一種異型氣膜孔結構及渦輪葉片的製作方法
2023-10-18 09:57:39 3
一種異型氣膜孔結構及渦輪葉片的製作方法
【專利摘要】本實用新型涉及一種異型氣膜孔結構及渦輪葉片，包括中心直孔和斜向直孔；所述中心直孔和斜向直孔分別具有一個進口和一個出口；各所述斜向直孔與所述中心直孔相交，使各所述斜向直孔和中心直孔的進口共同形成擴張型進口結構，各所述斜向直孔和中心直孔的出口共同形成擴張型出口結構。本實用新型冷卻效率較高，並且，加工工藝簡單和方便。
【專利說明】一種異型氣膜孔結構及渦輪葉片【技術領域】
[0001]本實用新型涉及一種流體機械領域，特別是涉及一種異型氣膜孔結構及設置有該異型氣膜孔結構的渦輪葉片。
【背景技術】
[0002]目前先進航空發動機中渦輪葉片燃氣溫度遠超過葉片金屬材料的許用溫度，為了保證渦輪葉片長期安全可靠的工作，需要對渦輪葉片採用高效的冷卻技術以降低葉片溫度，同時儘可能減小葉片不同區域之間的溫差，減小葉片熱應力。
[0003]氣膜冷卻作為一種高效的冷卻技術，廣泛應用於燃氣輪機渦輪葉片以及燃燒室壁面冷卻。其基本原理是冷卻空氣通過氣膜孔流出，使得冷卻空氣覆蓋於葉片表面，從而達到隔熱的目的。目前氣膜冷卻技術主要採用離散孔形式，氣膜冷卻通常在孔與孔之間(縱向)的冷卻效率較低，在孔間距較大時，孔間的冷卻效率下降很快。對於離散孔形式的氣膜冷卻，提高冷卻效率的核心問題之一是增加縱向氣膜覆蓋並提高縱向平均的氣膜冷卻效率。現有技術所採用的方法一般是通過較小的孔間距或擴大孔出口的縱向尺寸達到，而增大孔出口的縱向尺寸就是構建各種不同結構的擴張孔型。目前氣膜孔的結構一般是圓形的氣膜孔或者帶有擴張型的簸箕型氣膜孔或進口和出口均為擴張型的氣膜孔，圓形氣膜孔具有加工方便的優點，但是氣膜冷卻效率不高；而簸箕型氣膜孔可以有較好的氣膜冷卻效率，但是進口較小容易造成氣膜孔阻塞；進口和出口均為擴張型的氣膜孔儘管冷卻效率較高，但是，在加工該氣膜孔的時候，由於渦輪葉片結構的原因，使得位於渦輪葉片內壁的進口的加工難度較大。
實用新型內容
[0004]本實用新型的目的是提出一種冷`卻效率較高且加工工藝簡單的異型氣膜孔結構及渦輪葉片。
[0005]為實現上述目的，本實用新型提供以下技術方案:
[0006]一種異型氣膜孔結構，包括中心直孔和至少兩個斜向直孔；所述中心直孔和斜向直孔分別具有一個進口和一個出口 ；各所述斜向直孔與所述中心直孔相交，使各所述斜向直孔和中心直孔的進口共同形成擴張型進口結構，各所述斜向直孔和中心直孔的出口共同形成擴張型出口結構。
[0007]進一步地，各所述斜向直孔和中心直孔均包括方孔部及其兩側的半圓孔部。
[0008]進一步地，每一個所述方孔部兩側的半圓孔部之間的距離範圍為0.01_3mm。
[0009]進一步地,每一個所述半圓孔部的半徑範圍為0.l_2mm。
[0010]進一步地，所述中心直孔的中心軸線與渦輪葉片的壁面之間的夾角範圍為1-90度。
[0011]進一步地，所述斜向直孔與所述中心直孔的中心軸線之間的夾角範圍為1-80度。
[0012]一種包括上述各實施例中的異型氣膜孔結構的渦輪葉片。[0013]基於上述技術方案，本實用新型的優點是:
[0014]由於本實用新型設置了中心直孔和若干斜向直孔，各斜向直孔與中心直孔相交，使各斜向直孔和中心直孔的進口共同形成擴張型進口結構，各斜向直孔和中心直孔的出口共同形成擴張型出口結構，因此本實用新型所提供的氣膜孔結構在加工的時候，只需要首先從渦輪葉片的外壁向內壁方向開設一個中心直孔，然後採用相同的方式，以中心直孔為中心軸，在中心直孔的左側和右側分別開設斜向直孔，使各斜向直孔與中心直孔相交，同時使各斜向直孔和中心直孔的進口共同形成擴張型進口結構，且各斜向直孔和中心直孔的出口共同形成擴張型出口結構即可，因此與現有技術中進口和出口也均為擴張型結構的氣膜孔加工工藝難度高相比，本實用新型所提供的氣膜孔結構加工工藝將會更加簡單，從而在渦輪葉片上實際應用時更加方便。另外，氣膜孔結構的進口和出口均為擴張型，使得本實用新型冷卻效率較高。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0015]此處所說明的附圖用來提供對本實用新型的進一步理解，構成本申請的一部分，本實用新型的示意性實施例及其說明用於解釋本實用新型，並不構成對本實用新型的不當限定。在附圖中:
[0016]圖1為本實用新型所提供的異型氣膜孔結構一實施例的結構示意圖；
[0017]圖2為圖1中單個直孔的結構示意圖；
[0018]圖3為圖1中單個直孔的截面示意圖；
[0019]圖4為本實用新型所提供的異型氣膜孔結構在平板上應用的前視圖；
[0020]圖5為圖1的結構剖視圖；
[0021]圖中標識:
[0022]1、第一斜向直孔；2、中心直孔；3、第二斜向直孔；4、方孔部；5、半圓孔部；6、擴張型出口結構；7、異型氣膜孔結構的中心線；8、壁面；9、擴張型進口結構；10、壁面；11、第二斜向直孔中半圓孔部的中心線；12、第一斜向直孔中半圓孔部的中心線；13、第一斜向直孔中半圓孔部的中心線；14、第二斜向直孔中半圓孔部的中心線；15、中心直孔中半圓孔部的中心線；16、中心直孔中半圓孔部的中心線。
【具體實施方式】
[0023]為使本實用新型實施的目的、技術方案和優點更加清楚，下面將結合本實用新型實施例中的附圖，對本實用新型實施例中的技術方案進行更加詳細的描述。在附圖中，自始至終相同或類似的標號表示相同或類似的元件或具有相同或類似功能的元件。所描述的實施例是本實用新型一部分實施例，而不是全部的實施例。下面通過參考附圖描述的實施例是示例性的，旨在用於解釋本實用新型，而不能理解為對本實用新型的限制。基於本實用新型中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬於本實用新型保護的範圍。下面結合附圖對本實用新型的實施例進行詳細說明。
[0024]在本實用新型的描述中，需要理解的是，術語「中心」、「縱向」、「橫向」、「前」、「後」、「左」、「右」、「豎直」、「水平」、「頂」、「底」、「內」、「外」等指示的方位或位置關係為基於附圖所示的方位或位置關係，僅是為了便於描述本實用新型和簡化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構造和操作，因此不能理解為對本實用新型保護範圍的限制。
[0025]針對現有技術中圓形氣膜孔冷卻效率不高以及簸箕型氣膜孔易阻塞的缺點，本實用新型提供一種異型氣膜孔結構，其包括中心直孔和至少兩個斜向直孔，所述中心直孔和每一個所述斜向直孔分別具有一個進口和一個出口。各所述斜向直孔與所述中心直孔相交，使各所述斜向直孔和中心直孔的進口共同形成擴張型進口結構，各所述斜向直孔和中心直孔的出口共同形成擴張型出口結構。
[0026]本實用新型所提供的氣膜孔結構在加工的時候，只需要首先從渦輪葉片的外壁向內壁方向開設一個中心直孔，然後採用相同的方式，以中心直孔為中心軸，在中心直孔的左側和右側分別開設斜向直孔，使各斜向直孔與中心直孔相交，同時使各斜向直孔和中心直孔的進口共同形成擴張型進口結構，且各斜向直孔和中心直孔的出口共同形成擴張型出口結構即可，因此與現有技術中進口和出口也均為擴張型結構的氣膜孔加工工藝難度高相t匕，本實用新型所提供的氣膜孔結構加工工藝將會更加簡單，從而在渦輪葉片上實際應用時更加方便。
[0027]當然，通過若干直孔相交的方式形成異型氣膜孔，使異型氣膜孔結構的進口形成擴張型結構，此時進口的面積得以增大，從而可以減少氣膜孔的阻塞，進而降低氣膜失效的機率。另外，異型氣膜孔結構的出口也形成擴張型結構，此時出口的面積也得到了增大，從而可以增加氣膜的覆蓋範圍，因此當冷卻空氣通過氣膜孔流出時，可以使冷卻空氣較大面積地覆蓋於葉片表面，從而達到隔熱的目的，進而提高了氣膜孔的氣膜冷卻效率。
[0028]圖1和圖5示出的是本實用新型所提供的異型氣膜孔結構一實施例的結構示意圖。如圖1和圖5所示，本實施例中包括第一斜向直孔1、中心直孔2和第二斜向直孔3，第一斜向直孔I和第二斜向直孔3均與中心直孔2相交，圖中，第一斜向直孔I和第二斜向直孔3對稱地分布在中心直孔2的兩側，形成擴張型進口結構9和擴張型出口結構6。與現有技術中的圓形和簸箕型氣膜孔相比，本實用新型所提供的擴張型進口結構9和擴張型出口結構6的面積都進行了增大化處理，因此可以減少氣膜孔的阻塞，氣膜冷卻效率得到了增加。
[0029]上述實施例中，圖2和圖3示出的是單個直孔的結構示意圖。如圖2和圖3所示，第一斜向直孔1、中心直孔2和第二斜向直孔3均包括方孔部4及其兩側的半圓孔部5。方孔部4兩側的半圓孔部5之間的距離定義為d,即圖3中的兩側的半圓孔部5的圓心之間的距離，即每一個所述方孔部4兩側的半圓孔部5之間的距離定義為d。
[0030]可以調整單個直孔的通流面積，比如調整圖3中d的大小，可以調整方孔部4的通流面積，d的範圍為0.01?3mm ;也可以通過調整圖3中方孔部4兩側的半圓孔部5的半徑，即通過調整每一個所述半圓孔部5的半徑，來調整半圓孔部5的通流面積，所述半圓孔部5的半徑範圍為0.1?2mm。
[0031]需要說明的是，本實施例中d和半圓孔部5半徑的範圍主要是依據渦輪葉片的整體尺寸以及所需要開設的氣膜孔數量確定得到。
[0032]通過調整圖5中第一斜向直孔I的兩個半圓孔部5的中心線12和中心線13的距離，第二斜向直孔3的兩個半圓孔部5的中心線11和中心線14的距離，可以方便地調整氣膜孔結構的擴張部分同壁面的交界，從而調整進口結構9和出口結構6的面積，有利於氣膜孔結構適應不同的進、出口面積要求。
[0033]通過調整圖5中的中心直孔2的兩個半圓孔部5的中心線15和中心線16的距離來調整氣膜孔結構的通流面積，而氣膜孔結構的高度可以保持不變，便於冷卻氣體流量的控制。
[0034]如圖4所示，渦輪葉片具有壁面8和壁面10，本實用新型所提供的異型氣膜孔結構的中心線7與所在壁面8和壁面10之間形成一定的角度，即中心直孔2的中心軸線與渦輪葉片的壁面8和壁面10之間的夾角，其可以在1-90度的範圍內進行選取，該夾角也與渦輪葉片的整體尺寸以及所需要開設的氣膜孔數量相關。
[0035]如圖5所不,第一斜向直孔1、中心直孔2和第二斜向直孔3之間也有一定的角度，第一斜向直孔I與中心直孔2的之間的角度範圍為I?80度，中心直孔2和第二斜向直孔3之間的角度範圍為I?80度，通過調整第一斜向直孔I與中心直孔2的之間的角度以及中心直孔2和第二斜向直孔3之間的角度，可以進一步地調整氣膜孔結構的進出口的面積，從而調整氣膜孔出流的覆蓋範圍。
[0036]本實用新型所提供一種異型氣膜孔結構的加工方法比較簡單，首先按照直孔的加工方法加工中心直孔，之後按照設計的幾何關係加工旁邊的斜向直孔即可達成。
[0037]本實用新型還提供一種包括上述各實施例中的異型氣膜孔結構的渦輪葉片。所述渦輪葉片的其它部分與現有技術相同，在此不再展開描述。
[0038]最後應當說明的是:以上實施例僅用以說明本實用新型的技術方案而非對其限制；儘管參照較佳實施例對本實用新型進行了詳細的說明，所屬領域的普通技術人員應當理解:依然可以對本實用新型的【具體實施方式】進行修改或者對部分技術特徵進行等同替換；而不脫離本實用新型技術方案的精神，其均應涵蓋在本實用新型請求保護的技術方案範圍當中。
【權利要求】
1.一種異型氣膜孔結構， 其特徵在於: 包括中心直孔和至少兩個斜向直孔； 所述中心直孔和斜向直孔分別具有一個進口和一個出口； 各所述斜向直孔與所述中心直孔相交，使各所述斜向直孔和中心直孔的進口共同形成擴張型進口結構，各所述斜向直孔和中心直孔的出口共同形成擴張型出口結構。
2.如權利要求1所述的異型氣膜孔結構， 其特徵在於: 各所述斜向直孔和中心直孔均包括方孔部及其兩側的半圓孔部。
3.如權利要求2所述的異型氣膜孔結構， 其特徵在於: 每一個所述方孔部兩側的半圓孔部之間的距離範圍為0.01-3mm。
4.如權利要求3所述的異型氣膜孔結構， 其特徵在於: 每一個所述半圓孔部的半徑範圍為0.l-2mm。
5.如權利要求2所述的異型氣膜孔結構， 其特徵在於: 所述中心直孔的中心軸線與渦輪葉片的壁面之間的夾角範圍為1-90度。
6.如權利要求5所述的異型氣膜孔結構， 其特徵在於: 所述斜向直孔與所述中心直孔的中心軸線之間的夾角範圍為1-80度。
7.一種包括如權利要求1-6中任一項所述的異型氣膜孔結構的渦輪葉片。
【文檔編號】F01D5/18GK203584471SQ201320817159
【公開日】2014年5月7日 申請日期:2013年12月12日 優先權日:2013年12月12日
【發明者】王輝 申請人:中航商用航空發動機有限責任公司