的徑向形成的夾角范圍為25°-45°。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氣膜冷卻導(dǎo)葉結(jié)構(gòu)，其特征在于，壓力面氣膜孔設(shè)置為三排，分別為壓力面第一氣膜孔(10)、壓力面第二氣膜孔(11)以及壓力面第三氣膜孔(12)，壓力面第一氣膜孔(10)為靠近前緣的一排壓力面氣膜孔，壓力面第三氣膜孔(12)靠近尾緣，壓力面第二氣膜孔(11)設(shè)置在壓力面第一氣膜孔(10)與壓力面第三氣膜孔(12)中間，每排壓力面氣膜孔的傾斜角度不同。

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的氣膜冷卻導(dǎo)葉結(jié)構(gòu)，其特征在于，壓力面第一氣膜孔(10)的軸線與氣膜孔所在位置的葉型弧線的切線形成的夾角范圍為35°-60°，壓力面第一氣膜孔(10)的軸線與導(dǎo)葉本體的徑向形成的夾角范圍為45°-70°，壓力面第一氣膜孔(10)的長軸半徑是短軸半徑的3-4倍。

7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的氣膜冷卻導(dǎo)葉結(jié)構(gòu)，其特征在于，壓力面第二氣膜孔(11)的軸線與氣膜孔所在位置的葉型弧線的切線形成的夾角范圍為25°-45°，壓力面第二氣膜孔(11)的長軸半徑是短軸半徑的3-4倍。

8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的氣膜冷卻導(dǎo)葉結(jié)構(gòu)，其特征在于，壓力面第三氣膜孔(12)的軸線與氣膜孔所在位置的葉型弧線的切線形成的夾角范圍為20°-60°，壓力面第三氣膜孔(12)的長軸半徑是短軸半徑的3-4倍。

9.根據(jù)權(quán)利要求1-8任一項所述的氣膜冷卻導(dǎo)葉結(jié)構(gòu)，其特征在于，尾緣劈縫(13)設(shè)置為矩形劈縫。

10.根據(jù)權(quán)利要求1-8任一項所述的氣膜冷卻導(dǎo)葉結(jié)構(gòu)，其特征在于，前緣氣膜孔設(shè)置為七排，吸力面氣膜孔設(shè)置為兩排。

技術(shù)總結(jié)
本申請?zhí)峁┝艘环N氣膜冷卻導(dǎo)葉結(jié)構(gòu)，屬于燃?xì)廨啓C(jī)渦輪葉片技術(shù)領(lǐng)域，包括導(dǎo)葉本體，其內(nèi)部設(shè)供氣腔，導(dǎo)葉本體的吸力面且靠近前緣位置設(shè)有多排吸力面氣膜孔，前緣設(shè)有多排前緣氣膜孔，壓力面設(shè)有多排壓力面氣膜孔，尾緣設(shè)有尾緣劈縫，各個氣膜孔以及尾緣劈縫分別與供氣腔連通；吸力面氣膜孔設(shè)置為沿導(dǎo)葉本體的軸向傾斜的橢圓孔，前緣氣膜孔設(shè)置為沿導(dǎo)葉本體的徑向傾斜的圓柱孔，靠近前緣的一排壓力面氣膜孔設(shè)置為沿導(dǎo)葉本體的徑向和軸向均傾斜的橢圓孔，余下的壓力面氣膜孔設(shè)置為沿導(dǎo)葉本體的軸向傾斜的橢圓孔，各橢圓孔的長軸與導(dǎo)葉本體的徑向平行。本申請的方案，降低了氣膜孔失效風(fēng)險，提高了冷卻效率以及葉片使用壽命。

技術(shù)研發(fā)人員：王善友,杜強(qiáng),徐慶宗,徐光耀,劉昊陽,李紅葉,許家偉,徐綱,朱俊強(qiáng)
受保護(hù)的技術(shù)使用者：中國科學(xué)院工程熱物理研究所
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/9